Entwicklung einer hochintegrierten, bedarfsadaptierten automatisierten extrakorporalen Lungenunterstützung unter Einsatz modellbasierter Sicherheitskonzepte (Smart ECLA)

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Stefan Kowalewski; Professor Dr.-Ing. Steffen Leonhardt; Professor Dr. Rolf Rossaint; Professor Dr. Thomas Schmitz-Rode
• Subject Area: Medical Physics, Biomedical Technology ; Anaesthesiology ; Anatomy and Physiology ; Automation, Mechatronics, Control Systems, Intelligent Technical Systems, Robotics ; Epidemiology and Medical Biometry/Statistics ; Cardiac and Vascular Surgery
• Term: from 2007 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 36985552

Bei Patienten mit schwerstem akutem Lungenversagen (ARDS) kann der Einsatz der „extrakorporalen Lungenunterstützung“ (extracorporal lung assist, ECLA) einen suffizienten Gasaustausch bei gleichzeitiger „lungenprotektiver“ Beatmung gewährleisten. Das Fehlen adäquater Steuerungs- und Überwachungskonzepte und der hohe personelle und technische Aufwand beschränken den Einsatz heutzutage auf eine „ultima ratio“ Therapie. Zudem spielt die Optimierung der Hämokompatibilität bei großen Fremdoberflächen und hohen Blutflussraten im Langzeiteinsatz eine entscheidende Rolle. Für die ECLA-Steuerung existieren zur Einstellung nur grobe Heuristiken ohne die nötige theoretische Durchdringung, um modellgestützt eine Regelung für diese nichtlinearen Mehrgrößensysteme auslegen zu können. Für einen Regelungsentwurf ist die Einbeziehung der zeitlichen Dynamik und die überlagerte Wechselwirkung mit Kreislauf und Beatmung notwendig. Ziel ist die Entwicklung eines hochintegrierten, miniaturisierten, extrakorporalen Lungenunterstützungssystems, das eine bedarfsadaptierte Automatisierungslösung als Regelungs- und Sicherheitskonzept beinhaltet. Über eine verbesserte Regelung soll die Leistung optimiert und darüber die „Lungenprotektion“ unter Beatmung verbessert sowie das medizinische Fachpersonal in der Anwendung der ECLA entlastet und unterstützt werden. Zusätzlich soll die Hämokompatibilität optimiert werden (z. B. Reduktion von Bluttraumatisierung und Hämolyse).

• DFG Programme: Research Grants