Medica 2019

•••9••• Innovationen I n der Intensivmedizin ist die künstliche Beatmung häufig das letzte Mittel, um das Leben eines Patienten zu retten. Leider kann sie mit akuten oder chroni- schen Lungenschädigungen ein- hergehen – insbesondere wenn das Beatmungsgerät gegen den Atemimpuls des Patienten arbei- tet. Forscher der Mannheimer Fraunhofer-Projektgruppe für Au- tomatisierung in der Medizin und Biotechnologie entwickeln einen neuartigen Sensor, mit dessen Hil- fe gerade bei Frühgeborenen und Kindern die Beatmung sanfter gestaltet werden soll. Ein Proto- typ des Sensors ist vom 18. bis 21. November 2019 auf der Medica zu sehen (Halle 10, Stand G05). In der intensivmedizinischen Pfle- ge von Frühchen ist eine künstli- che Beatmung aufgrund der un- terentwickelten Lunge häufiger notwendig. Dabei können ver- schiedene Komplikationen auf- treten: Ein Volutrauma entsteht, wenn das Beatmungsgerät zu viel Luft in die kleine Lunge presst. Zu einem sogenannten Barotrau- ma kommt es, wenn der Apparat Luft mit zu hohem Druck einleitet, besonders wenn das Frühchen ei- gentlich gerade ausatmen möch- te. Um beides zu vermeiden, ge- hen die Ärzte bei den Kleinsten besonders vorsichtig vor. Bei- spielsweise wird der Tubus nicht wie beim Erwachsenen luftdicht mit der Luftröhre abgedichtet. So kann immer ein wenig Luft entweichen und das Risiko eines Traumas wird verringert. Die op- timale Beatmung der kleinen Pa- tienten wird dadurch jedoch er- schwert. Monitoring erkennt Patientenwunsch Jan Ringkamp und Dr. Jens Lan- gejürgen von der Fraunhofer-Pro- jektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie (PAMB) des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Au- tomatisierung (IPA) arbeiten des- halb an einem sanfteren Verfah- ren. Thorax-Monitoring heißt der kleine Apparat, den die Forscher entwickelt haben. „Im Prinzip ist das ein Messgerät, das erkennt, ob ein künstlich beatmeter Pati- ent gerade ein- oder ausatmen möchte“, erklärt Ringkamp. „Da- mit wäre ein Beatmungsgerät in der Lage, sich ohne Verzögerung an die Wünsche des Patienten anzupassen. Keine Volu- oder Ba- rotraumata mehr und eine opti- male Beatmung – so die Vision“, ergänzt Langejürgen. Das Thorax-Monitoring verwen- det zwei Antennen, die sich auf oder neben dem Brustkorb des Patienten anbringen lassen. Die eine sendet eine elektromag- netische Welle aus, die andere empfängt sie. Dabei machen es sich die Wissenschaftler zunutze, dass Muskeln, Fett und Gewebe andere elektrische Eigenschaf- ten besitzen als die Atemluft in der Lunge. Klingt kompliziert, ist aber ganz einfach: Beim Einat- men füllen sich die Lungenflügel mit Luft und dehnen sich aus. In der Luft kommt die elektroma- gnetische Welle schneller voran als im Gewebe. Beim Ausatmen ist es umgekehrt: Die Lungenflü- gel fallen in sich zusammen, die elektromagnetische Welle muss sich vor allem durch Gewebe kämpfen und kommt langsamer vorwärts. Es gibt also einen deutlich mess- baren Unterschied zwischen Ein- und Ausatmen, den das Tho- rax-Monitoring registriert. Das funktioniert auch bei Frühchen und anderen Patienten, die nicht selbst atmen können, dies aber versuchen. „Selbst wenn sich die Lunge nur minimal ausdehnt oder zusammenzieht, wirkt sich das auf den Signalverlauf aus. Wir können im Labor nachstellen, dass wir Änderungen deutlich un- ter einem Milliliter identifizieren können“, erklärt Ringkamp. „Tho- rax-Monitoring erkennt also sozu- sagen den Wunsch des Patienten und kann das Beatmungsgerät anweisen, ihn dabei zu unterstüt- zen. Ein Vorteil unseres Ansatzes besteht darin, dass wir den Pa- tienten hierfür nicht berühren müssen. Dies ist gerade bei der empfindlichen Haut von Frühchen wichtig“, so Langejürgen. Die Wissenschaftler stellen einen Prototyp auf der Medica vor: eine kleine Puppe, die an einen Beat- mungsbeutel angeschlossen ist und von Besuchern beatmet wer- den kann. Der Körper der Puppe ist mit Wasser gefüllt, ihre künst- liche Lunge verdrängt das Wasser im Körper, auf ihrem Brustkorb sind die Antennen angebracht. Ein Bildschirm zeigt das verarbeitete Signal des Thorax-Monitoring. Sanftere künstliche Beatmung Mit neuer Technologie wollen Forscher akute oder chronische Lungenschädigungen vermeiden Thorax-Monitor im Betrieb: Die Atmung wird berührungslos gemessen. Foto: Fraunhofer IPA Anzeige Miniature, efficient and intelligent implantable actuators MPS Microsystems, a subsidiary of the German FAULHABERGROUP, develops miniaturized implantable actuators that support the functions of human body organs. Featuring low energy consumption, these actua- tors are equipped with an intelligent wireless data transmission and power transfer system. Energy efficiency at the heart of design considerations Wireless connections between an implanted active Medical Device and its external control system are increasingly popular and almost mandatory in any new develop- ment. However, the power and ca- pacity of implantable batteries and the low permissible powers through living tissues considerably limit the mechanical performance of im- planted Medical Devices. When the specifications of the implemented Medical Devices require powers at the limit of what the currently available energy sources can pro- vide, the only element the engineer can focus on is minimizing losses along the entire energy transmis- sion chain. It is precisely in this field that MPS Microsystems applies its expertise, thanks to several decades of challenges taken up on behalf of its customers in order to provide them with systems that are ever smaller, ever more efficient and ever less en- ergy-intensive. Over the years, MPS’ “toolbox” has grown with proven tips that its engineers combine to create optimal solutions. An extensible, high-performance, integrated and intelligent in- tramedullary nail Examples of optimization of energy transmission technologies by MPS Microsystems include an intramed- ullary nail developed by the company. This nail integrates the electromag- netic wave receiving antenna, elec- tronics, energy storage, motorization, as well as mechanical transmission for elongation. The major challenge of this development was to generate an extension force of 1,200Nwith an available power of 15mW inside the implant. MPS Microsystems’ implantable miniaturized actuators also have ap- plications in the field of urinary in- continence and heart surgery. Today, MPS has developed implant- able actuators for forces ranging from 10 to 1’200N. Hall 8b, Booth M27