Assistierte Herzunterstützung
Bild 1: Hardware-in-the-Loop Prüfstand.
Bild 2: Konzept der assistierten Herzunterstützung.
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Projektbeschreibung
Bei einem schweren akuten Herzinfarkt steht die Wiederherstellung der Durchblutung des Myokards (Herzmuskel) im Zentrum der Therapie. Ein wichtiger Baustein darin ist die Unterstützung der Pumpfunktion durch Verwendung eines technischen Herzunterstützungssystems. Die korrekte Wahl der notwendigen Unterstützungsparameter ist jedoch bis heute ein schwieriger Prozess, der nur durch ausgewiesene Spezialisten qualifiziert erfolgen kann. Dieses Projekt schafft die Voraussetzungen, auch in Kliniken mit geringem Spezialisierungsgrad eine optimale Behandlung der Patienten zu gewährleisten. Hierzu entsteht ein neuartiges System, das den Arzt in seinen Therapieentscheidungen differenziert und kontextabhängig unterstützt und die Unterstützungsleistung eines Pumpsystems an den realen Bedarf des Patienten anpasst.
Mit Hilfe eines Hardware-in-the-Loop Prüfstandes können erstmals technische Pumpsysteme im Labor auch im physiologischen Kontext komplex interagierender Maschinen- und Körper-Regelkreise spezifisch untersucht werden. Diese technischen Komponenten werden durch anwendungsbezogene klinische Forschung gestützt. Zum einen wird ein neues validiertes Tiermodell für die evidenzbasierte Evaluierung von Unterstützungsstrategien erforscht. Zum anderen werden klinische Behandlungspfade erstmals formalisiert beschrieben und deren Implementierung mit Hilfe eines Expertensystems unterstützt, so dass damit die hochwertige Qualität medizinischer Versorgung mit Pumpsystemen auch in der Breite gewährleistet werden kann.
Methoden
Bei der Entwicklung des Herzunterstützungsassistenzsystems kommt ein breites Spektrum von Methoden zum Einsatz. Diese reichen von der Modellierung des Herz-Kreislauf-Systems (mathematische Physiologie) über die Regelung mechatronischer Systeme (Moderne Regelungstechnik) bis hin zu der Entwicklung von Expertensystemen (Künstliche Intelligenz). Die Integration verschiedenster Disziplinen ermöglicht neue und innovative Ansätze zur Beantwortung offener Fragen in der Erforschung der gezielten Herzunterstützung. Ein Beispiel dafür ist der entwickelte Hardware-in-the-Loop Prüfstand. In diesem künstlichen Kreislauf können mit Hilfe eines mathematischen Modells des menschlichen Blutkreislaufs und modernen Verfahren der Regelungstechnik Extremsituationen herbeigeführt werden, die im Tiermodell unmöglich oder nur unter größtem Aufwand realisierbar wären. Zusätzlich trägt die Möglichkeit von Tests in einem künstlichen Kreislauf unter Laborbedingungen dazu bei, die Anzahl notwendiger Tierversuche zu reduzieren.