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• Arnhold Lohse

Projektbeschreibung

Auf den Intensivstationen ist künstliche Beatmung eine lebensrettende Therapie, die bei Patienten mit Krankheiten wie Covid-19 oder dem akuten Lungenversagen den Gasaustausch gewährleistet. Während der initialen Beatmungsphase, in der die Patienten sediert sind, bleibt das Diaphragma inaktiv und es kann zur Verkümmerung des Diaphragmas, der sogenannten Ventilator-induzierte diaphragmalen Dysfunktion (VIDD), kommen. VIDD kann schon nach einer 18 Stunden langen Beatmung auftreten und verhindert die Entwöhnung der Patienten von der künstlichen Beatmungsmaschine. Schwer zu entwöhnende Patienten belegen 40 % der Betten auf den Intensivstationen.
Um das Auftreten von VIDD zu vermeiden, ist die Stimulation des Nervus Phrenicus eine vielversprechende Lösung. Durch die elektrische Stimulation des Nervus Phrenicus bleibt das Diaphragma trotz der Sedierung der Patienten weiterhin aktiv. Generell ist dieses Verfahren als Implantat bei Patienten mit Querschnittslähmung etabliert und dessen Gebrauch ist auch auf Intensivstationen vorstellbar.
Um auf Intensivstationen das klinische Personal zu entlasten, sollen die Einstellung der Stimulations- und der künstlichen Beatmungsparameter automatisiert werden. Bei der Automatisierung müssen die Stimulation und künstliche Beatmung synchronisiert und an die Bedürfnisse des Patienten angepasst werden. Ziele der Automatisierung sind die Aufrechterhaltung der Diaphragmaaktivität zur Vermeidung von VIDD und die Aufrechterhaltung des Gasaustausches, während die verändernde Effektivität der Stimulation beachtet werden muss.
Bei der Automatisierung werden Ansätze der Regelungstechnik und Signalverarbeitung verfolgt. Als Messungen stehen Druck- und Volumenflusswerte der künstlichen Beatmung sowie Spannungen und Ströme des Stimulators zu Verfügung. Daraus können innere Zustände des Diaphragmas und des respiratorischen Systems geschätzt und zur Regelung genutzt werden. Die Regelalgorithmen müssen dabei eine ausreichende Robustheit aufweisen, um die Sicherheitsanforderung der kritischen Anwendung zu gewährleisten.

Projektziele

• Vermeidung von VIDD durch die Stimulation des Nervus Phrenicus
• Automatisierung der Stimulation und künstlichen Beatmung

Projektpartner

Universitätsklinikum Aachen, Klinik für Operative Intensivmedizin und Intermediate Care

Publikationen

A. Lohse, M. Walter, M. Deininger, T. Seemann, D. Ziles, T. Breuer and S. Leonhardt, “Flexible pattern generation for phrenic nerve stimulation”, AUTOMED - Automation in Medical Engineering, Basel, 2021