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Christian Brendle
Kooperative Automatisierung der Therapie des akuten Lungenversagens mit extrakorporaler Unterstützung und künstlicher Beatmung
Diese Arbeit präsentiert eine Automatisierungslösung für die Therapie des akuten Lungenversagens (ARDS) mit künstlicher Beatmung und der extrakorporalen Membranoxygenierung (ECMO). ECMO-Systeme retten Leben durch zusätzliche extrakorporale Blutoxygenierung und Kohlendioxideliminierung aus dem Blut. Zusätzlich ermöglicht die ECMO-Therapie besonders lungenprotektive Beatmungseinstellungen. Heutzutage werden beide Therapiesysteme bis zu mehreren Wochen auf Intensivstationen gleichzeitig ohne kontinuierliche Optimierung eingesetzt. Um bei schweren ARDS die Erfolgsaussichten zu verbessern, werden in dieser Arbeit neue Methoden zur Überwachung des extrakorporalen Gasaustauschs, dessen Regelung und eine multifaktorielle Automatisierung beider Therapiesysteme vorgeschlagen, in-silico charakterisiert, und tierexperimentell überprüft.
Die vorgeschlagenen Messverfahren verwenden Sensoren in den gasführenden Volumina des ECMO-Systems, womit Sensoren mit Blutkontakt ersetzt werden konnten. Für die multifaktorielle Automatisierung wurde eine dezentrale Regelung zur Einstellung der extrakorporalen Sauerstoff- und Kohlendioxid-Gasaustauschraten eingeführt. Dieses System minimiert mit einem überlagerten und integral wirkenden Regler den Blutfluss langsam soweit wie möglich, um potentiell unnötige Patientenbelastungen zu vermeiden.
Die multifaktorielle Automatisierung optimiert kontinuierlich die künstliche Beatmung zur Verbesserung der Lungenprotektion. Gleichzeitig stellt diese Methode mit einer Patient-in-the-Loop-Regelung extrakorporale Gasaustauschraten zur hinreichenden Sauerstoff-Versorgung und Kohlendioxid-Elimination ein. Zusätzlich werden mit einem kooperativen Therapiemanagement Algorithmen vorgehalten, die die künstliche Beatmung und die ECMO-Therapie aufeinander abstimmen.
Die vorgeschlagenen Messverfahren verwenden Sensoren in den gasführenden Volumina des ECMO-Systems, womit Sensoren mit Blutkontakt ersetzt werden konnten. Für die multifaktorielle Automatisierung wurde eine dezentrale Regelung zur Einstellung der extrakorporalen Sauerstoff- und Kohlendioxid-Gasaustauschraten eingeführt. Dieses System minimiert mit einem überlagerten und integral wirkenden Regler den Blutfluss langsam soweit wie möglich, um potentiell unnötige Patientenbelastungen zu vermeiden.
Die multifaktorielle Automatisierung optimiert kontinuierlich die künstliche Beatmung zur Verbesserung der Lungenprotektion. Gleichzeitig stellt diese Methode mit einer Patient-in-the-Loop-Regelung extrakorporale Gasaustauschraten zur hinreichenden Sauerstoff-Versorgung und Kohlendioxid-Elimination ein. Zusätzlich werden mit einem kooperativen Therapiemanagement Algorithmen vorgehalten, die die künstliche Beatmung und die ECMO-Therapie aufeinander abstimmen.
Schlagwörter: Physiologische Regelung; Künstliche Beatmung; Therapie mit der extrakorporalen Membranoxygenierung; Akutes Lungenversagen; ARDS; ECMO; Medizintechnik
Aachener Beiträge zur Medizintechnik
Herausgegeben von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. med. Steffen Leonhardt, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus Radermacher und Univ.-Prof. Dr. med. Dipl.-Ing. Thomas Schmitz-Rode, Aachen
Band 48
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