Mittwoch, 02.09.2020

Forschung

Marlin Siebert: Innovationspreis für Krankenhaustechnik 2020

Masterarbeit mit hoher praktischer Bedeutung für die künstliche Beatmung

Marlin Siebert, M.Sc., wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Medizinische Elektrotechnik der Universität zu Lübeck, ist mit dem Innovationspreis 2020 der „Wissenschaftlichen Gesellschaft für Krankenhaustechnik” (WGKT e.V.) ausgezeichnet worden. Er erhielt den mit 3.000 Euro dotierten Preis am 2. September 2020  für seine Masterarbeit „Optimierung und Robustifizierung eines modellprädiktiven Reglers der Beatmungseinheit eines Anästhesiegeräts“.

In der Arbeit, die er unter der Betreuung von Prof. Dr. Philipp Rostalski und Georg Männel, M.Sc., angefertigt hat, beschreibt Marlin Siebert, wie moderne Methoden der modellbasierten Regelung die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Beatmungsregelung verbessern können. Die moderne Intensivbeatmung nimmt nicht erst seit der aktuellen Covid-19-Pandemie eine zentrale Rolle in der klinischen Praxis ein.

Während auf der Intensivstation der Fokus auf der Ventilation der Lunge – also der Unterstützung der Atemarbeit des Patienten, der Bereitstellung von Sauerstoff und der Abfuhr des abgeatmeten Kohlendioxids – liegt, muss ein Anästhesiegerät im OP zusätzlich die Sedierung und Schmerzfreiheit des Patienten sicherstellen. In beiden Anwendungsfällen birgt zum Beispiel die Applizierung von zu hohem oder zu niedrigem positiven Atemwegsdruck die Gefahr, den Patienten nachhaltig zu schädigen und im Falle von bereits stark erkrankten Patienten die Mortalität weiter zu steigern.

In enger Kooperation zwischen dem Institut für Medizinische Elektrotechnik und der Firma Dräger konnte Marlin Siebert zeigen, dass sich mittels modellprädiktiver Regelung eine robuste und sichere Beatmungsregelung realisieren lässt. Der von ihm gewählte Ansatz erlaubt es, durch eine kontinuierliche Vorwärtssimulation des Patientenzustands in einem zeitlich begrenzten Intervall und einer entsprechenden Optimierung des Beatmungsverlaufs sicherheitsrelevante physiologische Grenzen auch unter bestimmten Störungen einzuhalten.

Ein konkretes Beispiel dafür ist die Simulation des zukünftig erwarteten Beatmungsdrucks in den Atemwegen des Patienten und die Sicherstellung der Einhaltung von Ober- und Untergrenzen des induzierten Drucks. Mit der Methode können Fehler ausgeglichen werden, die sowohl durch die Modellierung der Patientenlunge selbst als auch durch die Identifizierung der Parameter des Modells oder durch eine kontinuierliche Veränderung des Gesundheitszustands des Patienten entstehen können.

Sieberts Betreuer, Prof. Dr. Philipp Rostalski, ergänzt: „Die Arbeit hat zugleich eine hohe praktische Bedeutung als auch zahlreiche neue wissenschaftliche Erkenntnisse hervorgebracht. Ergebnisse seiner Masterarbeit sind in zwei Konferenzbeiträge eingeflossen und bilden die Basis für einen bereits akzeptierten Beitrag in der wissenschaftlichen Zeitschrift ‚AT-Automatisierungstechnik‘, welche im November erscheinen wird.“