Sonntag, 06.12.2020

Forschung

Petersen-Preis der Technik 2020 für Marlin Siebert

Moderne Methoden der modellbasierten Regelung für verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit der Beatmungstechnik

Für seine herausragende Masterarbeit verlieh die Werner-Petersen-Stiftung Marlin Siebert, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Medizinische Elektrotechnik der Universität zu Lübeck, am 6. Dezember den Prof. Dr. Werner Petersen-Preis der Technik 2020.

In seiner Arbeit mit dem Titel "Optimierung und Robustifizierung eines modellprädiktiven Reglers der Beatmungseinheit eines Anästhesiegeräts", für die er zuvor bereits mit dem Innovationspreis 2020 der WGKT e.V. ausgezeichnet wurde, beschreibt Herr Siebert, wie moderne Methoden der modellbasierten Regelung die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Beatmungsregelung verbessern können.

Prof. Dr. Philipp Rostalski, Leiter des Instituts für Medizinische Elektrotechnik (IME) an der Universität zu Lübeck und zusammen mit Georg Männel, M.Sc. Betreuer der Masterarbeit betont: „Die Arbeit von Herrn Siebert ist sowohl wissenschaftlich von hohem Interesse als auch von großer praktischer Bedeutung.“ Ergebnisse seiner Masterarbeit sind in zwei Konferenzbeiträge eingeflossen und bilden die Basis für einen Beitrag in der wissenschaftlichen Zeitschrift AT-Automatisierungstechnik, welcher im November dieses Jahres erschienen ist.

Gerade durch die aktuelle Covid-19-Pandemie wird erneut sichtbar, welchen Stellenwert die künstliche Beatmung in der klinischen Praxis einnimmt. Dabei müssen sowohl die Beatmungsgeräte auf der Intensivstation als auch die Anästhesiegeräte, welche neben der Aufrechterhaltung der Patientenatmung und damit der Sauerstoffversorgung ebenfalls die Sedierung und Schmerzfreiheit der Patienten im OP sicherstellen, hohe Sicherheitsstandards erfüllen, um schwerwiegende Schädigungen des beatmeten Patienten zu verhindern. So kann die Beatmung mit beispielsweise zu hohem oder geringem Druck zu Komplikationen und langfristigen Lungenschäden führen und die Mortalität bei Vorhandensein von Vorerkrankungen erhöhen.

In dem Kooperationsprojekt des IME und der Firma Dräger konnte Herr Siebert zeigen, dass die modellprädiktive Regelung das Potential hat die Sicherheit und Robustheit der Beatmungsregelung zu verbessern. Durch eine kontinuierliche Vorwärtssimulation des Patientenzustands und einer entsprechenden Optimierung des Beatmungsverlaufs erlaubt der von Herrn Siebert gewählte Ansatz sicherheitsrelevante physiologische Grenzen einzuhalten.

Zudem können durch den robusten Ansatz Fehler, 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, ausgeglichen werden, ohne die vorgegebenen physiologischen Grenzen zu verletzen. Damit kann beispielsweise die Einhaltung von Ober- und Untergrenzen des induzierten Drucks in den Atemwegen des Patienten sichergestellt und somit potenziell schwerwiegende Schädigungen des Patienten durch applizierte Spitzendrücke oder einen Lungenkollaps verhindert werden.