1 + 1 = 1  Sensorfusion!

Im Rahmen des Projekts „SmartOxy“ ist es gelungen, unsere nicht-invasive Drucksensorik um ein optisches Messprinzip zu erweitern. Hierbei handelt es sich um ein spezielles Verfahren der Reflexionspulsoximetrie. Entgegen anderen gängigen Verfahren wird mittels verschiedener LEDs Licht in verschiedenen Wellenlängen in das Gewebe emittiert. Reflektiertes Licht wird detektiert und erlaubt Rückschlüsse auf die Sauerstoffsättigung in verschiedenen Tiefen des Gewebes. Das vom Fachgebiet Mikro- und Feingeräte an der Technischen Universität Berlin entwickelte und patentierte Verfahren zur Messung des Sauerstoffgehaltes im Blut basiert darüber hinaus auf einer komplexen algorithmischen Signalverarbeitung, für die sich SectorCon ein Patent gesichert hat. Mit einem ersten Demonstrator ist die Integration beider Technologien nun gelungen und erlaubt die praktische weitere Entwicklung und neue Erkenntnisse.

Erster Sensor-Demonstrator

Entscheidendes Novum dieser Technologie ist die theoretisch erreichbare Tiefe der im Gewebe bestimmbaren Sauerstoffsättigung. Gelingt es die Sauerstoffsättigung von Gewebe auch in tieferen Schichten sicher sensorisch zu bestimmen, so kann der Patientenzustand erheblich genauer in kritischen Phasen von Operationen überwacht werden. Beispielhaft ist die Anwendung der entstehenden Fusionssensorik bei Operationen mit wiederholt erforderlichem Abklemmen zentraler Blutgefäße (wie beispielsweise der Aorta). Nachgelagertes Gewebe und versorgte Organe werden dann nicht mehr für die Dauer des Abtrennens mit ausreichend frischem Blut versorgt. Insbesondere wenn besonders empfindliches Gewebe betroffen ist, können durch die mangelnde Durchblutung bleibende Schäden resultieren. Es handelt sich folglich um ein variables Zeitfenster, welches definiert wird durch die lokale Sauerstoffsättigung besonders kritischen Gewebes. Werden Mediziner zukünftig in die Lage versetzt diese kritischen Gewebeschichten während der OP sensorisch zu überwachen, so kann das Zeitfenster treffsicherer eingehalten und Komplikationen vermieden werden.

Durch die Fusion von Drucksensorik und Reflexionspulsoximetrie wird erstmals an einer Stelle des Körpers sowohl der Druckimpulsverlauf eines Blutgefäßes als auch die Sauerstoffsättigung den darunter liegenden Gewebeschichten hochfrequent erfassbar. Bereits in ersten Testmessungen aufgezeichnete Signale lassen auch aus dem optischen Verfahren pulsative Blutflussverläufe gut erkennen. Die folgende Abbildung zeigt erste reale Messwerte der Fusionssensorik. Rot dargestellt ist hier der Druckverlauf eines oberflächennahen Blutgefäßes. In gelb, grün, lila und blau sind hingegen optisch bestimmte Signalverläufe dargestellt. Bereits diese Verläufe zeigen das Potential für die weitere Forschung und Entwicklung und stellen weitere bisher unbekannte Rückschlüsse durch kombinierte Auswertung aller Signale in Aussicht.

Erste Signalgänge

Als klinischer Use Case soll im Projekt „SmartOxy“ das Monitoring des Rückenmarks während operativer Eingriffe an der Aorta realisiert werden. Speziell bei der Therapie thorakaler und thorakoabdominaler Aortenaneurysma (TAA/A) soll das Verfahren dazu beitragen, die Gefahr einer Minderdurchblutung und somit einer Schädigung des Rückenmarks signifikant zu reduzieren. In diesem Kontext sollen auch gänzlich neue Erkenntnisse in Bezug auf das kollaterale Netzwerk zur Durchblutung des Rückenmarks geschaffen werden. Bislang existiert diesbezüglich keine klinisch verfügbare Lösung für die präzise perioperative Überwachung der lokalen Perfusion des Rückenmarks. Entsprechend sind Aorteneingriffe mit hohen Risiken verbunden, und die Betroffenen setzen sich der Gefahr einer kritischen Ischämie aus. In der Konsequenz drohen gravierende Komplikationen bis hin zur Querschnittslähmung. Neuesten Forschungsergebnissen zufolge tritt eine Inzidenz von Rückenmarksischämie (SCI) während der Aortenreparatur in 3,7% der Fälle auf.

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