Eine modellbasierte Strategie zur schonenden künstlichen Beatmung könnte vielen Patienten mit akutem Lungenversagen das Leben retten. Forscher aus Freiburg und München arbeiten daran.
Müssen Patienten mit akutem Lungenversagen mehrere Tage künstlich beatmet werden, sinkt die Überlebensrate auf unter 50 %. Viele der Überlebenden tragen schwere Lungenschäden davon. Die Ärzte stehen vor einem Dilemma: Viele Details der Lungenfunktion sind nicht bekannt, daher ist es kaum möglich, die Beatmung genau zu steuern. Im Rahmen des DFG-Schwerpunkts „Protektive Beatmungskonzepte“ entwickeln Wissenschaftler der TU München und der Universität Freiburg nun ein Modell, das die Grundlagen für eine Feinabstimmung der Beatmung schaffen soll. Als bildgebendes Verfahren nutzen sie die Neutronentomographie.
Neutronen erkennen leichte Atome wie Wasserstoff besonders gut. Der ist im Gewebe reichlich vorhanden, nicht aber in den Bronchien. Ihre dynamischen Modelle prüfen die Forscher daher anhand von Rattenlungen im Forschungsreaktor München II (FRM II). Das Instrument Antares wurde eigens für die Neutronentomographie gebaut und gilt als eines der leistungsfähigsten weltweit. Etwa 400 bis 800 Aufnahmen werden für einen vollständigen 3D-Scan benötigt. Im Gerät wird die Rattenlunge mit dem zu untersuchenden Beatmungsdruck gefüllt. Ein Aluminiumröhrchen simuliert die mechanische Abstützung durch den Brustkorb. Ändert sich der Druck, ändert sich auch die feine Geometrie. Daraus können die Ingenieure die Elastizität des Lungengewebes errechnen, und sie sehen, wo die Grenzen der Elastizität erreicht werden.
Inzwischen können die Wissenschaftler die Verzweigungen der Bronchien bis zur 12. Generation sichtbar machen: Die Weiterentwicklung der Methode scheitere nur an der Auflösung der Detektoren, die wesentlich von der Schichtdicke abhänge. Eigens angefertigte Detektoren weisen eine Schichtdicke von nur 50 µm auf, damit erreichen sie eine Auflösung von etwa 40 µm. Während an dünneren Detektoren getüftelt wird, untersuchen die Forscher weitere Möglichkeiten zur Kontrasterhöhung. Fernziel ist die Herstellung selbst lernender Beatmungsgeräte, die den Atemdruck individuell für jeden Patienten auf das notwendige Minimum reduzieren.
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