Medizinische Regelungstechnik

Arbeitsbereich

Die Entwicklung medizinischer autonomer Systeme im Allgemeinen und physiologischer geschlossener Regekreise im Besonderen erfordert ein erhöhtes Maß an Sicherheit in einem höchst unsicheren und volatilen Umfeld. Um optimale therapeutische Ergebnisse zu erzielen, ist eine Anpassung an den individuellen Patienten erforderlich. Aufgrund des variierenden klinischen Umfelds und den begrenzten bereitstehenden Informationen, während der Therapie, ist die Anpassung oftmals nicht einfach zu erreichen.

Am Fraunhofer IMTE werden Algorithmen erforscht, die es ermöglichen, physiologische Parameter zu beeinflussen, gleichzeitig einen sicheren Betrieb für die Patienten zu gewährleisten und dem klinischen Personal zusätzliche Informationen zur Verfügung zu stellen. Dies wird verstärkt durch den Einsatz prädiktive und modellbasierte Reglerarchitekturen erreicht, welche sich patientenindividuell dem klinischen Kontext anpassen und Methoden des maschinellen Lernens integrieren können. Die Herausforderungen der Geräteintegration und Verifikation werden dabei bereits früh im Designprozess adressiert und durch eine geeignete Architekturwahl und die Entwicklung von Testsystemen angegangen.

Die Erforschung dieser Aspekte bietet das Potenzial, die Patientensicherheit zu erhöhen, das klinisches Personal zu entlasten und die zunehmende Vernetzung zwischen Geräte effektiver zu Nutzen und so das Therapieergebnis zu verbessern.

Forschungsfelder

Automatisierte Beatmung

Atmung ist ein oftmals fundamentaler physiologischer Prozess, der nur selten bewusst wahrgenommen wird, doch dessen Versagen ein medizinischer Notfall darstellt. Die individuelle Unterstützung der Atmung ist dabei eine große Herausforderung, aufgrund individuellen Stoffwechselbedürfnisse, Anatomie und Physiologie, sowie den spezifischen Atemrhythmus. Es ist mit Studien belegt, dass viele Patienten hinsichtlich ihrer individuellen Bedürfnisse nicht optimal beatmet werden. Die Folgen für den Patienten reichen dabei vom Trauma des Patienten durch den Verlust der Autonomie über seine eigene Atmung bis hin zu schweren Lungenverletzungen und sogar zum Tod. 

Die Forschung am Fraunhofer IMTE zielt darauf ab, ein Beatmungsgerät zu entwickeln, das die Atemaktivität des Patienten erkennt, die Parameter des Patientenmodells identifiziert und diese Informationen nutzt, um die Beatmungsunterstützung mit Hilfe fortschrittlicher Steuerungsansätze individuell und optimal auf die Bedürfnisse des Patienten abzustimmen.

Leistungen

  • Konzeption, Auslegung und Implementierung von Automatisierung und Regelung für sicherheitskritische Anwendungen
  • Modellbasierte und lernende Regelung
  • Entwicklung von digitalen Modellen
  • Rapid Control Prototyping und System Integration
  • Konzeption, Design und Bau (medizinischer) physiologische Simulatoren und Teststände
  • Durchführung von Langzeitversuchsreihen
  • Recherche und Bestimmung kritische Testszenarien
  • Recherche relevanter physiologischer Parameter

Ausstattung

  • Real-Time Entwicklungssysteme
  • Patientensimulatoren (ASL5000, Testchest)