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Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik

Joint Journal of the German Society for Biomedical Engineering in VDE and the Austrian and Swiss Societies for Biomedical Engineering and the German Society of Biomaterials

Editor-in-Chief: Dössel, Olaf

Editorial Board: Augat, Peter / Habibović, Pamela / Haueisen, Jens / Jahnen-Dechent, Wilhelm / Jockenhoevel, Stefan / Knaup-Gregori, Petra / Lenarz, Thomas / Leonhardt, Steffen / Plank, Gernot / Radermacher, Klaus M. / Schkommodau, Erik / Stieglitz, Thomas / Boenick, Ulrich / Jaramaz, Branislav / Kraft, Marc / Lenthe, Harry / Lo, Benny / Mainardi, Luca / Micera, Silvestro / Penzel, Thomas / Robitzki, Andrea A. / Schaeffter, Tobias / Snedeker, Jess G. / Sörnmo, Leif / Sugano, Nobuhiko / Werner, Jürgen /


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ISSN
1862-278X
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Volume 54, Issue 5

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Volume 57 (2012)

Regelungs- und Sicherheitskonzepte für extrakorporale Systeme zur Lungenunterstützung / Automatic control and safety concepts for extracorporeal lung support

Rüdger Kopp
  • Fachübergreifende Klinik für Operative Intensivmedizin, Universitätsklinikum Aachen, RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
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/ Marian Walter
  • Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik, Helmholtz-Institut, RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
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/ Jutta Arens
  • Lehrstuhl für Angewandte Medizintechnik, Helmholtz-Institut, RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
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/ Andre Stollenwerk / Steffen Leonhardt
  • Lehrstuhl für Medizinische Informationstechnik, Helmholtz-Institut, RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
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/ Thomas Schmitz-Rode
  • Lehrstuhl für Angewandte Medizintechnik, Helmholtz-Institut, RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
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/ Stefan Kowalewski / Rolf Rossaint
  • Fachübergreifende Klinik für Operative Intensivmedizin, Universitätsklinikum Aachen, RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
  • Klinik für Anästhesiologie, Universitätsklinikum Aachen, RWTH Aachen, Aachen, Deutschland
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Published Online: 2009-10-06 | DOI: https://doi.org/10.1515/BMT.2009.036

Zusammenfassung

Die Anwendung extrakorporaler Lungenunterstützungsverfahren auf der Intensivstation ist bei schwerstem akutem Lungenversagen (ARDS) mit fortbestehender Hypoxie eine etablierte Therapie, obwohl der Einsatz von Regelungs- und Sicherheitskonzepten bisher höchstens ansatzweise realisiert ist. Ziel dieser Übersichtsarbeit ist die Darstellung technischer Verbesserungen, die die Sicherheit und Leistungsfähigkeit der verwendeten Systeme steigern und die Darstellung von Konzepten für Sicherheit und Regelung der Systeme, die die Anwendung optimieren und sicherer gestalten könnten. Technische Innovationen sind die Verwendung neuer plasmadichter Kompositemembranen in den Oxygenatoren und neuer Blutpumpen mit verlängerter Haltbarkeit und reduzierter Blutzellschädigung. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung einer arterio-venösen pumpenlosen Lungenunterstützung (pECLA), die einen Oxygenator mit vermindertem Druckabfall integriert, zur Vereinfachung des klinischen Managements und der Vermeidung Pumpen-bezogener Komplikationen. Erste Systeme für die dezidierte extrakorporale Membranoxygenierungs-Therapie (ECMO-Therapie) wurden mittlerweile entwickelt, um einfache Kontroll- und Sicherheitskonzepte in die ECMO zu integrieren. Diese sind aber immer noch nicht ausreichend, um die spezifischen Probleme der ECMO beim Langzeiteinsatz auf der Intensivstation zu lösen. Eine zuverlässigere Anwendung der ECMO auch ohne kontinuierliche Überwachung durch einen Kardiotechniker erfordert beispielsweise automatisierte Kontroll- und Sicherheitskonzepte zusätzlich zu verbesserten ECMO-Systemen. Ein weiterer Vorteil wäre der vereinfachte Intra- und Interhospitaltransport von Patienten mit ECMO.

Abstract

In some cases of severe acute respiratory distress syndrome, hypoxemia occurs despite optimized conservative therapy; however, extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) can assure sufficient gas exchange. To increase safety and reliability of devices, the oxygenator design was optimized integrating new plasma-resistant composite membranes and new blood pumps are used with longer durability and reduced blood cell damage. Another approach is the use of an arterio-venous pumpless extracorporeal lung assist (pECLA) using an oxygenator with reduced pressure drop to simplify management and to avoid pump-related complications. First attempts were made to integrate basic control and safety concepts in ECMO circuits, but this does not seem to be sufficient to overcome the specific problems of ECMO (long-term use and limited supervision of the intensive care unit). The integration of sophisticated automated control and safety concepts in combination with revised ECMO circuits could allow a more reliable application of ECMO of the intensive care unit without continuous observation by a perfusionist. Easier intra- and interhospital transfer of patients with running ECMO would be another advantage.

Keywords: akutes Lungenversagen; Automatisierung; extrakorporale Lungenunterstützung; extrakorporale Membranoxygenierung; modellbasierte Sicherheitskonzepte; Regelungstechnik; acute respiratory distress syndrome; automation; control engineering; extracorporeal lung support; extracorporeal membrane oxygenation; model-based safety concepts

About the article

Korrespondenz: Dr. med. Rüdger Kopp, Fachübergreifende Klinik für Operative Intensivmedizin Erwachsene, Universitätsklinikum Aachen, RWTH Aachen, Pauwelsstr. 30, 52074 Aachen, Deutschland Phone: +49-241-8035020 Fax: +49-241-803380444


Received: 2009-05-29

Accepted: 2009-09-04

Published Online: 2009-10-06

Published in Print: 2009-10-01


Citation Information: Biomedizinische Technik/Biomedical Engineering, Volume 54, Issue 5, Pages 289–297, ISSN (Online) 1862-278X, ISSN (Print) 0013-5585, DOI: https://doi.org/10.1515/BMT.2009.036.

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[1]
Ruedger Kopp, Ralf Bensberg, Andre Stollenwerk, Jutta Arens, Oliver Grottke, Marian Walter, and Rolf Rossaint
Artificial Organs, 2016, Volume 40, Number 10, Page 992

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