Textination Newsline

Hautverletzungen durch anhaltenden Druck entstehen häufig bei Menschen, die ihre Position nicht selbstständig verändern können – etwa erkrankte Neugeborene im Spital oder ältere Menschen. Empa-Forschende bringen jetzt dank erfolgreicher Partnerschaften mit Industrie und Forschung zwei smarte Lösungen für das Wundliegen auf den Weg.

Lastet längere Zeit zu viel Druck auf unserer Haut, nimmt sie Schaden. Zu den Bevölkerungsgruppen, die einem hohen Risiko für derartige Druckverletzungen ausgesetzt sind, gehören beispielsweise Menschen im Rollstuhl, Neugeborene auf der Intensivstation oder Betagte. Die Folgen sind Wunden, Infektionen und Schmerzen.

Die Behandlung ist aufwändig und teuer: Jährlich entstehen Gesundheitskosten von rund 300 Millionen Schweizer Franken. "Darüber hinaus können bestehende Erkrankungen durch derartige Druckverletzungen verschlimmert werden", sagt Empa-Forscher Simon Annaheim vom "Biomimetic Membranes and Textiles"-Labor in St. Gallen. Nachhaltiger wäre es, so Annaheim, den Gewebeschäden vorzubeugen, um sie gar nicht erst entstehen zu lassen. Zwei aktuelle Forschungsprojekte unter Beteiligung der Empa bringen nun entsprechende Lösungen voran: Entwickelt wird hierbei eine Druck-ausgleichende Matratze für Neugeborene auf der Intensivstation und ein textiles Sensorsystem für querschnittsgelähmte Personen und bettlägerige Menschen.

Optimal gebettet am Start des Lebens
Dabei sind die Ansprüche der Haut je nach Alter völlig unterschiedlich: Bei Erwachsenen stehen die Reibung der Haut auf der Liegefläche, physikalische Scherkräfte im Gewebe und eine fehlende Atmungsaktivität von Textilien als Risikofaktoren im Vordergrund. Die Haut von Neugeborenen, die intensivmedizinisch behandelt werden, ist dagegen per se äusserst empfindlich, jeder Flüssigkeits- und Wärmeverlust über die Haut kann zum Problem werden. "Während diese besonders verletzlichen Babys gesundgepflegt werden, sollte die Liegesituation keine zusätzlichen Komplikationen hervorrufen", so Empa-Forscher Annaheim. Dass herkömmliche Matratzen die Lösung für Neugeborene mit ganz unterschiedlichem Gewicht und verschiedenen Erkrankungen sein können, glaubt er nicht. Das Team um Annaheim sucht daher mit Forschenden der ETH Zürich, der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) und des Universitäts-Kinderspital Zürich nach einer optimalen Liegefläche für die zarte Kinderhaut. Diese Matratze müsste sich individuell an den Körper anpassen können, um Kindern bei einem schwierigen Start ins Leben helfen zu können.

Hierzu ermittelten die Forschenden zunächst die Druckverhältnisse an den verschiedenen Körperregionen von Neugeborenen. "Unsere Drucksensoren haben gezeigt, dass Kopf, Schultern und untere Wirbelsäule die Zonen mit dem grössten Risiko für Druckstellen sind", sagt Annaheim. Diese Ergebnisse flossen in die Entwicklung einer luftgefüllten Matratze der besonderen Art ein: Ihre drei Kammern können mit Hilfe von Drucksensoren und einem Mikroprozessor über eine elektronische Pumpe präzise so befüllt werden, dass der Druck an den jeweiligen Stellen minimiert wird. Eine an der Empa entwickeltes Infrarot-Laser-Verfahren erlaubte es dabei die Matratze aus einer flexiblen, mehrschichtigen und hautschonenden Polymermembran ohne störende Kanten zu erzeugen.

Nach einem mehrstufigen Entwicklungsprozess im Labor durften erste kleine Patientinnen und Patienten auf dem Prototyp der Matratze liegen. Der Effekt machte sich sofort bemerkbar, als die Forschenden die Matratze je nach den individuellen Bedürfnissen der Babys unterschiedlich stark mit Luft füllten: Gegenüber einer herkömmlichen Schaumstoffmatratze reduzierte der Prototyp den Druck auf die gefährdeten Körperstellen um bis zu 40 Prozent.

Nach dieser erfolgreichen Pilotstudie wird der Prototyp in den Empa-Labors nun weiter optimiert. Demnächst starten Simon Annaheim und Doktorand Tino Jucker eine grösser angelegte Studie mit der neuen Matratze mit der Abteilung für Intensivmedizin & Neonatologie am Kinderspital Zürich.

Intelligente Sensoren beugen vor
In einem weiteren Projekt arbeiten Empa-Forschende daran, den sogenannten Dekubitus-Gewebeschäden bei Erwachsenen vorzubeugen. Hierbei werden die Risikofaktoren Druckbelastung und Durchblutungsstörung in hilfreiche Warnsignale umgewandelt.

Liegt man längere Zeit in der gleichen Position, führen Druck und Durchblutungsstörungen zu einer Unterversorgung des Gewebes mit Sauerstoff. Während der Sauerstoffmangel bei gesunden Menschen einen Reflex ausgelöst, sich zu bewegen, kann dieser neurologische Feedback-Loop etwa bei Menschen mit Querschnittslähmung oder bei Koma-Patienten gestört sein. Hier können smarte Sensoren helfen, frühzeitig vor dem Risiko eines Gewebeschadens zu warnen.

Im Projekt "ProTex" hat ein Team aus Forschenden der Empa, der Universität Bern, der Fachhochschule OST und der Bischoff Textil AG in St. Gallen ein Sensorsystem aus smarten Textilien mit zugehöriger Datenanalyse in Echtzeit entwickelt. "Die hautverträglichen textilen Sensoren enthalten zwei verschiedene funktionelle Polymerfasern», sagt Empa-Forscher Luciano Boesel vom "Biomimetic Membranes and Textiles"-Labor in St. Gallen. Neben Druck-sensitiven Fasern integrierten die Forschenden lichtleitende Polymerfasern (POFs), die der Sauerstoffmessung dienen. "Sobald der Sauerstoffgehalt in der Haut abfällt, signalisiert das hochempfindliche Sensorsystem ein steigendes Risiko für Gewebeschäden", erklärt Boesel. Die Daten werden dann direkt an den Patienten oder das Pflegepersonal übermittelt. So könne etwa eine liegende Person rechtzeitig umgelagert werden, bevor das Gewebe Schaden nimmt.

Patentierte Technologie
Die Technologie dahinter beinhaltet auch ein an der Empa entwickeltes neuartiges Mikrofluidik-Nassspinnverfahren für die Herstellung von POFs. Es erlaubt eine präzise Steuerung der Polymerkomponenten im Mikrometerbereich und eine sanftere, umweltfreundlichere Verarbeitung der Fasern. Das Mikrofluidik-Verfahren ist eines von drei Patenten, die bisher aus dem "ProTex"-Projekt hervorgegangen sind.

Ein weiteres Produkt ist ein atmungsaktiver Textilsensor, der direkt auf der Haut getragen wird. Das 2023 aus dem Projekt entstandene Spin-off "Sensawear" in Bern treibt derzeit die Markteinführung voran. Darüber hinaus ist Empa-Forscher Boesel überzeugt: "Die Erkenntnisse und Technologien aus "ProTex" werden künftig weitere Anwendungen im Bereich der tragbaren Sensorik und der smarten Kleidung ermöglichen."

Wenn Sie schon einmal genäht wurden oder einen chirurgischen Eingriff hatten, haben Sie vielleicht eine Wundnaht erhalten. Das sind die Fäden, die zum Schließen von Wunden oder zum Zusammenfügen von Gewebe zu anderen Zwecken verwendet werden.

Aber wussten Sie, dass es verschiedene Arten von Nahtmaterial gibt, die sich auf Ihre Erfahrungen beim Arzt oder Chirurgen auswirken können?

So können beispielsweise „barbed sutures“ (chirurgisches Nahtmaterial mit Widerhaken) die Zeit, die Sie auf dem Operationstisch verbringen, verkürzen und die Wahrscheinlichkeit chirurgischer Komplikationen verringern. Diese Art von Naht hat ihre Wurzeln im amerikanischen Forschungsdreieck der drei Universitäten North Carolina State University, Duke University und University of North Carolina at Chapel Hill, sie wird von Studenten und Lehrkräften des Wilson College of Textiles weiterentwickelt.

Dr. Gregory Ruff, ein landesweit anerkannter plastischer Chirurg, erfand den innovativen Verschluss erstmals 1991 in Chapel Hill, North Carolina.

„Ich habe darüber gegrübelt, dass wir Wunden mit einer Schlaufe und einem Knoten zusammennähen, und wenn man sie zu fest zusammenbindet, kann das die Durchblutung einschränken und das Gewebe in der Schlaufe zerstören“, erinnert sich Dr. Ruff. Ich habe weiter über Tiere nachgedacht, und mir kam der Stachelschweinkiel in den Sinn. Und das Aha-Erlebnis war: ‚Was wäre, wenn wir einen Stachel auf der einen Seite der Wunde anbringen und einen anderen auf der anderen Seite der Wunde, so dass es keine Schlaufe gibt: Die Stacheln gehen rein, aber sie kommen nicht wieder raus?‘“

Wie der Name schon sagt, haben Widerhaken-Nähte kleine Fortsätze, die aus ihnen herausschießen und sich im Gewebe verankern können: Denken Sie an Stacheldraht oder einen Angelhaken. Diese „Stacheln“ oder Widerhaken ermöglichen es dem Nahtmaterial, sich selbst zu verankern. Da kein Knoten zur Sicherung der Naht erforderlich ist, erfolgt der Verschluss schneller, und das Fehlen von Knoten und einschnürenden Schlingen fördert die Heilung. Zudem können Chirurgen dadurch auch mehr Operationen terminieren.

Bald nach seinem Aha-Erlebnis gründete Dr. Ruff sein eigenes Unternehmen, Quill Medical, um diese Widerhaken-Nähte herzustellen. Er verfügte zwar über das medizinische Fachwissen und einen soliden Geschäftspartner, doch suchte Dr. Ruff jemanden, der ihn in Bezug auf die Materialzusammensetzung des Nahtmaterials beraten konnte. Die biomedizinische Textilforschungsgruppe des Wilson College unter der Leitung von Professor Martin King erwies sich schnell als der geeignete Partner.

In den Laboren des Wilson College führten Kings Doktoranden eine Reihe von Tests mit Ruffs Nahtmaterial in verschiedenen Gewebetypen (wie Haut, Muskeln usw.) durch. Einer dieser Studenten, Nilesh Ingle, fand heraus, dass die Widerhaken am besten funktionierten, wenn ihre Winkel speziell auf die Art des zu nähenden Gewebes zugeschnitten waren.

Jahre danach baut einer von Kings derzeitigen Doktoranden auf diesen Forschungsergebnissen auf.

Herausforderungen verstehen und innovative Lösungen anbieten
Fast drei Jahrzehnte nach der Erfindung der Widerhaken-Naht verwenden die meisten Chirurgen trotz der von Forschern und Chirurgen dokumentierten Vorteile immer noch herkömmliche Nähte. Aber wieso?

Karuna Nambi Gowri, Doktorandin der Faser- und Polymerwissenschaften in Kings Forschungsgruppe, nennt dafür zwei Gründe. Der erste Grund ist der Widerstand gegen Veränderungen. Die meisten praktizierenden Chirurgen haben den Umgang mit Nahtmaterial gelernt, bevor chirurgisches Nahtmaterial mit Widerhaken auf breiter Front verfügbar wurde.

Das zweite Hindernis für die Verwendung von solchen Widerhakenfäden ist ihre Beschaffung. Widerhaken-Nähte sind in der Regel sowohl teuer als auch schwer zu beschaffen. Das liegt daran, dass das derzeitige Verfahren zu ihrer Herstellung (mechanisch und mit Klingen) sowohl zeitlich als auch ressourcenmäßig ineffizient ist.

Hier setzt die Forschung von Nambi Gowri in der Forschungsgruppe für biomedizinische Textilien des Wilson College an. Sie entwickelt eine schnellere und billigere Methode zur Herstellung von Nahtmaterial mit Widerhaken in der gleichen Qualität.

„Wenn ich mit einem Laser arbeite, ist die Herstellungszeit im Vergleich zu einer mechanischen Widerhakentechnik ziemlich kurz“, so Nambi Gowri.

Der Wechsel von einer mechanischen Methode zu einer Lasermethode hat einen weiteren Vorteil. „Die Manipulation des Widerhakennahtmaterials selbst ist mit einem Laser einfacher“, betont sie.

Mit anderen Worten: Der Einsatz des Lasers ermöglicht es Nambi Gowri, die von früheren Forschern vorgeschlagenen individuellen Widerhakengeometrien oder -winkel in kommerziellem Maßstab anzuwenden. Mit diesen maßgeschneiderten Geometrien kann das Nahtmaterial mit Widerhaken für die Art des Gewebes, das es verbinden soll, optimiert werden.

Neben dem neuen Verfahren entwickelt Nambi Gowri auch ein neues Nahtmaterial. „Ich bin die erste, die Catgut-Nähte mit Widerhaken untersucht hat“, erklärt sie.

Catgut war eines der ersten Materialien, die zur Herstellung von Nahtmaterial verwendet wurden. Der Faden wird aus Gewebe hergestellt, das dem Magen eines Tieres entnommen wird. Während die Industrie von diesem Material zugunsten synthetischer Polymere abgerückt ist, sieht Nambi Gowri das Potenzial von Catgut für Widerhaken-Nähte, da es sich schnell abbaut.

„Dies sind nützliche externe Wundverschlüsse“, sagt sie. „Da unser Körper so viel Kollagen enthält und Catgut zu 90 % aus Kollagen besteht, ist es ein geeigneteres Polymer, das in menschlichem Gewebe verwendet werden kann."

Praktische Erfahrungen prägen die Forschung
In der Zwischenzeit hat Nambi Gowri praktische Erfahrungen gesammelt, die sie in ihre Forschung einfließen lässt, indem sie alle Widerhakennähte herstellt, die bei den Mikro-Facelift-Operationen von Dr. Ruff verwendet werden.

Die Operation selbst wird durch die Form und die Materialzusammensetzung des Nahtmaterials ermöglicht: Poly-4-hydroxybutyrat (P4HB). Dieses Polymer ist in unserem Körper bereits natürlich vorhanden, so dass Nahtmaterial aus P4HB mit der Zeit auf natürliche und sichere Weise vom Körper aufgenommen wird. Das bedeutet, dass die Patienten nach der Operation keinen Termin für die Entfernung des Nahtmaterials vereinbaren müssen.

P4HB bietet außerdem die perfekte Kombination aus Festigkeit und Elastizität, um das Gesichtsgewebe zu stabilisieren, bis die Wunde verheilt ist. Die Widerhaken hingegen ermöglichen es, die Naht zu platzieren und sicher in der Haut zu verankern, ohne dass große Schnitte erforderlich sind.

„Die Haut strafft sich sofort“, sagt Dr. Ruff über das Verfahren, das Patienten aus dem ganzen Land anzieht. „Ich muss also keine Haare entfernen und keine Narbe am Haaransatz hinterlassen.“

“Diese Fäden sind weltweit nicht im Handel erhältlich. Um Nahtmaterial mit Widerhaken in unterschiedlicher Größe zuverlässig und einheitlich für den Einsatz in der klinischen Praxis mechanisch zu verarbeiten, braucht man also Geschick, Erfahrung und Kenntnisse in der Qualitätskontrolle“, sagt Professor King über die Arbeit von Nambi Gowri.

Dadurch hat Karuna ein praktisches Verständnis für die Nähte gewonnen, die sie zu verbessern hofft. Ihr Wissen über Fasern und Polymere habe dabei eine Schlüsselrolle gespielt, um alle Aspekte ihrer Forschung anzugehen.

„Alle analytischen Techniken, die für die Charakterisierung von Nahtmaterial verwendet werden - wie die Bestimmung mechanischer Eigenschaften und die Messung der Zugfestigkeit - stammen eigentlich aus meinem Wissen über Textilien“, sagt sie. „Ich wende meine Kenntnisse in der Polymerchemie an, um sicherzustellen, dass der Laser nicht dazu führt, dass das Nahtmaterial degradiert, schmilzt oder thermische Schäden erleidet.“

Wie geht es weiter?
Nambi Gowri arbeitet an der Patentierung ihrer Entwürfe und ist zuversichtlich, dass sie mit ihrer Dissertation nach ihrem Abschluss im Bereich Forschung und Entwicklung (F&E) erfolgreich sein wird.

In der Zwischenzeit hat sie bereits herausgefunden, wie ihre Forschung einen breiteren Nutzen haben kann.

„Dr. Dan Duffy, DVM, ein Chirurg am NC State College für Veterinärmedizin, ist ebenfalls an der Verwendung von Widerhaken-Nähten interessiert, um gerissene und kaputte Sehnen bei seinen Tieren zu behandeln, aber er hält die Kosten für den Kauf von kommerziellen Widerhaken-Nähten für unerschwinglich. Wir müssen also zusammenarbeiten", sagt King. „Karuna als Retterin!“

Tuser Biswas forscht mit dem Ziel, moderne medizinische Textilien zu entwickeln, die sowohl der Umwelt als auch der menschlichen Gesundheit zugutekommen. Textilien mit antimikrobiellen Eigenschaften könnten den Einsatz von Antibiotika verringern.

Seine Arbeit umfasst Forschungs- und Lehrtätigkeiten auf dem Gebiet der textilen Materialtechnologie. Das aktuelle Forschungsvorhaben befasst sich mit dem ressourceneffizienten Tintenstrahldruck von Funktionsmaterialien auf verschiedenen textilen Oberflächen für fortschrittliche Anwendungen.
 
Die konventionelle Textilindustrie verschlingt natürliche Ressourcen in Form von Wasser, Energie und Chemikalien. Eine ressourceneffizientere Art, Textilien herzustellen, ist der Tintenstrahldruck. Tuser Biswas, der vor kurzem seine Doktorarbeit im Fachbereich Textile Materialtechnologie verteidigt hat, versucht, Methoden für funktionelle Textilien zu entwickeln. Er hat gezeigt, dass es möglich ist, Enzyme auf Textilien zu drucken. Enzyme sind Proteine, die im Körper als Katalysatoren fungieren, da sie chemische Prozesse in Gang setzen, ohne sich selbst zu verändern. Sie könnten zum Beispiel in Medizintextilien mit antimikrobiellen Eigenschaften oder zur Messung biologischer oder chemischer Reaktionen eingesetzt werden.

„Seit der industriellen Revolution verwendet unsere Gesellschaft eine Fülle von synthetischen und aggressiven Chemikalien. Unsere Forschung zielt darauf ab, diese Chemikalien durch umweltfreundliche und biobasierte Materialien zu ersetzen“, so Tuser Biswas.
 
Vielversprechende Ergebnisse mit Enzymen auf Textilien
Es war nicht ganz einfach, eine gute Enzymtinte zu entwickeln, und es bedurfte mehrerer Versuche, bis er schließlich zu seiner großen Freude erfolgreiche Ergebnisse erzielte. Tuser Biswas erklärte, das wichtigste Ergebnis sei der Nachweis, dass ein gedrucktes Enzym ein anderes Enzym an die Oberfläche eines Stoffes binden könne. Obwohl die Aktivität der Enzyme nach dem Druck um 20-30 Prozent abnahm, sind die Ergebnisse dennoch vielversprechend für zukünftige Anwendungen. Gleichzeitig hat die Arbeit neue Erkenntnisse zu vielen grundlegenden Fragen des Druckens von Biomaterialien auf Gewebe geliefert.

„Bevor wir mit dem Projekt begannen, fanden wir mehrere ähnliche Studien, die sich auf die Herstellung eines fertigen Produkts konzentrierten. Aber wir wollten die grundlegenden Herausforderungen dieses Themas untersuchen, und jetzt wissen wir, wie es funktionieren kann“, so Tuser Biswas.
Er bemüht sich nun um eine Finanzierung, um seine Forschungen fortzusetzen, und hat bisher einen Zuschuss von der Sjuhärad-Sparkassen-Stiftung erhalten. Während der Tage des Wissens im April 2023 präsentierte er seine Forschungsergebnisse vor Vertretern der Stadt Borås und der Wirtschaft, der Sjuhärad-Sparkassen-Stiftung und der Universität Borås.
     
Medizintextilien statt Antibiotika
Tuser Biswas hofft, dass die weitere Forschung im Bereich der Textiltechnologie Alternativen zum Einsatz von Antibiotika bieten kann. Angesichts der zunehmenden Antibiotikaresistenz ist dies nicht nur lokal, sondern weltweit ein wichtiges Thema.

„Anstatt den Patienten mit Antibiotika zu behandeln, kann man präventiv und effektiver handeln, indem man die Bakterien an der Oberfläche schädigt, wo sie zu wachsen beginnen. Zum Beispiel in einem Wundverband. Antimikrobielle Mittel auf Nanopartikelbasis können das Wachstum wirksam reduzieren. Dies ist möglich, da Nanopartikel besser mit der Bakterienmembran interagieren können und das Ziel leichter erreichen als herkömmliche Antimikrobiotika."

Patienten mit schweren Atemwegs- oder Lungenerkrankungen benötigen intensive Behandlung und ständige Kontrolle der Lungenfunktionen. Fraunhofer-Forschende haben im Projekt »Pneumo.Vest« eine Technologie entwickelt, bei der Akustiksensoren in einer Textilweste die Lungengeräusche erfassen. Eine Software setzt die Signale in eine visuelle Darstellung um. Auf diese Weise können Patientinnen und Patienten auch außerhalb von Intensivstationen fortlaufend überwacht werden. Die Technologie erweitert die Diagnosemöglichkeiten und verbessert die Lebensqualität der Betroffenen.

Das Stethoskop gehört seit mehr als 200 Jahren zum täglichen Arbeitswerkzeug von Medizinern und gilt als Symbol für die ärztliche Kunst schlechthin. In TV-Krankenhaus-Serien eilen Ärzte mit Stethoskop um den Hals über die Flure. Tatsächlich können erfahrene Ärztinnen oder Ärzte damit erstaunlich genau Herztöne und Lungengeräusche abhören und dementsprechend Krankheiten diagnostizieren.

Doch nun bekommt das Stethoskop Verstärkung. Forschende am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS am Standort Berlin haben im Projekt Pneumo.Vest eine Textilweste mit integrierten Akustiksensoren entwickelt, die eine leistungsfähige Ergänzung zum klassischen Stethoskop darstellt. In der Vorder- und Rückseite der Weste sind Akustiksensoren auf Piezokeramik-Basis eingearbeitet. Diese registrieren rund um den Thorax jedes noch so leise Geräusch, das die Lunge produziert. Eine Software nimmt die Signale auf und gibt diese elektrisch verstärkt aus. Zusätzlich erscheint eine visuelle Darstellung der Lunge auf einem Display. Da die Software die Position jedes einzelnen Sensors kennt, platziert sie dessen Daten gleich an der entsprechenden Stelle. So entsteht ein detailreiches akustisches wie optisches Szenario der Belüftungssituation aller Lungenbereiche. Das Besondere daran: Da das System die Daten permanent erfasst und speichert, kann die Untersuchung zu jedem beliebigen Zeitpunkt ohne Beisein des Krankenhauspersonals erfolgen. Außerdem zeigt Pneumo.Vest den Status der Lunge im zeitlichen Verlauf an, also beispielsweise über die vergangenen 24 Stunden. Auch die klassische Auskultation direkt am Patienten ist selbstverständlich möglich. Doch anstelle der manuellen und punktuellen Auskultation mit dem Stethoskop kommen viele Sensoren gleichzeitig zum Einsatz.

»Pneumo.Vest will das Stethoskop nicht überflüssig machen und ist auch kein Ersatz für die Fähigkeiten erfahrener Pneumologen. Doch eine Auskultation oder auch ein Lungen-CT stellen immer nur eine Momentaufnahme zum Zeitpunkt der Untersuchung dar. Der Mehrwert unserer Technik besteht darin, dass sie ähnlich wie ein Langzeit-EKG die kontinuierliche Überwachung der Lunge erlaubt, und zwar auch dann, wenn der Patient oder die Patientin nicht an Geräten auf der Intensivstation angeschlossen, sondern auf der Normalstation untergebracht ist«, erläutert Ralf Schallert, Projektleiter am Fraunhofer IKTS.

Machine-Learning-Algorithmen unterstützen die Diagnose
Herzstück der Weste ist neben den Akustiksensoren die Software. Sie ist für die Speicherung, Darstellung und Analyse der Daten zuständig. Mit ihr kann der Arzt oder die Ärztin das akustische Geschehen in einzelnen Lungenbereichen gezielt auf dem Display betrachten. Der Einsatz von Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung ermöglicht eine gezielte Bewertung akustischer Signale. So ist es beispielsweise möglich, den Herzschlag herauszufiltern oder charakteristische Frequenzbereiche zu verstärken. Lungengeräusche wie Rascheln oder Röcheln sind dann viel deutlicher hörbar.

Die Forschenden am Fraunhofer IKTS entwickeln darüber hinaus Machine-Learning-Algorithmen. Diese sind zukünftig in der Lage, die komplexe Geräuschkulisse im Thorax zu strukturieren und zu klassifizieren. Die endgültige Bewertung und Diagnose nimmt dann die Pneumologin oder der Pneumologe vor.

Entlastung von Intensivstationen
Auch die Patientinnen und Patienten profitieren von der digitalen Sensor-Alternative. Mit angelegter Weste können sie ohne ständige Beobachtung durch das medizinische Personal genesen. Sie können auf die Normalstation verlegt und vielleicht sogar nach Hause geschickt werden und sich weitgehend frei bewegen. Die Lunge wird trotzdem fortlaufend kontrolliert und eine plötzlich eintretende Verschlechterung sofort an das medizinische Personal gemeldet.

Erste Tests mit Personal an der Klinik für Intensivmedizin der Universität Magdeburg zeigen, dass das Konzept in der Praxis aufgeht. »Das Feedback von Ärztinnen und Ärzten war überaus positiv. Die Kombination aus Akustiksensoren, Visualisierung und Machine-Learning-Algorithmen wird in der Lage sein, eine Reihe von unterschiedlichen Lungengeräuschen zuverlässig zu charakterisieren«, erläutert Schallert. Auf die Technik freut sich auch Dr. Alexander Uhrig von der Universitätsmedizin Berlin. Der Spezialist für Infektiologie und Pneumologie an der renommierten Charité war einer der Initiatoren der Idee: »Pneumo.Vest adressiert genau das, was wir brauchen. Wir bekommen damit ein Instrument, das die Diagnosemöglichkeiten erweitert, unser Klinikpersonal entlastet und den Klinikaufenthalt für die Patientinnen und Patienten angenehmer gestaltet.«  

Die Technologie ist in erster Linie für Beatmungspatienten konzipiert, doch sie eignet sich genauso gut für Menschen in Pflegeeinrichtungen oder auch für den Einsatz im Schlaflabor. Eine weitere Anwendung ist das Training junger Ärztinnen und Ärzte für die Auskultation.

Bedarf für Clinical Grade Wearables steigt
Die Forschenden am Fraunhofer IKTS haben mit Pneumo.Vest ein Produkt konzipiert, das wie gemacht ist für die zunehmend angespannte Situation in Krankenhäusern. So müssen in Deutschland jährlich 385 000 Patienten mit Atemwegs- oder Lungenerkrankungen in stationäre Behandlung. Über 60 Prozent sind länger als 24 Stunden ans Beatmungsgerät angeschlossen. Der aktuelle Anstieg bei Beatmungspatienten während der Corona-Pandemie ist dabei nicht mitgerechnet. Durch die steigende Lebenserwartung rechnet die Medizinbranche auch mit einer Zunahme an älteren Patientinnen und Patienten mit Atemproblemen. Mithilfe der Technik aus dem Fraunhofer IKTS könnten die Krankenhäuser und insbesondere die teuren Intensivstationen entlastet werden, da die Betten nicht mehr so lange belegt werden.

Hinzu kommt, dass der Markt für sogenannte Clinical Grade Wearables (CGW) rapide wächst. Darunter versteht man kompakte medizinische Geräte, die man direkt am Körper trägt und die Vitalfunktionen wie etwa Herzschlag, Sauerstoffsättigung des Blutes, Atemfrequenz oder Hauttemperatur messen. Als flexibel einsetzbares medizinisches Gerät passt Pneumo.Vest bestens zu dieser Entwicklung. Ihr geliebtes Stethoskop werden die Ärztinnen und Ärzte aber auch in Zukunft noch benutzen.

Fraunhofer-Clusterprojekt »M³ Infekt«
Pneumo.Vest ist ein Teil des Clusterprojekts M³ Infekt. Ziel ist es, Monitoringsysteme zur dezentralen Überwachung von Patientinnen und Patienten zu entwickeln. Durch die laufende Überwachung der Vitalfunktionen wird eine Verschlechterung des Zustands schnell erkannt und Maßnahmen zur Behandlung werden veranlasst. M3 Infekt lässt sich auch für viele Krankheitsbilder und Szenarien einsetzen. Die Systeme sind modular und multimodal aufgebaut, sodass Biosignale wie Herzrate, EKG, Sauerstoffsättigung oder Atemfrequenz und -volumen gemessen werden können.

An dem Clusterprojekt unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Dresden arbeiten zehn Fraunhofer-Institute. Als medizinische Partner sind das Klinikum Magdeburg, die Charité – Universitätsmedizin Berlin sowie die Universitätskliniken Erlangen und Dresden eingebunden.

Eine alternde Bevölkerung ist ein entscheidendes Thema für Medizin und Gesundheitsindustrie. Die European Wound Management Association (EWMA) geht davon aus, dass Personen von 65 Jahren oder älter bis 2060 rund 30% der Bevölkerung der EU27 ausmachen werden - im Vergleich zu 17% im Jahr 2008. Der höchste Einwohneranteil von über 80-Jährigen wird 2060 für Italien (14,9%), Spanien (14,5%) und Deutschland (13,2%), gefolgt von Griechenland (13,5%) erwartet.

Die Kosten im Gesundheitswesen steigen exponentiell, insbesondere getrieben von erhöhten Preisen für Medikamente und Geräte bei gleichzeitig wachsender Verbreitung chronischer Krankheiten. Diese Trends haben zu signifikanten Veränderungen in den Dienstleistungen europäischer Krankenhäuser geführt, indem die Anzahl der Krankenhauseinrichtungen und der Betten gesunken ist. Darüber hinaus hat der wachsende Druck zu immer früheren Entlassungen zu einer Verlagerung der Dienstleistungen vom Krankenhaus in die häusliche Umgebung geführt – besonders im Bereich des Wundmanagements.

Besucher und Aussteller der INDEX™17, der weltweit führenden Vliesstoffmesse in Genf vom 4.-7. April 2017, haben die Möglichkeit, sich durch Prof. Dr. Sebastian Probst, Professor für Gewebevitalität und Wundversorgung an der Schule für Gesundheitswissenschaften der Westschweizer Hochschule für angewandte Wissenschaften und Kunst, einen Gesamtüberblick vermitteln zu lassen. „Chronische und stark nässende Wunden können oft zur Anwendung unzuverlässiger und kostspieliger Behandlungen führen“, erklärt Prof. Dr. Probst. „Diese Patienten weisen häufig ein erhöhtes Risiko für Infektionen und verzögerte Heilung auf, was sich enorm negativ auf ihre Lebensqualität sowohl in physischer wie auch psychologischer Hinsicht auswirkt. Hochabsorbierende Vliesstoffverbände werden zunehmend für eine effektivere Wundversorgung verwendet, um Bakterien und Wundsekrete zu entfernen und das Wundbett feucht zu halten. Die Verringerung der Kosten im Gesundheitswesen bei gleichzeitiger Sicherstellung einer hohen Qualität der Pflege bleibt von größter Bedeutung.“ Ein weiterer weniger sichtbarer, aber wichtiger Vorteil ist, dass diese Produkte dazu beitragen können, behandlungsbedingte Infektionen zu reduzieren, die immer noch einen von 18 Patienten jeden Tag in Europa betreffen.

Das umfangreiche dreitägige INDEX™17-Programm präsentiert am 5. April zusammen mit den Marktforschungspartnern WTiN ein Medical & Healthcare-Seminar. Hauptredner ist Prof. Dr. Sebastian Probst, der die wichtigsten Herausforderungen vorstellen wird, denen sich die Medizin stellen muss. Renommierte Experten diskutieren anschließend, inwiefern Vliesstoffe zum Bestehen dieser Herausforderungen beitragen können.

Die Medical & Healthcare Seminar Referenten sind:

• Dr. Parikshit Goswami, Dozent, Direktor für Forschung und Innovation, Leiter des Master-Studiengangs Textiles, Leiter Technology Research, hält ein Grußwort.
• Prof. Dr. Sebastian Probst, DClinPrac, RN, Professor für Gewebevitalität und Wundversorgung an der Schule für Gesundheitswissenschaften der Westschweizer Hochschule für angewandte Wissenschaften und Kunst, referiert zu den globalen Vliesstoff-Trends für Medizintextilien.
• Dionysia Patrinou, Intelligence Manager/Market Strategist, Advanced Medical Materials, World Textile Information Network (WTiN), diskutiert Chancen auf dem medizinischen Markt.
• Paul Greenhalgh, Director of Industrial Design, Team Consulting, wird über einen patientenorientierten Ansatz für die Entwicklung von Medizintechnik sprechen.
• Dr. Bernd Schlesselmann, Head of R&D, Freudenberg Performance Materials, wird die Zukunft von Vliesstoffen in der fortgeschrittenen Wundversorgung aufzeigen.

Die Besucher aus der ganzen Welt haben die Möglichkeit, sich aus erster Hand über die aktuellsten Vliesstoff-Entwicklungen für medizinische Anwendungen zu informieren. Sie können sich online für die INDEX™17 anmelden: www.index17.org