VAD

Verfahren zur Detektion eines erhöhten Risikos für eine Komplikation während des Einsatzes von einem extrakorporalen VAD

Zielstellung des Projektes

EXCOR® Pediatric ist ein parakorporales, pulsatiles Herzunterstützungssystem, kurz VAD („Ventricular Assist Device“). Parakorporal bedeutet, dass sich die Blutpumpen außerhalb des Körpers befinden und über Kanülen mit dem Herzen und den Gefäßen verbunden sind. Mittels eines akustischen Messverfahrens (Ultraschall) sollte die Membranposition sowie die Integrität der Membran überwacht werden.

Die Herausforderung dabei ist, dass zur Realisierung des Vorhabens keine Veränderungen an der Blutpumpe vorgenommen werden dürfen, sowie keine Rückwirkungen des Messverfahrens auf die wesentlichen Leistungsmerkmale der Blutpumpe entstehen dürfen. In diesem Vorhaben soll mittels ausgesandter Schallimpulse und der Auswertung des zugehörigen Echos die Position im Raum geortet werden. Da das Bewegungsverhalten der Membran nicht symmetrisch ist, sondern eher an das Füllen und Entleeren eines Kunststoffbeutels erinnerst, sollen Verfahren des maschinellen Lernens eingesetzt werden.

EXCOR Active Baby Buggy (Berlin Heart GmbH)
Der mobile Antrieb EXCOR® Active der Firma Berlin Heart hilft herzkranken Kindern, die auf das Herzunterstützungssystem EXCOR® angewiesen sind, zu mehr Mobilität und Unabhängigkeit. (Quelle Berlin Heart GmbH)

Projektergebnisse

Im Rahmen des Projekts mit der Berlin Heart GmbH wurde ein vollständiger Demonstrator entwickelt und gefertigt. Eine Herausforderung dabei war die Entwicklung einer geeigneten Einspeisung des Ultraschallsenders und –Empfängers. Dieser sendet dauerhaft 70 Mal pro Sekunde ein spezielles Signal aus und gibt das Echo an die Auswerteeinheit (Datenrecorder + PC) weiter.

Die Algorithmen zum maschinellen Lernen werten die aufgenommenen Signale aus und geben eine Klassifikation der Membranposition, sowie des Membranzustands aus. Anhand des Demonstrators konnten sowohl Langzeittests (24 Stunden), als auch Tests mit verändertem Membranzustand erfolgreich durchgeführt werden. Die Veränderung des Membranzustands wurde durch ein Einpumpen von Luft zwischen die Membranschichten simuliert.

Aufbau des Demonstrators mit simuliertem Blutkreislauf und Ultraschallsende- und -empfangseinheit. Über die Spritze lässt sich ein fehlerhafter Zustand der Membran durch einen Lufteinschluss simulieren
Aufbau des Demonstrators mit simuliertem Blutkreislauf und Ultraschallsende- und -empfangseinheit. Über die Spritze lässt sich ein fehlerhafter Zustand der Membran durch einen Lufteinschluss simulieren
Klassifikation des Membranzustands über fünf Pumpvorgänge. Die Höhe der Balken zeigt die Frequenz-Amplitude bei 39,9 kHz.
Klassifikation des Membranzustands über fünf Pumpvorgänge. Die Höhe der Balken zeigt die Frequenz-Amplitude bei 39,9 kHz.