HSR macht die Lunge bei künstlicher Beatmung sichtbar

Von Willi Meissner

Rapperswil-Jona. – Auf den ersten Blick sieht das Gebilde auf dem Bildschirm aus wie ein Eierkopf mit leuchtenden Augen. Tatsächlich ist es ein Bild der Lunge von Josef Brunner – bewegt und in Echtzeit. Erzeugt durch ein Verfahren namens Elektro Impendaztomographie (EIT).

Brunner ist CEO der Firma Swisstom aus Landquart. Diese hat zusammen mit dem Institut für Mikroelektronik und eingebettete Systeme (IMES) an der Hochschule für Technik Rapperswil ein Verfahren entwickelt, um eine Lunge sichtbar und damit deren künstliche Beatmung sicherer zu machen. Denn weltweit werden pro Jahr rund 49 Millionen Menschen künstlich beatmet. Auf Intensivstationen oder während einer Operation. Bei rund 15 Prozent wird es gefährlich, die Lunge kollabiert. 39 Prozent der Patienten, die bei der Beatmung kollabieren, sterben.

Blick in die Lunge soll Leben retten

Bisher müssen sich Ärzte auf ihre Erfahrung verlassen, um einen Lungenkollaps rechtzeitig zu erkennen und Gegenmassnahmen einzuleiten.

Swisstom will das zusammen mit dem IMES ändern und eine Echtzeitüberwachung der Lungenfunktion ermöglichen. Die Hälfte der Kosten finanziert die Kommission für Technologie und Innovation des Bundes.

Das IMES hat Swisstom bei zwei Projektteilen unterstützt. Es hat einen Sensorinterfacechip entwickelt. Mehrere davon werden in einen Gürtel eingebracht, der dem Patienten umgelegt wird. Die Chips senden sehr schwache, nicht spürbare und ungefährliche Stromstösse ab und messen, wie der Strom durch den Körper fliesst.

«Optimal funktionierende Teile der Lunge leiten Strom anders als kollabierte Bereiche», erklärt IMES-Institutsleiter Paul Zbinden. Die Daten, welche die Sensorchips aufnehmen, werden in einer Recheneinheit verarbeitet. Diese Daten werden dann mit einem am IMES entwickelten Verfahren auf dem Bildschirm sichtbar gemacht. So genügt einem Arzt ein Blick auf den Bildschirm, um zu sehen, ob die Lunge während der künstlichen Beatmung richtig funktioniert.

Noch ist das Produkt nicht auf dem Markt. Ein Folgeprojekt soll auch das Herz mit dem gleichen Verfahren sichtbar machen. Swisstom CEO Brunner zieht bereits ein positives Fazit: «Wir brauchten überdurchschnittliche Forschung mit Praxisbezug. Die Professoren des IMES kommen aus der Praxis und zeichnen sich durch Exzellenz und Praxisbezug aus.»

Das bisherige Resultat spreche für sich. Innert kürzester Zeit sei es dem IMES zusammen mit dem Lieferanten Microdul aus Zürich gelungen, einen Mikrochip für Swisstom zu entwickeln, der den Anforderungen gerecht werde.

Mikroelektronik als bessere Lösung

Laut IMES-Leiter Zbinden ist das Projekt ein typisches Beispiel für die Arbeit am Institut. Die 20 Mitarbeiter seien in den Bereichen Mikroelektronik, Embedded System Design, Embedded Software Engineering, Sensorik und Systemdesign kompetent. «Wir verstehen das ganze Produkt sowie die nötigen Prozesse und können Unternehmen bei fehlendem Know-how oder zu geringer Kapazität auch punktuell unterstützen», sagt Zbinden. Die Hilfe höre aber nicht bei Forschung und Entwicklung auf. «Wichtig ist auch die wirtschaftliche Beratung.»

Häufig seien elektronische Lösungen teuer, vergleichsweise gross und würden zudem mehr Strom als Mikrochips verbrauchen. «Wir können rasch ermitteln, ob eine mikroelektronische Lösung wirtschaftlicher und allenfalls technisch sinnvoller sein kann», sagt Zbinden.

Dabei müsse nicht immer die technologisch aktuellste Stufe der Mikroelektronik zum Zuge kommen. «Häufig reicht eine pragmatische Lösung.»

Denn Mikrochips rechnen sich wegen den hohen Initialkosten bei der Produktion häufig erst in der Masse jenseits der 250 000. Mit bewährteren Herstellungsprozessen seien aber teils bereits Stückzahlen ab 10 000 wirtschaftlich sinnvoll realisierbar, so Zbinden.

Ein weiterer Vorteil der Mikroelektronik sei der Kopierschutz. «Fachleute können entschlüsseln, wie elektronische Platinen funktionieren», sagt der Institutsleiter. Bei einem Mikrochip sei das nahezu unmöglich.

Weitere Informationen auf www.imes.hsr.ch