Lungenbildgebung mittels optischer Kohärenztomografie
Die maschinelle Beatmung ist ein unverzichtbarer Bestandteil der modernen medizinischen Versorgung. Besonders im intensivmedizinischen Bereich gilt die Beatmungstechnik als lebensrettende Sofortmaßnahme und stellt auch bei langfristiger Behandlung die grundlegende Funktion der Atmung sicher. Die Wahl der Beatmungsstrategie ist entscheidend für den Genesungsprozess bei Patienten mit bestehenden Lungenerkrankungen, die eine langfristige künstliche Beatmung benötigen. Eines der schwerwiegendsten Phänomene ist das ARDS (acute respiratory distress syndrom), welches als Folgeerscheinung einer Lungenschädigung (z. B. Inhalation von Salzwasser, Vergiftung, Traumata) auftreten kann und hauptsächlich durch eine lebensgefährliche Verringerung des Gasaustausches in der Lunge gekennzeichnet ist. ARDS muss zwingend intensivmedizinisch behandelt werden, wobei die Beatmungstechnik unmittelbaren Einfluss auf den Verlauf der Symptome dieser Krankheit hat. Trotz modernster Technik liegt die Sterblichkeitsrate immer noch bei 30 - 70 %.
Allerdings birgt die heutzutage angewendete Form der Überdruckbeatmung auch Risiken. Gerade bei langfristiger künstlicher Beatmung von Patienten mit bestehenden Lungenerkrankungen, kann das empfindliche Lungengewebe durch die maschinelle Beatmung selbst zusätzlich geschädigt werden (VILI = ventilator induzed lung injury). Daher ist es das Ziel von Medizinern und Ingenieuren im Rahmen des DFG Forschungsschwerpunktes PAR - protective artificial respiration, schonende und protektive Beatmungsformen zu entwickeln. Grundlage ist die Erstellung numerischer Lungenmodelle, mit deren Hilfe neue Beatmungskonzepte entwickelt und getestet werden können, ohne Studien an Patienten durchführen zu müssen. Entscheidend für diesen Prozess ist das genaue Verständnis der geometrischen und funktionellen Zusammenhänge der Lunge und deren einzelner Bestandteile. Die Arbeitsgruppe Klinisches Sensoring und Monitoring beschäftigt sich als Kooperationspartner in diesem Forschungsprojekt mit der in vivo Bildgebung alveolarer Strukturen mit Hilfe der Optischen Kohärenztomografie, um Daten über die dynamischen Vorgänge in der Lunge während der künstlichen Beatmung zu erhalten. Ein Projekt unserer Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Kombination von Fluoreszenzmikroskopie und OCT, um funktionelle und strukturelle Information über das Lungengewebe zu erhalten. Ein weiteres Projekt zielt auf die Verbesserung der Bildqualität bei der OCT für die strukturellen Untersuchungen ab. Dafür wird ein Flüssigkeitsbeatmungsgerät entwickelt, mit dessen Hilfe Streuverluste deutlich reduziert werden können und dennoch eine in vivo Bildgebung möglich ist. Darüber hinaus bietet die Flüssigkeitsbeatmung interessante medizinische Ansätze für die Therapie und Diagnose, denen in unserer Arbeitsgruppe nachgegangen werden soll.
Links: Dreidimensionale Darstellung eines alveolaren Lumens (grau) mit umgebenden Elastinfasern (rot). Die Aufnahme entstand durch die Kombination der Fluoreszenzmikroskopie mit der OCT-Technik. Die Anfärbung der Elastinfasern für die Fluoreszenzmikroskopie erfolgte mit dem Farbstoff Sulforhodamine B, so dass die funktionellen von den strukturellen Informationen getrennt werden können. Mitte: 3D-Darstellung von Lungengewebe aus einem OCT-Volumenscan. Das Lungengewebe ist rot eingefärbt. Rechts: Segmentierte Lungenbläschen (Alveolen). Durch Auswertung solcher Aufnahmen können Informationen über strukturelle Veränderungen während der Beat mung gewonnen werden.
Eine detailliertere Beschreibung der beiden Teilprojekte finden sie auf den nachfolgenden Seiten.