Über 40’000 Kinder wurden letztes Jahr in Europa mit einem Herzfehler geboren. In schweren Fällen benötigen die Betroffenen eine Operation am offenen Herzen, was nur möglich ist, wenn ein künstlicher Herzstillstand induziert wird. Dabei wird der Blutkreislauf unterbrochen. Eine Herz-Lungen-Maschine (HLM) stellt dann während der Operation den Blutkreislauf sicher, indem eine Pumpe die Funktion des Herzens und ein Oxygenator diejenige der Lunge übernimmt.
Autor: Jasper Hüchting, Flow Process Engineer ETH
Eine solche Operation betrifft allein in der Schweiz jedes Jahr ungefähr 200 Neugeborene, wobei der Einsatz einer Herz Lungen-Maschine in dieser Altersgruppe immer wieder zu irreversiblen neurologischen Komplikationen führt, die das Leben des Patienten oder der Patientin langfristig beeinträchtigen können.
Mithilfe eines Magnetresonanztomographie-(MRT-) Scans vom Gehirn während des Betriebs der Herz-Lungen- Maschine könnte eine mögliche Schädigung des Gehirns überwacht und zukünftig möglicherweise verhindert werden. Aufgrund der starken magnetischen Felder ist ein MRT-Gerät jedoch inkompatibel mit vielen anderen medizinischen Geräten, darunter auch mit der herkömmlichen Herz-Lungen-Maschine. Um das zu ändern, arbeitet die Product Development Group Zurich (pd|z) der ETH Zürich mit dem Universitätsspital Zürich zusammen. Im Rahmen des Fokusprojekts «byPulse» haben wir, acht Bachelorstudierende der Studiengänge «Maschineningenieurwissenschaften» und «Informationstechnologie und Elektrotechnik» der ETH, die weltweit erste Herz-Lungen-Maschine entwickelt, die mit dem MRT-Scanner kompatibel ist.
Um dies zu erreichen, wurden wir von verschiedenen Abteilungen des USZ unterstützt. Anfangs waren wir viel im Austausch mit der Herzchirurgie unter der Leitung von Omer Dzemali und der Kardiotechnik, die das Herz operieren bzw. die Herz-Lungen-Maschine während der Operation bedienen. Mit der Unterstützung von Martin Schmiady hatten wir die Möglichkeit, mehrere Operationen zu beobachten und dabei viel über den Einsatzbereich der Herz-Lungen-Maschinen zu erfahren. Zudem wurde uns durch Tobias Aigner, Leiter der Kardiotechnik, die Funktionsweise moderner (nicht MRT-kompatibler) Herz-Lungen-Maschinen nähergebracht. Über das gesamte Projekt hinweg waren wir auch im regelmässigen Austausch mit der Kardiotechnik, entweder, um Fragen zu klären oder Feedback professioneller Anwender zu unserem System zu
bekommen.
Ein wichtiger Teil des Projekts bestand im Testing und in der Validierung der unterschiedlichen Prototypen und des finalen Produkts. Vor allem für das Testen der Kompatibilität unserer Modelle mit dem MRTScanner wurden wir fachlich erheblich vom Institut für Biomedizinische Technik unter der Leitung von Roger Lüchinger unterstützt. In dieser Phase haben wir viel über die Möglichkeiten gelernt, die Kompatibilität der HLM mit dem MRT-Scanner sicherzustellen. Die Ergebnisse dieser Arbeiten durften wir mehrfach mit einem kommerziellen MRT-Scanner des USZ testen, um zu garantieren, dass unser System nicht durch die Magnetfelder gestört und die Bildgebung des MRT-Geräts nicht behindert wird.
Somit wurde durch eine erfolgreiche Kollaboration des USZ und der ETH eine vollständig funktionsfähige Herz-Lungen Maschine entwickelt, die kompatibel mit dem MRT-Scanner ist. Wir hoffen, somit einen Beitrag geleistet zu haben, um den kleinsten Patienten einen sorgenfreien Start ins Leben zu verschaffen. Damit die Herz-Lungen-Maschine von «byPulse» im Spital angewendet werden kann, muss sie noch mit vielen weiteren Tests zertifiziert werden. Diese werden wieder mithilfe des USZ durchgeführt.
