Forschungskolleg LUMEN

Physikalisches Modell kapillarisierter Gewebekompartimente

Projektziel

Ein physikalisches Modell welches die mechanischen und optischen Eigenschaften kapillarisierter Gewebekompartimente abbildet.

Beschreibung

Die Pulsoxymetrie als essenzielles klinisches Monitoring bietet die Möglichkeit, nichtinvasiv die Sauerstoffsättigung und den Perfusionsindex im peripheren Gewebe optisch zu bestimmen. Die Kalibration solcher Pulsoxymeter ist bisher nur anhand aufwändiger Probandenstudien möglich. Zur Reduzierung dieses Aufwand sowie hinsichtlich der zu erwartenden ethischen Problematik bei der optischen Multiparameterbestimmung (SpO2 + SpCOHb + ctHb + SpMetHb) wird eine unterstützende, instrumentelle Sensorkalibration benötigt.

Für die Entwicklung eines solchen Systems sind die Gewebeeigenschaften als physikalisches Modell (fluidisch und optisch) zur Verfügung zu stellen. Das Modell bildet die Gefäßkapillaren mittels feiner mikrofluidischer Kanäle (Durchmesser: 6 - 40 μm) in Silikon mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften ab. Für ihre optische Charakterisierung sind spektrophotometrische Methoden und ortsaufgelöste Transmissionsmessungen vorgesehen, während für die fluidische Charakterisierung (Strömungswiderstand, Verformbarkeit, etc.) die Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Kanäle mittels eines optischen Flowmessstandes bestimmt werden.

Ergebnisse

In diesem Teilprojekt ist es gelungen, die Pulsation und Volumenänderung von Fingerkuppen von definierten Personengruppen zu bestimmen und statistisch auszuwerten. Diese Daten sind die Grundlage für das entwickelte physikalische Modell von kapillarisierten Fingerkuppen. Mit diesem lassen sich jetzt die gleichen fluidischen Pulsamplituden realisieren, wie sie an realen Fingerkuppen auftreten, mit dem Unterschied, dass sie am Modell nach Bedarf von Null bis zu einem Grenzwert reproduzierbar variiert werden können. Das Modell kann jetzt als "Trainer" eines Kalibrators für Pulsoximeter genutzt werden. Weiter konnten optische Transmissionskurven von Methylenblau und Kupfer(II)-Chlorid bestimmt werden. Durch Mischung der beiden Farbstoffe können unterschiedliche Exktinktionsverhältnisse von 660 nm und 940 nm erreicht werden. Eine solche Mischung kann als Blutersatzstoff durch die Kanäle des Fingermodells fließen.

Projektleitung

Prof. Dr. rer. nat. Bodo Nestler
Medizinische Sensor- und Gerätetechnik
Fachhochschule Lübeck

Verantwortliche Wissenschaftler

Dipl.-Ing. (FH) Benjamin Weber, M.Sc.
Medizinische Sensor- und Gerätetechnik
Fachhochschule Lübeck

Projektpartner

Prof. Dr. rer. nat. Christian Hübner
Institut für Physik
Universität zu Lübeck

Prof. Dr. med. Hartmut Gehring
Klinik für Anästhesiologie
UK S-H, Campus Lübeck

R. Neumann
Philips Medizinsysteme
Böblingen