Klinische Forschung und Entwicklung

Klinik für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie

In der „Klinischen Forschung und Entwicklung“, unter der Leitung von Oberarzt PD Dr. M. Friedrich, werden vorwiegend technische Lösungen für den Fachbereich der chirurgischen Herzmedizin aber auch für andere praxisrelevante Problemstellungen entwickelt.

Hier sind als Ergebnis jahrelanger Forschungsarbeit 5 Lösungen mithilfe der MBM Sciencebridge patentiert worden. Diese Lösungen werden aktuell mit Industriepartnern in der Praxis evaluiert, fortentwickelt oder auch für den Markt aufbereitet, damit die Forschungsergebnisse auch schlussendlich den Patient*innen bzw. dem in der Patientenbetreuung tätigen Personal zugutekommen.

Die Forschungsgruppe um Dr. Friedrich ist gut vernetzt mit anderen Forschungsinstituten in der Region, aber auch überregionalen Instituten und Firmen.

Entwicklung des Turbulence Controlled Suction System (TCSS)

Bluttransfusionen sind weltweit zunehmend nur begrenzt verfügbar und haben neben bekannten kurzfristigen Risiken (Unverträglichkeitsreaktionen, Inkompatibilitäten, Organfolgen bei notwendiger Politransfusion) auch immunmodulationsbedingte Langzeitwirkungen (z.B. Einfluss auf den Verlauf maligner Erkrankungen). Gerade in der Herz- und Gefäßchirurgie kann es verfahrensbedingt (z.B. erfolgen Operation bei aufgehobener Blutgerinnung), aber auch durch die zu behandelnde Erkrankung selbst, zu erheblichen Blutverlusten kommen, die ein sorgsames „Patient-Blood-Management“ (PBM) voraussetzen.

In der zuletzt veröffentlichten Novelle der Richtlinie zur Hämotherapie (2017) wurde festgelegt, dass eine Rückführung des „intra- oder postoperativ gesammelten Wund- oder Drainageblutes ohne vorherige Aufarbeitung (Waschen) aufgrund einer Gefahr einer Gerinnungsaktivierung, Zytokin – und eventueller Endotoxineinschwemmung sowie Einschwämmung anderer biologisch aktiver Substanzen nicht zulässig ist“ (Richtlinie Hämotherapie 2017;  2.6.4 Maschinelle Autotransfusion, S. 32).

Das TCSS wurde an der UMG über einen längeren Zeitraum entwickelt und patentiert. Es stellt ein völlig neues Verfahren dar, mit dem man Blut automatisiert überwacht und gesteuert schonend aus dem OP-Feld absaugen kann. Die bisherigen Forschungsergebnisse sind vielversprechend, so dass wir an einem Verfahren arbeiten, welches eine bisher nicht erreichte Integrität und Qualität des intraoperativ gesaugten Blutes sicherzustellen vermag, so dass unmittelbare Retransfusionen möglich erscheinen und Fremdblutgaben reduziert werden könnten. Aktuell wird der fertige Prototyp gemeinsam mit der Industrie für einen weltweiten Einsatz weiterentwickelt, vorbereitet und als validiertes Medizinprodukt auf den Weg gebracht. Ein Teil dieser Entwicklung ist mit Bundesmitteln finanziert (gefördertes Kooperationsprojekt FA ATMOS, Lenzkirch Germany unter Zusammenarbeit mit dem Institut für Transfusionsmedizin der UMG (PD Dr. Riggert, Dr. Holger Budde)). Das TCSS ist patentiert und von der UMG auslizenziert.

Friedrich MG, Bougoukas J, Vormfelde S, Tirilomis T: A new device for intraoperative blood suction avoiding turbulences. BMJ Innovations 2018; 4:91-97.

Budde H, Riggert J, Vormfelde S, Tirilomis T, Friedrich MG. The effect of a novel turbulence-controlled suction system in the prevention of hemolysis and platelet dysfunction in autologous surgery blood. Perfusion. 2019 Jan;34(1):58-66. doi: 10.1177/0267659118790915. Epub 2018 Jul 27. PMID: 30052109.

Projekt-Mitarbeiter: Pascal Richardt - Arzt u. wissenschaftlicher Mitarbeiter

Strömungsoptimierung für blutleitende Strukturen

Im Rahmen der TCSS Entwicklung (s.o.) zeigte sich die Bedeutung der geometrischen Ausgestaltung von (insbesondere außerhalb des Körpers betrieben) blutleitenden Strukturen (Sauger, Kanülen, Verteiler usw.). In einer Zusammenarbeit mit Physikern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Mathematikern des MPG für Dynamik und Selbstorganisation und der experimentellen NMR-Forschung am MPG arbeiten wir an der Optimierung von Strömungsprofilen verschiedener geometrischer Ausführungen – auch für Kunstherzsysteme. In diesem Projekt arbeiten wir ebenso mit Wissenschaftlern der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst (HAWK Göttingen) zusammen. Ziel ist es, die Strömungsbedingungen für Blut möglichst so zu gestalten, dass die Integrität des geförderten Blutes erhalten bleibt. In diesem Projekt bewerben wir uns gemeinsam um Fördergelder.

Aktuell wurde als Zwischenschritt ein wesentlich verbesserter Einmalsauger mit neuer Geometrie entwickelt und im Rahmen einer Bachelorthesis eines Ing. für Kardiotechnik klinisch überprüft. Die sich daraus ergebenden Verbesserungsvorschläge wurden in die nun noch weiter verbesserte Geometrie eingearbeitet.

Hier sind 2 Patente erarbeitet worden.

Friedrich MG, Tirilomis T, Kollmeier JM, Wang Y, Hanekop GG. Modifications of Surgical Suction Tip Geometry for Flow Optimisation: Influence on Suction-Induced Noise Pollution. Surg Res Pract. 2018 Nov 21;2018:3074819. doi: 10.1155/2018/3074819. PMID: 30584578; PMCID: PMC6280577.

Erarbeitung neuer Möglichkeiten einer Muskelnaht am Herzen

Die chirurgische Naht nach Myokardverletzungen (als Folge von Herzinfarkten, Komplikationen durch Schrittmachersonden oder Kathetern, Komplikationen bei Herzoperationen (z.B. Reoperation), penetrierenden Herzverletzungen) ist bis heute eine nicht optimal gelöste Herausforderung, die regelhaft der Unterstützung durch eine Herz-Lungen-Maschine bedarf. Wir haben eine völlig neue Methode einer Herz-Naht bzw. eines Verschlusssystems entwickelt, die wir aktuell an Schweineherzen verifizieren und in dynamischen Versuchen zur Praxistauglichkeit fortentwickeln. In Zusammenarbeit mit Mathematikern des MPG für Dynamik und Selbstorganisation entwickeln wir ein angepassten 3D-Myokardmodell zur Planung dieser besonderen Nahtformationen.

Im Rahmen der Untersuchungen zur Dissertationsschrift (Fr. Cand. Med. Anna-Regina Kramer) entwickelten wir ein Pseudo-Beating-Heart-Model. Hier können wir unter physiologischen Wandspannungsverhältnissen an frisch entnommenen Schweineherzen die Nahtsysteme ausgiebig testen. Die aktuellen Ergebnisse haben wir auf der Jahrestagung unserer Fachgesellschaft (DGTHG) vorgetragen. Aktuell wird die Geometrie der Verschlusssysteme aufgrund der Untersuchungsergebnisse angepasst um ein bestmögliches und einfach anzuwendendes System vorstellen zu können.

Literaturangabe

Beeinflussung des Postoperativen Delirs und Wohlbefindens

Das insbesondere auch nach Herzoperationen auftretende postoperative Delir ist bei hoher Inzidenz regelhaft ein flüchtiger Vorgang, der aber teilweise gravierende Komplikationen nach sich ziehen kann. Es gibt viele systematische Arbeiten zu potentiellen Ursachen – allerdings wenige in der Praxis umsetzbare Ideen, wie man diesen Umstand verhindern – oder zumindest im Verlauf abmildert könnte. Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Psychosomatik führten wir eine aufwendige Studie gemeinsam mit unseren am Herzen zu operierenden Patient*innen durch, indem wir Ihnen die Hilfe einer differenzierten psychotherapeutischen Betreuung anbieten. In einer länger angelegten Studie (iCope) untersuchen wir diese Effekte gegenüber einem Kontrollkollektiv. In einem weiteren Studienarm untersuchen wir Effekte einer besonderen Applikation einer neurotransmitterbeeinflussenden Lichtdosis und dem Angebot durch virtuelle Realität (VR-Brille) eine Erweiterung des Erfahrungsraumes anzubieten.     
Hierzu wurde eine spezielle Beleuchtungsfläche für bettlägerige Patient*innen entwickelt, die eine einfache Applikation einer definierten Lichtdosis auch beim schlafenden oder bewusstlosen Patient*innen erlauben. Weiterhin arbeiten wir an einem Früherkennungsverfahren, indem eine Echtzeitsprachanalyse durchgeführt wird, wobei verschiedenste in der Sprachmelodie und Ausdruckform versteckte Items auf einem Hochleistungs-Cluster-Rechner ausgewertet werden sollen. Hier stehen wir noch vor großen, aber spannenden Herausforderungen.

Fortentwicklung des Silent Operating Theatre Optimisiation System (SOTOS) bzw. Silent Laborytory Optimisation System (SLOS)

Das SOTOS ist eine neue auf einer komplexen Audioworkstation programmierten Lösung, die über Jahre entwickelt wurde und weiter fortentwickelt wird. In SOTOS erfolgt neben einer umfassenden an die Arbeitsumgebung angepasste Geräuschunterdrückung ein völlig neues Informationsmanagement, indem wesentliche akustische Informationen, die im Betrieb eines hochtechnisierten OP-Saales wesentlich sind, in einer Matrix erfasst und gezielt an die einzelnen Personen ausgegeben werden. Die im Rahmen von Herzoperationen und Operationen mit DaVinci in der Urologie durchgeführten Studien in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Kommunikationspsychologie (Prof. Boos) zeigen eine signifikant verbesserte Performance im chirurgischen Team. Es ergeben sich einige weiterführende Möglichkeiten und neuen Einsatzgebiete. Bisher sind hier unsere Studien in drei wissenschaftlichen Niederschriften veröffentlicht worden, zwei weitere sind in Arbeit.

Diese zur Marktreife gebrachte Lösung wird aktuell im Zentral-OP der Universitätsmedizin eingeführt und hinsichtlich Vernetzungsfähigkeit von OP-Sälen untereinander, zum Management, zu Hörsälen und Sekretariaten evaluiert und weiter ausgebaut. Um dieses lärmmindernde Kommunikations- und Informations-Management-System auf dem Markt verfügbar zu machen, wurde im Auftrag des Vorstandes der Universitätsmedizin ein StartUp gegründet: Silent HighTech Solutions GmbH (www.silent-ht-solutions.com).

Friedrich MG, Boos M, Pagel M, Thormann T, Barakdar A, Russo SG, Tirilomis T: A new technical solution to minimize noise exposure for surgical staff:The “Silent Operating Theatre Optimisation System” BMJ Innov 2017;0:1–10. doi:10.1136/bmjinnov-2016-000188

Imke Meyer-Lamp, Margarete Boos, Lisa S Schugmann, Conrad Leitsmann, Lutz Trojan, Martin G Friedrich: Silent operating theatre optimisation system for positive impact on surgical staff-members' stress, exhaustion, activity and concentration in urological da Vinci surgeries.
BMJ Innov 2020;0:1–10. doi:10.1136/bmjinnov-2019-000413

Leitsmann, C., Uhlig, A., Popeneciu, … Boos, M; Friedrich M: The Silent Operation Theatre Optimisation System (SOTOS©) to reduce noise pollution during da Vinci robot-assisted laparoscopic radical prostatectomy. J Robotic Surg (2020). https://doi.org/10.1007/s11701-020-01135-x

Aktuell entwickeln wir ein Industrie 4.0 Konzept gemeinsam mit der Uni Hannover (Prof. Chr. Will) und der Uni Göttingen (Prof. Boos, Sozial- und Kommunikationspsychologie). Hier untersuchen wir die gesundheits- und verfahrensrelevanten Effekte in hochtechnisierter Industrieumgebung. 

Zum System wurden zwei Patente erarbeitet. Aktuell wird ein StartUp als Ausgründung der UMG vorgenommen.

Vortrag

Determinanten der Chirurgischen Leistungsfähigkeit in HighTech-Umgebungen

Die Leistungsfähigkeit eines Teams in hochtechnisierter OP-Umgebung hat hohen Impact auf das outcome und die Sicherheit unserer Patient*innen. Die dort geltenden Umstände und Zusammenhänge sind sehr komplex. Mit zunehmender Erkenntnistiefe in diesem speziellen Arbeitsumfeld werden Prinzipien und Empfehlungen entwickelt, wie die Leistungsfähigkeit weiter zu verbessern ist. Dabei spielt auch der längerfristige Gesundheitsschutz der einzelnen Teammitglieder eine wichtige Rolle. Dieses Thema erlangt zunehmend Bedeutung. Hier arbeiten wir auch an Themen wie Beeinflussung hochkomplexer Aufgaben mit besonderer Musik. Wie muss man die Arbeitsumgebung gestalten, um möglichst erfolgreich sein zu können. An diesem Thema arbeiten wir gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Kommunikationspsychologie (Prof. Boos).

Artificial Intelligence (AI) gesteuertes Tubus-Management

Das Thema "Beatmung" hat durch COVID-19-Erkrankungen nochmals an Bedeutung gewonnen. 

Wir entwickeln aktuell ein Verfahren, ein Tubus-Management-System von Sensoren bis zur Datenanalyse mit Datenaufbereitung zum Generieren von Entscheidungshilfen.

OP-Raum-Management-System

Das Raum-Management zum Betreiben eines modernen OP-Saales ist nicht trivial. Hier gibt es weiterhin einige kaum bewusste und daher nicht gesteuerte „Umstände“, die die Patientensicherheit und die Performans des OP-Teams negativ beeinflussen. Wir entwickeln ein System zum Aufzeigen relevanter „Zustände“, die die Verfahrenssicherheit einer laufenden Operation in bisher nicht möglicher Weise darstellen, um bekannte, aber bisher kaum zu adressierende Einflussfaktoren und damit auch die Patientensicherheit zu verbessern.

Kontakt

Oberarzt / Leiter Klinische Forschung und Entwicklung

Priv. Doz. Dr. med. Martin Friedrich

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