Patient Customized Engineering -PaCE -

Transkript

1 Patient Customized Engineering -PaCE - Patientenorientierte und -adaptierte medizintechnische Lösungen für die kardiovaskuläre Therapie

2 Personalisierung - Patientenadaptierung Fokus auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen als besonders relevantes Krankheitsgebiet (Haupttodesursache in den Industrienationen) Entwicklung patientenadaptierter medizintechnischer Komponenten, Geräte und Systeme im Sinne der personalisierten Medizin Individueller Zuschnitt von Diagnostik und Therapie auf die pathologische Bedarfslage des Patienten, unter Nutzung molekularer Erkenntnisse und Technologien Verbesserung der Interaktion zwischen dem technischen System einerseits und dem betroffenen Organsystem andererseits

3 Konsortium

4 Cluster Development Koordination, Kooperation und Service für die Clusterentwicklung Integration und Verflechtung der zahlreichen Aspekte und Partner in der Region Mobilisierung der Synergiepotentiale zur Stärkung der Innovationsfähigkeit und Wettbewerbsstärke der Unternehmen Aachener Region als themenspezifisches Cluster der personalisierten Medizintechnik für die kardiovaskuläre Therapie etablieren

5 TemRas Telemedizinisches Rettungsassistenzsystem

6 Ziele des Projekts TemRas Realisierung einer umfassenden, nahtlosen und situationsgerechten Versorgungskette kardiovaskulärer Notfälle durch Telemedizin Informationstechnologische Unterstützung der notfallmedizinischen Versorgungsprozesse im Rettungsdienst Etablierung einer Telenotarzt-Zentrale für Rettungsdienste in NRW -Live-Übertragung behandlungsrelevanter Daten -Unterstützung von Rettungsteams im Einsatz durch erfahrene Notärzte Systemeinführung in 5 Rettungsdienstbereichen in NRW -Evaluationsphase von August 2012 bis Juli 2013 mit 6 RTW

7 Das Telemedizinische Rettungsassistenzsystem

8 BioMon - HF Biomonitoring bei Herzinsuffizienz Folie Nr

9 BioMon HF Biomonitoring bei Herzinsuffizienz Herzinsuffizienz (HF) ist eine der chronischen Krankheiten mit der höchsten Sterblichkeit im Alter Unbehandelte Begleiterkrankungen wie Herzrhythmusstörungen und Schlaf-Apnoe können den Krankheitsverlauf zusätzlich verschlechtern Ziel des Projektes: Entwicklung von Sensorik und Algorithmen zur Früherkennung von Verschlechterungen des HF Krankheitsbildes und von Begleiterkrankungen durch Monitoring v. a. während der nächtlichen Schlafphase (ca. 30% des Tages) Führt zu verbesserter Patientenbeobachtung, Vermeidung von Notfällen und Entlastung von medizinischem Personal => enormes Kostensenkungspotential

10 Results: BioMon - HF Biomonitoring in heart-failure Biomonitoring in Heart Failure - Keep an eye on heart failure especially at night Biomon-HF partners developed innovative sensors and algorithms for measuring i. e. during the nocturnal sleep period in heart failure and related co-morbidities (hypertension, arrhythmia, and sleep apnoea syndrome). The sensors have been successfully evaluated for feasibility in five clinical studies at UK Aachen involving 125 patients. WP bio-impedance sensor for early detection of HF exacerbation WP nocturnal blood pressure monitoring with improved patient comfort WP in-ear PPG sensor for detection of arrhythmia and apnoea WP ballistocardiography (BCG) bed sensor for detection of arrhythmia and apnoea Example Results: PSG reference measurements BCG bed sensor able to detect sleep apnoea episodes: BCG bed sensor signal 20+ publications and talks (journals and conferences) The Biomon-HF sensors demonstrate the way forward towards patient-customized tele-health solutions for chronic heart failure management building on sensor guided therapy management and early detection of comorbidities at home. It is anticipated that this will lead to preventable complications and emergencies and reduction of disease consequences which are a very important advantages for the patient, cause a relief of medical staff and thus offer an enormous potential for improvements and cost savings in health care.

11 I 3 -Assist Individual, Interactive & Integrated Cardiopulmonary Assist

12 I 3 -Assist Individual, Interactive & Integrated Cardiopulmonary Assist Ziel: Modularisierung von Herz- Lungen-Maschine (HLM) und Lungenunterstützung (ECMO) Umschaltung HLM ECMO ohne Systemwechsel Anpassung an die individuelle Patientengröße Anpassung an den jeweiligen Behandlungsbedarf ECMO Pumpe Luft- Elimination (AED) I 3 -Assist Entnahme- Kanüle Kardiotomie Reservoir Oxy Oxy Oxy Oxygenator Oxy Oxy Oxy Rückgabe- Kanüle Hämofilter HLM Erwachsene Wärmetauscher Wärmetauscher mit Kühlung Neugeborene

13 Patim Entwicklung & Bildgebung patientenoptimierter Implantate

14 Patim Entwicklung und Bildgebung patientenoptimierter Implantate Kardiovaskuläre Implantate - bisher nicht patientenadaptiert - benötigen zusätzliche Therapie (z.b. Antikoagulation) - relativ hohe Komplikationsrate (v.a. Restenose, Leakage ) Fragestellung: Kann die molekulare Bildgebung genutzt werden, um die Gewebereaktion auf biofunktionalisierte / tissue engineerte Gefäßimplantate zu erfassen und somit die Grundlage für eine individualisierte kardiovaskuläre Prothetik legen? Ziele: - Herstellung / Optimierung patientenoptimierter Implantate Patchstrukturen für die Herzchirurgie Gefäßprothesen biofunktionalisierte Stentstrukturen - (Molekulare) Bildgebung der Implantate des Implantateinbaus und Implantatumbaus der Implantatbesiedelung durch verschiedene Zellen

15 Partner Methodik - Arbeitsprogramm Implantatentwicklung AP1 Patientenoptimierte Patientenoptimierte Implantatentwicklung AME, 3T GmbH, ITA, Matricel GmbH AME, 3T GmbH, ITA, Matricel GmbH AP2 Biofunktionalisierung IMCAR, LLT, AME-EMI IMCAR, LLT, AME-EMI AP3 Präklinische Präklinische Implantattestung AME-TE, IMCAR, AME-Chir AME-TE, IMCAR, AME-Chir PharmedArtis GmbH PharmedArtis GmbH Implantat-Imaging AP4 Transplantatmarkierung ExMI ExMI Zellmarkierung & Molekulare Sonden ExMI, NUK ExMI, NUK AP6 MRT-PET-Hybridbildung Philips Philips AP5 P1 Institut für Experimentelle Molekulare Bildgebung (ExMI, UKA) P2 Institut für Angewandte Medizintechnik (AME, UKA) - Tissue Engineering (AME-TE, UKA) - Experimentelle Medizin & Immuntherapie (AME-EMI, UKA) - Abtl. Experimentelle Chirurgie (AME-Chir, UKA) P3 Institut für Molekulare Herz-Kreislaufforschung (IMCAR, UKA) P4 Klinik für Nuklearmedizin (NUK, UKA), MPI Köln P5 Lehrstuhl für Lasertechnik (LLT, RWTH) P6 Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA, RWTH) Patientenmonitoring biologisierter Implantate P7 3T TextilTechnologieTransfer GmbH, Aachen (3T GmbH, RWTH) P8 Matricel GmbH (Herzogenrath) P9 Pharmed Artis GmbH (Aachen) P10 Philips Technologie GmbH Forschungslaboratorien (PFL, Aachen) Implantatentwicklung: Herstellung: Stent, Gefäßprothese, Patch Biochemische Funktionalisierung Zellbesiedelung in vitro / in vivo Präklinische Evaluation (in vitro / in vivo) MRT-PET-Hybridbildgebung: Transplantatmarkierung: USPIO, 19 F-NPs Zellmarkierung: USPIO Mol. Bildgebung der Gewebereaktion: PET

16 Implantate und deren Bildgebung Tissue Engineering eines Dialyse-Shunts 1*10 6 Zellen/mL 10*10 6 Zellen/mL 5*10 6 Zellen/mL 20*10 6 Zellen/mL Abb.1: Dialyse-Shunts (Fibrin- Gel beschichtetes Scaffold) Abb.2: Einfluss der Zellzahl auf Reißfestigkeit und Kollagensynthese

17 Implantate und deren Bildgebung 2D-Scaffold-Prototyp (favorisiert für Patch) Implantat Markierung Patch nicht markiert Methode 1 markiert Methode 2 markiert Zellbesiedelung

18 MRT-PET-Hybridbildgebung (Philips) Unterstützung multimodaler Daten -Tests mit CT, PET, multiplen MR-Kontrasten Umsetzung des Workflows in Arbeitsschritte -Erste integrierte Anwendung Segmentierung PET T2w-MR Registrierung & Fusion CT

19 MiGi Multifunctional Image Guided Interventions

20 MiGi Multifunctional Image Guided Interventions Entwicklung von MR-kompatiblen Führungsdrähten (FD) neue Materialien (Faserverbundstoff) neuartige Produktionsverfahren unterschiedliche Eigenschaften über die Länge des FD patienten- / anwendungs-adaptiertes Design durch Einsatzmöglichkein in der MRT Verzicht auf Röntgenuntersuchungen

21 Results: MiGi Multifunctional Image Guided Interventions Evaluation of optimum coating process (pretreatment, friction coefficient, wear resistance) Adaptation of mechanical properties in continuous process Coefficient of slide friction Cycle no. 3-layered body Rigid shaft Hydrophilic coating Soft tip MRI markers Successful in-vivo testing with real-time MRI sequence Optimization of marker setup (different marker materials, concentrations and distances)

22 HyTher Interventionelle Hybridtherapie HyTher Image-guided interventional hybrid therapy

23 HyTher Interventionelle Hybridtherapie Entwicklung und Verbesserung bildgeführter Eingriffe Ziel: Genauigkeit und Sicherheit komplexer bildgesteuerter Prozeduren erhöhen Strahlenbelastung und Eingriffsdauer vermindern Bilddatenzusammenführung von interventionellem Ultraschall und präinterventionellem 3D C-Arm CT-Datensatz Schaffung patientenspezifischer, anpassungsfähiger 3D-Modelle Entwicklung einer Navigationsplattform für die elektromagnetische Instrumentennavigation Realisierung und Integration von Korrekturalgorithmen für den Ausgleich der Atembewegung stehen im Mittelpunkt

24 Erzielte Ergebnisse: Planungs-/Navigationssoftware, 3D-Visualisierung Funktionsmuster Planungsmoduls: Auffinden von Navigationszielpunkten in hochauflösenden CT-Bilddatensätzen

25 Instrumententwicklung: Fenestrierung Aortenprothese Instrumententwicklung: TIPSS (AP 2/4/5) Folie Nr. 25

26 3D Beschleunigungssensor Atemkompensation (AP 3) Gesucht: Atemgating zur Kontrolle der prä- und interventionellen Atemlage Detektion der Atemlage Atemzyklus Atemmodus Auflagefläche 3D Beschleunigungssensor aufgespannte Ebene Synchronisation imss mit Bildgebung Navigationssystem 3D Beschleunigungssensor Stand Atemgetriggerte Bildgebung Detektion des expiratorischen Minimums mit Accelerometern Triggersignal über EKG- Eingang weitergeleitet an CT Ohne Atemdetektion Mit Atemdetektion

27 Results: HyTher - Image-guided interventional hybrid therapy Electromagnetically-navigated TIPS Successful placement of prosthesis Electromagnetically-navigated TIPS Successful placement of prosthesis Computed tomography MIP

28 PaCE: Patient Customized Engineering

29 Dieses Projekt wird unterstützt durch