Die „Lange Nacht der Wissenschaft“ 2011

Juni 7, 2011

Nach einem Jahr Forschungstätigkeit konnten wir auf der diesjährigen „Langen Nacht der Wissenschaft“ unsere ersten Ergebnisse vorstellen. Im Rahmen der Projektpräsentation haben wir das von uns entwickelte Messgerät und die dazugehörige Software präsentiert. Während der Präsentation zeigten wir online den Schluckvorgang auf einem Bildschirm, um den Besuchern den Ablauf der Untersuchung und die ersten Forschungsergebnisse erklären zu können.
Wir haben das vergangene Jahr genutzt, um sowohl die Messmethode als auch den Versuchsaufbau zu optimieren und Fehlerquellen zu beseitigen. Dies umfasste die Evaluierung des Messsystems als auch die Weiterentwicklung einer automatisierten Schluckerkennung. Ausgehend von der Fragestellung, ob es möglich ist, mit der Kombination aus EMG und Bioimpedanz Schluckbewegungen sicher zu erkennen, wurden die ersten gesunden Probanden untersucht. Wie bereits letztes Jahr demonstriert, erfolgten die Untersuchungen mit Oberflächenelektroden. Die ersten statistischen Auswertungen zeigten eine über 90%ige Sicherheit in der Erkennung einer Schluckbewegung. Weitere Untersuchungen konnten nachweisen, dass das Messsignal durch unterschiedliche Mengen und Konsistenzen von Nahrungsmitteln beeinflusst wird, die während der Untersuchung geschluckt werden. Das Geschlecht der Probanden und die Leitfähigkeit der Nahrungsmittel hatten hingegen keinen Einfluss.
Entscheiden für die weitere Nutzung des Messsystems waren die Untersuchungen zur Reproduzierbarkeit des Messverfahrens. Das heißt, ob das Messverfahren in aufeinander folgenden Messungen vergleichbare Messergebnisse zeigt. Wir konnten eine sehr gute Reproduzierbarkeit finden. Damit sind die ersten wichtigen Schritte in Richtung Diagnostikinstrument und Schluckneuroprothese getan.
Zur Zeit erfolgen die ersten Untersuchungen an Schluckpatienten die prüfen, inwieweit das Bioimpedanzmesssignal mit den anatomischen und physiologischen Veränderungen korreliert.
Der Stand befand sich dieses Jahr im Hauptgebäude der TU Berlin im „Haus der Ideen“. Das Interesse an unserer Präsentation war gut. Dabei erwies sich die Präsentation an einem Stand und nicht im Rahmen einer Kurzvorlesung als Vorteil, da besser auf die Fragen und Anmerkungen der Besucher eingegangen werden konnte. Vor allem Menschen, die mit Betroffenen in Kontakt stehen wie Angehörige, Therapeuten oder Pflegekräfte, zeigten ein besonderes Interesse an unseren Forschungsergebnissen.

82. Deutscher HNO-Kongress, Freiburg

Juni 5, 2011

Aus Anlass des 82. Deutschen HNO-Kongress in Freiburg wurden erstmals Ergebnisse des Forschungsvorhabens einer breiteren Öffentlichkeit präsentiert. Nach einer kurzen Erläuterung des Messprinzips und des Messgerätes wurde das Auswertungsverfahren vorgestellt Grundlage ist, dass die endoskopischen Untersuchungen gezeigt haben, dass den Messergebnissen von EMG und Bioimpedanz anatomische und physiologische Korrelate des Schluckvorgangs zugeordnet werden können. Das sind typische Veränderungen in der Mundbodenmuskulatur während der Kehlkopfhebung und die Änderung der Bioimpedanz durch die Kehlkopfhebung bzw. den Pharynxverschluss. Mithilfe der aus den Messergebnissen ermittelten Parameter konnte der Schluckvorgang sicher von ähnlichen Bewegungen wie Kauen, Kopfwendungen oder Sprechen differenziert werden. Weitere Untersuchungen zeigten, dass das Messergebnis für weitere Studien sicher reproduzierbar ist. Damit steht erstmals ein physiologisches Messverfahren zur Verfügung, das ein reproduzierbares Messsignal vom Schlucken erzeugt.

Im Weiteren wurden Einflussfaktoren auf das Messsignal geprüft. Da die Leitfähigkeit des Gewebes Grundlage des Messprinzips ist, haben wir auch den Einfluss der Leitfähigkeit des geschluckten Materials geprüft. Das Messsignal ist unabhängig von diesem Faktor, ebenso von der Geschlechtszugehörigkeit der Probanden. Einfluss nimmt die Konsistenz des geschluckten Materials, es gibt einen Unterschied zwischen den Materialien. Dies ist bereits aus früheren Untersuchungen mit anderen Messverfahren bekannt.

Begonnen wurde nun eine Automatisierung der Messauswertung um die Qualität des Schluckvorgangs bewerten zu können und den idealen Punkt für eine elektrische Stimulation der Muskulatur zu finden.

Vortrag 82. Deutscher HNO-Kongress

Endoskopie und Bioimpedanz

Februar 15, 2011

Im Rahmen der „Langen Nacht der Wissenschaften“ habe wir erstmals Probanden gleichzeitig mit einem Endoskop und der Bioimpedanz untersucht. Unsere ersten Studien haben wir mit Röntgenuntersuchungen gemacht. Im Rahmen des Projektes ist auch noch eine weitere Evaluation des Messverfahrens mit radiologischen Untersuchungen geplant. Bei den radiologischen Untersuchungen können an Hand der Bilddaten exakte Werte gewonnen werden, die eine statistische Korrelation mit der Bioimpedanz ermöglichen. Dies ist mit einer Endoskopie nicht möglich. Dafür können in der Endoskopie die Änderungen des Raumes und einzelne anatomische Details besser wahrgenommen werden.

Das neu entwickelte Messgerät ist nun in der Lage, gleichzeitig Bioimpedanz und EMG über die gleichen Elektroden abzuleiten. Durch eine Änderung im Gerät können jetzt Probanden durch den Untersucher berührt werden. Während bei früheren Geräten es durch die Berührung des Probanden zu einem zusätzlichen Abfluß von elektrischen Strom kam, der das Messsignal veränderte. Dieser Fehler ist nun behoben. Diese Änderungen des Aufbaus machte eine Endoskopie erst möglich.

In den endoskopischen Untersuchungen kann man nun sehen, dass die Änderungen der Messkurven ein anatomisches Korrelat besitzen, also die Abläufe des pharyngealen Schlucks mit dem Messverfahren dargestellt werden können. Diese Einschränkung auf den pahryngealen Schluck ist wichtig, wir können keine Aussage über die Dinge machen, die im Mund stattfinden oder in der Speiseröhre. Allerdings ist der pharyngeale Vorgang von grosser Bedeutung, hier entscheidet es sich, ob der Schluck in die Speiseröhre oder in die Luftröhre gelangt.

In der vorgestellten Untersuchung befindet sich das Endoskop ungefähr in Höhe des Zäpfchens und verbleibt dort während dem Schluckvorgang. Auf den Bildern unten findet sich die Zunge, man sieht den Kehldeckel, oben ist die Rachenhinterwand bzw. die Wirbelsäule zu sehen.

Zu Beginn eines typischen Wasserschlucks sieht man, wie sich die Stimmbänder annähern und schliessen. Dieser Mechanismus, den man unwillkürlich als zusätzlichen Schutzmechanismus erwartet, kommt allerdings nur bei ca. der Hälfte aller Menschen vor. Gleichzeitig sieht man eine Aktivität im EMG. Bevor ein Schluck gestartet wird, wird er im Mund vorbereitet, nach dem Kauen bilden wir mit der Zungen eine Schüssel bevor wir den Schluck in den Pharynx entlassen. Diese Vorbereitung erfolgt durch die Zungen- und Mundbodenmuskulatur, was hier in einer Aktivität im EMG sichtbar wird.

Nun Beginnen wir die Zunge mit dem anhängenden Kehlkopf anzuheben. Der Raum zwischen Zunge und Rachen wir kleiner, was an der Änderung der Bioimpdanzkurve abzulesen ist. Das Prinzip der Bioimpedanz beruht darauf, das man elektrischen Strom durch Gewebe schickt, der an anderer Stelle gemessen wird. Dabei ist die Menge des Stroms, die durch das Gewebe hindurchtritt, von dem dazwischen liegenden Gewebe abhängig. Luft ist ein schlechter Leiter, wenn wir also Luft holen, haben wir eine schlechte Bioimpedanz. Mit dem Anheben der Zunge ist die Mundbodenmuskulatur aktiv, was an dem EMG-Signal abzulesen ist.

Es kommt nun zum Durchtritt von Wasser, dass mit blauer Farbe versetzt ist, damit man es besser sieht. Gleichzeitg wird der Kehlkopf weiter angehoben.

Den kompletten Verschluß des Pharynx kann man in der Endoskopie nicht sehen, durch die Verlegung des Endoskops kommt es zu einem „white out“. Sie ist in der Bioimpedanzkurve mit einem Minimum erkennbar. Daran anschließend kommt es zu einer Rückbewegung von Zunge und Kehlkopf. Der Kehlkdeckel, der sich passiv auf den Kehlkopfeingang gelegt hat, schnellt zurück. Die Bioimpedanzkurve steigt wieder an. Im EMG ist nur noch wenig Aktivität, das Zurücksinken des Kehlkopfes passiert passiv bzw. durch eine Muskulatur die mit dem EMG nicht erfasst wird.

Der Kehlkopf kehrt in seine Ausgangsposition zurück.

Zum Abschluß atmen wir aus, Speisereste, die sich in der Nähe des Kehlkopfes befinden, können auf diese Weise entfernt werden. Die Bioimpedanzkurve kehrt zurück.

Hier noch einmal der Film, der die Messung im Zusammenhang zeigt. Der erste Teil zeigt den tatsächlichen Zeitablauf eines solchen Schluckvorgangs, er dauert weniger als eine Sekunde (Wasserschluck und Bioimpedanz).

Die „Lange Nacht der Wissenschaften 2010“

Februar 2, 2011

Am 5. Juni fand die ‚Lange Nacht der Wissenschaft 2010‘ in Berlin und Potsdam statt. Für uns eine Gelegeheit, das neue Kooperationsprojekt „Bioimpedanz-geregelte Schluckneuroprothese -BigDysPro-“ vorzustellen.  Ein einführender Vortrag vermittelte dem Publikum einen Einblick in die grundlegende Idee des Projektes. In den nächsten Jahren wollen wir eine implantierbare Schluckprothese entwickeln, die es Patienten mit Schluckstörungen ermöglichen soll, über die Bioimpedanzableitung und gleichgeschalteter elektrischer Stimulation sicherer zu schlucken und Aspirationen zu veringern bzw. zu verhindern. Zudem soll es möglich sein, über eine gezielte elektrische Stimulation, im Falle einer Aspiration, einen Hustenstoß oder ein Räuspern auszulösen. Die Ableitung der Bioimpedanz (BI) bietet des Weiteren die Möglichkeit ein nicht-invasives Diagnostikintrument zu entwicklen, dass es Therapeuten ermöglichen soll, den Schluckvorgang objektiv beurteilen zu können.

Dafür wird über festgelegte transkutan aufgeklebte Elektroden sowohl eine EMG- als auch eine Bioimpedanzableitung vorgenehmen. Das EMG gibt uns die elektrische Muskelaktivität während des Schluckvorganges wieder. Die Ableitung der Bioimpedanz (BI) zeigt die Veränderung des elektrischen Widerstandes am Hals während des Schluckvorganges. Von Interesse sind hierbei die äußeren Muskeln des Kehlkopfes, die für dessen Hebung verantwortlich sind.

Für ein besseres Verständnis der Veränderungen in der Bioimpedanz haben wir zeitgleich zu der EMG- und BI-Ableitung eine fiberoptisch-endoskopische Schluckuntersuchung (FEES) durchgeführt und aufgenommen. In der anschließenden Präsentation der Untersuchungsergebnisse war es uns möglich eine Korrelation zwischen dem Bild der FEES und der Bioimpedanzableitung zu zeigen. Der eigentliche Schluck zeigt sich in der FEES mit dem sog. ‚white out‘. Die Bioimpedanzkurve sinkt bei der Hebung des Kehlkopfes ab und zeigt beim Schluck eine ausgeprägte Aktionsspitze (‚peak‘) im negativen Bereich. Die Bewegung des Kehlkopfes in seine Ausgangsposition zeigt sich in der BI-Ableitung durch einen Anstieg der Kurve auf ein annäherndes Ausgangsniveau. Wir haben den Messverlauf in einem Video zusammen gestellt (Wasserschluck und Bioimpedanz).

Mit der Präsentation des Projektes bei der ‚Langen Nacht der Wissenschaften‘ konnten wir zeigen, wo wir mit unserem Projekt stehen, noch ganz am Anfang, und was wir in den nächsten Jahren erreichen wollen, eine implantierbare Schluckprothese.

 

Der Tagesspiegel berichtet über uns

Oktober 10, 2010

 

44. DGBMT Jahrestagung, Rostock

Oktober 9, 2010

Im Rahmen der nationalen Konferenz zur Medizintechnik wurden das geplante Konzept für die Entwicklung einer Schluckneuroprothese und der Stand der Geräteentwicklung vorgestellt. Das Projekt wurde mit Interesse diskutiert.

44. DGBMT Jahrestagung, Rostock, 2010

10th Vienna International Workshop on Functional Electrical Stimulation

September 17, 2010

Im Rahmen eines internationalen Workshops in Wien wurden das Konzept für die geplante Neuroprothese und das Bioimpedanz-Messgerät erstmals vorgestellt.

 

10. IFES, Wien, 2010

Voten der Ethikkommission

April 15, 2010

Voraussetzung für die Forschung am Menschen ist die Einholung eines Votums der Ethikkommission. Dies ist auch bei unseren Forschungsprojekten so, bei denen sowohl freiwillige, gesunde Probanden als auch Patienten untersucht werden sollen.  Die Anträge wurden bereits mit der Bewerbung zum Innovationspreis eingereicht, damit wir frühzeitig mit unseren Versuchen beginnen können.

Ein Antrag umfasst die Beschreibung des Projektes, die Aufklärungs- und Einwilligungsbögen. Der Umfang der geplanten Studien muss durch einen Statistiker geprüft werden, damit verwertbare Ergebnisse entstehen. Diese Unterlagen werden der Ethikkommission der Charité vorgelegt, bei der man zu einer Dikussion geladen wird. Wir haben nun für alle Studien positive Voten erhalten, so dass wir mit den Studien beginnen können. Dies sind die Studien zu den Messverfahren an gesunden Probanden, die Vergleichsstudie von Bioimpedanz und Videofluoroskopie sowie der Pilotstudie für die Bioimpedanz geregelte elektrische Stimulation der Mundbodenmuskulatur.

Es kann los gehen.

Start des Forschungsprojekts

April 1, 2010

Mit dem heutigen Tag hat das geplante Forschungsprojekt begonnen. In diesem Rahmen wurden zwei Promovenden angestellt, die einen grossen Teil der anfallenden Forschungsarbeiten erledigen müssen. Das ist zum Einen Holger Nahstaedt, der vor allem für die technische Entwicklung des Messgerätes verantwortlich ist.  Er soll den technischen Aufbau voran treiben und eine Zertifizierung durchführen. Er hat sich bereits in seiner Diplomarbeit mit dem Bioimpedanzmessverfahren beschäftigt.

Zum Anderen wurde Frau Corinna Schultheiss angestellt, die für die Evaluation des Messverfahrens verantwortlich sein wird. Sie soll in den nächsten Monaten das Messverfahren erproben und seine Reliabilität prüfen. Sie hat sich bereits in ihrer Diplomarbeit mit der Evaluation eines Messverfahren beschäftigt, dem Berliner Schluck Test.

Erstes Ziel soll nun der weitere Aufbau des neuen Bioimpedanzmessgerätes sein. Das Messgerät bzw. das Messverfahren muss geprüft werden. Es wird getestet, ob das Messverfahren wirklich in der Lage ist, reporduzierbar Schlucken zu messen, um als Verfahren für eine gerichtete elektrische Stimulation zu dienen. Die bisherigen Versuche lassen das vermuten, sie sind allerdings nur bei einem sehr kleinen Personenkreis mit einem rudimentären Messgerät durchgeführt worden.

Verleihung Innovationspreis für Medizintechnik 2009

Oktober 29, 2009

Heute war es soweit, wir haben den Innovationspreis für Medizintechnik 2009 überreicht bekommen.

 

In der Veranstaltung bestand die Möglichkeit, das eigenen Forschungsvorhaben mit einem Poster zu präsentieren (Poster Innovationspreis 2009).