Interview mit dem Entwicklungsteam von alveo

Interview mit Mattias van der Staay (CTO, IMT) und Harri Friberg (CEO, IMT Analytics) über die Entwicklung des Lungensimulator – alveo.

Um besser zu verstehen, was zur Entscheidung führte, einen fortschrittlichen Lungensimulator zu entwickeln, sprachen wir mit Matthias van der Staay, Chief Technical Officer von IMT, und Harri Friberg, CEO von IMT Analytics, über die Herausforderungen und technischen Feinheiten, die bei der Entwicklung einer wichtigen Komponente für Trainings- und Ingenieurszwecke beteiligt sind.

Was inspirierte die Entwicklung von alveo als neues Lungen-Simulator-Konzept?

Harri Friberg: Traditionelle Lungen-Simulatoren haben Einschränkungen bei der Nachbildung des komplexen Verhaltens menschlicher Lungen, insbesondere unter dynamischen Bedingungen. Wir erkannten die Notwendigkeit eines realistischeren, adaptiven, hochpräzisen Simulators, der die Lungenmechanik realistisch nachahmt. Außerdem waren wir mit der Fähigkeit der aktuellen Simulatoren, Leckszenarien zu simulieren, insbesondere bei der Entwicklung von Beatmungsgeräten für unsere Kunden bei imt, unzufrieden. Die Leckkompensation ist eine der herausforderndsten Aufgaben bei der Entwicklung oder Verbesserung eines Beatmungsgeräts, daher ist eine realistische Leckagesimulation für die Qualität des Beatmungsgeräts unerlässlich.

Wie unterscheidet sich alveo von den bestehenden Lungensimulatoren auf dem Markt?

Matthias van der Staay: Im Gegensatz zu herkömmlichen kolbengetriebenen Simulatoren verwendet alveo turbinengetriebene Technologie, um den Luftstrom und die compliance präzise zu steuern. Es kann sich auch dynamisch in Echtzeit an unterschiedliche Bedingungen anpassen, was traditionelle Konzepte schwer bewältigen.

Welche Herausforderungen sind Ihnen bei der Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Lungen-Simulation begegnet?

Matthias van der Staay: Die größte Herausforderung bestand darin, eine Echtzeitreaktionsfähigkeit zu erreichen und gleichzeitig das Design kompakt und effizient zu halten. Kolbengetriebene Systeme haben eine einfache lineare Bewegung, aber Turbinen benötigen präzise Steuerungsalgorithmen, um die Lungencompliance genau zu simulieren. Wir mussten auch die Kompatibilität mit Beatmungsgerätetests und medizinischen Trainingsszenarien sicherstellen.

Könnten Sie die grundlegenden wissenschaftlichen Prinzipien hinter alveo erklären und wie es das Verhalten der Lunge genauer nachbildet?

Harri Friberg: alveo basiert auf turbinegetriebener Luftstromsteuerung, die sich sofort an Veränderungen des Lungenresistance und der compliance anpassen kann. Es verwendet fortschrittliche Sensoren und Rückkopplungsschleifen, um Druck, Atemzugvolumen und Flussraten dynamisch anzupassen und bietet eine physiologischere Reaktion als kolbengetriebene Systeme.

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Technologie und Vorteile der turbinengetriebenen Simulation

Traditionelle Lungensimulatoren verwenden oft kolbengetriebene Mechanismen. Welche Einschränkungen sehen Sie bei diesem Ansatz?

Matthias van der Staay: Kolbengetriebene Simulatoren sind mechanisch starr, was bedeutet, dass sie sich nicht schnell an Veränderungen der Atemdynamik anpassen können. Sie haben Schwierigkeiten, unregelmäßige Atemmuster zu simulieren, wie sie bei Patienten mit ARDS oder obstruktiven Lungenerkrankungen auftreten.

Welche Vorteile hat die turbinengetriebene Technologie gegenüber kolbengesteuerten Modellen?

Matthias van der Staay: Turbinen bieten Echtzeit-Anpassungsfähigkeit, präzise Kontrolle über den Luftstrom und die Fähigkeit, das patientenspezifische Lungenverhalten genauer zu reproduzieren. Sie ermöglichen auch kompaktere Designs, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Die Simulation der unmittelbaren Reaktionsfähigkeit auf Veränderungen der Lungenbedingungen ist ebenfalls besser. Turbinen reproduzieren patientenspezifische Atemmuster, einschließlich unregelmäßiger Muster oder Asynchronitäten, sowie die präzise Kontrolle über das Atemzugvolumen, den Druck und den Fluss besser als mechanische Kolben.

Wie geht alveo mit schnellen Veränderungen der Atemmuster im Vergleich zu kolbenbasierten Systemen um?

Matthias van der Staay: Der Simulator überwacht kontinuierlich den Luftstrom und Druckänderungen und passt die Turbinendrehzahl sofort an, um natürliche Atemvariationen nachzuahmen – etwas, das kolbenbasierte Modelle nicht effektiv leisten können.

Kann das Gerät komplexere pulmonale Zustände oder zuvor komplizierte Reaktionen mit kolbengetriebenen Simulatoren simulieren?

Harri Friberg: Absolut. alveo kann nahezu unbegrenzte Variationen von Lungenzuständen wie ARDS, COPD und Asthma simulieren, sogar variable Lungen-compliance innerhalb desselben Tests, was mit herkömmlichen kolbenbasierten Modellen nicht möglich ist.

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Chancen für Beatmungsgerätehersteller

Wie können Beatmungsgerätehersteller alveo nutzen, um die Produktentwicklung und -prüfung zu verbessern?

Matthias van der Staay: Wir bieten eine hochrealistische Testumgebung, die es Beatmungsgeräteherstellern ermöglicht, ihre Geräte unter verschiedenen Lungenbedingungen fein abzustimmen, wodurch Entwicklungszeit und -kosten reduziert werden.

Inwiefern trägt alveo zur Verbesserung von Beatmungsgeräten-Algorithmen und Softwareentwicklung bei?

Harri Friberg: alveo bietet Echtzeit-Feedback mit hoher Genauigkeit und realistische Leckageszenarien, die Beatmungsgeräteherstellern helfen, Algorithmen für Druckunterstützung, Volumenkontrolle, adaptive und geschlossene Regelbeatmung zu optimieren.

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Zukünftiges Potenzial und Fahrplan

Wohin sehen Sie die Zukunft der Lungensimulation gehen, und wie passt der Simulator in diese Vision?

Harri Friberg: Die Zukunft liegt in künstlich intelligenter (KI) gesteuerter, patientenspezifischer Simulation. Dieses Gerät ist der erste Schritt zur Schaffung vollständig adaptiver Lungenmodelle, die dynamisch reagieren.

Haben Sie Pläne, KI oder maschinelles Lernen in alveo zu integrieren?

Matthias van der Staay: Mit der Veröffentlichung bieten wir bereits ein vollständig adaptives physiologisches Feedback-Modell an und arbeiten ständig daran, es für realistischere Szenarien zu verbessern. KI wird in diesem Prozess eine wesentliche Rolle spielen, indem sie Beatmungsgeräte dabei unterstützt, dynamisch zu lernen und sich anzupassen.

Gibt es bevorstehende Verbesserungen oder Versionen von alveo, die sich in der Entwicklung befinden?

A: Wir haben mit der Entwicklung einer fortschrittlichen Softwareversion begonnen, die hauptsächlich der Forschung und der Entwicklung von Beatmungsgeräten dienen wird; eine spezielle Neugeborenen-Software ist bereits in Vorbereitung. Darüber hinaus wollen wir die oft übersehene Simulation für veterinärmedizinische Zwecke erforschen, mit weiteren Entwicklungen nach dem Start später in diesem Jahr.

Danke, Matthias und Harri, für diese interessanten Einblicke; wir freuen uns auf den Start von alveo!