Verband mit Sensor trackt Wundverlauf

Heilt die Wunde gut oder ist sie entzündet? Diese Frage können Ärztinnen und Ärzte ohne Verbandswechsel nicht beantworten, denn Wunden werden mit einem blickdichten Verband verschlossen. Was sich unter dem Verband tut – eine Blackbox. Das wollen Armin Haas und Prof. Kai-Uwe Zirk jedoch ändern. COMPAMED.de hat nachgefragt, wie sie hierfür vorgehen.

Herr Haas, ab 2020 hat die code'n'ground AG zusammen mit der privaten Hochschule für Wirtschaft und Technik gGmbH (phwt) daran gearbeitet, "die primäre Wundheilung mithilfe von Sensorik und künstlicher Intelligenz auf ein neues digitales Level zu heben", wie es in Ihrer Pressemitteilung heißt. Das Projekt ist nun zunächst abgeschlossen. Haben Sie Ihr Ziel erreicht?

Armin Haas: Unser Ziel war es, innerhalb des Projektes den Beweis zu erbringen, dass man über Sensoriken auf der Haut Parameter wie Feuchtigkeit und Temperatur messen kann und durch eine dahinter geschaltete KI Aussagen über den Zustand der Wundheilung treffen kann. Das ist uns gelungen. Die Aufgaben im Projekt waren dabei folgendermaßen verteilt: die phwt unter Leitung von Prof. Zirk war für den technischen Part bezüglich des Wundverbands zuständig und code'n'ground als Softwareunternehmen für den Aufbau der KI-Architektur. Wir haben die KI gemacht und darüber hinaus dafür gesorgt, dass die Daten vom Wundverband übertragen werden können.

Herr Prof. Zirk, wie sind Sie an das Projekt herangegangen?

Prof. Kai-Uwe Zirk: Übergeordnetes Ziel des Projektes war es, eine Störung der Wundheilung zu erkennen, ohne den Verband abnehmen zu müssen. Wie Herr Haas schon sagte, bestand unser Part darin, eine geeignete Sensorstruktur zur Erfassung der Messgrößen zu entwickeln, die einfach in eine Wundauflage integriert werden kann. Letztlich haben wir leitfähige Strukturen in eine Kunststofffolie eingearbeitet, mit denen mehrere Messgrößen gleichzeitig erfasst werden können. Die Kunststofffolie wird auf die Wundauflage aufgebracht, um die Temperatur und die Feuchtigkeit durchgängig zu messen. Ein Temperaturanstieg kann eine Entzündung andeuten, ein starker Anstieg von Feuchtigkeit, etwa durch Austritt von Wundwasser, ebenfalls eine Wundheilungsstörung.

Woraus besteht der Draht, den Sie in die Wundauflage eingebracht haben? Ist er anwendbar für beide Prozesse?

Zirk: Wir verwenden für beide Messgrößen dieselbe Sensorstruktur. Er besteht momentan aus einer sehr dünnen Kupferschicht von wenigen Mikrometern Stärke. Letztlich ist die Anordnung der Sensorstrukturen entscheidend, damit wir beide Messgrößen gleichzeitig erfassen können. Wenn die Temperatur sich ändert, dann ändert sich die Leitfähigkeit. Das ist die eine Messgröße. Und wenn wir die Feuchtigkeit erfassen wollen, betrachten wir die Umgebung der Struktur. Hier können wir eine Veränderung der elektrischen Kapazität detektieren. Die Struktur ist in einer bestimmten Anordnung zwischen zwei Kunststofffolien eingearbeitet. Die Folie ist elastisch, dehnbar und hautverträglich. Mittels einer thermischen Verbindung wird sie auf die Wundauflage aufgebracht. Diese Auflage wird steril verpackt, sodass das Pflegepersonal die Verpackung wie gewohnt öffnet, die Wundauflage auflegt und dann den Verband außen herumwickelt.

Sammelt der Wundverband kontinuierlich Daten und leitet diese weiter?

Haas: Er sendet permanent Daten, die dann auch permanent von der KI verarbeitet werden. Es gibt ein Speichermedium am Verband und dort werden die Daten gespeichert und übertragen. Ausgelesen werden sollen die Daten dann über eine App.

Die Pflegenden müssen also eine App benutzen, um Informationen zum Zustand der Wunde zu erhalten?

Haas: Ja, das hat technische Gründe. Wir haben uns entschieden, dass wir nicht dauerhaft senden lassen, sondern die Daten speichern. Aber wir wollen auch ermöglichen, dass die Patienten Daten übertragen können. Hierfür ist eine App ideal. Und es ist ein wesentlicher Teil unserer KI-Architektur. Denn momentan ist es ja so: Wenn jemand eine Wunde hat, zum Beispiel nach einer Operation im Krankenhaus, dann gibt es derzeit circa drei Messpunkte für diese Wunde. Nämlich immer dann, wenn der Verband gewechselt wird.

Dann erfolgt eine Begutachtung der Wunde, um zu sehen, ob die Wundheilung gut oder schlecht verläuft. Anschließend wird die Wunde wieder verbunden und die nächste Information zum Wundverlauf erfolgt beim nächsten Verbandswechsel. Der intelligente Wundverband zeichnet jedoch nicht nur an drei Punkten Daten auf, sondern misst die Temperatur und die Feuchtigkeit während des ganzen Verlaufs der Wundheilung. Somit generieren wir bis zu 30.000 Messpunkte und können feststellen, wie die Heilung verläuft und ob sie gut verläuft. Hierfür sammeln wir Parameter über die Korrelation zwischen Wundheilung und Dauer sowie Temperatur und Feuchtigkeit. Denn wenn die Parameter nicht mehr zueinander passen, soll es einen Alarm geben: Achtung, die Wunde muss in Augenschein genommen werden! Der Sensor im Wundverband ist damit die erste Datenquelle.

Wir wollen jedoch auch die Patientinnen und Patienten mit einbeziehen. Auch hierfür eignet sich die geplante App. Denn wir wollen weitere Messpunkte erzeugen, indem die Patientinnen und Patienten die Datenübertragung zusätzlich anschieben. Per App können sie den Wundverlauf dokumentieren, indem sie zum Beispiel Schmerzen oder Spannungsgefühle angeben. Die anderen Daten, also Feuchtigkeit und Temperatur, könnten dann in Relation dazu gesetzt werden. All das war Teil unserer Modellierung, allerdings noch nicht der konkreten Umsetzung.

Eine weitere Informationsquelle wäre darüber hinaus die Rückmeldung vom medizinischen Fachpersonal. Denn wenn sich eine Wunde entzündet, ist auch die Frage: Welche Behandlung leite ich ein? Wechsle ich nur den Verband? Verabreiche ich Antibiotika? Diese Interventionen, wenn es zu einer Störung kommt, wollen wir miterfassen, um daraus zu lernen, welche Behandlung mit der höchsten Wahrscheinlichkeit zum Erfolg führt. Das ist so im Groben die KI, die Architektur, die wir entwickelt haben. Wir nutzen unterschiedlichen Quellen, um daraus Schlüsse zu ziehen und letztendlich das medizinische Personal zu unterstützen.

An die Wundauflage ist ein Datenlogger angebraucht, der die gesammelten Daten enthält. Wie groß ist dieser?

Zirk: Die Größe wird künftig abhängig sein von der Stückzahl. Bei einer kleinen Stückzahl wird er wahrscheinlich etwas größer bleiben, denn der Entwicklungsaufwand ist enorm. Wenn ich eine große Stückzahl erwarten kann, dann kann so ein Datenträger sehr klein werden, weil ich eine ganz andere Technologie wählen kann. Circa 1,5 Zentimeter im Durchmesser und vielleicht fünf oder sechs Millimeter hoch ist realistisch, wenn wir hohe Stückzahlen haben.

Hat die Wundauflage denn schon Industriereife?

Zirk: Wir haben derzeit Demonstratoren vorliegen. Das heißt, wir haben bislang im Labor durch Tests an technischen Modellen die Funktion der Wundauflage nachgewiesen. Der nächste Schritt wäre nun, die Wundauflage am Menschen zu verwenden und die gesammelten Daten durch die KI verarbeiten zu lassen. Derzeit suchen wir hierfür Partner, die an diesem System interessiert sind und sich beteiligen möchten.