Herzinsuffizienz-Diagnoseleistung eines Expirogramm-Analysealgorithmus zur Bewertung von 4 Biomarkern (SenseIR-IC)

Insbesondere im Zusammenhang mit chronischen Erkrankungen und Herzinsuffizienz (HF) haben sich Telemedizin und Telemonitoring heute als große klinische Herausforderungen herausgestellt. Die Entwicklung von Point-of-Care-Messsystemen mit Handgeräten liefert „digitale Biomarker“, die ein Schlüsselelement in der Fernüberwachung sind.

In der Ausatemluft enthaltene Biomarker könnten „digitale Biomarker“ darstellen, da die Messung von Molekülen in der Ausatemluft nichtinvasiv erfolgt. Derzeit werden 6 ausgeatmete Biomarker von der US-amerikanischen FDA validiert und im klinischen Kontext eingesetzt. Bei Herzinsuffizienz haben sich vier verschiedene Spezies als potenziell diagnostisch oder prognostisch interessant erwiesen: NO, CO, Aceton und Isopren. Obwohl die Konzentration dieser Arten in der Alveolarluft (CA) ihre Blutkonzentration (Cs) widerspiegelt, ist die Beziehung komplexer, da die verschiedenen Kompartimente des Bronchialbaums und der Austausch, der innerhalb dieser verschiedenen Kompartimente stattfindet, berücksichtigt werden müssen . Somit stellt sich heraus, dass die Messung der Konzentration einer Spezies in der ausgeatmeten Luft während einer vollständigen Ausatmung (oder „Expirogramm“) mithilfe einer Echtzeitmessung nicht nur von der systemischen Konzentration der Spezies, sondern auch von Veränderungen der Lungenfunktion abhängt Die Erstellung eines Expirogramms ermöglicht somit nicht nur die Spezifizierung der Messung der endogenen Quelle der Art, sondern liefert auch Informationen über Veränderungen der Lungenfunktion, die direkt durch Herzinsuffizienz hervorgerufen werden und einen anerkannten prognostischen Wert haben.

→ Die Kombination verschiedener möglicher ausgeatmeter Biomarker im IC während einer Echtzeitmessung der forcierten Exspiration unter Verwendung selektiver, empfindlicher und miniaturisierbarer Sensoren würde diagnostische, prognostische und Patientenergebnisinformationen bei Herzinsuffizienz liefern.

Die quarzverstärkte photoakustische Spektroskopie (QEPAS) ist eine geeignete Methode zur Fernüberwachung von Patienten mit Herzinsuffizienz. Es ermöglicht die Entwicklung von Sensoren, die sich durch gute Selektivität und niedrige Erkennungsschwellen auszeichnen. Darüber hinaus ist eine Echtzeitanalyse möglich und die Sensoren sind potenziell miniaturisierbar. Diese Sensoren sind daher in der Lage, Ablaufdiagramme für verschiedene Arten zu liefern (anstatt einfach die CA am Ende des Ablaufs zu messen). Komplexe Signale dieser Art können mithilfe mathematischer Modellierung und Techniken der künstlichen Intelligenz wie „Deep Neural Networks“ analysiert werden. Diese mathematischen Modellierungsmethoden wurden zur Modellierung pulmonaler, neurologischer oder kardialer Funktionsparameter verwendet.

Im Rahmen eines translationalen Forschungsprojekts in Zusammenarbeit mit Dr Das Forschungsteam entwickelt derzeit Sensoren für verschiedene ausgeatmete Biomarker mithilfe der QEPAS-Methode, die mit einer synchronen Quantifizierung von Volumina, Flüssen und Lungenkompartimenten gekoppelt wurden. Diese Sensoren werden derzeit einer analytischen Validierung (im Labor) unterzogen. Die ersten Expirogramme wurden mithilfe einer Spline-Regressions-Dimensionsreduktionsmethode erhalten und modelliert.