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G. Vogt:
"Aufbau technischer Einrichtungen zur Elimination toxischer Stoffe auf der Basis der Plasmasorption";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): P. Pfundner, H. Schima; Institut für Industrielle Elektronik und Materialwissenschaften, 2001.

In der intensivmedizinischen Behandlung werden häufig extrakorporale Blutreinigungsverfahren zur Elimination toxischer Stoffe aus dem Blutkreislauf eingesetzt. Neue Verfahren verwenden dabei die Plasmapherese oder die Plasmasorption zur Therapie des septischen Schockes oder des Multiorganversagens. Ein völlig neues Plasmasorptionsverfahren zur Akutbehandlung von z.B. Sepsis oder Leberversagen wurde mit dem Microspheres based Detoxification System (MDS) entwickelt und bisher in in-vitro Experimenten parametrisiert und getestet. Um das Verfahren mit ausreichender Sicherheit im Tierversuch und in klinischen Studien einsetzen zu können, wurde ein neues Gerätesystem konstruiert.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden neue Sicherheitsstrategien und Schutzsysteme für Geräte basierend auf dem Prinzip des MDS definiert und entwickelt. Das neue Gerätesystem ist aus Komponenten des Hämodialysegerätes Fresenius 4008 aufgebaut und schaltungstechnisch durch neu entwickelte Module ergänzt worden. Um die Patientensicherheit dieses neuen Verfahrens zu gewährleisten, mußten, ausgehend von einer Fehler- und Risikoanalyse des MDS, die bisher in der Dialysetechnik verwendeten Sicherheitstechniken analysiert, getestet und modifiziert werden. Zur Feststellung von Adsorberpartikel im Patientenkreis (Partikel könnten im Falle einer Membranruptur übertreten und so zu einer Gefährdung des Patienten führen) wurde ein Konzept basierend auf der laserinduzierten Fluoreszenz erarbeitet. Zur Implementierung der erarbeiteten Sicherheitsstrategien wurde ein Überwachungs-und Steuerrechner integriert und die notwendige Software in VisC++ programmiert.

Aufgrund des neuartigen Sekundärkreislaufes mit den freischwimmenden Adsorberpartikel mußten neue Systemparameter zur Charakterisierung des Filterzustandes definiert werden (z.B. die berechnete Filterlänge). Auch zur Bestimmung des Filtrationskoeffizienten wurde ein neues Verfahren in die Software integriert.

Die Evaluierung erfolgte im Rahmen der Tierversuche und zeigte die Richtigkeit der gewählten Strategie in Hinblick auf Sicherheit und Bedienbarkeit des Gerätes.

Ein technisch einfacheres Verfahren zur extrakorporalen Blutreinigung ist das Fractionated Plasma Separation and Adsorption System (FPSA-System). Dazu wurde ein Hämodialysegerät Fresenius 4008 soweit adaptiert, daß klinische Studien durchgeführt werden können. Erste Ergebnisse daraus bestätigen die Sicherheit und Wirksamkeit des Gerätes.

Mit dem Microspheres based Detoxification System (MDS) und dem Fractionated Plasma Separation and Adsorption System (FPSA-System) konnten Geräte realisiert werden, welche es gestatten, neue Konzepte der extrakorporalen Blutreinigung basierend auf der Plasmasorption und auf der Verwendung von Mikropartikel im Tierversuch und in weiterer Folge in klinischen Studien zu evaluieren. Weiters könnten die erarbeiteten Sicherheitstrategien und Verfahrensparameter auch in bestehende oder in Entwicklung befindliche Blutreinigungssysteme integriert werden, um die Effizienz und Patientensicherheit zu erhöhen.

In the intensive-care treatment extracorporeal blood purification methods are frequently used for the elimination of toxins and other substances from the blood circuit. New procedures use plasmapheresis or plasmasorption for the therapy of septic shock or multi-organ failure. A completely new plasma sorption procedure for the acute treatment of e.g. sepsis or liver failure was developed with the Microspheres based Detoxification System (MDS) and parameterized and tested in in-vitro experiments. In order to be able to use the procedure with sufficient safety in animal experiments and in clinical studies, a new device was designed.

Within this thesis new safety strategies and protective systems for devices based on the principle of the MDS were defined and developed. The new system is based on components of the hemodialysis device Fresenius 4008 and has been completed by newly developed modules. To ensure the patients' safety the new systems were tested and modified on the basis of an error and risk analysis of the MDS. For the detection of adsorber particles in the patient circuit (in the case of a membrane rupture particles can cross and this can lead a risk for the patient) a concept was developed based on laser-induced-fluorescence. For the implementation of the new safety strategies a control computer was integrated. The necessary software was written in VisC++.

Due to the new secondary circuit with the floating adsorber particles new system parameters for the characterisation of the filter status had to be defined (e.g. the calculated filter length ). For the determination of the filtration coefficient a new procedure was integrated into the software.

The evaluation took place within animal experiments and showed the correctness of the selected strategies concerning to safety and operability of the device.

A technically simpler procedure for extracorporeal blood purification is the Fractionated Plasma Separation and Adsorption system (FPSA system). A hemodialysis device Fresenius 4008 has been adapted for clinical studies. The FPSA has been evaluated during the treatment of patients with acute liver failure. First results confirm the safety and effectiveness of the device.

In summery, with the Microspheres based Detoxification System (MDS) and the Fractionated Plasma Separation and Adsorption system (FPSA system) two novel extracorporeal blood purification systems were realised, which allow to evaluate new concepts for extracorporeal blood purification based on plasma sorption and the use of micro-particles in animal experiments and consequently in clinical studies. Furthermore, the newly developed safety strategies and processing parameters could also be integrated into existing blood purification devices or into systems under development in order to increase the efficiency and the patients' safety.