Evaluation des laryngealen Adduktionsreflexes mit einem mechatronischen Mikrotropfen-Laryngoskop
Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Phoniatrie und Audiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der laryngeale Adduktionsreflex (LAR) ist ein lebenswichtiger Schutzmechanismus des menschlichen Kehlkopfs, bei dem sich die Stimmlippen schließen und somit die tieferen Atemwege geschützt werden. Der LAR kann bei neurologischen Beeinträchtigungen in seinem Ablauf abgeschwächt sein, sodass das Risiko für gefährliche Lungenentzündungen durch die versehentliche Einatmung von Fremdmaterial steigt. Die neuronale Steuerung des LAR-Ablaufs ist zudem noch nicht vollständig aufgeklärt. Zur Erkennung eines beeinträchtigten Reflexes sowie zur klinischen Erforschung des LAR ist ein reproduzierbares Verfahren zur Auslösung und Beurteilung dieses Reflexes notwendig. In diesem Projekt wurde ein Gesamtsystem aus Hard- und Softwarekomponenten erarbeitet, um Methoden zur gezielten, tropfenvermittelten LAR-Auslösung sowie zur automatisierten Analyse der parallel aufgezeichneten, endoskopischen Bildsequenz zu erforschen. Teil des entwickelten Gesamtsystems ist das integrierte Tropfenschussmodul, welches die Bildung eines stabilen LAR-Stimulationströpfchens bei bekannter Mündungsenergie und reproduzierbarer Flugbahn ermöglicht. Zur Entlastung des klinischen Anwenders erfolgt die Fluidsystemdruckregelung sowie die Steuerung des integrierten Ventils automatisch, sodass konstante Systemparameter gewährleistet sind. Zwei verschiedene, integrierte Spezialoptiken ermöglichen die Sicht auf die Stimmlippen und das umgebende Gewebe sowie die Erkennung der Flugbahn eines abgeschossenen Tropfens. Eine Anzeige des voraussichtlichen LAR-Stimulationsortes zur Unterstützung der/des klinischen Anwenders/Anwenderin erhöht die Aussagekraft des Verfahrens. Nach Aufzeichnung der LAR-Aktivität mit der im System integrierten Hochgeschwindigkeitskamera kann die Bewegung der Stimmlippen nach Aufprall des Stimulationströpfchens mit den in diesem Projekt entwickelten Algorithmen computergestützt verfolgt und ausgewertet werden. Auch wenn noch einige Herausforderungen bis zur Etablierung eines klinisch zugelassenen MIT-LAR-Systems (Microdroplet Impulse Testing of the LAR) überwunden werden müssen, stellen die Ergebnisse einen deutlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Forschung auf dem Feld des reproduzierbaren und objektiven Screenings des laryngealen Adduktionsreflexes dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2017): Towards microprocessor-based control of droplet parameters for endoscopic laryngeal adductor reflex triggering, Current Directions in Biomedical Engineering 3(2): 239-243
Fast JF, Muley A, Kühn D, Meisoll F, Ortmaier T, Jungheim M, Ptok M, Kahrs LA
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/cdbme-2017-0050) - (2018): Risiko einer Lungenentzündung besser erkennen – 3D-High-Speed-Jet-Endoskop verbessert Kehlkopfdiagnostik, Technologie-Informationen 3|2018, Arbeitskreis der Technologietransferstellen niedersächsischer Hochschulen (Hrsg.)
Fast JF, Kahrs LA, Ptok M
- (2018): Towards Fully Automated Determination of Laryngeal Adductor Reflex Latencies through High-Speed Laryngoscopy Image Processing, Bildverarbeitung für die Medizin 2018: 121-126
Fast JF, Ptok M, Jungheim M, Szymanski R, Ortmaier T, Kahrs LA
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-662-56537-7_41) - (2019): An actuated larynx phantom for pre-clinical evaluation of droplet-based reflex-stimulating laryngoscopes, Current Directions in Biomedical Engineering 5(1): 137-140
Fast JF, He J, Jungheim M, Ortmaier T, Ptok M, Kahrs LA
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/cdbme-2019-0035) - (2019): Aufbau eines bildleiterbasierten Stereo-Laryngoskops für das anatomiegerechte Routine-Screening der Latenz des laryngealen Adduktionsreflexes nach Auslösung durch Tropfenbeschuss, 36. Wissenschaftliche Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie (DGPP)
Fast JF, Krauth M, Ortmaier T, Ptok M, Kahrs LA
(Siehe online unter https://doi.org/10.3205/19dgpp27) - (2019): Endoscopic guidance system for stimulation of the laryngeal adductor reflex by droplet impact, Proc. SPIE 10951, Medical Imaging 2019: Image-Guided Procedures, Robotic Interventions, and Modeling, 109510M: 1-10
Fast JF, Rüppel AK, Bärhold C, Jungheim M, Ortmaier T, Ptok M, Kahrs LA
(Siehe online unter https://doi.org/10.1117/12.2512852) - (2020): Droplet applicator module for reproducible and controlled endoscopic laryngeal adductor reflex stimulation, Biomicrofluidics 14 044112:1-16
Fast JF, Westermann KA, Laves MH, Jungheim M, Ptok M, Ortmaier T, Kahrs LA
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/5.0004351) - (2020): Euclidean distances of laryngopharyngeal structures obtained from CT data for preclinical development of laryngoscopic devices, Surgical and Radiologic Anatomy 42(6): 695-700
Diers D/Fast JF, Götz F, Kahrs LA, Miller S, Jungheim M, Ptok M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00276-019-02397-3) - (2021): Stereo Laryngoscopic Impact Site Prediction for Droplet-Based Stimulation of the Laryngeal Adductor Reflex, IEEE Access 9: 112177-112192
Fast JF, Dava HR, Rüppel AK, Kundrat D, Krauth M, Laves MH, Spindeldreier S, Kahrs LA, Ptok M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3103049) - EP3536226 – Medizinische Vorrichtung, Verfahren zur Prädiktion eines Auftrefforts und Computerprogramm (europäisches Patent, erteilt am 17.02.2021)
Fast JF, Kundrat D, Ptok M, Kahrs LA
- (2022): Computational Analysis of the Droplet-Stimulated Laryngeal Adductor Reflex in High-Speed Sequences, The Laryngoscope (Early View):1-8
Fast JF, Oltmann A, Spindeldreier S, Ptok M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/lary.30041)
