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Bachelorarbeit: Biomedical Diagnostics – Automatic Detection of Lymphedema

Lymphödeme frühzeitig zuhause aufspüren

Ein neuartiges Wearable findet mögliche Lymphödeme bei Patientinnen und Patienten ganz ohne Arztbesuch. Entwickelt haben es die Elektrotechnik-Absolventen Manuel Haag und Matthias Ludwig. Lymphödeme sind Flüssigkeitsablagerungen im Zellzwischenraum, die zu einer Schädigung des Gewebes führen, wenn sie zu spät erkannt werden.

Um festzustellen, ob jemand an einem Lymphödem leidet, ist derzeit ein Besuch in einer Arztpraxis oder Klinik nötig. Für Patientinnen und Patienten, die unter einem erhöhten Risiko für Lymphödeme leiden, sind die regelmässigen Arztbesuche teuer und zeitaufwendig. Die ETH Zürich hat ein optisches Messverfahren und den Prototyp eines dazu passenden Messgerätes entwickelt, um frühzeitig zu erkennen, ob sich ein Lymphödem bildet. Die Elektrotechnik-Absolventen Manuel Haag und Matthias Ludwig haben daraus ein Wearable gemacht, mit dessen Hilfe ein Lymphödem unkompliziert zuhause und ohne Anwesenheit einer Spezialistin erkannt werden kann. Bei einem Lymphödem sammelt sich Flüssigkeit im Zwischenzellraum des Gewebes an. Oft sind davon die Extremitäten betroffen, ein Ödem lässt sie stellenweise stark anschwellen.

Messdaten direkt aufs Smartphone übermitteln

Der bisherige Prototyp misst an der zu untersuchenden Körperstelle den Abtransport der Lymphflüssigkeit. Er ist aber wenig praktikabel, da er gross und unhandlich ist. Zudem benötigt er viel Energie. Im Rahmen einer Kooperation zwischen der ETH und dem ZHAW-Institute of Computational Physics (ICP) machten Manuel Haag und Matthias Ludwig in ihrer Bachelorarbeit aus diesem Prototyp ein kleines, tragbares Messgerät, das optisch einer Smart Watch ähnelt. «Das Messverfahren der ETH war ein Test. Unsere Aufgabe war nun, das Ganze leichter nutzbar zu machen und eine Kommunikation mit dem Smartphone zu ermöglichen», sagt Manuel Haag. Eine Aufgabe, die die beiden Absolventen erfüllt haben: Die gemessenen Daten werden nun in Echtzeit auf ein Smartphone oder Tablet übertragen, mit einer eigens entwickelten App visualisiert und abgespeichert und können direkt einer Fachperson übermittelt werden.

«Der Medizin unser Elektrotechnik-Wissen zur Verfügung zu stellen, war für uns eine gute Erfahrung.»

Manuel Haag

Klein, handlich und energieeffizient

«Für uns war es in erster Linie wichtig, diese Verbindung zum Smartphone zu ermöglichen, die Messelektronik neu zu entwerfen sowie die Energieleistung des Gerätes so zu steigern, dass es mehrere Stunden am Stück eingesetzt werden kann», sagt Matthias Ludwig. Gelungen ist den beiden Absolventen am Ende nicht nur das, sondern auch eine wesentliche Verkleinerung des Geräts. In der von den beiden Absolventen entwickelten Version misst das Wearable nur noch 3,6 Zentimeter im Durchmesser. Es kann Menschen, die ein erhöhtes Risiko auf ein beschädigtes Lymphsystem haben – beispielsweise nach einem Unfall, einer Operation oder Krebstherapie – nach Hause mitgegeben werden. Die Betroffenen können das Gerät an der entsprechenden Körperstelle auflegen und mit einer Android App eine Messung starten.

Praktische Messung zu Hause

Gemessen wird der Abtransport der Flüssigkeit, indem ein unter die Haut gespritztes Fluoreszenzmittel mit Licht bestrahlt wird, wodurch es fluoresziert, also selbst Licht aussendet. Kommt viel Fluoreszenzlicht zurück, ist noch viel vom injizierten Mittel vorhanden. Je länger Licht zurückkommt, desto schlechter wird das Fluoreszenzmittel – und damit auch die Flüssigkeit – abtransportiert. Eine solche Messung findet über mehrere Stunden statt, kann dafür zuhause und ohne grössere Einschränkungen für die Patienten durchgeführt werden. Kostenintensive Untersuchungen erübrigen sich bestenfalls. Manuel Haag und Matthias Ludwig sind stolz, dass sie die Elektronik des Geräts verkleinern und eine App dazu schreiben konnten. Das Messverfahren wird nun klinisch getestet und weiterentwickelt, sodass es in Zukunft Einsatz finden kann in der Medizin.  

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