Institutsbericht 2021
4.2
Institute of Computational Physics
Tragbares Gerät zur Frühdiagnose von Lymphödemen
Mitwirkende: Finanzierung: Dauer:
D. Fehr, A. Bachmann, M. Bonmarin Innosuisse 2018–2020
Die Wahrscheinlichkeit, bis ans Lebensende ein Lymphödem zu entwickeln, liegt nach einer Brustkrebsbehandlung bei ca. 30 % – und das ist nur einer der möglichen Risikofaktoren. Millionen von Menschen müssen daher mit einem erhöhten Risiko rechnen, an einem Lymphödem zu erkranken. Bei dieser Krankheit ist die Funktion des Lymphsystems dauerhaft gestört, wodurch z. B. die Arme irreversibel anschwellen, wenn nicht rechtzeitig eine geeignete Behandlung eingeleitet wird. Diese verlangsamt die Schwellung oder stoppt sie sogar komplett. Eine frühe Diagnose der Krankheit ist somit zentral. Dennoch gibt es zurzeit keine standardisierte, breit verfügbare Methode, die bei Menschen mit erhöhtem Risiko ein regelmässiges und zuverlässiges Monitoring erlaubt.
zeit wird sie in Zusammenarbeit mit dem Universitätsspital Zürich in auch in einer klinischen Studie untersucht. Zudem wurde das Messgerät überarbeitet und als tragbarer Sensor realisiert, d. h. das bisherige Handgerät konnte auf die Grösse einer Sportarmbanduhr verkleinert werden. Dazu wurde die Optik von Grund auf neu entwickelt, weil die bestehende prinzipbedingt nicht weiter verkleinert werden kann. Erste Versuche sind vielversprechend. Bei vergleichbarer Empfindlichkeit konnte die Optik beträchtlich verkleinert werden. Parallel wurde eine passende Smartphone-App als Bedieninterface und zur Anzeige der aufgezeichneten Messungen implementiert.
Abb. 1: Links: Autarkes Handgerät mit Batterie. Oben rechts: Display. Mitte: Messöffnung. Unten rechts: Gemessener Wert versus tatsächlicher Marker-Konzentration.
In dieser Arbeit wird zusammen mit dem Institut für Pharmazeutische Wissenschaften der ETH Zürich eine geeignete Methode zur Frühdiagnose von Lymphödemen entwickelt. Sie besteht aus einem fluoreszierenden Marker, der in die Haut des Patienten injiziert wird, und aus einem für medizinische Verhältnisse einfachen Messgerät, welches die Abbaurate des Markers mittels der Fluoreszenzintensität bestimmen kann. Bei einer reduzierten Abbaurate besteht der Verdacht auf ein sich entwickelndes Lymphödem. Im Idealfall werden die Patienten mit dieser Methode ihr Lymphsystem selbständig und regelmässig überwachen können und im Verdachtsfall frühzeitig einen Spezialisten aufsuchen können. In verschiedenen Vorprojekten wurde ein geeigneter fluoreszierender Marker und ein erstes portables Messgerät mit optischer Sensorik zur Quantifizierung des Fluoreszenzsignals entwickelt. Dazu wurde die bestehende Optik (Abb. 2) um eine autarke Steuerelektronik und Bedienelemente ergänzt und in einem kompakten Gehäuse verbaut (Abb. 1). Mit diesem Handgerät konnte die Methode bereits in verschiedenen präklinischen Versuchen validiert werden. Der-
Zürcher Fachhochschule
Abb. 2: Optische und elektronische Komponenten des Handgeräts.
Literatur: [1] A. Polomska et al., Minimally invasive method for the point-ofcare quantification of lymphatic vessel function, JCI Insight, 4(4), 2019.
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