Interview mit Dr. Heiner Steffen
Facharzt für Innere Medizin, Pneumologie, Allergologie, Sportmedizin, Umweltmedizin
All Sensors: Vielen Dank Herr Dr. Steffen, dass Sie sich die Zeit nehmen für ein Interview mit All Sensors. Sie sind Facharzt für Innere Medizin, Pneumologie, Allergologie, Sportmedizin und Umweltmedizin und leiteten 25 Jahre eine eigene Praxis in Landsberg am Lech.
Wie hat sich die Spirometrie als spezielles Diagnostikverfahren in der Lungenheilkunde entwickelt und welche Rolle spielt sie?
Dr. Steffen: Spirometrie ist die Basisdiagnostik in der Lungenfunktionsanalytik. Es ist eine einfache Technik, sie ist relativ stark patientenbezogen und sie ist abhängig von der Dynamik zwischen dem medizinischen Fachpersonal und dem Patienten. Es ist ein offenes Verfahren. Die Patienten bekommen Nasenstöpsel, damit der Atemfluss wirklich über den Mund geht und dann erstellt man eine Fluss-Volumen-Kurve. Diese Fluss-Volumen-Kurve ist eine Blickdiagnostik, mit der man sofort abschätzen kann, ob der Patient krank oder gesund ist und wo mögliche Krankheitsbilder sind.
Die Fluss-Volumen-Kurve steigt steil an und hat immer eine Spitze. Auch bei einer Restriktion oder einer Fibrose. Hat sie keine Spitze, liegt irgendwo ein Fehler vor. Und die Volumina sind immer geschlossen.
Dr. Steffen: Die Fluss-Volumen-Kurve zeigt, was schafft der Patient an Einatemkapazität und an dynamischen Parametern im Sinne der Exspiration, aber auch im Rahmen der forcierten inspiratorischen Kapazität. Das ist schon die Dynamik, bei der der Patient aufgefordert wird, in Aktivität zu treten.
Wenn ich die Bodyplethysmographie habe, dann habe ich eine abgeschlossene Kammer, dann habe ich statische Parameter des Volumens, intrathorakal und die Gesamtresistenz, den Atemwegswiderstand. Dieses Verfahren findet ohne Dynamik des Patienten statt.
„Langfristige Zuverlässigkeit ist der wichtigste Faktor.“
All Sensors: Welche anderen Messgrößen werden in der Spirometrie noch gemessen?
Dr. Steffen: Feuchte, Temperatur, der Umgebungsluftdruck. Diese Größen braucht man, um den Einfluss der BTPS-Bedingungen des Körpers zu korrigieren. Früher mussten wir diese Parameter noch eingeben in den initialen Bodyplethysmographen. Man musste sie von einem Hygrometer und Thermometer ablesen und dann in den Computer eingeben. Und bei Temperaturschwankungen im Tagesverlauf musste der Vorgang wiederholt werden. Hier hilft die Sensorik den Vorgang zu automatisieren und das Personal zu entlasten.
All Sensors: Wäre es auch interessant, Sensorik in noch kleinere Gehäuse zu verpacken, also weiter zu miniaturisieren oder auch mehrere Sensoren in einem Gehäuse zu integrieren?
Dr. Steffen: Geräte, die man den Patienten mit nach Hause gibt, sollten kompakt und handhabbar sein bei gleichzeitig hoher Verlässlichkeit. Geräte für die Schlafapnoe-Diagnostik und zur Diagnostik obstruktiver Atemwegserkrankungen (COPD) nehmen zu Hause über Tage und Wochen Messparameter auf, um sie dann zentral auszuwerten. Hier sind kleine Sensoren eine gute Antwort.
All Sensors: Wie oft müssen die Spirometer gereinigt oder kalibriert werden?
Dr. Steffen: Jeden Tag wird gemessen, ob das Volumen, das wir vorgeben – 3 Liter, geeichte Pumpe – dementsprechend auch unsere Kurve produziert. Gereinigt wird auch jeden Tag. Und die Filter werden individualisiert und weggeworfen oder dem Patienten mitgegeben für den nächsten Besuch. Vor die Sensorik sind Filter geschaltet, die sie vor Feuchtigkeit und Verschmutzung schützten.
Wichtig ist auch die intelligente Temperaturkompensation der Sensorik. In den Praxisräumen ist der Bodyplethysmograph im Tagesverlauf Temperaturschwankungen durch Sonneneinstrahlung und Verdunkelung ausgesetzt, die ausgeglichen werden müssen. Die Kalibrierung über Temperatur muss sehr genau sein. Das erspart dem Personal das ständige manuelle nachkalibrieren der Nullkurve und erleichtern die Anwendung und verhindert Anwenderfehler.
All Sensors: Wie lange ist die Lebensdauer dieser Geräte?
Dr. Steffen: Jahrzehnte. Man wechselt einen Bodyplethysmograph eigentlich nur, wenn man die Praxisräume wechselt oder wenn das Gerät in die Jahre gekommen ist und der Verschleiß zu hoch wird, also z.B. Dichtungsringe zu oft Fehler verursachen und getauscht werden müssen. Wir haben vielleicht drei oder vier Bodykammern gekauft, wir hatten immer zwei in zwei Räumen.
Daher sind die Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität der Sensoren über einen Zeitraum von 10, 15 oder 20 Jahren sehr wichtig.
All Sensors: Inwieweit sehen Sie aktuell Veränderungen durch die KI in der Diagnostik? Kann KI z.B. im Auswertungsprozess unterstützen?
Dr. Steffen: Auswertung wäre ja so eine Art Vorschlag für eine Diagnose, so wie wir das bei den EKGs haben. Ich finde es gut, wenn der Arzt eine Hilfe bei der Interpretation hat, oder einen Hinweis und Vorschlag bekommt. Aber trotzdem sollte er natürlich Herr des EKG-Papiers oder der grafischen Darstellung der Fluss-Volumen-Kurve sein.
KI könnte auch bei der Messung helfen. Bei der Frage welche Messung ist schlecht? Wo hat der Patient Volumenschwankungen in der Aus- und Einatmung? Wenn der Algorithmus bei der Auswahl der Messungen mit der besten Qualität hilft, kann KI das medizinische Personal unterstützen und den Prozess verbessern. Besonders bei der Auswertung von Messungen in eng definierten Grenzen kann man von KI bessere Ergebnisse erwarten als vom Menschen.
Die Zukunft in der KI liegt in der Anwenderfreundlichkeit und der Mitgestaltung bei der Interpretation. Die spirometrische Messungen ist Physik und wird sich nicht ändern.
„Nur vergleichbare Messungen über einen längeren Zeitraum können Grundlage meiner Therapieentscheidung sein“
Dr. Steffen: Ja. In der lungenfachärztlichen Untersuchung wird beides eingesetzt. Das heißt, die Tür des Bodyplethysmographen ist auf, der Patient macht erst die dynamischen Parameter der Fluss-Volumen-Kurve. Damit kann man dann auch schon abschätzen, mit was für einer Dynamik zu rechnen ist. Wenn jemand sehr stark überbläht ist, emphysematisch, dann tut er sich in der Atemdynamik deutlich schwerer als z.B. ein sportlicher Mensch.
Und dann gibt es bestimmte Atemmanöver, die in der geschlossenen Kammer aufgenommen werden, um weitere zwei Parameter zu erfassen: Intrathorakales Gasvolumen und Resistance, also den Atemwegswiderstand.
All Sensors: Welches sind die wichtigsten Messwerte in der Lungenfunktionsdiagnostik?
Dr. Steffen: Die Fluss-Volumen-Kurve kümmert sich einerseits um die inspiratorische Kapazität. Diese geht auch forciert, also dynamisch. Und um die Exspiration, den Peak exspiratorischen Flow, das PEF und den Einsekundenwert, das FEV1, den großen Parameter der Atemwegsenge, der Atemwegsobstruktion. Und dann gibt es ein paar rechnerische Werte, die daraus folgen. Da finden auch Graduierungen des Krankheitsgrades statt, z.B. im Rahmen der chronisch obstruktiven Atemwegserkrankung.
All Sensors: Welche Rolle spielen Drucksensoren bei der Messung? Welche Anforderungen müssen sie erfüllen?
Dr. Steffen: Die Sensorik muss schnell ansprechen und reproduzierbar sein. Das heißt, wenn der Patient aufgefordert wird drei, vier Mal die gleiche Dynamik zu erzeugen, dann sollte natürlich auch die Messtechnik in der Lage sein, verlässlich und wiederkehrend das Gleiche zu messen. Die Variabilität von Patientenseite ist in der Praxis meist viel größer, d.h. pustet der Patient richtig in das Spirometer, hat er ordentlich eingeatmet, und macht er das auch reproduzierbar.
Die Sensorik misst erwartungsgemäß so gut, dass der Arzt die Messtechnik nicht anzweifelt. Es ist meist der Patient oder das Personal die Fehler machen. Aber dafür kann man in der Fluss-Volumen-Kurve Kriterien finden. Das sind die Prüfkriterien, eine Art Blickdiagnose. Man sieht, ob der Patient gehustet hat und ob er genug eingeatmet hat, um auch das an Volumen rauszubringen, was er soll. Messtechnik ist hilfreich, um Fehler des Patienten zu erkennen, wie Husten, Räuspern, nicht konstant ausatmen. Und um dem medizinischen Personal eine Validität zu geben und Messungen mit Störfaktoren zu erkennen. Hierfür braucht man intelligente Sensorik die exakt genug misst.
Das erfahrene Fachpersonal erkennt, welche Messungen nicht gelungen sind und nimmt z.B. von 5 Messungen nur den Mittelwert der drei besten. Wichtig ist die Gleichheit in der Messung, die Verlässlichkeit der Messung. Das ist wichtiger als der letzte Prozentbereich der Messgenauigkeit. In der Medizin geht es um prinzipielle Entscheidungen: Krank, gesund oder auf dem Weg zu krank. Da ist die Messtechnik viel genauer als die Genauigkeit unserer Diagnose.
All Sensors: Welche Kenngrößen des Sensors wie z.B. Ansprechzeit, Genauigkeit und Langzeitstabilität sind am wichtigsten und welche Verbesserungen oder Entwicklungen wären hier wünschenswert?
Dr. Steffen: Ich glaube, die Verlässlichkeit in der Querschnittsuntersuchung ist sehr wichtig. Wenn der Patient heute kommt und dann kommt er in ein paar Monaten oder in einem Jahr wieder, muss die gleiche Verlässlichkeit in der diagnostischen Qualität gewährleistet sein. Oder wenn ich Therapien umstelle, und der Patient wiederholt in die Praxis kommt. Da erwarte ich, dass meine Messungen vergleichbar sind über einen längeren Zeitraum. Nur so können sie Grundlage meiner Therapieentscheidung sein. Ob das Gerät einen Milliliter mehr oder weniger misst, hat da nicht so viel Einfluss auf die Entscheidung ob und wie ich den Patienten behandle. Die Verlässlichkeit im Querschnitt über die Langzeit ist die wichtigste Größe. Und je weniger der Arzt über die Messtechnik nachdenkt, je verlässlicher und stabiler ist sein System und desto besser ist es mutmaßlich.
Das andere ist die schnelle Response des Sensors. Hier ist wichtig, dass man gerade bei dynamischen Prozessen nicht irgendwo entscheidende Informationen verliert.
All Sensors: Aus ihrer langjährigen Praxiserfahrung, wie oft hatten Sie Situationen, in denen das Spirometer oder der Bodyplethysmograph nicht mehr zuverlässig arbeitet?
Dr. Steffen: Immer mal wieder. Häufig sind es mechanische Ursachen, z.B. verursacht ein kaputter Dichtungsring Undichtigkeiten. Oder ein verstopfter Schlauch oder kondensierende Feuchtigkeit verursachen Fehler bei der Volumenmessung in der Kammer während der Autokalibrierung.
Für den Arzt ist die Fehlerquelle nicht einfach zu erkennen. Wir können dem Techniker nur den Fehler beschreiben: das Gerät misst nicht, es hat eine Drift, es kommt mit der Kurve nicht auf seine Nulllinie. Aber wir kennen die Ursache nicht und brauchen dann technische Unterstützung. Meistens sind es aber keine Sensorik-Themen.
All Sensors: Sehen Sie noch weitere KI-Entwicklungen?
Dr. Steffen: KI könnte helfen, den diagnostischem Aufwand zu reduzieren durch immer intelligentere Kombination und Interpretation verschiedener Messparameter. Die Therapie fände dann vermehrt zu Hause statt mit mobilen Geräten, die man den Patienten mitgibt. Dies würde Arztbesuche reduzieren und Kosten im Gesundheitswesen sparen.
All Sensors: Vielen Dank für das Gespräch Herr Dr. Steffen.