Übertragungswege von Infektionen in Spitälern auffinden und unterbrechen

Im Krankenhaus erworbene Infektionen sind ein grosses Problem. ?W?hrend der Covid-Pandemie traten oft Ansteckungen in Spit?lern auf. Das gef?hrdete nicht nur geschw?chte Patient:innen, sondern viele Einrichtungen bekamen auch grosse Personalprobleme, weil zahlreiche Mitarbeitende gleichzeitig erkrankten?, sagt Onicio Batista Leal Neto.

Leal Neto war bis vor kurzem Senior Researcher in der Systems Security Group des Informatikdepartements der ETH Z¨¹rich und hat nun als Assistant Research externe Seite Professor f¨¹r Digitale Epidemiologie an der University of Arizona angefangen. Er und andere Forschende wollten herausfinden, wie sich Infektionsausbr¨¹che besser erkennen lassen, und wie sich ihre Ausbreitung unterbinden l?sst. Um die Infektionsketten gezielt unterbrechen zu k?nnen, ist es notwendig, die Interaktionen zwischen den Menschen zu kennen. Das soziale Netzwerk einer Person zeigt dabei die m?glichen Verbreitungswege einer Infektion auf.

Messgenauigkeit verbessert die Vorsorge

Im Rahmen des Projekts ?Wearable Proximity Platform? haben Informatiker und Epidemiologen der ETH Z¨¹rich, der EPFL, der ISI Foundation und des ETH-Spinoffs 3db Access ein Proximity-Tracking-System entwickelt, also ein ?Abstandsmesssystem?, das die Entfernung und N?he zwischen Personen messen kann, um das Infektionsrisiko namentlich in einer Krankenhausumgebung abzusch?tzen. Das technologische Herzst¨¹ck des Systems bilden dabei spezielle Badges. Diese funktionieren, indem sie  die UWB-Funktechnologie (Ultrabreitband) von 3db Access mit der integrierten Software und der Erfahrung der SocioPatterns-Kooperation kombinieren, die von der ISI-Stiftung geleitet wird. ISI ist ein interdisziplin?res europ?isches Forschungszentrum in der N?he von Turin. In den letzten zehn Jahren hat diese Kooperation die Nahbereiche menschlicher Netzwerke untersucht, und zwar in zahlreichen Kontexten, die f¨¹r die Verbreitung von Infektionskrankheiten bedeutend sind, darunter Schulen, Krankenh?user, Versammlungsorte und ressourcenarme l?ndliche Gebiete auf der ganzen Welt.

?Um Infektionsnetzwerke zu erfassen, k?nnte eine genauere Entfernungsmessung den entscheidenden Unterschied ausmachen. Wenn nicht f¨¹r COVID, so doch zumindest f¨¹r viele andere Krankheiten?, erkl?rt Leal Neto. So wurde w?hrend der COVID-19-Pandemie beispielsweise festgestellt, dass eine Infektion mit dem Corona-Virus mit hoher Wahrscheinlichkeit weitergegeben wird, wenn eine Begegnung mindestens 15 Minuten dauert und in einer Entfernung von weniger als 150 Zentimetern stattfindet. Vergleichbar der SwissCovid-App w?hrend der Pandemie hat das neue System daher das Potenzial, Infektionsketten auf der Grundlage von Kontaktdauer und -distanz besser zu erkennen.

Kulturelle Faktoren sind entscheidend

Das Forschungsteam hat seinen L?sungsansatz in verschiedenen Umgebungen getestet, etwa in einem Schweizer Kantonsspital, in Gesundheitseinrichtungen in Afrika sowie in zwei D?rfern in Kenia und der Elfenbeink¨¹ste.

Die Technologie und ihre M?glichkeiten sind jedoch nur ein Aspekt des Systems, der Kontext ist ein anderer. ?Das kulturelle Umfeld zu verstehen, ist f¨¹r den Erfolg einer derartigen Anwendung genauso wichtig?, weiss Leal Neto aus der Erfahrung zahlreicher Projekte in Zusammenarbeit mit der SocioPatterns-Gruppe, unter anderem in Brasilien und Malawi. Die Daten, die das System liefert, m¨¹ssen je nach den Begleitumst?nden unterschiedlich interpretiert werden. Eine ?berlegung ist, wie die Sensoren genau getragen werden. Kleidungsst¨¹cke aus dickem Stoff beispielsweise k?nnen die Signalqualit?t beeintr?chtigen. Vor diesem Hintergrund haben Leal Neto und das Forschungsteam das System bereits in einem fr¨¹hen Stadium auf Herz und Nieren gepr¨¹ft, mit ersten Praxistests in der Schweiz, Kenia und der Elfenbeink¨¹ste.

Risikosituationen erkennen

In der Schweiz wurden f¨¹r einen Arbeitstag fast alle knapp 40 Mitarbeitenden des Ambulatoriums der Klinik f¨¹r Infektiologie des Kantonsspitals St. Gallen ¨C vom Pflegepersonal ¨¹ber die ?rzte-Teams bis hin zur Administration ¨C mit den Badges ausgestattet. Zus?tzlich wurden vier fest installierte Sensoren bei der Kaffeemaschine, im Aufenthaltsraum und an den Handhygienespendern in zwei Patientenzimmern angebracht. ?Das System steckt zwar noch in den Kinderschuhen, bereits die ersten Resultate sind aber sehr aufschlussreich. Derartige Anwendungen haben im Spital ein grosses Potenzial?, sagt Philipp Kohler. Er betreut die Studie als leitender Arzt auf Seiten des Kantonsspitals.

In Spit?lern erm?glichen derartige Systeme vor allem eine viel wirkungsvollere Pr?vention. ?Wenn wir wissen, wo und unter welchen Umst?nden risikobehaftete Kontakte stattfinden, k?nnen wir beispielsweise in bestimmten Situationen eine Maskenpflicht einf¨¹hren?, erkl?rt Kohler. Zudem k?nnten auch Fragen wie die Auswirkungen verschiedener Maskentypen oder von H?ndedesinfektions-Routinen auf die Infektionsrate untersucht werden.

F¨¹r Dorfgemeinschaften herausfordernd

In Kenia und der Elfenbeink¨¹ste arbeitete das Forschungsteam mit zwei lokalen Partnerorganisationen zusammen, um Tests in l?ndlichen Gebieten durchzuf¨¹hren. Dabei handelte es sich um das Centre Suisse de Recherches Scientifiques (CSRS) an der Elfenbeink¨¹ste und das Center for Public Development (CPDH) in Kenia. F¨¹r Onicio war diese Zusammenarbeit mit lokalen Organisationen ein wichtiger Schritt: ?Damit die Menschen mitmachen, muss ein Projekt das lokale soziale Gef¨¹ge und die sozialen Normen der Gemeinschaften einbeziehen.? Insgesamt nahmen 340 Mitarbeitende von Gesundheitseinrichtungen sowie Dorfbewohner:innen teil.

Die Ergebnisse zeigen, dass das System bei den Mitarbeitenden der Spit?ler in Kenia und in der Elfenbeink¨¹ste gut funktioniert. F¨¹r die Dorfgemeinschaften erwies sich das System jedoch als weniger geeignet. Sie benutzten die Ger?te nicht durchgehend. F¨¹r Leal Neto zeigen die Tests, dass bei der Einf¨¹hrung von technischen Systemen immer der gesamte kulturelle Kontext zu beachten ist. Er ist ¨¹berzeugt, dass dies auch ein Thema f¨¹r die Ausbildung an den Hochschulen ist: ?Um erfolgreiche Systeme entwickeln zu k?nnen, m¨¹ssen die Studierenden die kulturellen Faktoren, die eine Anwendung beeinflussen, genauso verstehen wie die technischen Zusammenh?nge.?

Genau darin liegt f¨¹r ihn selbst die gr?sste Motivation: ?Ich m?chte mit meiner Arbeit mithelfen, dass auch unterversorgte Gemeinschaften von modernen Technologien profitieren k?nnen.?

Energiesparend verwendbar

Was die Anwendung dieser Technologie betrifft, sieht das Forschungsteam f¨¹r die Zukunft vor allem zwei Verbesserungsm?glichkeiten. Erstens verwenden die Sensoren Bluetooth Low Energy f¨¹r die gegenseitige Identifizierung. Dadurch k?nnen sie ihren Energieverbrauch weiter senken, wie dies bei anderen bestehenden Plattformen der Fall ist. Das energieintensivere UWB muss dann nur noch den genauen Abstand zwischen den Sensoren ermitteln. Zweitens wollen sie die besonders energieeffiziente LoRa-Technologie (engl. ?long range?), die f¨¹r das Internet der Dinge (IoT) entwickelt wurde, zur Daten¨¹bertragung nutzen.