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Entwicklung und Aufbau der Sensorsignalverarbeitungseinheit und eines Demonstrators eines Assistenzsystems für Katheterisierungen

Budelmann, Christoph :
Entwicklung und Aufbau der Sensorsignalverarbeitungseinheit und eines Demonstrators eines Assistenzsystems für Katheterisierungen.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2008)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

In der heutigen Medizin sind Dilatationskatheter zur Gefäßerweiterung eine häufig genutzte Therapieform im Rahmen der Behandlung der koronaren Herzkrankheit. Hierbei wird ein dünner Führungsdraht in eine Arterie eingeführt, über den der Katheter in die engen Herzkranzgefäße navigiert wird. Um die Navigation zu vereinfachen, wird am Institut für Elektromechanische Konstruktionen der TU Darmstadt das Assistenzsystem HapCath (haptischer Katheter) entwickelt. Über einen Kraftsensor an der Spitze des Führungsdrahtes wird die Kraft auf die Gefäßwand gemessen und verstärkt auf den Führungsdraht zurückgekoppelt. Hierdurch erhält der behandelnde Arzt einen realistischen Krafteindruck, der ohne Assistenzsystem von der Reibung des Führungsdrahtes in den Arterien überlagert wird.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und den Aufbau der Signalverarbeitung und eines Demonstrators des HapCath-Systems. Die Entwicklung erfolgt unter Berücksichtigung der Anforderungen, die das Gesetz über Medizinprodukte an medizinische Geräte stellt.

Die entwickelte Sensorelektronik ermöglicht die Auswertung von piezoresistiven Kraftsensoren mit bis zu sechs Anschlüssen zur Messung des Kraftvektors. Über eine alternierende Bestromung des Sensors ist dabei eine Kompensation der Leitungswiderstände möglich. Die Auswertung der Spannungen am Sensor und die Berechnung eines dreidimensionalen Kraftvektors erfolgt in der digitalen Signalverarbeitung durch einen leistungsfähigen ARM7-Mikrocontroller. Dieser regelt auch zwei elektrisch kommutierte Motoren, die die berechnete Kraft und das Moment in Translation bzw. Rotation auf den Führungsdraht zurückkoppeln. Über eine USB-Schnittstelle wird der berechnete Kraftvektor in einem LabView-Programm am PC dem behandelnden Arzt in Echtzeit zur Verfügung gestellt. Daneben dient der PC der Speicherung der Daten. Das gesamte System wird durch einen zweiten Mikrocontroller überwacht. Dabei können Fehler wie ein Abreißen des Sensorelements oder ein Fehler in der Sensor-Isolierung ebenso erkannt werden wie ein Blockieren oder Durchdrehen der Aktoren. Im Fehlerfall wird das gesamte System in einen sicheren Zustand überführt und der Fehler optisch und akustisch dem behandelnden Arzt gemeldet.

Die vorliegende Forschungsarbeit ermöglicht damit erstmals die Zusammenführung der Systemkomponenten Führungsdraht und Aktorik zu einem integrierten, echtzeitfähigen Gesamtsystem zur Unterstützung der Navigation bei Herzkatheterisierungen.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2008
Autor(en): Budelmann, Christoph
Titel: Entwicklung und Aufbau der Sensorsignalverarbeitungseinheit und eines Demonstrators eines Assistenzsystems für Katheterisierungen
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

In der heutigen Medizin sind Dilatationskatheter zur Gefäßerweiterung eine häufig genutzte Therapieform im Rahmen der Behandlung der koronaren Herzkrankheit. Hierbei wird ein dünner Führungsdraht in eine Arterie eingeführt, über den der Katheter in die engen Herzkranzgefäße navigiert wird. Um die Navigation zu vereinfachen, wird am Institut für Elektromechanische Konstruktionen der TU Darmstadt das Assistenzsystem HapCath (haptischer Katheter) entwickelt. Über einen Kraftsensor an der Spitze des Führungsdrahtes wird die Kraft auf die Gefäßwand gemessen und verstärkt auf den Führungsdraht zurückgekoppelt. Hierdurch erhält der behandelnde Arzt einen realistischen Krafteindruck, der ohne Assistenzsystem von der Reibung des Führungsdrahtes in den Arterien überlagert wird.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und den Aufbau der Signalverarbeitung und eines Demonstrators des HapCath-Systems. Die Entwicklung erfolgt unter Berücksichtigung der Anforderungen, die das Gesetz über Medizinprodukte an medizinische Geräte stellt.

Die entwickelte Sensorelektronik ermöglicht die Auswertung von piezoresistiven Kraftsensoren mit bis zu sechs Anschlüssen zur Messung des Kraftvektors. Über eine alternierende Bestromung des Sensors ist dabei eine Kompensation der Leitungswiderstände möglich. Die Auswertung der Spannungen am Sensor und die Berechnung eines dreidimensionalen Kraftvektors erfolgt in der digitalen Signalverarbeitung durch einen leistungsfähigen ARM7-Mikrocontroller. Dieser regelt auch zwei elektrisch kommutierte Motoren, die die berechnete Kraft und das Moment in Translation bzw. Rotation auf den Führungsdraht zurückkoppeln. Über eine USB-Schnittstelle wird der berechnete Kraftvektor in einem LabView-Programm am PC dem behandelnden Arzt in Echtzeit zur Verfügung gestellt. Daneben dient der PC der Speicherung der Daten. Das gesamte System wird durch einen zweiten Mikrocontroller überwacht. Dabei können Fehler wie ein Abreißen des Sensorelements oder ein Fehler in der Sensor-Isolierung ebenso erkannt werden wie ein Blockieren oder Durchdrehen der Aktoren. Im Fehlerfall wird das gesamte System in einen sicheren Zustand überführt und der Fehler optisch und akustisch dem behandelnden Arzt gemeldet.

Die vorliegende Forschungsarbeit ermöglicht damit erstmals die Zusammenführung der Systemkomponenten Führungsdraht und Aktorik zu einem integrierten, echtzeitfähigen Gesamtsystem zur Unterstützung der Navigation bei Herzkatheterisierungen.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Gleichstrommotor bürstenlos BLDC, Kraftregelung, Mikrocontroller ATMEGA 168, Signalverarbeitung digital, Stromquelle spannungsgesteuert
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 05 Sep 2011 13:58
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1684

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 11-02-2008

Ende Datum: 21-07-2008

Querverweis: 17/24 EMKS 1023

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1684
Gutachter / Prüfer: Meiß, Dipl.-Ing. Thorsten ; Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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