Herzunterstützungssysteme

Hard- und Software Simulation d. herzinsuffizienten Kreislaufs 
 

zur Entwicklung von Herzunterstützungssystemen

 Doktorvortrag von Dipl.-Wirtsch. Ing Stefanie Heinke

(Aushang im Inst. f. Thermische Verfahrenstechnik)

HIA Kolloquim 31.3.2013

Helmholtz-Institut / Biomedizintechnik

 * * *

Zitat / Notizen / Schlagwörter

• Darmstadt - Autom. Technik, 

• Accountmanager HH

• Motiv: Herzkreislauferkrankungen n. WHO 2008

• Def: Herzinsuffizien, Europa im Vgl. zu den USA (wesentlich höher)

• Herzunterstützungssystem (HÜS)

• Pulsatives oder rotatorisches Pumpensystem

• Regelung ... hydraulische Last

• Hard- und Software Simulation d. Herzkreislaufs

• 4 Herzklappen => 4 Aktionsphasen 

• Modellierung des Herzens

• Freiwandvolumen, li. + re. Ventrikel

• Perikard + Septumsvolumen + Wandspannung

• Druckvolumenrelation Perikard zu Septum

• Ersatzschaltbild: RS: Q => L => R

• L (Induktivität, steht hier für Trägheit)

Das Gefäßsystem:

• Arteriell, dickwandig => Druckspeicher

• Venös, dünnwandig => Volumenspeicher

• Modellierung bzw. Modelle des Gefäßsystems n. Leaning / n. Smith et al.

• (... die Diplomandin entwickelte neues bzw. erweitertes System ...)

• 1 Herzschlag ca. 0,8 sec, Inzisur

• Simulation v. diast. + syst. Herzinsuffizienz

• Verschiebung der Kurve des Herzunterstützungsmaxima

• Verschiebung der Kurve 

• Parameter, Flexibilität, dynamischer Übergang

• Übertragbarkeit von Patientendaten etc.

• elektrische Ansteuerbarkeit aller Komponenten

• modularer Aufbau

• Einlass => p,V => HÜS => p,V => Auslass

• Widerstandsverhalten => Zahnradpumpe

• Compliance Verhalten Tauchspule, Aktuator

• m. Metallbalg (Volumenspeicher)

• Rot. HÜS => lastabhängig

• Regelgröße => Druck im ?

• (... die gesamte Anlage wurde auf einen Rollwagen konstruiert ...)

• Regelung: Auslenkung der Tauchspule (Stellgrößenbeschränkung)

• Dynamik d. Zahnradspule deutlich geringer als bei der Tauchspulpumpen

• 1. Flussregelung, Vorfilter, Kalmanfilter, PI-Regler, VCA, Wegsensor

• Soll = Softwaresimulation + Ist = Hardwaresimulation sind fast identisch

• rechts arterieller Druck, pulomonal

• vollständ elektrisch anssteuerbare Auslegung v. Regelungen, real.

• "Bridge to Recovery"

• Drehzahl 40.000 U / min = konst.

• Entwöhnung des Patienten v. HÜS (Abiomed, Impela 2.5)

• Hardware in the Loop, 

• Veränderung des periph. Wid.

• Validierung, Tierversuche, etc

Zusammenfassung: 

• Implemtierung, 3 (?) Herzkreislaufsystem in Dymola ... neues Modell: neue Parametrierung

• Hardwaresimulation: Hydr., HKR Sim. ... Vorlast / Nachlast

• Restkontraktilität, Elemente

• Herzklappen

• von Links n. Rechts sind Umbauten notwendig

Fragen d. Auditoriums

• (alles selber Doktoranden, Ing., + Prof. anwesend)

• bis zu welcher Dynamik fkt. das System => ca. 300 mm Hg

• Schlauchverbindungen

• Aktuator = schnell

• 3.500 mm Hg / sek => Anstieg

• Regelkreis geht in Sättigung

• FLUSSDYNAMIK im Zusammenhang mit Pumpenart + Verschaltung

• Folie 38 + zentrales Schaltbild, Regelung + Regelkreis

• Prof: "... es gibt i.d. schriftlichen Ausarbeitung noch einige theor. "Schmankerl" + verweist noch mal in dem Zusammenhang auf LAGRANGE

• Schwierigkeiten i.d. praktischen Arbeit => wie immer => Wischen ist möglich + es gibt keine Druckbegrenzung ... auch Planschen ist möglich ;-)

• (s. Arbeiten im TVT => dort werden Pumpen- und Stoffkreislaufsysteme genutzt, die ein wenig größer sind + geniale Trickschaltungen aus Glas) 

• kurzes Gespräch mit Prof. wg NC auf Biomedizintechnik seines Bereiches ( E-Technik-Bach., 600 Studienplatzbegrenzung, s. doppelter Abitursgang etc.)

* * *

(für Richtigkeit der Angaben keine Gewähr, 

da alles auf e. kleinen Zettel notiert)

 . . .