Kontaktierung von miniaturisierten Kraftsensoren und Signalübertragung im Führungsdraht für Katheterisierungen

Zusammenfassung: Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Signalübertragung und Kontaktierung eines neuartigen, miniaturisierten, piezoresistiven Kraftsensors, welcher bei Katheterisierungen des Herzens eingesetzt werden soll. Der Sensor hat Abmessungen von 200x200x620µm³ und wird beim Projekt Hapkath eingesetzt. Zur Kontaktierung stehen 40x50 µm² große Kontaktflächen zur Verfügung. An diese sind sechs gegeneinander isolierte Leiter anzuschließen und entlang des 1,8m langen Führungsdrahtes zu leiten! Die Aufgabenstellung lässt sich in die drei Teilbereiche „isoliert Leiten“, „Kontaktieren“ und „Positionieren“ einteilen. In engem Kontakt mit Industrie und Forschungseinrichtungen werden die verschiedenen zur Verfügung stehenden Technologien zur Kontaktierung auf ihre Eignung untersucht. Als Grundlage für die Auswahl einer optimalen Kombination aus den verschiedenen Lösungsansätzen dienen eine umfangreiche Literaturrecherche, Vorversuche und Gespräche mit Experten aus den jeweiligen Fachgebieten. Aus diesem Wissen resultiert eine geeignete Variante zur Leitung mittels isolierten Spulendrähten und eine Kontaktierung durch isotrop leitfähiges Kleben. Das Konzept wird in dieser Arbeit umgesetzt und die Funktionsfähigkeit durch Messungen bestätigt. Die elektrischen Signale werden durch die Verwendung von 22µm dickem Spulendraht übertragen, der durch eine robuste Polyurethanschicht isoliert ist. Durch metallische Abscheidung von Nickel als Passivierung, sowie Gold als Edelmetall, werden die Drähte modifiziert, so dass gute elektrische und mechanische Eigenschaften von Kupfer mit den Vorteilen eines Goldkontaktes bei sehr geringen Kosten verknüpft werden. Die Form der metallisierten Drahtenden ermöglicht eine einfache Dosierung, so dass die Kontaktierung durch isotrop leitfähigen Kleber hergestellt werden kann. Die Positionierung erfolgt über eine eigens für diese Anwendung entwickelte Positioniereinheit. Durch den Einsatz einer lückenlosen (pinholefreien) Isolierung und durch mechanische Sicherung der Kontaktierung mit Hilfe von biokompatiblem Kleber, ist die entwickelte Leitung und Kontaktierung für den Einsatz im Körper geeignet

Untersuchung der sensorischen Eigenschaften gestapelter dielektrischer Elastomeraktoren

Zusammenfassung Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines dielektrischen Polymersensors. Auf Grundlage der am Institut für Elektromechanische Konstruktion der TU Darmstadt entwickelten Polymeraktoren, stehen der resistive und der kapazitive Effekt zur Detektion von Drücken zur Verfügung. Auf Grund von Vorversuchen und der Berechnung der Messeffekte wird der kapazitive Effekt als Messeffekt ausgewertet. Der Sensor besteht aus Graphitelektroden mit dazwischen liegendem Silikon als Dielektrikum. Wird der Sensor mit Druck belastet, ändert sich der Abstand und die Fläche der Elektroden, so wie die Permittivität des Dielektrikums, was alles zu einer Vergrößerung der Kapazität führt. Der Sensor kann genau wie die Aktoren gestapelt werden. Besonders in Hinblick auf eine Stapelanordnung wird die Kontaktierung kritisch betrachtet und einer Variation unterzogen. Der Sensor soll sowohl als Einzelelement aufgebaut werden, als auch in einer Matrix. In einer passiven Matrix soll der Ort eines eingeleiteten Druckes detektiert werden. Somit liegt ein Schwerpunkt in der Berechnung von kapazitivem Übersprechen in einer n x n Matrix. In dieser Arbeit wird der systematische Fehler bei der Messung an einer n x n Matrix aufgezeigt. Durch numerische Simulationen wird das kapazitive Übersprechen von Koppelkapazitäten abgeschätzt. Durch die Kenntnis dieser Einflüsse ist es möglich, ein reduziertes Messverfahren zur Detektion eines Druckes in einer passiven, kapazitiven Matrix zu entwickeln, welches 2n Messungen zur Bestimmung des Ortes und des Druckes benötigt. Messungen an Probesensoren zeigen die hohe Anforderung an die Technologie zur Herstellung solcher Sensoren. Da bisher keine verlässliche Technologie zur Herstellung der Elektroden existiert, werden diese manuell gefertigt. Die prinzipielle Funktionsweise und Reproduzierbarkeit kann dennoch durch die durchgeführten Messungen gezeigt werden. Die Kapazität soll in eine Spannung gewandelt werden. In Hinblick auf diese Anwendung werden verschiedene Messprinzipien diskutiert. Eine Recherche auf dem Markt vorhandener Bausteine bringt eine fertige Lösung zur Auswertung hervor, welche jedoch auch nach eigenen Bedürfnissen zur reduzierten Matrixauswertung programmiert werden kann

Development of a Multimodal Assistive System by Providing an Additional Acoustic Signal as Extension for a Haptic Assistive System for Heart Catheterizations

Conventional navigation during catheterizations is done by direct manipulation of a handle at the proximal end of the guide wire. With the aid of x-ray imaging the corresponding movement of the guide wire’s tip in the patient’s vascular system can be monitored. Other human senses are not involved into the procedure and so cardiologist’s perception is reduced while navigating through the blood vessels. Within the HapCath - project (Institute for Electromechanical Systems, TU Darmstadt) an assistive system for interventional catheterizations has been developed. It provides a haptic feedback by measuring the contact forces at the guide wire tip and feeding them back onto the proximal end of the guide wire to improve the tactile feedback. A further improvement of the assistive system could be generated by involving the audible sense as well. As perception of the cardiologist during catheterisation can be improved, procedure duration and x-ray exposure dose can be reduced. Therefore the aim of this work is to provide an additional acoustic signal corresponding to the contact forces at the guide wire tip to provide a multimodal feedback to the cardiologist. The blood vessels surface is characterized only by the dynamic parts of the force signal. Therefore several signal modu-lation procedures were considered. Aim of this paper is the implementation of these procedures into an acoustic demon-strator system. Further work will be testing the different signal processing algorithms, selecting the most appropriate one and implementing it into the HapCath - system