Haptisches Assistenzsystem für diagnostische und therapeutische Katheterisierungen

Ausgehend von einer Analyse der haptischen Wahrnehmung, Klassifizierung der Begrifflichkeiten und der Identifikation des medizinischen Umfeldes sowie der dort bereits experimentell getesteten und etablierten Assistenzsysteme wird in der Arbeit die Aufgabe formuliert, ein Assistenzsystem für Katheterisierungen zu entwickeln, das Kräfte an der Spitze eines Führungsdrahtes bzw. Katheters von 0,33 mm Durchmesser messen kann und diese Kräfte dem behandelnden Arzt durch eine Aktoreinheit am Führungsdraht bzw. Katheter haptisch darstellt. Das Assistenzsystem ist dabei eine elektromechanische Einheit bestehend aus Aktorik, Kraftsensorik und Regelkreis. Als Resultat der Akquise von DFG Forschungsgeldern durch den Bearbeiter und die damit verbundene Aufteilung der Gesamtentwicklung in drei unabhängige Arbeiten wird in diesem Dokument ein Schwerpunkt auf die Strukturierung und Systematisierung der Aufgabenstellung sowie der Analyse der Gefäße als zukünftiges Einsatzgebiet der Sensorik gelegt. Weiterhin werden die Anforderungen an die Aktoreinheit betrachtet. Um die mechanischen Eigenschaften des Nutzers zu quantifizieren wird die Theorie der ForceImpression (FIP) formuliert, welche einen allgemeingültigen Zugang zur Analyse haptischer Systeme ermöglicht. Die Anwendung der Methode geht weit über die für das Assistenzsystem notwendige Betrachtung hinaus. Neben den Anforderungsermittlungen wird weiterhin für alle technischen Teilprobleme ein erster Entwurf durchgeführt, aufgebaut und analysiert. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf optischer Kraftsensorik sowie für diese haptische Applikationen optimierte Aktorik auf Basis elektronisch kommutierter Antriebe. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick zu allen behandelten Punkten und einer Überleitung zu den anschließenden Arbeiten.

Starting from an analysis of haptic perception, a classification of terms and the identification of the medical area a task is formulated, to design a system assisting during catheterization. The system measures forces a the tip of a guide-wire with a diameter of 0.33 mm. These forces are coupled back haptically to the medic staff at the same guide-wire. The system is an electromechanical unit consisting of actuator, force-sensor and control circuit. As a result from DFG science funding the whole development has been splitted into three subtasks. In this document the structure, the systematic analysis of the task and the analysis of the vessels are emphasized. Additonally the technical demands on the actuation unit is discussed in detail. To make the formulation of the mechanical properties of the user possible, a novel method named ForceImpression (FIP) is introduced. It allows quantification of the haptic impression generated with haptic interfaces in general and independent from this specific work. Beside these specifications for all technical problems a first design for the assistance system has been developed, built and analyzed. To measure forces an optical sensor is proposed. For the haptic device an optimized electronically commuated actor has been desigend.