Frakturschwellungen – Simulationsmodelle und geregelte Therapiegeräte
Zusammenfassung
Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Kühl-Kompressionssystems zum aktiven Schwellungsabbau bzw. zur präventiven Schwellungsverhinderung für die Anwendung an Sprunggelenkfrakturen. Das in dieser Arbeit entwickelte hydraulisch-pneumatische System berücksichtigt die lokalen physiologischen Reaktionen des Körpers auf eine Temperatur- und Druckänderung über entsprechende Sensoren. Regelalgorithmen sind in der Lage, vorgegebene Kühl- und Druckkurven angepasst an individuelle Patienten zu verfolgen. Durch Erstellung von Modellen zur Nachbildung der zu beeinflussenden Physiologie des Menschen können nötige Parameter für die technischen Teilsysteme simuliert werden. Die Aufspaltung der Blutgefäße in Gefäßarten unterschiedlicher Größe und Lage in verschiedenen Gewebeschichten im Bereich der unteren Extremität liegen dabei im Fokus. Dadurch ist es möglich, sowohl auf die Druckänderungen in den Gefäßen, als auch auf die Wärmeleitung zwischen den Gewebesc...
Schlagworte
- I–XXVIII
- 1–2 1 Einleitung 1–2
- 1.1 Problembeschreibung und Motivation
- 1.2 Zielstellung der Arbeit
- 3–24 2 Medizinische Grundlagen 3–24
- 2.1 Frakturen und ihre Behandlung
- 2.2 Beeinflussung der Entzündungsreaktion
- 2.2.1 Entzündungsreaktion
- 2.2.2 Lokale Kältetherapie
- 2.3 Beeinflussung der Venen- und Lymphtätigkeit
- 2.3.1 Ödembildung
- 2.3.2 Transportmechanismen
- 2.3.3 Kompressionstherapie
- 2.4 Zusammenfassung
- 25–39 3 Stand der Technik 25–39
- 3.1 Kühlsysteme
- 3.2 Kompressionssysteme
- 3.3 Kühl-Kompressionssysteme
- 3.4 Simulationsmodelle menschlicher Physiologie
- 3.5 Zusammenfassung
- 40–45 4 Präzisierung der Aufgabenstellung 40–45
- 4.1 Konzeptvorstellung
- 4.2 Anforderungsliste
- 4.3 Arbeitsschritte
- 4.4 Zusammenfassung
- 46–52 5 Entwicklung eines Lösungsansatzes 46–52
- 5.1 Funktionsstruktur
- 5.2 Hardwareseitige prinzipielle Wirkstruktur
- 5.2.1 Auswahl des Wärmesenke-Prinzips
- 5.2.2 Bestandteile des Systems
- 5.3 Simulationstechnische Modellebenen
- 5.4 Zusammenfassung
- 53–104 6 Modelle der Physiologie 53–104
- 6.1 Klinische Umgebung
- 6.2 Modellerstellung des genormten Körpers
- 6.2.1 Festlegung eines genormten Mensch-Extremitäten-Modells
- 6.2.2 Modellierung des kardiovaskulären Systems
- 6.2.3 Validierung des kardiovaskulären Modells
- 6.2.4 Bewertung des Physiologie-Modells des genormten Körpers
- 6.3 Schwellungsverlauf an der Sprunggelenkfraktur
- 6.4 Thermoregulation und Temperatureinfluss
- 6.4.1 Thermomodellierung des gesunden Körpers
- 6.4.2 Thermomodellierung der Sprunggelenkfraktur mit Entzündungsherd
- 6.4.3 Simulationen mit dem Thermomodell
- 6.4.4 Bewertung des Modells von Thermoregulation und Temperatureinfluss
- 6.5 Gewebemodellierung und Druckeinfluss
- 6.5.1 Gewebemodellierung des gesunden Körpers
- 6.5.2 Simulationen mit dem Druckmodell
- 6.5.3 Bewertung des Modells von Gewebemodellierung und Druckeinfluss
- 6.6 Zusammenfassung
- 105–142 7 Kühlung in technischer Realisierung und Modell 105–142
- 7.1 Aufbau des hydraulischen Kühlsystems
- 7.1.1 Kühladern
- 7.1.2 Kühlmedium
- 7.1.3 Hydraulische Zuleitungsstrecke
- 7.1.4 Elektronikkomponenten zur Steuerung des hydraulischen Kreislaufs
- 7.1.5 Temperatursensormatte
- 7.2 Aufbau der Wärmesenke aus Peltier-Elementen
- 7.2.1 Auswahl eines geeigneten Peltier-Elements
- 7.2.2 Ansteuerung der Peltier-Elemente
- 7.2.3 Ableitung der Abwärme
- 7.3 Einfacher Reglerentwurf für das Kühlsystem
- 7.3.1 Festlegung von Regelgrößen des Kühlystems
- 7.3.2 Umsetzung des Kühlreglers
- 7.3.3 Regelung der Lüfterdrehzahl
- 7.4 Messungen und Ergebnisse mit dem Kühlsystem
- 7.4.1 Parametervariation
- 7.4.2 Einfluss der einfachen Regelung
- 7.4.3 Messungen am Menschen
- 7.4.4 Messunsicherheit
- 7.4.5 Bewertung des entwickelten Kühlsystems
- 7.5 Simulation des Kühlsystems
- 7.5.1 Modellierung von Peltier-Elementen
- 7.5.2 Modellierung des Kühlsystems
- 7.5.3 Simulationen mit dem modellierten Kompressionssystem
- 7.5.4 Zusammenschluss der Modelle Physiologie und Kühlung
- 7.5.5 Bewertung des simulierten Kühlsystems
- 7.6 Zusammenfassung
- 143–168 8 Kompression in technischer Realisierung und Modell 143–168
- 8.1 Aufbau des Kompressionssystems
- 8.1.1 Druckkammern
- 8.1.2 Druckmedium
- 8.1.3 Elektronikkomponenten zur Steuerung des pneumatischen Kreislaufs
- 8.1.4 Pneumatische Zuleitungsstrecke
- 8.2 Einfacher Reglerentwurf für das Kompressionssystem
- 8.2.1 Festlegung von Regelgrößen des Kompressionssystems
- 8.2.2 Notwendige Drücke und Druckverläufe
- 8.2.3 Umsetzung des Konstantdruckreglers
- 8.2.4 Umsetzung der Druckimpulssteuerung
- 8.3 Messungen und Ergebnisse mit dem Kompressionssystem
- 8.3.1 Parametervariation bei Messungen am Menschen
- 8.3.2 Einfluss der einfachen Regelung durch Muskelspannung
- 8.3.3 Einfluss verschiedener Anfangsdrücke
- 8.3.4 Messunsicherheit
- 8.3.5 Bewertung des entwickelten Kompressionssystems
- 8.4 Simulation des Kompressionssystems
- 8.4.1 Modellierung des Kompressionssystems
- 8.4.2 Simulationen mit dem modellierten Kompressionssystem
- 8.4.3 Zusammenschluss der Modelle Physiologie und Kompression
- 8.4.4 Bewertung des simulierten Kompressionssystems
- 8.5 Zusammenfassung
- 169–178 9 Bewertung des Kühl-Kompressionssystems 169–178
- 9.1 Bewertung des Gesamtsystems
- 9.1.1 Zusammenschluss von Kühlsystem und Kompressionssystem
- 9.1.2 Betrachtungen zusätzlicher Komponenten
- 9.1.3 Systembewertung
- 9.2 Bewertung der Simulationsmodelle
- 9.2.1 Zusammenschluss beider Therapie-Modelle mit der Physiologie
- 9.2.2 Verhinderung oder Abbau des Schwellungsvolumens
- 9.2.3 Modellbewertung
- 9.2.4 Vorschlag für zu optimierende Systemparameter
- 9.3 Vorschlag für Patientenstudien
- 9.4 Zusammenfassung
- 179–182 10 Richtlinien für den Entwurf von Kühl-Kompressionssystemen an Frakturschwellungen 179–182
- 183–189 11 Gesamtzusammenfassung 183–189
- 11.1 Wichtigste Ergebnisse der Arbeit und Schlussfolgerungen
- 11.2 Weiterführende Aufgaben
- 190–195 Glossar 190–195
- 196–198 Anhang A Physiologische Parameter 196–198
- 199–199 Anhang B Protokoll der Auswahl des Peltier-Elements 199–199
- 200–202 Anhang C Bestimmung der Kenngrößen SM, RM und KM 200–202
- 203–218 Literaturverzeichnis 203–218
