Entwurf und Auslegung einer mechanischen Bilddrehung in einem neuartigen Videolaparoskop mit fester, abgewinkelter Blickrichtung unter Verwendung einer kurzen hermetischen Einheit. - 75 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In der minimal-invasiven Chirurgie finden heute häufig Videolaparoskope ihren Einsatz. Diese Laparoskope gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, wobei dabei das Hauptaugenmerk auf dem Schaftdurchmesser und der Blickrichtung liegt. Die Schaftdurchmesser variieren bei Olympus Surgical Technologies Europe Hamburg (OSTE-HH) zwischen 5,4 mm und 10 mm, bei den Blickrichtungen gibt es Abstufungen zwischen 0˚ und 90˚. Eine abgewinkelte Blickrichtung ist notwendig, um beispielsweise während einer Laparoskopie hinter Organe zu sehen. Um den darzustellenden Operationsraum mit dem Videolaparoskop auf einem Monitor sichtbar zu machen, ist in den Laparoskopen eine bildgebende Einheit integriert. Zurzeit erstreckt sich bei Videolaparoskopen von OSTE diese bildgebende Einheit, auch R-Unit genannt, von der distalen Spitze des Laparoskopes bis in dessen Handgriff . Um Material, und somit auch Kosten zu sparen, wurde im Unternehmen das Projekt "kurze hermetische Einheit" ins Leben gerufen. Ziel des Projektes ist es, die bildgebende Einheit so kurz wie möglich zu gestalten und sie in der distalen Spitze des Laparoskopes zu integrieren. Bei einer Blickrichtung von ungleich 0˚ ist eine zusätzliche Bilddrehung notwendig. Wäre keine Bilddrehung vorhanden, müsste man das ganze Laparoskop drehen, um seitlich liegende Objekte zu betrachten. Dabei würde sich ebenfalls der Videochip drehen, und das auf dem Monitor angezeigte Bild würde irritieren. Aus diesem Grund wird in den Videolaparoskopen von OSTE eine mechanische Bilddrehung verwendet. Der Videochip selbst wird dabei durch eine Magnetkupplung im Handgriff stets im Horizont gehalten. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit, mit dem Thema "Entwurf und Auslegung einer mechanischen Bilddrehung in einem neuartigen Videolaparoskop mit fester, abgewinkelter Blickrichtung unter Verwendung einer kurzen hermetischen Einheit", werden Konzepte zur Realisierung der Bilddrehung in der kurzen hermetischen Einheit vorgestellt. Dafür wird die bisherige Bilddrehung der Videolaparoskope aktueller Serien analysiert, sowie Anforderungen und Randbedingungen an die neuen Konstruktionen definiert. Im Anschluss dessen werden die erarbeiteten Konzepte, basierend auf Verfahren der methodischen Entwicklung und konstruktion, ausgearbeitet und bewertet.
Physiko-chemische und zellbiologische Charakterisierung von nanoskaligen Polyelektrolytkomplexen auf der Basis von Phosvitin für die Beschichtung von Biomaterialien im Knochenkontakt. - 40 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Das unzureichende Anwachsen von Knochengewebe an Implantaten ist ein großes Problem in der Chirurgie, da es zu aseptischen Lockerungen der Prothesen führen kann. Um eine bessere Integration des Implantates in das Knochengewebe zu erreichen, werden biomimetische Beschichtungen mit dem Ziel entwickelt, das primäre Anwachsen der Osteoblasten zu fördern und die anschließende Mineralisierung (Kalzifizierung) des neu gebildeten Knochengewebes zu unterstützen. Ziel dieser Bachelorarbeit war es, biomimetische Beschichtungen mit speziellen Polyelektrolytkomplexen herzustellen. Der natürliche Vorgang der Matrixmineralisierung im Knochengewebe sollte durch Biomoleküle mit Template-Wirkung (Phosvitin, Polyanion) unterstützt werden, des Weiteren wurden Komplexe mit Polyelektrolyten aus der ECM (Chondroitinsulfat, Polyanion) hergestellt, da diese den Vorteil besitzen, Wachstumsfaktoren zu binden. Als Polykation diente das bereits bewährte Polypeptid Poly-L-Lysin. Die Komplexe wurden anhand von Messungen zur Trübung und zum Zetapotential charakterisiert, anschließend erfolgte die Beschichtung von Probenkörpern durch alternierende Tauchprozesse nach der Layer-by-Layer-Methode. Im Anschluss wurden zellbiologische Analysen zur Adhäsion und Proliferation von Osteoblasten auf den entwickelten Filmen durchgeführt, welche orientierende Aussagen zur Biokompatibilität der Schichten erlauben. Zusätzlich wurden in vitro Kalzifizierungstests durchgeführt, welche die in vivo Verhältnisse während der Biomineralisation von Knochengewebe simulieren. Hierfür wurden die beschichteten Probekörper in einem "Simulated Body Fluid" inkubiert, welches den Ionengehalt des menschlichen Blutplasmas imitiert. Die Bewertung der Mineralisierungskapazität erfolgte elektronenmikroskopisch sowie anhand energiedispersiver Röntgenspektroskopie. Weiterhin wurden auch an diesen Proben zellbiologische Tests durchgeführt. Für die Phosvitin-haltigen Beschichtungen konnte eine verbesserte Mineralisierungsfähigkeit nachgewiesen werden, des Weiteren zeigten die mineralisierten Filme eine deutlich gesteigerte Zellantwort. Für Chondroitinsulfat-haltige Filme zeigte sich eine vergleichsweise bessere Zellantwort, besonders bei zellbiologischer Untersuchung bereits kalzifizierter Beschichtungen. Zur intensiveren Charakterisierung der Mineralisierung wird eine Untersuchung mit dem Dünnschicht-Röntgendiffraktometer empfohlen. Die Testung von Chondroitinsulfat-haltigen Beschichtungen mit eingebauten Wachstumsfaktoren ist ein weiterer vielversprechender Ausblick dieser Arbeit.
Adaptive Formänderung einer Matrixstruktur mit Anwendung in der Implantat-Technik. - 59 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Binnendruck-gesteuerte nachgiebige Mechanismen sind seit mehreren Jahren ein Gegenstand analytischer Forschung und modellhafter Umsetzung. In Rahmen dieser Arbeit wird eine künstliche Harnblase mit adaptiver Formänderung untersucht. In einer Zusammenstellung von Grundlagen der Mechanik nachgiebiger Strukturen mit gerichteter Verformung bei Volumenänderung werden analytische Beschreibungsmöglichkeiten angesprochen. Daraus wird die Anwendung entsprechender Textiltechnik untersucht und schließlich wird das eigenes Harnblasen-Modell vorgestellt.
Struktur- und Eigenschaftsdesign bakterieller Nanocellulose und daraus hergestellter Kompositmaterialien. - 81 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Die bakterielle Nanocellulose (BNC) birgt immenses Anwendungspotenzial für die Medizintechnik, beispielsweise in der Implantatmedizin, der Membranseperationstechnik oder als Wundauflage, aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften. Ziel dieser Arbeit war, durch den geeigneten Zusatz von naturlichen Netzwerkbildern oder anderen Additiven BNC-Materialien zu entwickeln, deren physikalische und chemische Eigenschaften die der unmodifizierten Bakteriencellulose noch weiter verbessern. Die Komposite wurden aus bakterieller Nanocellulose und jeweils Calciumalginat, Chitosan und Gelatine hergestellt. Im Anschluss wurden die verschiedenen Komposite durch Gewichtsmessungen, sowie licht- und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen in ihrer Netzwerkstruktur und ihrer Oberflächenmorphologie charakterisiert. Um unterschiedliche Beeinflussungen der physikalischen Eigenschaften der Bakteriencellulose durch die Additive quantifizieren zu können, wurden Versuche zu Rehydrationsraten und der Permeabilität für in Wasser gelöste Ionen und Glukose-Moleküle durchgeführt. Dadurch konnten die einzelnen Wirkungsweisen der Additive auf die bakterielle Nanocellulose untereinander verglichen und Aussagen zum möglichen Anwendungspotenzial der Materialien getroffen werden.
Mechanischer Ausreissversuch zum Vergleich der maximalen Haltekraft dreier chirurgischer Sehnennahttechniken. - 58 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In der vorliegenden Bachelorarbeit wurde eine Studie zum Vergleich von drei Sehnennahttechniken durchgeführt. Dabei wurde die, als Behandlungsempfehlung geltende, MMA-Technik mit zwei neuen, sich unter Zug selbst fixierenden, Knotentechniken verglichen. Diese neuen Knotentechniken unterscheiden sich in der Anzahl der Knoten und der Menge des gefassten Sehnengewebes. Die Ausführung ist jedoch grundlegend die Gleiche. Als Präparate wurden 24 Muskel-Sehnen-Komplexe des M. infraspinatus aus Schweinevorderläufen entnommen. Für jede Nahttechnik wurden jeweils 8 Präparate in einem Maximallastversuch getestet. Die Einspannung wurde mittels einer Kryo-Klemmung für das Muskel-Sehnen-Präparat und einer Wippen-Klemmen-Konstruktion für die schlupffreie Befestigung der Fadenenden vorgenommen. Neben der maximalen Zugkraft wurden auch der E-Modul und die Dehnung bei jedem Versuch gemessen und dokumentiert. Es zeigte sich, dass die Werte für die maximale Zugkraft zwischen 140 N und 450 N lagen. Dabei ergaben sich für die MMA-Technik und die EKSN Werte im ähnlichen Bereich. Die DKSN erzielte deutlich höhere Werte hinsichtlich der maximalen Kraft. In der statistischen Auswertung bestätigte sich dies. Durch einen Studenten-Test wurde nachgewiesen, dass die DKSN signifikant höheren mittleren Zugkräften standhält als die MMA-Naht und die EKSN. In Bezug auf die Mittelwerte der Elastizitätsmoduln ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den Nahttechniken. Auch die jeweilige Präparatseite, sowie die Einstich- und Ausstichstelle hatten keinen signifikanten Einfluss auf die Messwerte. Das Fazit der durchgeführten Studie ist, dass die neu entwickelte und erstmals getestete DKSN eine signifikant höhere Haltekraft als die bisher verwendete MMANahttechnik aufweist. Da der Versuch am Tiermodell jedoch noch kaum Rückschlüsse auf die klinische Anwendbarkeit zulässt, sollte die DKSN zunächst weiter getestet werden. Dazu empfehlen sich die Testung der Handhabung mit Hilfe eines Arthroskopes innerhalb eines Schweinevorderlaufes und später die humane Anwendung.
Entwicklung eines Messsystems für die Torsionsbewegungen der menschlichen Wirbelsäule zwischen Schulter- und Beckengürtel. - 75 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Nicht nur zu diagnostischen Zwecken werden in der Medizin Messsysteme benötigt, welche Auskunft über die Konfiguration der menschlichen Wirbelsäule geben. Ebenso kann die messtechnische Überwachung der Torsion, Flexion, Extension und Lateralflexion in der Prävention und Rehabilitation von orthopädischen Krankheitsbildern genutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Messsystem zur Erfassung von Torsionsbewegungen der menschlichen Wirbelsäule zwischen Schulter- und Beckengürtel entwickelt. Zielstellung war, ein mobiles System zu entwickeln, welches in eine Orthese integriert werden kann und auch im häuslichen Alltag von Patienten einsetzbar ist. Mit Hinblick auf den späteren Einsatzzweck wurden Konzepte herausgearbeitet, welche den Anforderungen an Minituarisierung und Alltagstauglichkeit gerecht werden. Das in der Arbeit entworfene Funktionsmuster wurde um Inertialsensorik ergänzt, um während der durchgeführten Messungen zusätzlich zur Torsion der Wirbelsäule einen Überblick über die Flexion, Extension und Lateralflexion der Wirbelsäule zu bekommen. Die Validierung des Funktionsmusters durch Referenzmessungen erfolgte mittels des optischen Messsystem VICON.
Entwurfskonzept, Aufbau und experimentelle Überprüfung eines Sitzsystems für Rollstühle zur Dekubitusprophylaxe. - 58 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Die folgende Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau und der Evaluierung eines neuartigen Sitzsystems in Rollstühlen zur Dekubitusprophylaxe. Dazu wird ein Konzept für einen möglichen Versuchsaufbau mit pneumatisch betriebenen Druckkissen erarbeitet. In einer Testreihe wird der Auflagedruck von insgesamt 17 Personen im Sitzen auf einem Rollstuhl gemessen. Durch eine anschließende Veränderung der Druckeinstellung der Luftkissen unter dem Probanden soll gemessen werden, ob es zu einer Druckverteilung und Minimierung von Druckspitzen des Auflagedrucks und damit zu einer Verringerung des Dekubitusrisikos kommt. In der Testserie wird mit vier unterschiedlichen Unterlagsmaterialien experimentiert, um zusätzlich eine Evaluierung der dekubitusvermeidenden Wirkung der Unterlagen zu ermöglichen.
Sinneswahrnehmungen zur Nutzung in der Bewegungsprovokation - gezieltes Setzen von Sinnesreizen und ihrer Wahrnehmungsmechanismen zur Provokation von gewünschten motorischen Reaktionen und Bewegungen. - 89 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In der vorliegenden Arbeit soll herausgefunden werden, ob eine Provokation von Bewegungen mit Hilfe von gezielt gesetzten Sinnesreizen möglich ist. Dazu wird zunächst der Ablauf einer Bewegung näher untersucht. Des Weiteren werden die Sinne dahingehend genauer betrachtet, ob auf ihrem Verarbeitungsweg unbewusste Prozesse stattfinden, die zu einer Bewegung führen können. Da jeder untersuchte Sinn solche Schritte in der Verarbeitung aufweist, werden im weiteren Verlauf Konzepte dafür entwickelt, wie man dies für die Provokation von Bewegungen nutzen kann. Das Konzept für optische und akustische Reize wird soweit ausgearbeitet, dass damit eine Machbarkeitsstudie durchführbar war. Ziel dieser ist es herauszufinden, ob mittels dieser Reize wirklich eine unbewusste Bewegung ausgelöst werden kann. Die Umsetzung dieser Studie erfolgt mit Hilfe einer virtuellen Realität. Die Durchführung der Studie wird mit drei Probanden realisiert. Diese müssen zunächst einen Test durchführen in dem ihre maximale Beweglichkeit ermittelt wird. In einem weiteren Test erfolgt die Messung der Kopfbewegungen, während die Probanden akustischen und optischen Reizen ausgesetzt sind, welche unerwartet auftreten.
Ein Beitrag zur Biomechanik des Schleudertrauma (Whiplash Injury). - 90 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Die vorliegende Arbeit eruiert die Unfallmechanismen und Verletzungen, die zu einem Schleudertrauma führen können, sowie die Biomechanik des Schleudertraumas selbst. Im Vordergrund steht die terminologische Auseinandersetzung und Klärung von fachspezifischen Begriffen für das Schleudertrauma. Die Definition dieser Begriffe dient als Grundlage für eine eindeutige Kommunikation zwischen den unterschiedlichen fachkundigen Arbeitsgruppen der Unfallanalyse. Die Anatomie der Halswirbelsäule, des Diskus und der Muskeln bilden die Grundlage des biologischen Aspekts der Biomechanik des Schleudertraumas. Die Physik ist die Grundlage des mechanischen Aspekts der Biomechanik. Die ärztliche Diagnose und Therapie des Schleudertraumas sind weitere Bestandteile der Arbeit. Der Verwendungszweck des SonoSens® Messgeräts wird für die Diagnose des Schleudertraumas in einer Machbarkeitsstudie überprüft.
Konstruktion und Prototypenherstellung einer Halterung zum Tracking menschlicher Kopfbewegungen. - 82 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Konstruktion und Prototypenherstellung einer Halterung mit deren Hilfe dynamische Bewegungen des Kopf-Halswirbelsäulen-Systems gemessen werden können. Ausgehend von Vorarbeiten am FG Biomechatronik soll eine Haltevorrichtung entwickelt werden mit deren Hilfe man verschiedene Typen von Markern/Sensoren direkt am Kopf platziert, um die Bewegung der Halswirbelsäule bzw. des Kopfes messen zu können. Zu Beginn der Arbeit werden überblicksartig die Grundlagen der anatomisch-morphologischen Struktur der Halswirbelsäule vorgestellt und nachfolgend der Stand der Technik präsentiert. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf Bewegungsanalysesystemen, die Bewegungsdaten in digital weiterverarbeitbarer Form ermöglichen. Mit Hilfe einer Anforderungsanalyse und darauf aufbauenden theoretischen Vorüberlegungen werden drei Lösungen vorgestellt und prototypisch aufgebaut. Als Machbarkeitsstudie werden Messungen mit 10 Probanden durchgeführt, die die drei Varianten mit einem Fragebogen bewerten. Abschließend wird eine Variante bewertungsbasiert ausgewählt und mögliche Weiterentwicklungen und zukünftige Fragestellungen diskutiert.