Masterarbeit

[AME]

Entwicklung und Automatisierung eines physiologischen Regelalgorithmus für ein voll implantierbares Kunstherz

Am AME-CVE des Aachener Helmholtz-Instituts wird als Alternative zu einem natürlichen Spenderherz ein künstliches Herz entwickelt. Das Kunstherz ist eine doppeltwirkende Membranpumpe, welche die natürlichen Herzventrikeln anatomisch und funktionell ersetzt.
Eine optimale Interaktion zwischen Kunstherz und Blutkreislauf wird durch eine physiologische Regelung gewährleistet. Die zwei grundlegenden Einflussfaktoren der Regelung sind: der Füllungsgrad (Vorlastzustand) und der Auslassdruck (Nachlastzustand) der Pumpe, um eine ausreichende Perfusion aller Organe zu garantieren. Wenn die Perfusion nicht hinreichend ist, muss die Ansteuerung der Pumpe in geeigneter Weise angepasst werden, um den bevorzugten physiologischen Zustand des Kreislaufs zu erzielen. Zusätzlich muss die Förderbalance zwischen der rechten und der linken Seite des Kreislaufs berücksichtigt werden.
Die Steuerung des Kunstherzens wird derzeit anhand eines bestehenden physiologischen Regelschemas durchgeführt. Die Eingänge dieses Schemas sind der Vorlastdruck, der Füllungszustand und der Auslassdruck in der Pumpe. Die Ausgänge des Schemas sind die gewünschte Pumpfrequenz und der Druck im Antriebsraum. Der Ablauf dieses Regelschemas erfolgt derzeit nicht selbsttätig und soll im Rahmen einer Masterabeit automatisiert werden. Anschließend soll eine Regelung implementiert werden, um die gewünschten Ausgangsparameter automatisch einzustellen.
- Erstellung von mathematischen Zusammenhängen zwischen den Ein- und Ausgabegrößen des Regelschemas, um die Umsetzung einer physiologischen Regelung in Echtzeit zu ermöglichen.
- Implementierung der erstellten Zusammenhänge in Matlab/Simulink
- Entwicklung einer physiologischen Regelung um die Ausgabegrößen des Regelschemas automatisch einzustellen.
- Ausführliche Dokumentation der Arbeit.
Voraussetzungen:
• Studium der Elektrotechnik/Maschinenbau
• Kenntnisse in Regelungstechnik
• Kenntnisse in Matlab / Simulink