direkt zum Inhalt springen

direkt zum Hauptnavigationsmenü

Sie sind hier

TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Konstruktion einer Vorrichtung zur Aufzeichnung von Pulswellen am Hals

Betreuer: Tina Karczewski, Dr.-Ing. W. Roßdeutscher

Bearbeiter:
Christian Bartkowski

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die methodische Konstruktion und Dokumentation einer Messvorrichtung zur Pulswellenaufzeichnung am Hals, einschließlich Fertigung und Testlauf eines Prototypen.
Zur besseren individuellen Prognose und Risikobeurteilung auf koronare Herzkrankheiten empfiehlt die ESH/ESC seit 2007 die Hinzunahme von Informationen über die vorliegende Gefäßsteifigkeit. Deren Analyse und Ableitung basiert in erster Linie auf der Form und Ausprägung der sich im Gefäßsystem ausbreitenden Pulswelle, deren direkte Ermittlung sich in unmittelbarer Herznähe als prognostisch am wertvollsten erweist. In der Praxis erfolgt die Registrierung jedoch meist über den Oberarm oder das Handgelenk, worüber sich die tatsächliche Last am Herzen und im Gefäßsystem lediglich näherungsweise ableiten lässt.
Für eine bessere Annäherung an zentral-aortale Werte soll die Pulswelle nichtinvasiv im Halsbereich erfasst werden. Hierzu wird über die Methoden der Konstruktionslehre (Pahl/Beitz) und -normen (VDI-Richtlinie 2221) eine Lösung ermittelt, die sowohl untersucherunabhängig und patientenfreundlich ist sowie eine steile Lernkurve aufweist. Durch Betrachtung bereits entwickelter Systeme, möglicher Sensortypen und typischer Fehlereinflüsse wird in der Konzeptphase über Bewertungsverfahren und unter Zuhilfenahme parallelerTest- messungen eine mögliche Lösung erarbeitet, welche anschließend konstruiert und durch Fertigung eines Prototyps auf Umsetzbarkeit und Effizienz geprüft wird.
Im Rahmen der Produktentstehung zeigt sich, dass der Störeinfluss von Bewegungsartefakten unabhängig vom Sensortyp und Messalgorithmus die größte Herausforderung darstellt. Zudem erweist sich die Datenakquisition bezüglich der Lokalisier- und Reproduzierbarkeit im unteren / mittleren Halsbereich für ein breites Probandenspektrum am effektivsten. Ein praktikables Messverfahren in der Halsmulde für herznähere Druckwerte konnte nicht ermittelt werden.
Als Lösung entsteht ein komponentenarmes gepolstertes Halsband womit sich die Form der Pulswelle an einem breiten Probandenspektrum ermitteln lässt, wobei durch dessen Dimensionierung und Handhabung auftretende Bewegungsartefakte vermindert werden. Die Messwerte werden über einen als hinreichend identifizierten aktiven piezoelektrischen Sensor auf Höhe des Kehlkopfes abgegriffen und liefern reproduzierbare Datensätze. In weiteren Entwicklungsarbeiten muss neben der Validierung des Messumfangs auch die Kalibrierbarkeit mit separat ermittelten Blutdruckwerten geprüft werden.

Construction of an apparatus for recording pulse waves at the neck

The topic of this thesis is the construction of a neck-worn, noninvasive cardiac pressure pulse wave measurement system and includes the construction, testing, and evaluation of a functional prototype.
Since 2007, the ESH/ESC guidelines recommend to take into account information about arterial stiffness as an individual marker of coronary heart disease. This is achieved by analyzing the pressure waveform of the cardiac pulse which varies from proximal to distal in the vascular tree. Therefore it is most advantageous to determine the pulse wave close to the heart. For practical reasons, it is often measured indirectly at the brachial or radial artery which requires mathematic treatment.
To estimate central-aortic pulse waves more accurately, the aim of this work is to perform the measurements at the neck. Based on design methods (Pahl/Beitz) and standards (VDI 2221) existing systems, suitable sensors, and common errors are analyzed and assessed to develop the most appropriate concept, which is patient-friendly and nondependent on investigators experience. Finally, the resulting concept is verified by manufacturing and testing a prototype.
The product development shows that the influence of movement artifacts is the greatest challenge in measuring pulse wave signals, irrespective of the sensor-type and technique used. Moreover the best signal location and reproduction was achieved in the middle / bottom of the neck area next to the larynx.
The final concept is a cushioned neckband containing an active piezo-electrical sensor which measures the pulse-wave next to the larynx. Due to the cushion it is less affected by movement artifacts and benefits the wearing comfort. The prototype was able to detect a pulse wave signal on every subject (N = 21) in the final test measurement, achieving overall good results. One limit of the device is that currently it records the pulse wave shape only and does not yield absolute values. To achieve this, a calibration with a blood-pressure gauge for further diagnoses would be envisioned.

Zusatzinformationen / Extras

Direktzugang

Schnellnavigation zur Seite über Nummerneingabe