Postoperativer Schraubendetektor

Willkommen

Herzlich Willkommen auf unserer Projektseite. Auf dieser Homepage erhalten Sie Informationen rund um das Projekt Post Operative Screw Detector.

Kurzbeschreibung

Deutsch: Titanschrauben werden bei Operationen zur Stabilisierung von Knochen oder Gewebe eingesetzt, da Titan leicht, stark und biokompatibel ist. Nach der Heilung müssen diese oft operativ entfernt werden. Der „Post Operative Screw Detector“ ist ein tragbares, kompaktes Gerät in Stiftform und dient dazu, diese Schrauben mittels Ermittlung magnetischer Verwirbelungen schnell und einfach zu lokalisieren, damit zukünftig kein Probeschnitt gesetzt werden muss und für Chirurg/innen die Arbeit effizienter gestaltet wird.

Unser Projekt wird bearbeitet und erstellt an der HTL Mössingerstraße

English: Titanium screws are used in surgery to stabilize bone or tissue because titanium is light, strong, and biocompatible. After healing, these often have to be surgically removed. The "Post Operative Screw Detector" is a portable, compact device in pen form and is used to locate these screws quickly and easily by detecting magnetic turbulence, so that no sample incision has to be made in the future and the work of surgeons is made more efficient.

Details

Hier wird das Projekt möglichst anschaulich dargestellt - mit Bildern und den entsprechenden Erklärungen.

Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines benutzerfreundlichen Geräts, das in der Form eines Stiftes gestaltet wird. Die Apparatur soll auf die Hand des/ der Patient/in gehalten werden und akustische, optische und haptische Signale erzeugen, wenn eine Schraube erkannt wird. Dies ermöglicht ihre präzise Lokalisierung, sodass der Schnitt zur Entfernung genau dort gesetzt werden kann, wo sich die Schraube befindet, und der Auf-wand minimiert wird. Außerdem sollen die Messdaten des Sensors auf einer Weboberfläche ersichtlich sein. Damit soll erreicht werden, dass ChirurgInnen die Arbeit erleichtert und der Ablauf der Operation beschleunigt wird.

Realisierung

Es gilt, vorerst geeignete Detektionsmethoden, Materialien, verschiedene Microcontroller und Versorgungsmöglichkeiten zu analysieren und jeweils ihre Eignung abzuwägen. Die am besten geeignete Methode, eine Titanschraube zu detektieren, ist die Messung magnetischer Verwirbelungen (Wirbelströme). Die Funktion des Geräts wird durch einen Mikrocontroller gesteuert, der mithilfe einer speziellen Ansteuerungselektronik den Betrieb einer Spule kontrolliert, um ein präzises und anpassbares elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Dieses Magnetfeld erzeugt in leitfähigen Materialien, wie Titan, ringförmige elektrische Ströme, sogenannte Wirbelströme. Die Wirbelströme bauen ein eigenes Magnetfeld auf, das sich dem Primärfeld überlagert und die Impedanz der Spule verändert. Diese Impedanzänderung enthält spezifische Informationen über die elektromagnetischen Eigenschaften des Materials und ermöglicht die zuverlässige Identifikation von Titan. Sobald eine Titanschraube erkannt wird, gibt das System optische, akustische und haptische Signale aus. Außerdem soll in das moderne und kompakte Gehäuse ein Akku mit entsprechender Ladeelektronik integriert werden.

Prinzip

Detektionsmethode

Die ausgewählte Detektionsmethode ist die Messung magnetischer Verwirbelungen (Wirbelströme). Diese entstehen in leitfähigen Materialien durch magnetische Induktion, wenn das elektrische Feld die Elektronen im Material in kreisförmige Bahnen bewegt. Zur Realisierung wird durch entsprechende Hardware aus einer Gleichspannung (z. B. eines Akkus) ein Rechtecksignal erzeugt. Dieses Signal erzeugt ein magnetisches Wechselfeld (Primärfeld), das von einem elektrischen Feld umgeben ist (laut Induktionsgesetz). Trifft dieses elektrische Wechselfeld auf ein leitfähiges Material, entstehen darin Wirbelströme – ringförmige elektrische Ströme. Diese Ströme erzeugen ein eigenes magnetisches Wechselfeld (Sekundärfeld), das sich mit dem Primärfeld überlagert und dadurch die Impedanz der Spule verändert. Diese Impedanzänderung wird erfasst und durch die Hardware so verarbeitet, dass ein Signal mit einer bestimmten Frequenz entsteht. Unterschiedliche Materialien beeinflussen die Wirbelströme unterschiedlich stark, wodurch sich die Impedanz der Spule und somit die Frequenz des erzeugten Signals charakteristisch verändert. Diese Frequenzänderung wird zur Unterscheidung unterschiedlicher Materialien herangezogen.

Grundlagen und Methoden

Funktion des POSD

Es soll ein entsprechendes Programm entwickelt werden, welches durch einen passenden Mikrocontroller ausgeführt wird. Eine Ansteuerungselektronik regelt und steuert die Stromzufuhr zur Spule, sodass die Spule ein passendes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Wirbelströme, die entstehen, überlagern sich dem Primärfeld und die Impedanz der Spule verändert sich. Die Ansteuerungselektronik verarbeitet diese Änderung entsprechend, sodass es durch den Mikrocontroller ins Programm eingelesen werden kann. Die Messdaten werden digital auf einer Weboberfläche angezeigt. Durch einen Knopfdruck wird ein Referenzwert gespeichert, der möglichst weit entfernt von der Hand gemessen werden sollte, um externe Störungen zu minimieren. Die Spule hat zu der Zeit eine bestimmte Impedanz, welche durch die Hardware ein Signal mit einer bestimmten Frequenz erzeugt. Anschließend wird das Gerät an die Hand herangeführt, wobei sich die genannte Frequenz durch die Impedanzänderung der Spule ändert. Die Echtzeitfrequenz wird mit dem Referenzwert verglichen. Überschreitet die Differenz der beiden Werte einen definierten Schwellwert, identifiziert das System eine Titanschraube. Der Mikrocontroller löst daraufhin anhand des Programms die gewünschten Signale aus. Alle Elemente sollen in ein kompaktes, innovatives Gehäuse integriert werden.