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Herzfehler sind weltweit die häufigste Form von angeborenen Organdefekten. In unterschiedlichen Studien wird die Inzidenz zumeist zwischen vier und elf von 1.000 Lebendgeburten angegeben (1–5). Im Rahmen der multizentrischen PAN-Studie (PAN: Prävalenz angeborener Herzfehler bei Neugeborenen), welche die Häufigkeit angeborener Herzfehler bei Neugeborenen in Deutschland zwischen Juli 2006 und Juni 2007 untersuchte, ergab sich eine Gesamtprävalenz von 107,6 pro 10.000 Lebendgeburten. Gegenstand dieser Arbeit sind Untersuchungen an Implantaten zur Behandlung von Atriumseptumdefekten (ASD). Vorhofseptumdefekte machen mit 17,0%, nach den Ventrikelseptumdefekten (VSD) mit 48,9%die zweithäufigste Art von Herzfehlern aus (6, 7).Als Vorhofseptumdefekte werden Öffnungen in der Scheidewand zwischen den Herzvorhöfen bezeichnet. Bei der Therapie eines ASD ist der minimalinvasive Verschluss mittels sogenannter Okkluder heute das Mittel der Wahl. Diese werden über einen femoralen Zugang im Rahmen einer Herzkatheteruntersuchung unter Ultraschallkontrolle und Durchleuchtung an die Implantationsstelle vorgeschoben und dort platziert(8). Die Okkluder bestehen in der Regel aus einem Drahtgeflecht aus Nitinol und haben die typische Form eines sogenannten Doppelschirmchens. Dabei weichen die unterschiedlichen Okkluder der einzelnen Firmen hinsichtlich Form und Beschaffenheit oft erheblich voneinander ab. Derzeit gibt es keine Untersuchungsmethode, die die auf dem Markt befindlichen Okkluder hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften vergleichbar macht. Diese Arbeit solleinen Beitrag erbringen, um grundlegende, die Okkludermodelle charakterisierende Parameter zu schaffen, um so deren interindividuelle Vergleichbarkeit zu ermöglichen. Hierzu werden in-vitro Messungen durchgeführt, welche geeignet sind das Verhalten der untersuchten Modelle unter unterschiedlichen Bedingungen und bei variierenden Defektgrößen zu charakterisieren.
Metallische Gehäuse stellen eine große Herausforderung für die Schnittstelle von aktiven medizinischen Implantaten dar. Ihre elektrische Leitfähigkeit und die sich dadurch ergebenden Wirbelströme verhindern das Eindringen von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen und Feldern. Aus diesem Grund werden die Antennen außerhalb des Gehäuses platziert. Niederfrequentere magnetische Felder dringen jedoch durch das metallische Gehäuse, wenn auch abgeschwächt. Damit kann eine induktive Kommunikation realisiert und so elektrische Durchführungen durch das ansonsten hermetisch dichte Gehäuse vermieden werden.
In dieser Arbeit wird die induktive Datenübertragung durch ein metallisches Gehäuse untersucht. Ein Modell wird entwickelt, das die Effekte des metallischen Gehäuses auf die Übertragung berücksichtigt. Hierzu werden in einem neuen Ansatz anhand von FEM Simulationen Korrekturfaktoren ermittelt. Diese Korrekturfaktoren können visualisiert und direkt auf die Auslegung der Antennenspulen angewendet werden. Im Gegensatz zu anderen Modellierungen werden nur frei zugängliche Software-Lösungen verwendet. Zudem werden die Feldverteilungen durch die im metallischen Gehäuse entstehenden Wirbelströme untersucht. Die unterschiedlichen Gehäuse- und Spulenparameter werden im Hinblick auf deren Einfluss auf das Übertragungsverhalten diskutiert, was in dieser Form bisher noch nicht veröffentlicht wurde. Das resultierende Modell kann auf unterschiedliche Ausführungen der metallischen Kapselung angepasst werden um damit die Grenzen und Einschränkungen unterschiedlicher metallischer Gehäuse-Materialien zu untersuchen.
Mit der Weiterentwicklung eines Transceivers, der mit 10 kBit/s bei 125 kHz Trägerfrequenz arbeitet, wird ein Übertragungsbaustein entwickelt, der mit herkömmlichen Mikrocontrollern verwendet werden kann. Der Transceiver wird in einem ASIC mit 32 Pin QFN-Gehäuse implementiert. Anschließend werden die Funktionalität überprüft und die elektrischen Eigenschaften im Hinblick auf Temperatur-, Spannungs- und Frequenz-Verhalten charakterisiert. Durch die geringe Stromaufnahme und die hohe Datenrate bei niedriger Trägerfrequenz eignet sich dieser Transceiver für Langzeitanwendungen in medizinischen Implantaten. Das Neue an dem Transceiver ist seine Einsatzfähigkeit für metallische Gehäuse, die wegen der schmalen Bandbreite mit \approx\unit[4]{kHz} eine effiziente Datenübertragung trotz hoher Dämpfung ermöglicht und darüber hinaus die frequenzabhängige Verzerrung der Impedanz- und Übertragungsparameter minimiert.
Anhand einer konkreten Anwendung für eine implantierbare steuerbare Infusionspumpe werden die gesamte Elektronik des Implantats sowie eines kleinen und ein großen Bediengerätes konzipiert, entwickelt, programmiert und erfolgreich in Betrieb genommen. Darin werden sowohl das induktive Übertragungsmodell als auch der Transceiver verwendet und somit deren Funktionalität und Einsatzfähigkeit demonstriert. Mithilfe dieser Entwicklung ist es möglich, über einen Abstand von 65 mm, die Dosierung eines Medikaments einzustellen und an den Tagesrhythmus der Patient*innen anzupassen sowie die Funktionalität des Implantats zu überprüfen. Aktuell gibt es auf dem Markt ein weiteres ähnliches Produkt, zu dem jedoch keine wissenschaftlichen Veröffentlichungen vorliegen. Diese Arbeit liefert damit einen wissenschaftlichen Beitrag für die Entwicklung langlebiger metallisch gekapselter Implantate mit induktiver Schnittstelle.
Biofilme können in technischen Systemen zu Beschädigungen oder Beeinträchtigungen der Leistung des Systems führen. In der Humanmedizin können sie zu Infektionen an Kathetern und Implantat-oberflächen führen. Biofilme bilden sich an Phasengrenzflächen. Der erste Schritt in der Entstehung eines Biofilms ist die Bildung eines "Conditioning"-Films aus Substanzen des umgebenden Mediums. Ein zur Beschichtung von Implantaten eingesetztes Polymer ist Parylen C. Auf akustischen Oberflächenwellen, englisch: surface acoustic wave (SAW), basierende Sensoren zeigen bei Änderungen der Eigenschaften ihrer aktiven Oberfläche eine Änderung ihrer Resonanzfrequenz. Im Rahmen dieser Arbeit wurde überprüft, ob sich SAW-Sensoren zur Echtzeitbeobachtung der Bildung von "Conditioning"-Filmen eignen. Als Vergleichssystem wurden Schwingquarze, englisch: quarz crystal microbalances (QCM), gewählt, da diese ebenfalls gravimetrischen Sensoren bereits zur Beoabachtung von "Conditioning"-Filmen eingesetzt werden. Sensoren beider Systeme wurden mit Parylen C beschichtet und jeweils mit drei relevanten Proteinen des menschlichen Blutplasmas beprobt. Es konnte gezeigt werden, dass sich auf akustischen Oberflächenwellen basierende Sensoren zur Beobachtug der Adsorption von Plasmaproteinen auf Parylen C eignen. Zudem konnten auf SAW-Sensoren reproduzierbar Charakteristiken in den Kurvenverläufen beobachtet werden, welche beim Vergleichssystems nicht sichtbar waren.
The effect of fluctuating maskers on speech understanding of high-performing cochlear implant users
(2016)
Objective: The present study evaluated whether the poorer baseline performance of cochlear implant (CI) users or the technical and/or physiological properties of CI stimulation are responsible for the absence of masking release. Design: This study measured speech reception thresholds (SRTs) in continuous and modulated noise as a function of signal to noise ratio (SNR). Study sample: A total of 24 subjects participated: 12 normal-hearing (NH) listeners and 12 subjects provided with recent MED-EL CI systems. Results: The mean SRT of CI users in continuous noise was −3.0 ± 1.5 dB SNR (mean ± SEM), while the normal-hearing group reached −5.9 ± 0.8 dB SNR. In modulated noise, the difference across groups increased considerably. For CI users, the mean SRT worsened to −1.4 ± 2.3 dB SNR, while it improved for normal-hearing listeners to −18.9 ± 3.8 dB SNR. Conclusions: The detrimental effect of fluctuating maskers on SRTs in CI users shown by prior studies was confirmed by the current study. Concluding, the absence of masking release is mainly caused by the technical and/or physiological properties of CI stimulation, not just the poorer baseline performance of many CI users compared to normal-hearing subjects. Speech understanding in modulated noise was more robust in CI users who had a relatively large electrical dynamic range.