Besondere Sensoren für besondere Anwendungen

Sensorik ist die Schnittstelle zwischen der echten Welt und der Technik. Nur was gemessen werden kann, kann auch analysiert, geregelt oder ausgewertet werden. Am IMT beschäftigen wir uns mit zahlreichen, teilweise sehr konkreten, Messaufgaben aus dem Bereich der Medizintechnik. 

In der Physiotherapie wird von Patient:innen erwartet, in der Praxis erlernte Übungen im häuslichen Umfeld regelmäßig zu wiederholen. Der Therapieerfolg hängt maßgeblich von der Qualität der Durchführung ab. Dies könnte mit einer Matte unterstützt werden, die die Kräfte während den Übungen ortsaufgelöst misst. Am IMT haben wir einen Demonstrator entwickelt, der Kräfte unter Füßen, Händen, Knie etc. messen kann, dabei rollbar, robust, genau und - vor allem - kostengünstig ist.

• Straub LF, Pott PP, Novel low-cost approach to build large-scale flexible sensors for spatially distributed ground reaction force measurements, Zeitschrift für Biomedizinische Technik, 2025, doi 10.1515/bmt-2024-0453

Für den Einsatz von medizinischen Robotern in Hohlorganen ist es wichtig, Kollisionen mit der Organoberfläche zu vermeiden. Am IMT forschen wir an Systemen, die sich flexibel und autonom im Dickdarm bewegen können. Dazu entwickeln wir u.a. Sensoren, die dreidimensional und hochaufgelöst die Distanz zur Darmwand messen können. Als Messmodalitäten untersuchen wir Kamera-basierte Methoden, kapazitive Messungen und optische Ansätze.

• Giacoppo GA, Mayer J, Hartmann J, Bachmann AL, Pott PP, Actively shielded capacitive proximity sensor for endoscopy, Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 9, pp. 93–96. doi: doi:10.1515/cdbme-2023-1024
• Giacoppo G, Tzellou A, Kim J, Kim H, Kwon D-S, Stewart KW, Pott PP, An optical colon contour tracking system for robot-aided colonoscopy Localization of a balloon in an image using Hough-Transformation, Workshop Bildverarbeitung für die Medizin, 7.-9.3.2021 OTH Regensburg

Besonders bei filigranen Eingriffen, z.B. im Auge, ist es für die Entwicklung neuer robotischer Therapieformen wichtig, die tatsächlichen Kräfte am Situs, aber auch am Trokar zu messen. Dafür haben wir am IMT ein leistungsfähiges, leichtes und hochauflösendes System entwickelt, das in der Hand gehalten werden sowie Kräfte und Momente in allen Raumrichtungen messen kann.

Zur Validierung solcher Sensoren bauen wir Prüfstände, entwickeln statistisch valide Messprotokolle und programmieren automatisierte Messverläufe.

• Mayer J, Schäfer MB, Liu J, Giacoppo GA, Markert T, Matich S, Pott PP, Hand-held Device for Force Estimation during Tool Tissue Interaction, ACTUATOR22, Mannheim, 28.-30.06.2022

Bruxismus (Zähneknirschen) ist aufgrund seiner vielfältigen Auswirkungen auf den menschlichen Körper ein viel diskutiertes Thema in der Zahnmedizin. Er kann die Zahnstruktur schädigen oder durch Muskelverspannungen Schmerzen verursachen. Zur Erweiterung der diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten haben wir am IMT  eine App-gesteuerte, kleine, tragbare Sensoreinheit entwickelt, mit der Patient:innen ihr Zähneknirschen im Alltag überwachen können. Dank einer integrierten Biofeedback-Option durch Vibration bietet sie auch eine Behandlungsmöglichkeit. Um ein möglichst kostengünstiges Gerät zu realisieren, wurden ausschließlich handelsübliche Elektronikkomponenten und keine proprietäre Software verwendet. In ersten Tests zeigte das Messgerät eine hohe Messgenauigkeit bei Messungen ohne Feedback in Ruhe.

• Eisenhardt LE, Mayer J, Pott PP, Development of an app-controlled simple, wearable teeth grinding sensing device, Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 7, no. 2, 2021, pp. 331-334. https://doi.org/10.1515/cdbme-2021-2084

Die intravenöse Nadeleinführung erfolgt in der Regel manuell, wobei die Nadeln durch Tasten in die Gefäße eingeführt werden, während nach einem kurzen roten "flash" in einem entsprechenen Fenster an der Nadel gesucht wird. Dieser Vorgang ist ungenau und führt zu falsch positionierten Nadeln, mehreren Einführungsversuchen, einer Verlängerung der Behandlungsdauer und höheren Kosten für das Krankenhaus. Am IMT haben wir eine Methode entwickelt, mit der angezeigt wird, dass die Nadel die Vene erreicht hat, indem die Änderung der mechanischen Impedanz der Nadel beim Durchdringen verschiedener Gewebeschichten gemessen wird. Tests an einem Phantom haben gezeigt, dass damit Gewebegrenzen erkannt werden können.

Die Arbeit erfolgte gemeinsam mit Alex Slocum und Nevan Hanumara vom MIT in Boston gefördert durch das MITSI-Programs (Grant an Kent Stewart)

• Grown-Haeberli S, Montague-Alamin H, Slocum A, Hanumara N, Ramirez A, Connor J, Hom G, Pott PP, Stewart KW, Design and Applicability of a Mechanical Impedance Sensor for Vein Penetration Detection, 42nd Annual International Conferences of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 20.-24.07.2020, Québec, Canada
• Rehling D, Liu J, Stewart KW, Pott PP, Investigation of different vibration parameters and their influences on needle insertion forces, DGBMT Jahrestagung, 29.09.-01.10.2020, Leipzig

• Straub LF, Pott PP, Novel low-cost approach to build large-scale flexible sensors for spatially distributed ground reaction force measurements, Zeitschrift für Biomedizinische Technik, 2025, doi 10.1515/bmt-2024-0453
• Giacoppo GA, Mayer J, Hartmann J, Bachmann AL, Pott PP, Actively shielded capacitive proximity sensor for endoscopy, Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 9, pp. 93–96. doi: doi:10.1515/cdbme-2023-1024 .
• Mayer J, Schäfer MB, Liu J, Giacoppo GA, Markert T, Matich S, Pott PP, Hand-held Device for Force Estimation during Tool Tissue Interaction, ACTUATOR22, Mannheim, 28.-30.06.2022
• Giacoppo G, Tzellou A, Kim J, Kim H, Kwon D-S, Stewart KW, Pott PP, An optical colon contour tracking system for robot-aided colonoscopy Localization of a balloon in an image using Hough-Transformation, Workshop Bildverarbeitung für die Medizin, 7.-9.3.2021 OTH Regensburg
• Eisenhardt LE, Mayer J, Pott PP, Development of an app-controlled simple, wearable teeth grinding sensing device, Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 7, no. 2, 2021, pp. 331-334. https://doi.org/10.1515/cdbme-2021-2084
• Grown-Haeberli S, Montague-Alamin H, Slocum A, Hanumara N, Ramirez A, Connor J, Hom G, Pott PP, Stewart KW, Design and Applicability of a Mechanical Impedance Sensor for Vein Penetration Detection, 42nd Annual International Conferences of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 20.-24.07.2020, Québec, Canada
• Rehling D, Liu J, Stewart KW, Pott PP, Investigation of different vibration parameters and their influences on needle insertion forces, DGBMT Jahrestagung, 29.09.-01.10.2020, Leipzig