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Biomechatronik

Biomechatronik

Die Forschungsgruppe arbeitet interdisziplinär in Forschung und Lehre auf den Gebieten (Bio-)Mechanik, Elektronik, Sensorik, Signalverarbeitung, Software und Simulation. In enger Kooperation mit klinischen Anwendern und Herstellern werden unter Beachtung regulatorischer Rahmenbedingungen medizintechnische Produkte und Systeme für Diagnostik und Therapie entwickelt. Folgende Anwendungsfelder bilden die Schwerpunkte in der angewandten Forschung:

  • Analyse komplexer menschlicher Bewegungsabläufe durch Sensorik, Simulation und Bewegungsanalyse 
  • Individualisierte Medizintechnik für Rehabilitation und Prävention
  • Intelligente Implantat-Technologien für die Osteosynthese und Tumortherapie
  • Patientenindividualisierte Auslegung und -anfertigung von Prothesen
Ansprechpartner:
Institut für Medizintechnik und Mechatronik

Aktuelle Projekte

Mikrocontroller basiertes LED-Implantat für die postoperative intrakraniale photodynamische Therapie von Glioblastomzellen, PDT-Implantat

Projektleiter: Prof. Dr. Felix Capanni
Projektlaufzeit: 01.06.2015 - 31.05.2018

Projektbeschreibung:
Die chirurgische Behandlung von Glioblastomen (Hirntumor) durch intraoperative photodynamische Therapie (PDT) wird unterstützt und ergänzt durch weitere Therapien wie die externe Strahlen- und Chemotherapie. Allerdings ist die PDT auf die intraoperative Anwendung beschränkt und wird daher mit hoher Strahlungsintensität und kurzen Bestrahlungsintervallen durchgeführt. Trotz aggressiver Behandlung mittels der genannten therapeutischen Verfahren ist ein Tumorrezidiv innerhalb von 12 Monaten zu erwarten.

Das Vorhaben verfolgt ein Microcontroller gesteuertes, intrakranielles Implantat für die adjuvante PDT von postoperativ an der Resektionswand verbleibenden Glioblastomzellen. Das Implantatsystem soll vollkommen implantierbar ausgeführt werden und im Wesentlichen aus zwei Komponenten bestehen. Dem Implantat, welches im Anschluss an die Tumorresektion in der Resektionshöhle platziert werden soll sowie der Steuereinheit, verantwortlich für die Energieversorgung und Bestrahlungssteuerung des Implantats. Das Implantat soll mit Leuchtdioden (LEDs) der für die PDT spezifischen Wellenlängen 280 nm und 635 nm ausgestattet werden.

Entwicklung eines intelligenten, vernetzten Sensorsystems, f¨ur die Instrumentierung von Hilfsmitteln zur evidenzbasierten, Fertigung und Optimierung, am Beispiel, einer Orthoprothese

Projektleiter: Prof. Felix Capanni, Prof. Michael Munz, Prof. Thomas Engleder
Projektlaufzeit: 01.04.2017 - 31.03.2019
Projektbeschreibung:
Die Fa. Häussler ist Spezialist im Bereich der Herstellung orthetischer und prothetischer Hilfsmittel. In Zusammenarbeit mit der Hochschule Ulm plant das Unternehmen Häussler die Entwicklung eines mobilen, in das Hilfsmittel integrierbaren Sensorsystems. Dieses sogenannte instrumentierte Hilfsmittel soll die Erhebung aussagekräftiger Messdaten über die Nutzungsform und Aktivität des Trägers sowie der Belastungsverteilung im Hilfsmittel und am Stumpf des Patienten ermöglichen. Zudem soll die korrekte Interpretation des Gangbildes im Alltagsbereich ermittelt werden, um beispielsweise Belastungsspitzen zeitlich einordnen zu können. Durch die Instrumentierung der Hilfsmittel soll dem Orthopädie-Techniker erstmals die evidenzbasierte Entwicklung und Optimierung von Hilfsmitteln ermöglicht werden. Die Entwicklungs- und Optimierungsmaßnahmen sollen somit zukünftig nicht mehr rein auf der Erfahrung des Technikers und den subjektiven Eindrücken des Patienten beruhen.

Abgeschlossene Projekte

Aktive Orthopädietechnik für die obere Extremität, Orthoprothese-EXIST

Projektleiter: Prof. Dr. Felix Capanni
Projektlaufzeit: 01.10.2015 - 30.09.2017

Projektbeschreibung:
Das Konzept für die Orthese beinhaltet einen alltagsfähigen Exoskelett-Handschuh mit Smartphone-Applikation, dessen Finger über Seilzüge von einer Antriebseinheit ausgehend bewegt werden. Die zugehörige Software erlaubt dem Patienten eine Nutzung der Orthese in den Modi „Reha“ und „Alltag“. Die Möglichkeiten reichen von einfacher Mobilisierung der Fingergelenke mit zugehöriger Muskulatur, über Training von Kraft und Feinmotorik (Reha-Modus), bis hin zum Einsatz als Bewegungsunterstützungssystem bei bleibenden Beeinträchtigungen (Alltags-Modus). Die entsprechenden Modi und patientenspezifischen Einstellungen können via Smartphone-Applikation durch den Therapeuten oder den Patienten selbst festgelegt werden. Der Entwicklungsschwerpunkt liegt auf einem unauffälligen, kompakten Design, durch Patienten und Therapeuten intuitiv bedienbar. Derzeit sind den Gründern keine Produkte mit vergleichbarem Funktionsumfang bekannt.

Entwicklung eines lastadaptierten Orthoprothesensystems zur Individualver-sorgung von vorfußamputierten Patienten mit hohem Mobilitätsanspruch, Orthoprothese - ZIM

Projektleiter: Prof. Dr. Felix Capanni
Projektlaufzeit: 01.04.2015 - 31.03.2017

Projektbeschreibung:
Die Projektpartner entwicklen ein innovatives Konzept zur standardisierten Anpassung und Herstellung von Schaft- und Sohlenpassteilen für die Prothesen- und Orthesenversorgung vorfussamputierter Patienten mit hohem Mobilitätsgrad (MOB 3-4). Hierfür soll eine Datenbank mit charakteristischen Belastungskollektiven basierend auf sportlichen Aktivitäten (z.B. Wandern, Radfahren, Volleyball, etc.) aufgebaut werden. Basierend auf den gewonnenen Referenzdaten soll die Entwicklung von an den Patienten angepassten Schaft- und Sohlenpassteilen erfolgen. Die mechanische Prüfung der Orthoprothesen soll auf einem speziell entwickelten und angefertigten Prüfstand erfolgen. Des Weiteren soll ein mobiles Bewegungsanalysesystem zur Gangbildanalyse und häuslichen Gangbildkontrolle entwickelt werden. Die Validierung und Verifikation des Systems erfolgt in enger Zusammenarbeit mit Orthopädietechnikern und Physiotherapeuten.




Veröffentlichungen

  • Maile, Kobel, Munz, Engleder, Steinacker, Capanni, F. (2015): 3D-based visual physical activity assessment of children. In: Current Directions in Biomedical Engineering 1 (1), S. 462–465. DOI: 10.1515/CDBME-2015-0111.

  • Schorler, Hendrik, Capanni, Felix, Gaashan, Muneer, Wendlandt, Robert, Jürgens, Christian, Schulz, Arndt-Peter Bone plates for osteosynthesis - a systematic review of test methods and parameters for biomechanical testing. In: Biomedizinische Technik. Biomedical Engineering. - 2017 May 24. - Jg. 62(3). - S. 235-243.
    Doi: https://doi.org/10.1515/bmt-2015-0219, 2017.

  • Bader, Nicolas, Capanni, Felix, Halatsch, Marc-Eric, Kast, Richard Erik, Peschmann, Christian A novel treatment approach after glioblastoma resection: microcontroller-based surgical implant with light-emitting diods for postoperative irradiation of glioblastoma cells In: Biomedical Engineering/Biomedizinische Technik. - 2017. - 62(s1). - S. 301-303. ISSN: 0013-5585. - DOI: https://doi.org.10.1515/bmt-2017-5059, 2017.

  • Dötzel, Eugen, Capanni, Felix, Engleder, Thomas, Steinacker, Jürgen Gait biomechanics of patients with forefoot amputation using a customized carbon fiber prosthesis In: Jahrestagung der Biomedizinischen Technik und Dreil¨andertagung der Medizinischen Physik. - Dresden I. - 10.-13. September 2017, 2017
  • Gaashan, Muneer, Engleder, Thomas, Capanni, Felix Simulation and development of a patient-specific carbon fiber forefoot prosthesis using finite element method In: Jahrestagung der Biomedizinischen Technik und Dreiländertagung der Medizinischen Physik, 2017. - Dresden, 10.-13.9.2017, 2017














Quicklinks