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Formsensorik als Helix

Helikal gewickelte „Faser-Bragg-Gitter-Glasfasern“ machen Formsensoren für minimalinvasive Chirurgie biegbarer und sorgen für genauere Verformungsmessungen.

Der am KIT entwickelte Formsensor mit erhöhter Flexibilität macht minimalinvasive Eingriffe am Monitor messgenau sichtbar.
In der Medizintechnik werden häufig flexible Instrumente, wie Endoskope, Katheter oder biegbare Biopsienadeln, eingesetzt. Damit Chirurgen diese bei minimalinvasiven Eingriffen ohne direkten Blickkontakt navigieren können, müssen genaue Daten über deren Verformungsverlauf vorliegen. Eine bewährte Technologie dafür sind Faser-Bragg-Gitter(FBG)-Formsensoren. Sie bestehen aus einem schlauchförmigen Trägerkörper, in dem FBG-Glasfasern eingegossen sind. Mittels Datenfusionsalgorithmen kann aus deren Dehnmesswerten die Trägerkörperform ermittelt werden.

Verglichen mit anderen Vermessungstechniken, wie elektromagnetischem Tracking oder bildgebenden Verfahren hat die FBG-Formsensorik einige Vorzüge: Sie ist elektromagnetisch verträglich, ihre Biokompatibilität sowie die Sterilisierbarkeit der Fasern ist insbesondere im Bereich der Medizintechnik positiv. Zudem sind ein geringer Faserdurchmesser und die damit verbundene Möglichkeit der Verkleinerung der Formsensoren vorteilhaft. Eine hohe Ausleserate der Messsignale von 500 Hertz lässt eine Formerfassung in Echtzeit zu.

Wissenschaftler des KIT-Instituts für Anthropomatik und Robotik – Intelligente Prozessautomation und Robotik (IAR-IPR) haben nun eine neue Variante von FBG-Formsensoren entwickelt. Die FBG-Glasfasern sind hier nicht wie bisher parallel, sondern spiralförmig in den flexiblen Trägerkörper integriert. Neue Datenfusionsalgorithmen ermöglichen dabei eine freie Verteilung der FBG-Strukturen im Sensorträgerkörper. Dadurch kann die Deformationsflexibilität der Formsensoren enorm gesteigert werden.

Durch den Einsatz der helikalen Wicklung lässt sich die Faserbelastung stark reduzieren, sodass eine Beschädigung auch bei starker Sensorverformung vermieden werden kann. Die freie Verteilung der FBG-Messstellen und eine effiziente Auswertung der Messsignale über innovative Datenfusionsalgorithmen sorgen für mehr Messgenauigkeit. Mittels der neuen Algorithmen wird erstmalig eine Betrachtung der Oberflächenverformung zusätzlich zum Sensorverlauf möglich.
Eine weitere Verwendung der Technologie sehen die Wissenschaftler im Bergbau. Mit den FBG-Formsensoren könnten Verformungen in Kabeln und Schläuchen beobachtet werden. Das KIT sucht Partner, die Interesse an einer Weiterentwicklung und Anwendung der Technologie haben.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dagmar Vössing, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Leitung Technologietransfer, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25582

E-Mail: dagmar voessing@kit edu

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