Objektorientiert-modellbasierte Charakterisierung, Überwachung und Regelung des technisch unterstützen Herz-Kreislauf-Systems

• Object-oriented model-based characterization, monitoring and control of the technically assisted cardiovascular system

Gesenhues, Jonas Franz-Hermann; Abel, Dirk (Thesis advisor); Hein, Marc (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Methoden, welche eine direkte Nutzung der objektorientieren Modellierung innerhalb modellbasierter regelungstechnischer Verfahren erlauben. Die objektorientierte Modellierung wird bislang vorwiegend in der Simulation eingesetzt. Die Vorteile der objektorientierten Modellierung können jedoch ebenso den Entwurfsprozess modellbasierter Regelungsmethoden vereinfachen und beschleunigen. Als Anwendungsschwerpunkt dieser Methoden wird das mittels Blutpumpe technisch unterstützte Herz-Kreislauf-System betrachtet. Vor dem Hintergrund der Einzug haltenden Digitalisierung und Vernetzung in der Medizin werden innerhalb der Arbeit vielfältige Ansätze konzipiert, welche die Therapieoptionen der technischen Herzunterstützung erweitern, sowie sicherer und effizienter machen. Zur praktischen Umsetzung der Methoden wurde innerhalb dieser Arbeit eine Forschungsplattform bestehend aus diversen Soft- und Hardwarekomponenten entwickelt. Die Forschungsplattform stellt einen tierexperimentellen Prototyp einer hoch digitalisierten und vernetzten OP- bzw. intensivmedizinischen Behandlungsumgebung dar und erlaubt eine einfache Online-Anwendung höherer regelungstechnischer Konzepte. Zudem wurde eine umfassende Versuchsdatenbank für die automatisierte Auswertung großer Datenmengen aufgebaut. In verschiedenen klinisch relevanten Anwendungsbeispielen werden die Methoden simulativ sowie in vivo untersucht. Die Anwendungsbeispiele umfassen dabei verschiedene Aspekte der Charakterisierung, Überwachung und Regelung des technisch unterstützten Herz-Kreislauf-Systems. Zudem enthält die Arbeit auch die Konzeption und erste Evaluierung eines konzeptionell neuartigen Herzunterstützungssystems.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Regelungstechnik [416610]