HIL-Lung - Hardware-in-the-Loop Simulationsumgebung für künstliche Lungen

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdger Kopp; Professor Dr.-Ing. Steffen Leonhardt
• Fachliche Zuordnung: Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie ; Biomedizinische Systemtechnik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 347367258

HIL-Lung - Hardware-in-the-Loop Simulationsumgebung für künstliche LungenDieses Projekt hat zum Ziel, die Wechselwirkung einer künstlichen Lunge mit dem Kreislauf des späteren Implantat-Empfängers zu modellieren und für physikalische Tests zugänglich zu machen. Mittels objekt-orientierter Modellbildung soll dabei die zeitliche Dynamik des Gasaustauschs in der Lunge und die hydraulischen Eigenschaften des an die Lungen angeschlossenen Kreislaufs in Echtzeit simuliert werden. Basierend auf einem zu etablierenden Hardware-in-the-Loop (HIL) Prüfstand soll schließlich ein Prototyp für eine automatisierte Testumgebung etabliert werden, mit der biologische, technische und hybride Kunstlungen bzgl. ihrer Funktionalität untersucht und charakterisiert werden können. Neben Wasser wird dabei auch Blut als Transportmedium verwendet werden, um ein möglichst realistisches Abbild der Realität zu erzeugen und auch Fragen der Gasftransferleistung und Hämokompatibilität realitätsnah addressieren zu können. Entsprechend wird ein hydraulisches Interface etabliert, das bzgl. seines Input-Output-Verhaltens dem physiologischen System hinreichend genau ähnelt (bzgl. Drücken, pulsatiler Durchblutung, etc.). Neben simulierten Fluss- und Potentialsignalen (d.h. Differenzdruckverläufen) lassen sich dabei auch in früheren Tierversuchen erhobene Messdaten auf dem HIL-Prüfstand einspielen und zur Testung des Verhaltens von neu entwickelten Implantaten verwenden. Diese Eigenschaft von HIL-Systemen trägt entscheidend zur Reduktion von Tierversuchen bei.Auf der Systemebene lassen sich ferner bereits in einem frühen Stadium Fragestellungen zur Funktionssicherheit (z.B. bei Komponentenausfall), Robustheit, Automatisierung und Regelung sowie zum Monitoring untersuchen und beantworten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2014: Auf dem Weg zur implantierbaren Lunge