Masterarbeit mit Impact: Student ebnet Weg für Kapnographie-Innovationen
Neue Ideen und Ansätze für wegweisende Entwicklungen holen wir uns über Innovations-Workshops, Kreativ-Sprints und Partnerschaften mit Unternehmen. Am liebsten setzen wir jedoch auf die Innovationskraft unserer Universitäten und holen gerne Studierende in die Entwicklung. Sie liefern uns frische Perspektiven und führen uns öfter auch auf unorthodoxen Wegen zu einer Lösung. Einer dieser innovativen Köpfe ist Hannes. Er hat für seine Abschlussarbeit ein photoakustisches CO2-Messsystems für die medizinische Atemgasanalyse entwickelt.
Die kontinuierliche Messung der CO2-Konzentration in der Ausatemluft, auch Kapnographie genannt, ist ein entscheidender Teil bei der Überwachung von Patient*innen in der Medizin. In seiner Masterarbeit beschäftigte sich Hannes deshalb mit der Weiterentwicklung und Verbesserung unseres hauseigenen Kapnographie-Moduls CAP201. Ziel war es, mit Hilfe eines photoakustischen Detektorsystems, ein CO2-Messsystem für die medizinische Notfallbeatmung zu konzeptionieren.
Bewährte Design-Konzepte stetig neu denken und überprüfen
Wir gaben Hannes nahezu freie Hand für seine Lösungssuche. Diese Chance nutzte er: In Zusammenarbeit mit unserer Entwicklung stellte er nahezu alle Teile auf den Prüfstand. Am Ende ersetzte er nicht nur das Detektorsystem, sondern auch den thermischen Emitter durch eine kostengünstigere LED-Variante. Auch die Konstruktion nahm er unter die Lupe und suchte nach der optimalen Positionierung von Detektor und Emitter sowie der damit verbundenen verbesserten Messküvette. Dabei ging es darum, möglichst viel Lichtleistung auf die Detektoroberfläche zu bringen und zu vermeiden, dass sich in den Gaskanälen Toträume bilden. Dort kann kein Gasaustausch stattfinden, wodurch die Messwerte verunreinigt werden.
Tests geben Hannes‘ Konzept recht
Um zu testen, wie sich das System durch die Veränderungen verbessert, hat Hannes ein LabVIEW-Programm entwickelt. Mit ihm kann zum einen die Hardware des Systems angesteuert und parametriert und zum anderen alle wichtigen Messergebnisse ausgelesen und gespeichert werden. So ließen sich Werte wie Rauschverhalten, Anstiegszeit, Temperaturabhängigkeit sowie Langzeitstabilität unseres neuen Kapnographie-Moduls mit dem Verhalten des bewährten CAP201 vergleichen. Das Ergebnis: Die Auswertungen belegen, dass bei geringerem Kostenaufwand und kleinerem Bauraum, qualitativ gute bis sehr gute Werte erreicht werden.
Das Rauschverhalten ist deutlich unter der Normgrenze geblieben, die Anstiegszeit ist sehr schnell, das System ist zeitlich stabil und liefert über eine lange Laufzeit valide Ergebnisse. Dabei könnte das System durch die Wahl des LED-Emitters wesentlich günstiger hergestellt werden als das CAP201.
des CO2-Messsystems
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photoakustischen Messsystems
Hannes hat also bewiesen: Das photoakustische Messsystem ist für die medizinische Atemgasanalyse sehr gut geeignet. Dank seiner Hilfe konnten wir die Vorentwicklung des Projekts erfolgreich abschließen. Um das Modul in Serie zu bringen, müssen wir nun den vorhandenen Demonstrator noch perfektionieren: Die Elektronik werden wir kompakt auf einer Platine realisieren, die Bauform der Küvette noch optimieren und die Auswertungssoftware auf einem Mikrocontroller implementieren.
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