Wie Ingenieure der ETH Zürich eine Druckwellenform-Genauigkeit von 3,5 mmHg für einen In-vitro-Herzprüfstand erreichten

KUNDE & KONTEXT

TONUS ist ein Ingenieur-Forschungsprojekt an der ETH Zürich, das nicht-invasive Blutdruckmessgeräte der nächsten Generation entwickelt. Um seine optischen PPG- und Ultraschallsensoren sicher und ohne Risiko für Patienten zu validieren, baute das Team einen speziellen Kreislaufsimulator für Tests in vitro zur Nachbildung menschlicher arterieller Pulswellen bei Herzfrequenzen von 40 bis 120 Schlägen pro Minute.

DIE HERAUSFORDERUNG

Um menschliche Blutdruckwellen genau nachzubilden, benötigte der Prüfstand zwei abgedichtete Flüssigkeitsreservoirs mit identischen pneumatischen Luftpolstern. Die ursprünglichen Eigenbau-Tanks des Teams hielten nicht zuverlässig dicht; Luftleckagen störten die Druckregelung und verhinderten, dass die Tanks übereinstimmende Wellenformen erzeugten. Passungsfehler und schlechte Verbindungen an den Prototyp-Tanks verursachten fortlaufend Messfehler und brachten die Sensorvalidierung zum Stillstand.

DIE LÖSUNG

Das Team integrierte zwei transparente 2-L-Drucktanks von SR-TEK (2000ML-CT-SP358) in den Kreislaufsimulator. Dank enger Maßhaltigkeit und standardisierter Anschlüsse boten diese Behälter die leckfreie Abdichtung, die nötig ist, um zuverlässig Druckluft einzulassen und zu einer Vakuumversorgung zu entlüften. Die optische Transparenz der Behälter der CT-Serie ermöglichte es den Ingenieuren, Füllstände visuell zu überwachen und unerwünschte Luftblasen beim Befüllen und Entgasen zu entfernen.

DIE ERGEBNISSE

• 3,5 mmHg Druckwellenform-Genauigkeit: Die Ziel-Druckwellenform wurde mit einem quadratischen Mittelwertfehler (RMSE) von nur 3,5 mmHg bei Herzfrequenzen von 40 bis 120 bpm in einem physiologischen Druckbereich von 60–150 mmHg (~8.000 bis 20.000 Pa) nachgebildet.
• 100 % Synchronisation beider Tanks: Abweichungen der Druckregelung zwischen den beiden Reservoirs des Systems wurden vollständig beseitigt, was eine reproduzierbare Datenerfassung ermöglichte.
• Null Leckagefehler an Verbindungen: Die standardisierten Anschlüsse von SR-TEK beseitigten Passungsleckagen und Aufbaufehler, die bei den Eigenbau-Tanks aufgetreten waren, vollständig.

KUNDENSTIMME

„Unser Prüfstand basiert auf zwei abgedichteten, pneumatisch geregelten Tanks, die beide dieselbe Druckwellenform erzeugen müssen, und unsere eigenen Eigenbau-Tanks blieben einfach nicht dicht und konnten diese Kurve nicht zuverlässig halten. Die transparenten 2-L-Drucktanks von SR-TEK mit ihren sauberen Anschlüssen haben eine ganze Klasse von Leckagen und Passungsfehlern beseitigt und uns zwei Tanks gegeben, die sich endlich identisch verhalten – entscheidend, um die Meilensteine unseres Prüfstands zu erreichen.“

— Noah Schürch, TONUS-Prüfstandsteam

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