Assistenzsysteme und physiologische Regelkreise (PCLC)

Medizintechnik optimal regeln

"An der Lübecker Universität gibt es seit diesem Jahr ein Institut, das sich speziell mit den elektrotechnischen Aspekten der Medizintechnik befasst. Ein Schwerpunkt ist die Entwicklung und Erprobung neuer, ganzheitlicher Regelungssysteme in Zusammenarbeit mit Medizintechnik-Herstellern. Das Institut für Medizinische Elektrotechnik (IME) arbeitet mit am Aufbau des Projektes „Industrie-in-Klinik-Plattform Lübeck“... "

FE&E-Kompetenzen:

  • Modellierung und Parameteridentifikation dynamischer Modelle
    • Modellierung technischer und physiologischer Systemen für Analyse, Entwurf und Optimierung von dynamischen Systemen
    • Online und offline Parameteridentifikation
  • Ganzheitliche Verfahren zum Entwurf und zur Optimierung von Regelsystemen
    • Ganzheitliche, modellbasierte Entwurfsmethoden
    • Nachweise und Garantien von Stabilität, Performance und Robustheit von Regelungssystemen
    • Selbstlernende und selbstadaptierte Regelsysteme
    • Interaktion zwischen regelbasierten und modellbasierten Assistenzsystemen (Entscheidungsunterstützungssysteme mit integrierten, dynamischen Regelkreisen)
  • für medizintechnische Anwendungsbereiche
    • Regelkreise im Menschen (z.B. Kerntemperaturregelung im OP, Blutzuckerregelung, Anästhesieregelung)
    • Regelkreise am Menschen (z.B. automatisierte Medizingeräteführung, Regelung chirurgischer Instrumente)
    • Technische Regelkreise (z.B. modulare Regelkonzepte für Medizingeräte, Regelkreise in der Labordiagnostik)

FE&E-Leistungsprofil:

  • Aufbau und Konzeption von physiologischen Simulationsmodellen für in silico Tests von Medizingeräten und deren Komponenten
  • Entwurf, Analyse und Optimierung von fehlertoleranten Assistenz- und Regelsystemen für anspruchsvolle, instabile bzw. veränderliche Systeme
  • Entwurf, Analyse und Optimierung von Zustands- und Parameterschätzalgorithmen, insbesondere auch zur Diagnose und Fehlererkennung
  • Nachweisführung für die Stabilität und Zuverlässigkeit von Regelungssystemen, insbesondere auch in ganzheitlicher Betrachtung hierarchischer und/oder verteilter Regelungsstrukturen
  • Entwurf physiologischer Regelkreise (PLCL/ Norm IEC 60601-1-10)

Leistungsversprechen:

  • Implementierung, Simulation und Dokumentation von dynamischen Modellen für technische und physiologische Systeme z.B. in Simulink, R oder Python.
  • Durchführung (Werkleistung) oder spezifizierte Mitwirkung (Dienstleistung) in Entwicklungsprojekten zur Analyse und zum Entwurf von Assistenz- und Regelsystemen
  • Konzeption, Erarbeitung bis hin zum Funktionsmuster/Demonstrator

Erfahrungen, Projektbeispiele:

  • Entwicklung eines Wissens- und Modellbasierten Assistenzsystems zur Steuerung von Intensivbeatmungsgeräten betreffend aller im System zur Anwendung kommenden dynamischen Regelkreise; System wird derzeit im Rahmen einer Studie klinisch erprobt.
  • Entwicklung eines physiologischen Simulationssystems im Bereich der menschlichen Atmung zum Entwurf und pre-klinische Tests (in silico) von Beatmungsalgorithmen.
  • Entwicklung, Funktionsmusteradaption und Regelung eines neuartigen energie-optimierten Notfallbeatmungsgerätekonzepts mit verbesserter Performance.
  • Entwicklung von Verfahren zur Regelung komplexer nichtlinearer Systeme unter besonderer Berücksichtigung des Implementierungsaufwandes mit breitem Anwendungsbereich, z.B. in mechatronischen Systemen, Robotik, Klimatisierung, Injektionssystemen.
  • Entwicklung von Verfahren zur verteilten Regelung interagierender, heterogener nichtlinearer Teilsysteme mit garantierter Performance. Anwendungen sind z.B. modulare Systeme in der Medizintechnik, Vibrationsdämpfung, Schwarmregelung und Cyber-physical Networks.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Philipp Rostalski
Institut für Medizinische Elektrotechnik

für IKP-Projekte:
Dr. Raimund Mildner
E-Mail:
Mobil: 0171 / 5309668

Forschungsprofil

Das Institut für Medizinische Elektrotechnik (IME) an der Universität zu Lübeck betreibt innovative und interdisziplinäre Forschung auf dem Gebiet der Regelungstechnik und medizinischer Assistenzsysteme. Schwerpunkte bilden dabei modellbasierte Verfahren, welche mittels Optimierung und algebraischer Methoden theoretische wie praktische Herausforderungen aus den Bereichen Medizin und Ingenieurwissenschaften lösen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Unterstützung physiologischer Regelkreise und der Entwicklung intelligenter, mechatronischer Systeme mit dem Ziel, medizintechnische Systeme sicherer und zuverlässiger gestalten zu können.

Das Institut für Medizinische Elektrotechnik wird die Forschung und Entwicklung ganzheitlicher Regelungsansätze im Kontext medizinischer Assistenzsysteme weiter ausbauen und sowohl mit industriellen wie auch klinischen Partnern in praxisnahen Anwendungen testen und erweitern. Dabei kommt insbesondere dem Bereich Beatmung und Anästhesie eine besondere Bedeutung zu, wobei eine synergetische Nutzung der erarbeiteten Ergebnisse auch in anderen Bereichen angestrebt wird. Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen anwendungsorientierter Forschung und der Erarbeitung neuer methodischer Ansätze wird auch durch die Weiterentwicklung neuartiger und holistischer Ansätze im Bereich der Zustands- und Parameterschätzung erreicht.