Pangolin Medical hat sich mit RDT, einem Distributor von Unitronics, zusammengetan, um die Steuerung und Bewegung für seine medizinischen „Übungsphantome“ zu entwickeln. Diese biomimetischen Simulatoren ahmen die menschliche Anatomie und Gewebestruktur nach und können für die Ausbildung von Ärzten und die Entwicklung medizinischer Geräte verwendet werden. Mit Unitronics-Steuerungen und Servos sowie der Unterstützung von RDT hat Pangolin die Lösung innerhalb von zwei Wochen entwickelt.
Das Unternehmen
Pangolin Medical stellt biomimetische Systeme her, die die klinische Realität für Ärzte und Forscher nachbilden und es ihnen ermöglichen, komplexe, risikoreiche und neuartige Verfahren in einer sicheren und präzisen nicht-klinischen Umgebung zu üben. Das Team von Pangolin Medical besteht aus Medizintechnikern, Radiologen und Katheterisierungsärzten ‑ Spezialisten für Stentimplantation, Katheterplatzierung und andere endovaskuläre (innerhalb eines Gefäßes) Verfahren.
Die medizinischen Simulatoren von Pangolin können in medizinischen Ausbildungszentren und von Medizintechnikherstellern eingesetzt werden, die medizinische Geräte für die Platzierung von Stents, Herzklappen usw. entwickeln.
Die Aufgabe
Die Herausforderung für Pangolin Medical bestand darin, einen biomimetischen Simulator ‑ das Phantom ‑ zu entwickeln, der ein schlagendes „Herz“ und einen „Hirnstamm“ enthält. Dabei handelt es sich um den Teil des menschlichen Gehirns, der den Herzschlag und den Blutdruck autonom steuert.
Um Ärzten, Ausbildern und Studenten die Möglichkeit zu geben, endovaskuläre Eingriffe wie das Einsetzen von Stents, Katheterisierungen und den Ersatz von Herzklappen in einer realistischen klinischen Umgebung zu üben, hat Pangolin ein menschliches Herzmodell mit vier Kammern aus flexiblem Silikon entwickelt. Es enthält die rechten und linken Vorhöfe und Kammern sowie die Herzkranzgefäße und die Venen, die in das Herz münden. Es ermöglicht Eingriffe, die einen transaortalen, transseptalen Zugang über Venen oder Oberschenkelarterien erfordern.
Der „Hirnstamm“ wird benötigt, um den Pulsschlag des menschlichen Herzens exakt nachzubilden. Das Herz ist im Grunde eine Pumpe und enthält daher wie jede Pumpe Ventile. Der menschliche Hirnstamm steuert den Blutfluss mit einem bestimmten Druck. Die Herausforderung bestand darin, diesen Druck so zu steuern, dass verschiedene Patientenzustände nachgebildet werden. Beispielsweise der wechselnde Zustand eines Patienten mit Herzinsuffizienz, der sich verschiedenen Eingriffen unterzieht.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Systems war die zwingende Anforderung, die Sensoren von medizinischen Standardgeräten wie Kathetern zu unterstützen.
Die Lösung
Pangolin Medical arbeitete bei der Entwicklung mit RDT, einem Unitronics-Vertriebspartner in Petah Tikva/Israel, zusammen. Pangolin lieferte das Silikon-Phantom sowie die notwendigen medizinischen Instrumente und Sensoren, die von den Ärzten verwendet werden. RDT lieferte die Hardware-Steuerungen und das Know-how zur Steuerung. So konnte innerhalb von zwei Wochen ein System entwickelt werden, das die Anatomie und Gewebeeigenschaften exakt nachbildet.
Die Funktionalität des „Hirnstamms“ wird durch eine Unitronics UniStream-SPS und einen 7-Zoll-Touchscreen sowie einen Unitronics EtherCAT-Servoantrieb mit integriertem STO (Safety Torque Off) nachgebildet. An die SPS und den Servo sind die Ausgänge von Sensoren angeschlossen, die üblicherweise in Krankenhäusern bei kardiologischen Eingriffen verwendet werden, z.B. Drucksensoren. Der Servoantrieb ist mit einem Linearantrieb verbunden, der als Pulspumpe fungiert.
Die Pulspumpe modelliert eine Sinuswelle, die auf der Pulsfrequenz, dem Pulsvolumen und dem diastolischen/systolischen Druck basiert; die SPS steuert die Ventile, um den „Blut“-Druck und den Volumenstrom im gesamten simulierten Anwendungsmodell einzustellen. Auf diese Weise kann die biomimetische Simulation von Pangolin den systolischen und diastolischen Blutdruck verschiedener Patientenzustände genau reproduzieren.
Die Daten, die den hämodynamischen Status des "Patienten" während des Eingriffs widerspiegeln, werden von der SPS empfangen und auf dem HMI angezeigt.
Eine der Pangolin Anforderungen war, dass diese Daten genau so dargestellt werden, wie sie im einem Operationssaal während kardiologischer Eingriffe angezeigt werden. Aus diesem Grund wurden die UniStream HMI-Bildschirme so konzipiert, dass sie alle Daten anzeigen, die normalerweise auf medizinischen Bildschirmen zu sehen sind - Animationen, Live-Diagramme mit Druck, Schlagvolumen, Herzzeitvolumen, diastolischer Leistung, Gesamtdurchfluss, Herzschlag pro Minute und mehr.
Der Endanwender kann über den HMI-Bildschirm problemlos komplexe Wellenformen programmieren, z. B. durch Ändern der Einschaltdauer.
Da die Benutzer auf historische Daten zugreifen können, können sie den Status in verschiedenen Stadien des "Eingriffs" leicht überprüfen. Alle Daten werden erfasst und gespeichert und können nach Belieben exportiert werden.
Neben der Pulspumpe sind für kardiologische Eingriffe auch spezielle Instrumente erforderlich. Die Herzkatheter, die bei diesen Eingriffen verwendet werden, sind dünne, flexible Schläuche, die in das Kreislaufsystem des Patienten eingeführt werden, z. B. in die Oberschenkelarterie, und mit Hilfe der Durchleuchtung (Röntgen) vorsichtig zum Herzen geführt werden.
Die Katheter selbst sind flüssigkeitsgefüllte Leitungen, die Drücke an Druckwandler übertragen, die es dem Arzt ermöglichen, den Druck in jedem Teil des Herzens zu messen, in den ein Katheter eingeführt werden kann; diese Drücke wurden auch auf dem HMI-Bildschirm der UniStream angezeigt.
Die Vorteile
Die Steuerungen von Unitronics ermöglichen es Pangolin Medical, auf einfache Weise neue Funktionen zu entwickeln und bestehende Funktionen schnell zu ändern. Beispielsweise ist die Änderung einer Wellenform eine einfache Aufgabe. Dabei wird das Tastverhältnis der Wellenform geändert, um die Funktion der Klappen des Simulators zu beeinflussen und Zustände wie Vorhofflimmern, Rückfluss, Herzrasen oder eine zu niedrige Herzfrequenz zu simulieren.
Durch die Verwendung einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) zur Steuerung des Systems verschafft sich Pangolin Medical einen Wettbewerbsvorteil, da andere Hersteller medizinischer Geräte, die ältere Technologien verwenden, bei der Entwicklung neuer Funktionen eher eingeschränkt sind.
Der Geschäftsführer von Pangolin Medical, Ohad Shafran, berichtet:
"Mit Unitronics konnten wir die Entwicklung unseres biomimetischen Simulators ‑ einschließlich der Bewegungssteuerung und der Benutzerschnittstellen ‑ in nur zwei Wochen abschließen!
