Mikrokraftsensor für Herzkatheterisierungen: Ergebnisse zur Vektorauflösung und Ausblick auf weitere Anwendungen

Abstract:
Für das Projekt HapCath - Haptischer Katheter - werden Mikrokraftsensoren entworfen, um die bei Katheterisierungen der Herzkranzgefäße an der Führungsdrahtspitze auftretenden Kräfte zu messen und dem Arzt erstmalig haptisch spürbar darzustellen. Die gefertigten piezoresistiven Mikro-Kraftsensoren weisen kleinste Abmessungen von 200 x 200 x 640 µm³ auf. Ziel dieses Beitrages ist die Darstellung der statischen und dynamischen Kraftmesseigenschaften. Das im Fokus stehende Messelement mit asymmetrischem Verformungskörper weist bei einer Nennkraft von Fx, Fy und Fz von jeweils 100 mN Hysteresefehler FHys < 1,5 mN, Linearitätsfehler FLin < 1,5 mN und eine Überlastfestigkeit Fmax > 500 mN auf. Die Fehlerbestimmung ist dabei auf die Genauigkeit des Referenzsensors beschränkt. Die analytisch bestimmte erste mechanische Resonanzfrequenz des ungehäusten Messelementes wird mit f0 > 90 MHz berechnet. Es werden die Ergebnisse zur Kraftvektorauswertung vorgestellt. Weiterhin wird gezeigt, dass eine haptische Rückmeldung von Kräften an Führungsdrahtspitzen mit diesen Sensoren erstmalig möglich ist. Der Beitrag schließt mit einem Ausblick in weitere Anwendungen wie beispielsweise Tasthaare für bionisch inspirierte Organismen sowie die sichere Insertion von medizinischen Nadeln.