Team Krokodil
Das Team Krokodil besteht aus Mathias Müller (Studiengang: Wirtschaftsingenieur), Faruk Yildiz (Studiengang: Medizintechnik) und Matija Savora (Studiengang: Medizintechnik). In dieser Blockwoche wird das Thema "Medizintechnik DIY" behandelt und die DIY-Kultur gelebt.
Contents
Tag 1 Backyard Brains, Muscel SpikerShield V2
Am ersten Tag gab es eine Einführung in die DIY-Welt, die Gruppen wurden eingeteilt und die Arbeitsplätze im Fablab eingerichtet. Nachdem alles eingerichtet worden ist, starteten wir mit dem ersten Projekt, mit dem zusammenbauen/zusammenlöten der Muscle SpikeShield Printplatte, welche wir von BackyardBrains gesponsert bekommen haben. Das Löten und zusammenbauen bereitete uns keine weiteren Probleme, da Erfahrung vorhanden ist. Die Muscle SpikeShield Printplatte wird dann benötigt um in kombination mit dem Arduino gewisse Experimente durchführen zu können.
Anleitung für Muscle SpikerShield
Tag 2 Backyard Brains, Muscel SpikerShield V2 (Experimentieren)
Experiment 1 (Muskelaktivität messen)
Beim erstem Experiment wurden die Aktivitäten der Muskeln gemessen, einmal am Unterarm und einmal am Bizeps. Nach erfolgreichem Löten der Muscle SpikerShield Printplatte, wurde diese mit dem Arduino verbunden und der Code draufgeladen. Am Anfang gab es Schwierigkeiten, weil die Empfindlichkeit zu hoch eingestellt war und wir somit nur hohe Werte bekommen haben. Als wir das Problem identifiziert haben, waren die Muskelaktivität anhand der LEDs und auf dem Rechner auf dem Serial Monitor des Arduinos zu erkennen. Am Bizeps gab es mehr Muskelaktivitäten, da der Muskel grösser/stärker ist und nicht so eine hohe Präzision erfordert, kann das Neuron mehrere Muskelfasern steuern.
Muskelaktivität messen
Anleitung zum Muscle SpikerShield Experiment
Experiment 2 (Hirnaktivität messen)
Beim zweiten Experiment sind die Aktivitäten des Gehirns gemessen worden. Dabei wurde der getesteten Person ein Stirnband aufgesetzt und eine Elektrode hinter dem Ohr befestigt. Hierfür kam die Printplatte «SpikerShield-Heart and Brain» in Verwendung. Der richtige Code, welches man in der Internetseite Backyardbrains findet, wurde kompiliert und ausgeführt. Mit der Software Spike Recorder konnte man die Graphen darstellen, welches die Aktivität des Gehirns visualisierte. Ein effektiver Unterschied war bei geschlossenen Augen zu erkennen. Die Messungen waren ebenfalls unterschiedlich, wenn die getestete Person geredet hat.
Hirnaktivität messen
Anleitung zum Heart and Brain SpikerShield Experiment
Experiment 3 (Eye Potentials)
Beim drittem Experiment wurde das Potential der Augen gemessen. Für dieses musste die Testperson ein Stirnband mit Elektroden anziehen und eine Elektrode als Ground hinter dem Ohr. Als Resultat kam heraus, dass das Potential bei geschlossenen, offenen Augen und bei Bewegung der Augen unterschiedlich ist. Sobald das Auge bewegt wird, steigt das Potential.
Anleitung zu Eye Potentials Experiment
Experiment 4 (EKG)
Für das EKG benötigt man die Printplatte «SpikerShield-Heart and Brain». Für die optimalen Ergebnisse klebt hat man die Elektroden am inneren Handgelenk zu kleben. Die genaue Anleitung ist in der Internetseite Backyardbrains unter «Heart Action Potentials» zu finden. Das Kit wurde mit zwei verschiedenen Tests analysiert. Als erstes hat die getestete Person den Atem angehalten so lange es geht. Die Software «Spike Recorder» ermöglichte uns zu sehen, dass die Spitzen mit einem grösseren Abstand erschienen sind als im Normalfall. Der zweite Test wurde durchgeführt, nachdem die getestete Person einige Meter gejoggt ist. Nach der sportlichen Aktivität war deutlich zu sehen, dass die Abstände der Herzimpulse viel kürzer waren als davor.
Bei unserer Skill Share Session untersuchen wir wozu eigentlich die Experimente, die wir in dieser Blockwoche durchführen, geeignet oder gebraucht werden in der Medizin.
Sinnvolle Anwendungen - Muskelaktivität messen
Soll ein Muskel bewegt werden, sendet das Gehirn ein Signal (elektrischer Impuls) über einen Nerv bis zur neuromuskuläre Endplatte, diese liegt zwischen Nerv und Muskelfaser. Dort werden durch den Impuls Botenstoffe ausgeschüttet, welche zu einer Öffnung der Ionen Kanale führen. Somit entsteht eine elektrische Spannung. Das Muskelaktionspotential breitet sich über die Zelle aus und verursacht kleine Muskelzuckungen, diese können als Potential gemessen werden.
Die Elektromyografie dient der Bestimmung und Diagnose von Nerven- und Muskelerkrankungen. Bei Verletzungen oder Lähmungen kann die Elektromyografie Hinweise auf die Schwere und die Heilungschancen geben.
Quelle: https://www.netdoktor.de/diagnostik/elektromyografie/
Sinnvolle Anwendungen - Hirnaktivität messen
Die Messung der Hirnaktivität (Elektroenzephalografie – EGG), wird zum Beispiel bei der Diagnostik von Epilepsie verwendet.
Beim EEG wird die elektrische Aktivität der Hirnrinde gemessen, dazu werden nach festem Schema Elektroden auf der Kopfhaut befestigt. Die gemessene elektrische Aktivität entsteht durch die Entladung von Nervenzellverbänden.
Das EEG dient vor allem zur Überprüfung der Gehirnaktivität. Eine Epilepsie führt zur «Erkrankung» des Gehirns. Eine Epilepsie ist eine Störung des Zentralen Nervensystems, die Nervenzellen die Bewegung, Gedanken usw. steueren, funktionieren mit elektrischer Ladung. Bei einem epileptischen Anfall kommt es zu einer Art Kurzschluss. Bei verdacht auf Epilepsie kann der Arzt anhand eines EEGs feststellen ob der Patient gefährdet ist oder nicht
Quelle: https://www.netdoktor.de/diagnostik/eeg/
Sinnvolle Anwendungen - EKG
Das EKG steht für Elektrokardiographie und bezeichnet eine Untersuchungsmethode, bei der die elektrischen Aktivitäten des Herzens gemessen wird.
Der Herzschlag wird durch eine elektrische Erregung ausgelöst, die im Herzen selbst gebildet wird und sich ausbreitet. Dieser schwache elektrische Strom wird beim EKG über Elektroden an den Extremitäten oder der Brust gemessen. Durch das Elektrokardiogramm erhält der Arzt Informationen über den Rhythmus, die Frequenz sowie die Erregungsbildung, -ausbreitung und -rückbildung des Herzens.
Über Kabel werden die Elektroden mit dem EKG-Gerät verbunden, das nun die Herzaktivität aufzeichnet. Die Untersuchung dauert etwa zwei Minuten. Die einzelnen Phasen der Herzaktion werden dabei in charakteristischen gezackten Kurven auf einem Papierstreifen gegen eine Zeitachse abgebildet. Dabei steht jeder Ausschlag für eine bestimmte Phase des Herzschlags.
Quelle: https://www.netdoktor.de/diagnostik/ekg/
Tag 4 & 5 Prototyping
Die Aufgabe für das Prototyping war, aus dem vorhandenem Material im Fablab und dem Backyard Brain Kit eine sinnvolle Anwendung zu finden. Nach langem überlegen haben wir uns für 2 Prototypen entschieden, eine Art Handprothese (Bild) und einen Wasserspender. (Bild). Für beide ist eine Ansteuerung des Servomotors notwendig. Dies hat uns am meisten Probleme bereitet, da wir nicht viel Erfahrung mit dem Arduino Programmieren haben. Aber dank der DIY Community, haben wir Hilfe von anderen Teammitgliedern erhalten und das Problem gemeistert.
Handprothese
Die Idee war einen oder mehrere künstliche Finger zu bewegen. Die Bewegung wird gesteuert mit der Unterarmmuskulatur und einem Servomotor. Je fester der Unterarmmuskel angespannt wird, desto mehr schlägt der Servomotor aus und demzufolge wird der Finger mehr gekrümmt. Der Finger ist in 3 Gelenke unterteilt, welche mit einer Schnur verbunden sind. Das eine Ende der Schnur ist an der Fingerspitze verbunden und das andere Ende ist am Servomotor verbunden. Alle Einzelteile (Gelenke) wurden im CAD gezeichnet und mit dem Laser cutter aus MDF Platten gelasert. Die Gelenke wurden mit Schrauben verbunden und schon hatte man einen Finger. Damit sich der Finger bei der Entspannung der Kontraktion wieder in die Ursprungsform zurück bewegt, wurde ein Gummi befestigt. Der Gummi wird gespannt wenn an der Schnur gezogen wird und sobald die Schnur locker ist begiebt er sich wieder in die Ursprungsform.
Nach dem unser Prototyp mit einem Finger funktioniert hat, wurden noch 3 zusätzliche Finger angefertigt und zusammengebaut. Nun kann man mit der Muskelkontraktion die Finger bewegen. Man kann nun die 4 Finger bewegen, aber nur alle gleichzeitig und nicht jeden einzeln. Damit jeder Finger Einzel bewegt werden könnte, müsste man das System etwas umdenken. Die einfachste Variante wäre mit 4 Motoren, für 4 Finger, zu arbeiten. Dies Methode braucht aber viel Platz und ist eher unrealistisch.
Um unseren Prototypen zu verbessern, kann man die Finger aus dem 3D-Drucker ausdrucken, damit die Gelenke besser und echter wirken.
Hirnaktivität messen
Wasserspender
https://www.youtube.com/embed/da3ij8Rc1rY
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