Ein flexibles Lungenphantom wird im Labor von einer behandschuhten Hand gehalten, um das mechanische Verhalten der Lunge unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen.

Um medizintechnische Systeme für die Behandlung von Lungenerkrankungen sicher zu entwickeln und zu testen, werden Lungenphantome benötigt, die das Verhalten des menschlichen Organs im Labor nachbilden. Gerade für die Neonatologie, in der die Lunge besonders empfindlich auf Druckveränderungen reagiert, ist ein solches Phantom unverzichtbar. Die Funktionsweise und Belastbarkeit medizinischer Apparate zur mechanischen Beatmung und automatisierten Sekretentfernung – wie sie im Projekt SMART-NEO erforscht werden – kann zunächst nur an Phantomen untersucht und optimiert werden, bevor sie am Patienten eingesetzt werden dürfen. Solche Phantome ermöglichen es, mechanische Belastungen realistisch zu simulieren und die Wirksamkeit wie auch die Sicherheit neuer Verfahren unter kontrollierten Laborbedingungen zu überprüfen.

Die Fertigung eines realistischen Lungenphantoms stellt fachübergreifend eine Herausforderung dar. Die Herstellung erfordert eine gezielte Auswahl von Materialien und Fertigungsprozessen, die die elastischen und mechanischen Eigenschaften von Lungengewebe möglichst genau abbilden. Zudem müssen die Einzelkomponenten, wie Lappen oder Bronchialsegmente, in ihrer geometrischen und strukturellen Zusammensetzung mit der Dynamik biologischer Organe vergleichbar sein. Die hohe Varianz der Gewebeeigenschaften und die Notwendigkeit, physiologische Bewegungen wie Ausdehnung und Zusammenziehen im Beatmungsprozess zu reproduzieren, machen die Entwicklung eines Phantoms besonders anspruchsvoll.

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Phantom der menschlichen Lunge unter Nutzung additiver Fertigungsverfahren aufgebaut und erprobt. Die einzelnen Segmente der Lunge werden konstruiert und gefügt, um das mechanische Verhalten bei Unterdruck und Beatmung experimentell zu untersuchen. Mithilfe von zu definierenden Materialparametern und Geometrien sollen gezielt Druck- und Volumenverläufe simuliert und deren Einfluss auf die mechanische Belastung analysiert werden. Optional wird das Testsystem mit Sensorik zur Messung von Druck- und Volumenänderungen ausgestattet, um die Analyse der Strukturreaktionen zu unterstützen. Die angestrebten Ergebnisse bilden eine experimentelle Grundlage für die Bewertung und Weiterentwicklung automatisierter Absaugsysteme.

Aufgaben

• Konstruktion und Aufbau eines Lungenphantoms:
  Entwurf und Fertigung der Lungenlappen und Atemwegsstrukturen mithilfe additiver Fertigungsverfahren oder geeigneter weicher Materialien.
• Experimentelle Untersuchung des Verhaltens unter Druckbelastung:
  Test des Phantoms bei Unterdruck und Beatmung, um Ausdehnung, Verformung und mechanische Belastungen realistisch zu erfassen.
• Analyse der Material- und Strukturparameter:
  Variation von Materialeigenschaften und Geometrien, optional Einsatz von Sensoren zur Messung von Druck- und Volumenänderungen.

Voraussetzungen

• Grundkenntnisse in Werkstoffkunde oder mechanischem Verhalten weicher Materialien:
  Verständnis für Elastizität, Dehnung und Materialreaktionen.
• Interesse an experimenteller Laborarbeit:
  Bereitschaft, praktisch zu arbeiten, Messaufbauten zu nutzen und Prototypen zu testen.
• Neugier für medizinische Technik und Neonatologie:
  Motivation, die besonderen Anforderungen empfindlicher Lungenstrukturen und klinischer Anwendungen zu verstehen.

Hinweise und Bewerbung

Die Bearbeitung ist ab sofort möglich.

Bitte senden Sie Ihre Unterlagen (CV, Notenbescheinigung) per E-Mail an die untenstehenden Kontaktpersonen.

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