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Lexikon Kunststofftechnik und Diagnostik

Das wiki-Lexikon Kunststofftechnik und Diagnostik wurde im August 2017 auf den Stand 6.0 gebracht.

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Gemeinschaftsprojekt Elastomere für die Sonoelastographie

Projektlaufzeit: 22.02.2016 – 28.02.2018

Projektpartner:

  • Forschungszentrum Ultraschall gGmbH Halle

Projektvolumen von PSM: 133 Tausend Euro

Ziel des Gemeinschaftsprojektes: Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Elastographie-Phantomen mit definierten elastischen Eigenschaften. Als Ergebnis des geplanten Projektes soll ein Elastographie-Phantom für die Zugfestigkeit von Narbengewebe entwickelt werden. Neben den elastischen Eigenschaften soll dabei vor allem die realitätsnahe Geometrie einer Kaiserschnittnarbe realisiert werden. Das Phantom kann damit in der Ausbildung und Qualifizierung von Medizinern auf dem Gebiet der Elastographie eingesetzt werden.

Für die Herstellung eines solchen Phantoms sind Elastomere mit einer Vielzahl von verschiedenen Eigenschaften notwendig. Die Hauptanforderung sind gezielt einstellbare elastische Eigenschaften, die mit denen von natürlichem Narbengewebe vergleichbar sind. Aus der Vielzahl der möglichen Zweikomponentensysteme auf Silikon- bzw. PU-Basis werden zunächst geeignete handelsübliche Systeme identifiziert und hinsichtlich der Eignung für den Phantombau untersucht. Die notwendige Variation der elastischen Eigenschaften erfolgt dabei zunächst über die Kontrolle der Vernetzungsbedingungen. Im Verlauf des Projektes werden dann auf der Basis dieser Erfahrungen eigene Syntheseansätze entwickelt. Ein wesentlicher Punkt der Materialentwicklung wird neben der Modifizierung der elastischen Eigenschaften auch die Variation der akustischen Eigen­schaften mittels zusätzlicher Streukörper sein. Ziel ist es, einen möglichst umfang­reichen „Baukasten“ zu entwickeln, der es erlaubt, auf der Basis eines Grundwerkstoffes eine große Parameter­vielfalt der elastischen und akustischen Eigenschaften gezielt einzustellen.

Zur Erreichung dieses Ziels ist die eindeutige und anwendungsspezifische Charakterisierung der Eigenschaften der Elastomere notwendig. In der Materialprüfung werden dazu stan­dardisierte Zug- und Druckversuche durchgeführt. Hierzu müssen beispielsweise die Parameter Zugfestigkeit, Druckverformungsrest sowie Shore-Härte bestimmt werden. Diese unterscheiden sich vor allem hinsichtlich des Frequenzbereiches von den in der medizinischen Ultraschall­elasto­gra­phie eingesetzten Verfahren. Bei letzteren werden mit unterschiedlichen Methoden die Schall­ge­schwin­digkeiten unter äußerer Krafteinwirkung oder die Schwerwellen­geschwindig­keiten in Geweben gemessen. Für die Kalibrierung und Kon­stanz­­prüfung unterschiedlicher Ultraschallgeräte und Messverfahren ist aber eine ein­deutige Angabe der elastischen Materialparameter, möglichst in einem weiten Frequenz­be­reich not­wendig.

Durch eine umfassende Charakterisierung der elastischen Eigenschaften mit Methoden der Werkstoffcharakterisierung sowie dem Vergleich mit sonoelastographischen Messungen soll ein Bewertungstool entwickelt werden, um dem anwendenden Mediziner mehr Sicherheit beim Einschätzen der unterschiedlichen Elastographie-Verfahren zu geben. Die Ultraschall­messmethoden können darüber hinaus auch das Frequenzspektrum der bisherigen Mess­verfahren für Polymere erweitern und damit dem Antragsteller neue Möglichkeiten hin­sicht­lich zukünftiger Dienstleistungen eröffnen. Für die sichere Anwend­barkeit der Phantome sind auch eine Charakterisierung der chemischen Beständigkeit und der Ausschluss proble­matischer niedermolekularer Stoffe mit Methoden der instrumentellen Analytik erforderlich.

Projektziel von PSM: Das wissenschaftlich-technische Arbeitsziel besteht darin, aus der Vielzahl der kommerziell verfügbaren Zweikomponentensysteme auf PU- und Silikonbasis durch geeignete Synthese- und Modifizierungsschritte ein „Baukastensystem“ zu entwickeln, das es erlaubt, auf der Basis eines Grundwerkstoffes eine große Parameter-Vielfalt hinsichtlich der mechanischen, elastischen und akustischen Eigenschaften gezielt einzu­stellen. Dadurch soll es möglich werden, ein mehrschichtiges Funktionsmuster für ein Narbenphantom herzustellen. Gleichzeitig wird so die Voraussetzung geschaffen, in Zukunft auch andere Phantome und Probekörper für beliebige Organe und Organsysteme an die Vorgaben der medizinischen Anwender angepasst, zu produzieren.

Durch die Vielzahl der geplanten Materialuntersuchungen entsteht eine umfangreiche Materialdatenbank, die es ermöglichen wird, verschiedene quasistatische und dynamische Messverfahren aus der Werkstoffprüfung mit den verschiedenen elastographischen Mess­verfahren der kommerziellen Diagnosesysteme zu vergleichen. Dabei ist die Ziel­stellung der Polymer Service GmbH Merseburg die weitere Verbesserung des wissen­schaftlich-tech­nischen Know-hows für die zerstörungsfreie Kunststoffprüfung und Schadens­diagnostik bei Elastomeren sowie die Erweiterung der prüftechnischen Möglichkeiten auf dem Gebiet der Ultraschallverfahren für Forschung und Dienstleistungen.

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