Ontwerp van een cardiovasculaire miniatuur FBG gebaseerde druksensor

De MKB bedrijven Unitron B.V. en CD Leycom B.V. hebben een praktijkvraag voorgelegd aan het lectoraat Smart Sensor Systems van kennisinstelling HHS en de wens geuit een miniatuur MRI-proof druksensor te ontwerpen, geschikt voor gebruik tijdens katheterisatie. De te ontwikkelen sensor moet het mogelijk maken de druk in een bloedvat tijdens een operatie te meten zonder gebruik te maken van elektrische bedrading. De huidige generatie sensoren kent een aantal beperkingen:
-elektrische signalen kunnen storing oppikken en de zuiverheid van de meting beïnvloeden;
-het op meerdere plaatsen tegelijkertijd de druk meten (dit levert een belangrijke meerwaarde tijdens een operatie), zou automatisch een toename van het aantal uit te voeren elektrische signalen betekenen.
-De uitbreidingsmogelijkheden van het aantal mogelijke metingen zijn beperkt, omdat het katheterisatieslangetje niet te dik mag worden, flexibel moet blijven en de elektrische signalen elkaar bij verdere miniaturisatie zullen gaan beïnvloeden;
-het is niet mogelijk deze sensoren te combineren met een MRI scanner vanwege het sterke magnetische veld.
Er is grote belangstelling voor sensoren die 'MRI-proof' zijn. MRI beelden gelijktijdig combineren met diagnostische metingen (drukmetingen, maar ook temperatuur, concentratie van zuurstof, glucose, etc) leveren gezamenlijk een potentiele goudmijn op voor medisch onderzoek en diagnostiek. Binnen een jaar is het mogelijk te komen tot:
- een gedetailleerd CAD design van een FBG gebaseerde druksensor;
- een uitgewerkte analyse van de te verwachten performance;
- een serie testen ter karakterisatie van beoogde materialen (FBGs, silicium, membranen, ..);
- een gedetailleerd productieplan en productdocumentatie voor microfabricage;
- bijbehorende documentatie met aanbevelingen;
- een versterkte kennispositie van de HHS binnen de topsector HTSM;
- goed functionerende netwerkverbindingen tussen kennisinstelling HHS, publieke organisaties TNO en EKL en de MKB bedrijven Unitron B.V. en CD Leycom B.V..
Deze uitkomsten zijn tevens te beschouwen als de kritische succesparameters van dit project.

Eindrapportage

Een nieuw samenwerkingsverband bestaande uit het lectoraat Smart Sensor Systems van de Haagse Hogeschool, de medische technologiebedrijven Unitron B.V en CD Leycom B.V., TNO en het Else Kooilaboratorium (EKL) heeft gewerkt aan een FBG gebaseerde miniatuur druksensor. De eerste studieresultaten tonen aan dat het mogelijk is druk te meten tijdens kathererisatie in zeer kleine adertjes met een diameter vanaf 250 micrometer. Het ontwerp voorkomend uit deze studie is in staat volledig ongestoord druk te meten en is hiermee aantoonbaar zeer zuiver gevoelig voor uitsluitend druk. Dit is belangrijk omdat de beoogde druksensor met name ongevoelig moet zijn voor de hoge magneetvelden die nodig zijn tijdens het maken van MRI beelden. De bestaande druksensoren maken gebruik van elektrische signalen en deze signalen worden verstoord door een sterk magneetveld. In de periode 1 maart 2018 tot 1 maart 2019 heeft het samenwerkingsverband geleid tot een een gedetailleerd CAD ontwerp van een FBG gebaseerde druksensor, inclusief een uitgebreide analyse van het gedrag van de sensor op basis van FEM berekeningen. Verder is een serie testmetingen gebruik makend van de beoogde materialen (FBGs,silicium, materialen voor membranen, ed.) en een aantal fabricagestappen getest. Dit heeft geleid tot een stappenplan voor microfabricage inclusief bijbehorende documentatie en aanbevelingen. Deze eerste onderzoeksfase is buitengewoon succesvol verlopen en heeft geleid tot een goed zicht op de productieparameter. In het vervolgonderzoek kan worden overgegaan op het bouwen en uitvoerig testen van een eerste prototype MRI proof FBG gebaseerder druksensor.