Fertigungstechnische Simulationsmethoden für medizinische Assistenzsysteme

Abstract

In der medizinischen Diagnostik und Therapie werden immer häufiger Verfahren eingesetzt, die ausschließlich durch den Einsatz technischer Hilfsmittel realisierbar sind. Dabei wird zwischenzeitlich nicht mehr die vollständige Automatisierung von Abläufen in diesem Bereich angestrebt; stattdessen werden zunehmend kooperative Ansätze verfolgt, die die jeweiligen Stärken von Mensch und technischem System über sogenannte Assistenzsysteme zu vereinen versuchen. Sowohl für die Entwicklung als auch im Umfeld der Nutzung dieser Assistenzsysteme wird vermehrt Simulation in unterschiedlichen Ausprägungen eingesetzt. Aufgrund der zunehmenden Komplexität sowohl der medizinischen Verfahren als auch der technischen Systeme zu deren Unterstützung nimmt dieser Simulationseinsatz weiter zu. Dabei bestehen jedoch Defizite, z.B. im Bereich der Durchgängigkeit der eingesetzten Simulationssysteme über die verschiedenen Lebensphasen der Assistenzsysteme hinweg. Zu den besonderen Anforderungen der Simulation von Assistenzsystemen zählt zudem nicht zuletzt eine Simulation in Echtzeit. Diese Arbeit zeigt unter Nutzung von Parallelen zwischen Medizin- und Fertigungstechnik einen Lösungsansatz dieser Defizite durch den durchgängigen Einsatz von Simulationsmethoden nach fertigungstechnischem Vorbild für medizinische Assistenzsysteme auf. Dabei werden die Assistenzsysteme auf der Basis etablierter industrieller Steuerungstechnik aufgebaut und ein systemunabhängiger Ansatz entwickelt, der die Integration von Peripheriekomponenten aus anderen Anwendungsbereichen als der Fertigungstechnik in derartige Assistenzsysteme ermöglicht.

In the field of medical diagnostics and therapy there is a growing use of techniques which exclusively depend on the utilization of technical assistive technologies. Over the course of time objectives have changed from fully automated procedures towards cooperative approaches which aim to integrate the respective strengths of humans and technical systems through the application of so-called 'assistance systems'. For the development as well as during the usage of such assistance systems varying forms of simulation are used to an increasing degree. Due to the growing complexity of the medical procedures and the technical systems which support them the extent of simulation usage is constantly growing. Nevertheless there are deficits, for example in the area of continuity of the simulation systems used over the different phases of the life cycle of the assistant systems. Additionally there are special requirements for the simulation of assistance systems such as a simulation in realtime. This thesis builds on documented parallels between medical and production technology to demonstrate a solution for these deficits based on the continuous application of simulation methods from production engineering to assistance systems. To this end the assistance systems are built using well-established industrial control components and a system-independent approach for the integration of peripheral interaction components from other areas of application into such assistance systems is developed.