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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Atmungssensor fuer Maus, Roentgendurchlaessig


Autor: Sebastian (Gast)
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Guten Tag zusammen!

Ich habe ein interessantes Problem: Ich arbeite in einem Institut fuer 
experimentelle Traumatologie, und unter Anderem fuehren wir Versuche zu 
Knochenwachstum in Ratten und Maeusen durch.
Die Untersuchungen finden in einem uCT statt, wo die Tiere gescannt 
werden.

Das uCT bietet die Moeglichkeit gegatete Scans zu machen, d.h nur dann 
zu scannen wenn das Tier zb. gerade ausgeatmet hat, um Atmungsartefakte 
zu mindern.

Was wir jetzt also konstruieren wollen ist ein Sensor, den man am besten 
um den Bauch des Tieres schnallen kann, der die Atmung detektiert (es 
reicht binaer: ausgeatmet oder eingeatmet = 1 oder 0). Ansich gibts ja 
viele Moeglichkeiten dies zu bewerkstelligen (DMS, Kapazitiv etc), das 
Problem ist nur unsere Loesung muss komplett 
roentgenstrahlungsdurchlaessig sein... also kein Metall (die 
Signalgewinnung im Sensor... danach die Signalverarbeitung findet 
ausserhalb des uCT statt und kann nat. elektronisch sein)

Ich finds eine interessante Denksportaufgabe, aber im Moment komm ich 
noch nicht so recht weiter. Evt eine Druckmessung in einem 
Wasserschlauch um den Bauch? Vielleich hat ja jemand einen genialen 
Einfall =)

Schoenen Tag
Sebastian

Autor: fuzzy-logic (Gast)
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Vllt. Justiere Lichtschranke die man einmal auf die Höhe einstellt, wenn 
das Tier ausgeatmet hat. Wenn das Tier dann einatmet, dann wird sie 
unterbrochen und du hast dein Signal.

Gruß, fuzzy_

Autor: Matthias (Gast)
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(Hoffentlich sind keine Tierschützer anwesend... ;-) )

Im Zweifelsfall vor die Maus ein Detektor, wie er in Gaschromatographen 
benutzt wird (quasi ein beheitzter widerstand). Dieser wird durch den 
Luftzug
der Atmung gekühlt und ändert dabei den Widerstandswert. Die 
"Umkehrpunkte"
des Kurvenverlauft sollten sich relativ einfach bestimmen lassen.
(Nachteil: Die Maus muss fixiert sein!)

Autor: Gast (Gast)
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Das ganze Experiment in ein luftdicht abgeschlossenes Gehäuse mit einem 
definierten Lufteinlass. In diesem dann die Luftströmung messen.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Ich hätte vor allem Bedenken, dass so ein Computertomograph Störungen in 
einem Sensor verursacht - Magnetspin wäre noch schlimmer wegen des 
starken Magnetfelds.
Also erst mal ohne Elektronik weg vom Tomographen, vielleicht ein 
Luftschlauch dessen Änderung etwas entfernt dann ausgewertet wird, z.B. 
mit Luftdrucksensor.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Eine Körperbewegung ließe sich auch mit Dopplerradar erfassen, das 
liefert niederfrequnete Töne.

Autor: Micha (Gast)
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Es wäre eventuell über eine Glasfaser möglich, deren Biegungsradius sich 
durch die Atembewegung ändert. Damit ändern sich auch die internen 
Reflexionen/Verluste. Es gab mal VR-Handschuhe ( "DataGlove"), die die 
Fingerkrümmung über die selben Effekte gemessen haben.

Autor: gast0 (Gast)
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Dem Viech ein Wollfaden um den Brustkorb wickeln (nicht zu fest;)) und 
mechanisch Messen?

Autor: Marius S. (lupin) Benutzerseite
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Atemgeräusche mit einem PC aufnehmen und auswerten.

Autor: oszi40 (Gast)
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"Mausefalle" mit Skala aus Plaste ? Feder möglichst schwach...

Autor: Random ... (thorstendb) Benutzerseite
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> vielleicht ein Luftschlauch

dann brauchste alle paar minuten ne neue Maus (grausam), denn die 
schiebt nur die Luftsäule hin und her :-)

VG,
/th.

Autor: Rainer S. (strotmann)
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Ist die Maus intubiert? Damit wären Fluss- oder Druckänderungen relativ 
einfach zugänglich.
Gruss, RS

Autor: Sebastian (Gast)
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Wahnsinn!
So viele Beiträge in so kurzer Zeit ist ja unglaublich! Erstmal riesen 
Dank!

Ich werd das mal zusammenfassen:
1) Lichtschranke war auch eine unserer Ersten Ideen. Allerdings handelt 
es sich um eine fixe Röntgenröhre, durch deren Strahl das Tier 
durchgeschoben wird. Früher oder später wäre dann also die Apperatur der 
Lichtschranke im Scanfenster :(
2) @Flowmeter, Temperatur-widerstands Messung, Peltier-element etc: geht 
leider auch nicht, weil das Lungenvolumen von so einer Maus vermutlich 
viel zu klein ist. Außerdem werden die Tiere während der Scanzeit mit 
Isofluran-Luftgemisch in Schach gehalten (man kann einer Maus ja nicht 
sagen bleib bitte mal 5 Minuten ruhig liegen). Dieser Flow ist sicher 
weit größer als die Atmung des Tieres, daher leider nicht gut zu 
verwenden.
3) Doppeler Radar: leider das gleiche Problem wie 1) und vermutlich 
teuer
4) Wollfaden und mechanisch Messen: Es muss früher oder später ein 
digitales I/O Signal werden, um den Scan zu triggern. Das bedeutet 
wieder Kabelleitungen (aus Metall) und das gibt hässliche Schatten im 
Scan.
5) Atemgeräusche: auch wieder zu viele elektronische Bauteile. Außerdem 
ist das CT bestimmt 100dB lauter als so ein Mäusehuster :oD
6) "Mausefalle" mit Skala aus Plaste ? Feder möglichst schwach... 
versteh ich nicht ganz, was du meinst? Aber hört sich mechanisch an => 
siehe 4)
7) und absoluter Favorit: Glasfaser mit sich änderndem Reflexionsgrad. 
Das ist genial! Ich werd das mal googlen und schaun, was ich dazu find. 
Ich kann mich erinnern, in der Uni haben wir auch mal was von so einem 
Goniometer (also Kniewinkelmesser) gehört. Funktioniert ähnlich, nur 
dass sich bei Biegung der Widerstand ändert. Hier nicht zu gebrauchen, 
aber mit Glasfaser... das hat was!!!

Vielen Dank erstmal für die vielen Ideen, ich hoffe da kommt noch was!
Grüße
Sebastian

Autor: Zack (Gast)
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Ich habe eine ganz einfache Lösung: kauft euch einen Gasmonitor! So ein 
Ding was die CO2 Konzentration der Ausatemluft misst. Da bekommt ihr als 
Ausgang den Verlauf der CO2 Kurve und könnt entsprechend triggern. Da 
das Signal aber zeitversetzt ist, muss die Maus regelmäßig atmen. Sollte 
aber kein Problem sein. Hier, sowas:
http://www.surgivet.com/catalog/monitoring-equipme...

Es gibt diese Lösungen aber schon lange professionell und da wird 
einfach mit einem "Luftgürtel" gearbeitet. Eine dünne Schaumstoffschicht 
hermetisch versiegelt in einem Gürtel und ein Sensor misst die 
Druckänderungen. Also einfach ganz weichen Schaumstoff, evtl. 
pulverisiert/zerkleinert flach in ein Band aus Gefrierbeutel 
einschweißen, das um die Maus wickeln und über einen Schlauch die 
Druckänderungen messen. Wenn der Schaumstoff zu röntgendicht sein 
sollte, was ich aber nicht glaube, da der CT ohnehin räumlich auflöst 
und es vollkommen egal ist,  ob da außen irgendwas ist, dann eben nur 
den Beutel, leicht unter Druck gesetzt, so dass Luft drin ist. Oder den 
Sruck mit einer Sonde direkt am Mund der Maus messen. Sollte 
detektierbar sein.

Autor: Stefan N. (laser)
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Hätte noch zwei Ideen zu einer Art Lichtschranke.

1. Mit einem Laser einen Punkt auf den Brustkorb der Maus machen und 
dann entweder über ein Fotodiodenarray oder über eine Kamera die 
Position des Punktes auswerten. Bei der ersten Armung werden die 
Endpunkte dieses Verlaufs erkannt und dannach eben z.B. beim unteren 
Punkt getriggert. Mit einem Linienlaser könnte das ganze auch weiter 
außerhalb der eigentlichen Röhre plaziert werden aber erfordert dann 
mehr Aufwand bei der Auswertung weil dich die Maus ja relativ zur Kamera 
bewegt. Oder es ist noch Platz um sowas mit durchzuschieben. 
Kamera/Fotodioden müsste man evtl. an den Seiten mit Blei abschirmen.

2. Eine normale Lichtschranke Diagonal über die Maus führen so dass 
Sender/Empfänger vor bzw. hinter der Maus stehen und so auch keine 
Schatten im Bild entstehen. Dann eben über die Menge des aufgenommen 
Lichts ermitteln ob ein- (weniger Licht) oder ausgeatmet (mehr Licht) 
wurde.

Hat die Bahre, auf der die Maus liegt, denn vorne und hinten noch genug 
Platz für sowas?

Gruß
Stefan

Autor: Mike (Gast)
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Der Maus einen Schaluch um den Brustkorb binden, der aus einem sehr 
dünnen Material besteht und einen großen Teil des Brustkorbes bedeckt. 
Wenn die Maus einatmet wird Wasser aus dem Schlauch verdrängt, das über 
einen anderen dünnen Plastikschlauch aus der Röhre geführt wird und dann 
gemessen werden kann.

Autor: Maik Fox (sabuty) Benutzerseite
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Stefan N. schrieb:
> Hätte noch zwei Ideen zu einer Art Lichtschranke.
>
> 1. Mit einem Laser einen Punkt auf den Brustkorb der Maus machen und
> dann entweder über ein Fotodiodenarray oder über eine Kamera die
> Position des Punktes auswerten. Bei der ersten Armung werden die
> Endpunkte dieses Verlaufs erkannt und dannach eben z.B. beim unteren
> Punkt getriggert. Mit einem Linienlaser könnte das ganze auch weiter
> außerhalb der eigentlichen Röhre plaziert werden aber erfordert dann
> mehr Aufwand bei der Auswertung weil dich die Maus ja relativ zur Kamera
> bewegt. Oder es ist noch Platz um sowas mit durchzuschieben.
> Kamera/Fotodioden müsste man evtl. an den Seiten mit Blei abschirmen.

Stichwort Laser Range Finder / Entfernungsmesser. Gibt's fertig zu 
kaufen, z.B. dieses Line Up hier:
http://www.keyence.com/products/sensors/laser/gv/g...

Habe allerdings keinerlei Erfahrung damit, nur ein schnelles 
Google-Ergebnis.

Aus der Entfernungsmessung kann man jedenfalls mit entsprechender 
Signalverarbeitung die Atemfrequenz ermitteln (Wendepunkte suchen, FFT, 
o.ä.). Und wenn man einen Laser-Sensor hat, der schnell und genau genug 
ist, kann man vllt. sogar die Herzfrequenz im Sensorsignal entdecken, 
wenn man den Entfernungsmesser auf irgendeine anatomisch günstige Ader 
richtet.

Was man evaluieren müsse, sind die Reflektionseigenschaften des Fells, 
aber der Hersteller von obigem Link behauptet, die Sensoren 
funktionieren auch mit Metallen und schwarzem Gummi. Das sollte also 
schon einigermaßen robust sein.

Autor: Fralla (Gast)
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1.)Die Maus mit einem Bildverrbeitenden Ultraschallsensor antasten. Über 
eine Software wird forlaufend das Körpervolumen berechnet. Wenn man weiß 
wie sich das Volumen mit der Atumung ändert kann man auch trigggern.
Doch vermutlich hört eine Maus Ultraschall (?) und es stört sie...

2.)Oder mit einer Wärmebildkamera. Hat man die Bilder digital am PC kann 
man daraus mit ensorechender Siganlverarbeitungssoftware (zb Matlab) den 
Änderung der Ausdehnung der Maus berechenen..

3.)Oder mit mehreren Laserentfernungsmessern, die die Maus abtasten, 
evetuell Laserscanner.

Methoden bei der ewtas um die Maus gewickelt werden muss stell ich mir 
kompliziert vor.

Autor: Sebastian (Gast)
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Hallo!

Ich danke euch für die vielen weiteren guten Gedanken:

8) CO2 Messung ist durch die kontinuierliche Isofluranbetäubung wohl 
leider nicht so leicht machbar :(
9) Das mit dem dünnwandigen Schlauch klingt sehr brauchbar. Mit Luft 
oder Wasser füllen und an einem Ende mit einer Membran o.Ä. die 
Verdrängung messen. Ich werde sehen was ich dazu finde!
10) Sämtliche Gedanken, die auf Laserabtastung etc. basieren sind 
wahrscheinlich auf Grund der Geometrie des Objektträgers schwer 
realisierbar. Erstens muss eine Schutzklappe vor die Röhre - das heißt 
der direkte Sichtweg ist leider von außen blockiert. Ob man eine kleine 
Kamera oder einen Laser + Detektor auf dem Objektträger unterbringen 
kann werde ich mir ansehen! Ist sicher eine bestechend einfache und 
günstige Lösung. Hinter der Maus ist leider kein Platz, da haben wir 
leider sogar mit dem Schwanz schon oft Probleme den unterzubringen.
11) Wärmebildkamera und bildverarbeitende US-Sensoren sind sicher das 
genaueste, ist aber für einen einfachen ein/aus trigger sicher ein 
Overkill und preislich auch nicht ganz unseren Vorstellungen 
entsprechend.
12) Mir bisher am sympatischten ist die Lösung mit einem "geriffelten" 
Glasfaserkabel (siehe Anhang 1+2). Durch gezielte Einkerbungen in einer 
Glasfaser wird die Totalreflexion im Inneren des Kabels bei Biegung tw. 
ausgesetzt und die Lichtmenge die durchkommt ändert sich proportional 
zur Biegung. Abtastung mit Photodiode. Leider habe ich bisher nur die 
Theorie gelesen aber noch keine Systeme gefunden. Lässt sich aber 
bestimmt auch selbst basteln - ich werde sehen!

Das Problem ist eben, dass das Tier in einer kleinen Röhre liegt, die 
fast genau so groß ist wie das Tier selbst und man außer durch ein 
kleines Fenster nicht reinschaun kann. Eine Blackbox quasi :D

Dennoch gefällt mir wie kreativ ihr seit - einen riesen Dank für die 
tollen Ideen!

Autor: Sebastian (Gast)
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zweiter Anhang

Autor: Thomas B. (yahp) Benutzerseite
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Hallo Sebastian und alle anderen,



Fralla:
> 2.)Oder mit einer Wärmebildkamera. Hat man die Bilder digital am PC kann
> man daraus mit ensorechender Siganlverarbeitungssoftware (zb Matlab) den
> Änderung der Ausdehnung der Maus berechenen..

Sone Maus hat wahrscheinlich ne recht hohe Atemfrequenz, da braucht man 
schon ne gute zeitliche Auflösung. Die Frage ist auch, ob man von den 
"sichtbaren" Seiten der Maus viel von der Atembewegung sieht.

Mir bisher am sympatischten ist die Lösung mit einem "geriffelten"
Glasfaserkabel (siehe Anhang 1+2)


Bzgl. Glasfaser:

Stell dir das mal nicht ganz so einfach wie in dem Schema vor. Das mit 
den "Riffel" ist auch eher mikroskopisch. Dazu kommt, dass man 
wahrscheinlich nen recht kleinen Krümmungsradius braucht, was heißt, 
dass der Faserdurchmesser sehr gering sein muss - empfindliche Faser.

Aber schick mir doch bitte ne PM, wenn dich das mit den Fasern näher 
interessiert.

Gruß, Thomas

Autor: Thomas B. (yahp) Benutzerseite
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Autor: oszi40 (Gast)
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Glsfaserverbiegung messen ist sicher eine gute Idee. Dazu wird man wohl 
bei diesem kleinem Radius eine schnelle Lichtquelle und eine Auswertung 
im ps-Bereich brauchen?  ___||||_________?

Autor: Gast (Gast)
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Dass ihr diese Tierquäler auch noch unterstützt macht euch zu 
mitschuldigen.
@Sebastian: Hoffentlich laufen wir uns nie über den Weg...

Autor: Manta (Gast)
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@ Gast: Der Spruch ist nicht neu.
Ist das besser? Irgendo stand auch nehmt Mantafahrer statt Tierversuche.

Autor: Tom (Gast)
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Mantafahrer sind doch out, heute solltest du den Spruch mit Forentroll 
aka  Gast (Gast) neu formulieren.

Autor: Sebastian (Gast)
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Hallo,

nachdem der Thread jetzt wohl uns unproduktive abzugleiten droht, möchte 
ich ihn hiermit schließen.
Ich lasse mich sicher nicht auf eine Sinndiskussion ein.
Vielen Dank nocheinmal für die vielen Ideen,

bis zum nächsten Mal
Sebastian

Autor: faraday (Gast)
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>Ich arbeite in einem Institut fuer
>experimentelle Traumatologie

Omg, wie kann man nur an so einer "Arbeit" Spaß haben?
Laßt die Tiere zufrieden. Macht Selbstversuche, wenn ihr so geil drauf 
seid.

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