Projekt Theranostische Implantate

Hintergrund

Der Verlust von Körperteilen durch Unfälle oder verfrühte natürliche Abnutzung ist für den Betroffenen ein einschneidendes Ereignis und mit erheblichen Einschränkungen im Alltag verbunden. Gegenwärtig werden passive Prothesen eingesetzt, die lediglich Grundfunktionen abdecken. Eine automatische Adaption an neue Umgebungsbedingungen oder Funktionsänderungen werden damit üblicherweise nicht vorgenommen. Dies beeinträchtigt das Leben des Prothesenträgers erheblich und hat vermehrte Arzt- oder Krankenhausbesuche zur Beobachtung und, wenn nötig, zur manuellen Anpassung zur Folge. Eine kontinuierliche Beobachtung ist jedoch nicht nur für die zuverlässige Funktion von Prothesen notwendig. Auch zur Behandlung und Vorbeugung vieler Krankheiten ist eine ständige Kontrolle vorteilhaft, was klinisch allerdings kaum realisierbar ist.

Therapie und Diagnose in einem

Intelligente Implantate vereinen Therapie und Diagnose in einem Produkt. Sie bieten dem Träger einen höheren Komfort, da sie ein natürliches Verhalten ermöglichen und für einen kontinuierlichen Einsatz geeigent sind. Diese Funktionen können nur durch komplexe Systeme realisiert werden, die in multidisziplinarer Zusammenarbeit entwickelt werden. Dabei werden neueste Erkenntnisse der Medizin ebenso wie Ergebnisse der Materialwissenschaften, Elektrotechnik, Biochemie sowie der Signalverarbeitung und Informatik mit einbezogen.

Das Projekt „Theranostische Implantate“ besteht aus drei Demonstratoren:

Skeletaler Demonstrator: Die smarte Hüftgelenkprothese überwacht laufend das Einwachsverhaltens der Prothese ohne invasiven Eingriff und kann ihren Sitz bei Bedarf nachjustieren.

Kardiovaskulärer Demonstrator: Ein Sensor-Implantat zur Kontrolle des Blutkreislaufs ermöglicht die Langzeit-Erfassung von Druckmessdaten bei Bluthochdruck- und Schlaganfallpatienten und überträgt diese Daten an eine Empfangseinheit außerhalb des Körpers.

Neuro-muskulärer Demonstrator: Eine myo-elektrische Handprothesensteuerung erleichtert die Steuerung der Prothese durch Erfassung der Bewegungsabsicht des Trägers und Rückführung von Signalen durch Nervenstimulation zur Regelung.

Beitrag des Fraunhofer IIS

Im Teilprojekt des neuro-muskulären Demonstrators entwickelt das Fraunhofer IIS die Elektronik zur Steuerung einer myo-elektrischen Handprothese. Das Implantat wird drahtlos mit Energie versorgt. Das aktive Implantat wird über einen Mikrokontroller gesteuert und kann mittels RF-Link Daten mit externen Komponenten austauschen. Der Datentransfer erfolgt in zwei Richtungen. Zusätzlich zu den genutzten Standardkomponenten wurden auch zwei anwendungsspezifische ICs (ASICs) für die mehrkanalige Erfassung von Muskel- und Nervensignalen und die Stimulation von Nerven entwickelt. Das sensorische Feedback vermittelt dem Träger der Handprothese, wie sich Dinge anfühlen. Es erleichtert die Steuerung der Prothese und ermöglicht auch komplexe Bewegungen. Die ASICs ermöglichen außerdem einen hohen Integrationsgrad und einen äußerst geringen Stromverbrauch.

Weitere Informationen über das Fraunhofer Leitprojekt Theranostische Implantate