Projekte

Hintergrund

Millionen Menschen erleiden durch Unfälle oder Erkrankungen wie Hirntumore oder Schlaganfälle bleibende Schäden am peripheren und zentralen Nervensystem. Spätfolgen sind häufig motorische Einschränkungen und Lähmungen. Eine gezielte Therapie der betroffenen Körperregionen wird durch »Interaktive Mikroimplantate« ermöglicht. Durch die digitale Erfassung der Nervensignale und Elektrostimulation der betroffenen Bereiche können gestörte Körperfunktionen komplett oder partiell ausgeglichen werden.

Stand der Technik

Zentralisierte, mehrkanalige Implantatsysteme bieten den Vorteil einer vereinfachten Energie- und Funkübertragung. Die Größe des Implantatsystems wird bestimmt durch die Anzahl der Komponenten und der benötigten Energieversorgung bzw. erforderlichen Kapazität des Energiespeichers. Der zuverlässige, maximale Anwendungsbereich des Implantats ist abhängig von den benötigten Elektrodenerweiterungen (Länge, Volumen, Anzahl) sowie den physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Körperregion, in der das Implantat eingesetzt wird. Die zentrale Steuereinheit des Systems befindet sich üblicherweise außerhalb des Körpers und versorgt das Implantat mit Energie und »Intelligenz«.

Das Projekt »INTAKT«

Im Projekt »Interaktive Mikroimplantate«, kurz: »INTAKT«, haben sich 18 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und klinischem Bereich zusammengeschlossen. Das Ziel der Kooperation ist es, mit einem vollkommen neuen Konzept die Effizienz von Therapien und die Mensch-Technik-Interaktion für den Patienten zu verbessern. Hierfür wird ein »Implantat-Netzwerk« mit bis zu 12 aktiv vernetzten Mikroimplantaten entwickelt. Die Implantate können direkt an den betroffenen Körperstellen positioniert werden, ohne umständliche Elektrodenerweiterungen. Anders als in früheren Systemen kommunizieren die Implantate nicht nur mit der extrakorporalen Steuereinheit, sondern auch miteinander. Intelligent vernetzte Mikroimplantate können bestimmte Nerven gezielt stimulieren und damit eine gestörte Körperfunktion ausgleichen. Über äußere Schnittstellen kommunizieren die vernetzten Mikroimplantate mit dem Arzt oder Patienten. Dies soll Ärzten zukünftig einen datensicheren Zugriff auf relevante Informationen erlauben und die weitere Behandlung optimal auf den Patienten ausrichten. Die »Intelligenz« und der breite Wirkungsbereich dieses Netzwerks ermöglichen gänzlich neue Therapieansätze unter Betrachtung des gesamten Krankheitsbilds.

Im Projekt »INTAKT« werden Implantate für drei sehr unterschiedliche Anwendungsfälle entwickelt:

• die Behandlung von Tinnitus
• die Behandlung von gastrointestinalen Motilitätsstörungen
• die partielle Wiederherstellung der Greiffunktion der Hand nach einer Lähmung

Beitrag des Fraunhofer IIS

Der zuverlässige und langfristige Einsatz einer hohen Anzahl von Mikroimplantaten kann nur durch eine sehr geringe Größe der einzelnen Implantate die minimale Belastung für den Patienten gewährleisten. Erst durch die Integration von Komponenten in ASICs (Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltungen) kann die benötigte Fläche der Implantate, bei gleichzeitig hoher Funktionsdichte, reduziert werden. Das Fraunhofer IIS entwirft für das Projekt »INTAKT« einen Mixed-Signal ASIC mit integrierter, mehrkanaliger Biosignalerfassung, z.B. für EMG, EEG und elektrischer Neurostimulation. Auch durch eine Verringerung der Energieaufnahme und damit des Energiespeichers kann das Volumen der Implantate minimiert werden, was für die Patienten angenehmer ist. Hierfür werden neue Schaltungs-Architekturen entwickelt, die bei geringstem Energieverbrauch eine hohe Anpassung der Schaltungen gewährleisten und somit ein breites Anwendungsspektrum ermöglichen.

Weitere Informationen über das Projekt »INTAKT«.