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Kooperationsforum mit Fachausstellung

Medizinelektronik

Technologietrends und Anwendungsszenarien

RAMADA Hotel & Conference Center, M√ľnchen
29. April 2015

Bericht

Forschung und Innovation in der Medizintechnik bieten vielfältige Ansätze für weiter optimierte Prävention, Diagnose, Therapie und Rehabilitation zum Wohl der Patienten und für noch mehr Effizienz im Gesundheitswesen. Durch Weiterentwicklungen in der Elektronik werden einige der Medizintechnik-Trends wie eHealth, Digitalisierung, minimal-invasive Chirurgie, intelligente Implantate und Prothesen oder Lab-on-a-Chip Systeme erst realisierbar.

Aktuell erfährt der Markt für Sensorik und Mikrosysteme in der Medizintechnik hohe Zuwachsraten, da diese elektronischen Bauelemente eine immer innovativere und vielseitigere Produktpalette ermöglichen. Intelligentere Steuerungen für Beatmungs- oder Dialysegeräte, verbesserte Soft- und Hardware für implantierte Mikrosysteme oder leistungsfähigere Sensornetzwerke für mobiles Echtzeit-Vital-Monitoring zur Patientenüberwachung sind nur einige Beispiele für diese Dynamik.

Beim diesjährigen gemeinsamen Kooperationsforum „Medizinelektronik“ fokussierten sich Bayern Innovativ, das Forum MedTech Pharma e.V. und die Fraunhofer Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT auf Innovationen aus der Elektronik für medizinische Geräte im klinischen Umfeld.

Rund 130 Experten und 19 Aussteller diskutierten in München über aktuelle Technologietrends und die Integration von Sensoren und MEMS in medizinische Geräte. Anwendungsszenarien im allgemeinen klinischen Umfeld adressierten moderne Diagnose- und Therapieverfahren, Mensch-Maschine-Schnittstellen oder die Früherkennung und Behandlung von kardio- und endovaskulären Erkrankungen. Im Fokus der Chirurgie als speziellem Anwendungsfeld standen Beispiele für minimal-invasive Techniken mit Endoskopie, Robotik, Navigation und Smart Instruments sowie Prothetik und Implantologie.

Die nachfolgenden Inhalte sind wie folgt geordnet:

Systemintegration ist Schlüsseltechnologie für die Elektronikentwicklung

Im Rahmen einer thematischen Einführung gab Jürgen Frickinger, Bayern Innovativ GmbH, zu Beginn einen kurzen Überblick zu Trends und Herausforderungen in der Medizinelektronik.

Die Mikrosystemtechnik kombiniert Methoden der Mikromechanik, der Mikrofluidik und der Mikrooptik, aber auch Entwicklungen der Mikroelektronik, der Biotechnologie und der Nanotechnologie, indem sie Materialien und Komponenten aus diesen Technologien in neue intelligente Mikrosysteme integriert. Diese Mikro-elektro-mechanischen Systeme (MEMS) sind zum Teil nur wenige Millimeter groß und müssen durch ihren vielseitigen Einsatz in unterschiedlichsten Märkten der Medizintechnik stets neuen technologischen Anforderungen gerecht werden, wie erhöhter Funktionalität, Zuverlässigkeit, Lebensdauer oder „Intelligenz“.

Aber erst die Integration dieser MEMS in ein Makrosystem, wie ein Hörgerät oder Herzschrittmacher, ermöglicht Produktinnovationen. Die Systemintegration umfasst also sowohl Techniken zur Integration von Materialien und elektronischen Komponenten zu einem intelligenten mikroelektromechanischen System als auch zur Integration der MEMS in ein elektronisches Endprodukt. Sie bleibt deshalb auch in Zukunft eine Schlüsseltechnologie für die Elektronikentwicklung.

Ein Großteil des Forums wurde dafür genutzt, technologische Entwicklungen für Sensoren und Mikrosysteme als Impulsgeber für kreative und innovative medizintechnische Produkte zu präsentieren – von Bio-, Neige-, Beschleunigungs- und Drehratensensoren über komplexe Lab-on-Chip-Systeme bis hin zu implantierbaren Mikrosystemen. Diese Beispiele zeigten eindrucksvoll, wie erfolgreiche Forschung in der Elektronik Impulse für die Entwicklung medizinischer Geräte in unterschiedlichen Innovationsfeldern der Medizintechnik setzt.

Anwendungsbeispiele in den Innovationsfeldern der Medizintechnik

Innovationsfeld Interventionelle Techniken

Die demographische Bevölkerungsentwicklung hin zur alternden Gesellschaft wird als eines der größten Zukunftsfelder der Medizintechnik gesehen, da sie immer mehr chirurgisch-restaurative und rekonstruktive Maßnahmen erforderlich macht. Minimal-invasive Chirurgie und „Smart Instruments“ gewinnen deshalb zunehmend an Bedeutung, da sie bei operativen Eingriffen nur kleinste Verletzungen von Haut und Weichteilen verursachen. Sie sind somit sehr viel schonender für den Patienten und tragen zur Traumaminimierung bei, wie Dr. Armin Schneider, Leiter der Forschungsgruppe MITI am Klinikum rechts der Isar in München anhand praktischer Beispiele für laparoskopische Chirurgie, Ösophagusdiagnostik und funktioneller Implantate bei Inkontinenz veranschaulichte. Viele Diagnosen von Erkrankungen oder Operationen im Bauchraum, Untersuchungen von Tumorerkrankungen und Weiterentwicklungen in der Chirurgie ohne neue Sensoren und Aktoren aus der Mikrosystemtechnik nicht denkbar. Potenzial sieht Schneider besonders in der optimierten Bildgebung für minimal-invasive Operationsverfahren, bei sensorisierten Instrumenten für zusätzliche Informationen, in einer schnelleren und präziseren Diagnostik und in intelligenten Implantaten für die Therapie.

Für minimalinvasive Techniken und „Smart Instruments“ werden stetige Verbesserungen in Robotik, Navigation und Tracking benötigt. Selbst Entwicklungen aus der Weltraumrobotik fließen in die Medizinrobotik ein. Dr. Bernhard Kübler vom Institut für Robotik und Mechatronik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. erläuterte, wie vergleichbar die Bedingungen in der Raumfahrt und der Medizintechnik sind, z. B. für Telerobotik, Leichtbau, Sensorik, Sicherheit und Robustheit. Entwicklungen am DLR im Bereich der Teletaktilität ermöglichen in der Medzintechnik das Auffinden oberflächlicher, nicht sichtbarer Gefäße, wodurch unbeabsichtigte Verletzungen vermieden werden können. Kinästhetische/akustische Rückkopplungen erleichtern die Bedienung der OP-Instrumente für den Chirurgen, trotz Verlust der Hand-Auge-Koordination in der minimal-invasiven Chirurgie. Neuartige Kombinationen aus Tracking und Sensorik ermöglichen in Zukunft deutlich mehr Anwendungsmöglichkeiten bei interventionellen Techniken als mit bestehenden optischen und elektromagnetischen Verfahren. Auch an einen Industrietransfer denkt Kübler bereits.

Innovationsfeld Bildgebende Diagnostische Verfahren

Das Innovationsfeld „bildgebende diagnostische Verfahren“ wird sehr stark getrieben durch die Weiterentwicklung molekularer, multimodaler und interventioneller Bildgebung und Bildanalyse. An innovative Impulse aus der Filmindustrie denkt man dabei sicherlich nicht zuerst. Dr. Hans Kiening, Geschäftsbereichsleiter ARRI Medical in Ulm präsentierte eindrucksvolle Dokumentationen chirurgischer Eingriffe in höchster Qualität. Das Unternehmen beruft sich dabei auf eine fast 100-jährige Erfahrung in der Filmindustrie. Die mehrfach Oscar®-gekrönte Kameratechnologie ermöglicht höchste Detail- und Farbtreue. In der Business Unit ARRI Medical wurde das Know-How auf die Anforderungen der Medizintechnik optimiert. Hauptanwendungsgebiete sind Dokumentationen und Live-Übertragungen von Operationen und Implantationen für Kongresse oder zur Aus- und Weiterbildung.

Innovationsfeld Therapeutische Verfahren

Aber die Mikrosystemtechnik ist nicht nur Impulsgeber in der Diagnostik, sondern auch in der Therapie. Miniaturisierte Medikamentendosierung für die Krebstherapie und Mikropumpen für die Glaukomtherapie sind nur zwei Anwendungsbeispiele, die Dr. Martin Richter, Abteilungsleiter Mikrodosiersysteme am Fraunhofer EMFT in München in seinem Keynote-Vortrag über Technologietrends in der Medizinelektronik vorstellte. Er beschrieb den Entwicklungsprozess für ein Medikamentendosiersystem, welches zur Krebsbehandlung eingesetzt werden kann. Die am Fraunhofer EMFT entwickelten Mikropumpen bieten dabei mehrere Vorteile. Sie können in unmittelbarer Nähe zum Tumor implantiert werden und zeichnen sich durch eine sehr präzise Medikamentendosierung aus.

In einem weiteren Projekt, so Richter, werden piezoelektrisch angetriebene Silizium-Mikropumpen mit hohem Kompressionsverhältnis entwickelt. Diese sind dadurch in der Lage, im Fall eines Glaukoms Augenflüssigkeit aus der Vorderkammer in den Schlemmkanal zu pumpen. Beim Auge wird konstant Kammerwasser produziert, welches über einen Schlemmkanal abfließt. Nur durch einen konstanten Druck des Kammerwassers wird die Form des Auges aufrecht erhalten. Beim Glaukom liegt ein zu hoher Augeninnendruck vor, der zur Erblindung führt, wenn kein künstlicher Abfluss für das Kammerwasser geschaffen wird. Dies soll durch die am Fraunhofer EMFT entwickelten Pumpen gewährleistet werden.

Innovationsfelder Implantologie und Prothetik

Patienten, die unter einer Trübung der natürlichen Augenlinse leiden, kann mittlerweile der Wunsch nach Unabhängigkeit mit einer implantierbaren Intraokularlinse erfüllt werden. Allerdings entsprechen Implantate mit nur einem Fokus für Sehen in die Ferne dem aktuellen Stand der Technik. Prof. Georg Bretthauer, Leiter des Instituts für Angewandte Informatik/Automatisierungstechnik am KIT – Karlsruher Institut für Technologie, präsentierte einen neuen Ansatz, bei dem ein smartes Mikrosystem anstelle einer Intraokularlinse im Kapselsack des Auges implantiert wird. Dort passt es autark, je nach Akkommodationsbedarf, die Brechkraft eines integrierten aktiv optischen Elementes an. Durch dieses künstliche Akkommodationssystem mit aktiv-optischem Subsystem im Kapselsack kann auch dem mit zunehmendem Alter auftretenden Verlust der menschlichen Akkommodationsfähigkeit entgegen gewirkt werden.

Ebenfalls zur Behandlung einer Linsentrübung, wie dem „Grauen Star", dient ein Augeninnendrucksensor, der zusammen mit einer künstlichen Augenlinse implantiert wird. Dr. Alexander Kaiser, Senior Technology Advisor beim Schweizer Unternehmen Cicor präsentierte die gemeinsame Entwicklung mit der Implandata Ophthalmic Products GmbH. Im Wesentlichen besteht der Sensor aus einem flexiblen Aufbau mit einer Goldspule zur kontaktlosen Energie- und Signalübertragung sowie einem kundenspezifischen Chip für die Datenverarbeitung. Der neue Sensor überwacht den Augeninnendruck in kurzen Abständen rund um die Uhr. Er konnte erst durch die Entwicklung flexibler Sensoren im Dünnschichtverfahren realisiert werden.

Die Dünnschichttechnologie ermöglichte auch ein System zur impedanzbasierten Zellanalyse. Das Verfahren wird unter anderem in der Biotechnologie eingesetzt. Cicor entwickelte gemeinsam mit der Amphasys AG einen Analysechip, welcher mikrofluidische Strukturen und Platinelektroden kombiniert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen können die Zellen nicht nur gezählt, sondern auch hinsichtlich ihrer Eigenschaften charakterisiert werden. Gleichzeitig konnte das benötigte Messvolumen reduziert und eine erhöhte Präzision erreicht werden.

Bayern Innovativ bietet Chancen der Vernetzung

Die Anwendungsbeispiele aus den Innovationsfeldern der Medizintechnik zeigten, wie interdisziplinäre Unternehmenskooperationen neue Produkte hervorbringen. Insbesondere im wachsenden Markt Medizinelektronik liegen neue Chancen für kleine und mittlere Unternehmen. Vertreter aus Elektronik und Medizintechnik konnten sich auf dem Forum „ Medizinelektronik" über die genannten Beispiele und weitere Anwendungen informieren. Das Forum sollte anregen, Ideen für ähnliche gemeinsame Projekte zu entwickeln und eine Plattform bieten, um mit möglichen Kooperationspartnern ins Gespräch zu kommen. Dafür war die begleitende Fachausstellung mit 19 Ausstellern ebenfalls ein idealer Anlaufpunkt.

Jürgen Frickinger, Projektleiter BAIKEM bei der Bayern Innovativ, Nürnberg, zog dementsprechend eine positive Bilanz des Kooperationsforums und versprach, dass Bayern Innovativ die Innovationsdynamik im Zukunftsfeld Medizinelektronik weiterhin unterstützt. Bayern Innovativ und das Forum MedTech Pharma laden deshalb bereits am 30. September 2015 zu einem weiteren Forum über zentrale Aspekte der Digitalisierung in der Medizintechnik ein.

Fachlicher Ansprechpartner 
Jürgen Frickinger
Tel. +49 911-20671-160
Fax +49 911-20671-733

Fachlicher Ansprechpartner 
Dr. Matthias Schier
Tel. +49 911-20671-335
Fax +49 911-20671-5335