Compamed: Innovationen der Med-Tech-Zulieferer

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Phasensignal zur Erhöhung des Bildkontrastes

Die herkömmlichen Röntgenverfahren beruhen darauf, dass unterschiedliche Materialien die Röntgenstrahlung verschieden stark absorbieren. Damit lässt sich relativ leicht die Struktur von sehr dichten Materialien wie den Knochen, von weniger dichten Körperteilen wie dem Gewebe, unterscheiden. In Materialien, die relativ wenig absorbieren und daher wenig Kontrast im Absorptionsbild erzeugen, ist es aber schwierig, feine Details mit herkömmlichen Röntgenverfahren sichtbar zu machen.

Auf ihrem Weg durch eine Probe verlieren Röntgenstrahlen jedoch nicht nur an Intensität, sie werden auch in ihrer Phase verschoben, da die Lichtwellen sich in Materie mit einer andern Geschwindigkeit ausbreiten als im leeren Raum. Diese Phasenverschiebung ist sensitiv auf kleinste Unterschiede im Gewebe, und so kann mit diesem Phasensignal der Bildkontrast des Röntgenbildes erheblich erhöht werden. Deshalb lassen sich mit der neuen Methode Weichteilgewebe wie die weibliche Brust deutlich besser untersuchen. So könnte das Phasen-Kontrast-Röntgen die Früherkennung von Mamma-karzinomen signifikant verbessern. Auch könnte es dazu beitragen, den Mechanismus gewisser Krankheiten wie Alzheimer oder Osteoporose besser zu verstehen. Erst kürzlich haben amerikanische Wissenschaftler erstmalig an intakten, also nicht aufgeschnittenen Mäusegehirnen die typischen Alzheimer-Ablagerungen (Plaques) sichtbar machen können.

Voraussetzungen für weitere bildgebende Verfahren

Auch für neue oder erweiterte bildgebende Verfahren schaffen Firmen, die sich an der Compamed 2009 beteiligen, vielfältige Voraussetzungen. So werden dieses Jahr im Rahmen des Produktmarktes und Forums «High-Tech for Medical Devices» des Fachverbandes für Mikrotechnik IVAM 34 Aussteller vertreten sein, deren nano- und mikrotechnologischen Entwicklungen unverzichtbar für moderne bildgebende Systeme sind. Strahlenquellen, Detektoren, Sensoren und Optiken, dazu neue Materialien, komplette Mikrosysteme und elektronische Bauteile - zahlreiche innovative Komponenten für vielfältige Anwendungen werden gerade von kleinen Unternehmen entwickelt.

Nanotubes als Elektronenkanonen

«Ein anderer Ansatz verfolgt die direkte Integration von bildgebenden Verfahren in den Behandlungsablauf», erklärt Prof. Wolfgang Schlegel, Abteilungsleiter Medizinische Physik in der Radioonkologie am Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg. Dazu hat die Firma Xinray Systems LLC, ein Joint Venture zwischen Siemens Healthcare und dem Start-up-Unternehmen Xintech Inc. der Universität von North Carolina, ein Array mit 52 Nanoröhrchen aus Kohlenstoff entwickelt, die an einem Strahlentherapie-Linearbeschleuniger angebracht ist. Die senkrecht angeordneten Nanotubes fungieren als Elektronenkanonen, die beschleunigten Elektronen werden in einer Metallschicht abgebremst und erzeugen so die erwünschte Röntgenstrahlung. Das neue System soll Bilder z.B. von Tumoren während der Behandlung liefern und so ihre Veränderungen sozusagen online sichtbar machen. «In zwei bis drei Jahren werden derartige Scanner mit Kohlenstoff-Nanotubes etwa dasselbe kosten wie heutige CT-Scanner, aber eine wesentlich bessere Auflösung liefern und geringere Wartungskosten verursachen», prophezeit Peter Schardt, Experte für medizinische Bildgebung bei Siemens in Erlangen.

Teilchen- statt Röntgenstrahlung

Eine grosse Rolle in der Medizintechnik spielen weiterhin Strahlentherapieverfahren und die zugehörigen Geräte. In diesem Bereich findet aktuell eine Zäsur statt: Wurden bisher Patienten insbesondere mit Röntgenstrahlung behandelt, wird künftig immer häufiger Teilchenstrahlung eingesetzt werden, die auf Protonen oder schweren Ionen basiert. Bei der Krebstherapie mit Protonen werden die Strahlen gezielt auf den Tumor gerichtet, um Krebszellen zu zerstören. Das Verfahren wird insbesondere bei Patienten angewandt, bei denen eine herkömmliche Strahlentherapie nicht angezeigt ist, weil sich der Tumor in unmittelbarer Nähe von strahlenempfindlichen Organen befindet.

Mithilfe der Protonentherapie ist eine gezielte Zerstörung der kranken Zellen ebenso möglich wie eine signifikante Reduktion der Dosisbelastung ausserhalb des Tumors. Dies ist insbesondere für junge Patienten (auch Kinder) von wesentlicher Bedeutung. Abgesehen von Protonen werden zunehmend auch schwerere Ionen zur Therapie eingesetzt. Im August 2008 wurde mit dem Heidelberger Ionenstrahl-Therapie Zentrum (HIT) die weltweit erste Anlage in Betrieb genommen, die mit verschiedenen Ionen arbeitet (Protonen und Kohlenstoff-Ionen). Die strahlenbiologische Wirksamkeit von Kohlenstoff-Ionen ist für die Krebstherapie optimal, weil die Dosis im Tumorgebiet erhöht ist und zudem überproportional wirksam ist (36-mal höher als Protonen). Kohlenstoffstrahlen besitzen auch bei grösserer Eindringtiefe noch eine millimetergenaue Präzision.

Schweissen von Kunststoffen mit Faserlasern

So wie Hochleistungslaser inzwischen als Basis bei Teilchenbeschleunigern für medizinische Anwendungen gelten, so sind sie auch für die Mikrobearbeitung einsetzbar. Aktuelle Entwicklungen auf diesem Gebiet stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT, Aachen) vor. Dabei handelt es sich um ein neuartiges, kompaktes und industrietaugliches Anlagenkonzept zum Laserschweissen von Kunststoffen mit Faserlasern. Die Basis hierfür bildet eine schnelle zeitliche und örtliche Strahlmodulation mit dem TWIST-Bestrahlungskonzept. Die «Transmission Welding by an Incremental Scanning Technique» ist ein Verfahren zum Schweissen von Kunststoffen, das die Aachener Forscher entwickelt und qualifiziert haben. Im Vergleich zu standardisierten Laserkunststoffschweissanlagen führt dieses Anlagenkonzept zu einer erheblichen Reduktion der Investitionskosten, bietet eine erhöhte Kompaktheit und ist nahezu wartungsfrei. Zudem zeichnet es sich durch seine höhere Prozessgeschwindigkeit und Flexibilität bei der Gestaltung von Schweisskonturen aus. Es ist somit besonders geeignet für Klein- und Mittelserien, die einer schnellen Umrüstung bedürfen. Mit der Verwendung neuer Wellenlängen in Kombination mit dem Twist-Konzept ist es nun auch möglich, transparente Bauteile ohne Infrarotabsorber mit hoher Geschwindigkeit miteinander zu verschweissen.

Hohe Standards bei der Qualitätssicherung

Abgesehen von der Materialbearbeitung und bildgebenden Verfahren, die sowohl im Rahmen der Medica als auch der Compamed ein zentrales Thema sind, steht die Qualitätssicherung medizintechnischer Produkte weiterhin im Fokus. Immer weiter auf dem Vormarsch sind hochpräzise 3D-Messungen, wie sie z. B. die Nanofocus AG im Mikro- und Nanometerbereich von Oberflächen anbietet. Derartige Messsysteme sind gerade für die Prüfung von Implantaten, die mit menschlichem Gewebe in Kontakt kommen, unverzichtbar und arbeiten heute bis in den Bereich von Nanometern.

Die Alicona Imaging GmbH (Grambach bei Graz) präsentiert ebenfalls ein hochauflösendes optisches 3D-Messgerät, das in der Dentalindustrie u.a. zur Form- und Rauheitsmessung von Zahnimplantaten eingesetzt werden kann. Die Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH hat unter der Bezeichnung O-Inspect eine Multisensorik-Messmaschine entwickelt, die speziell für die Qualitätssicherung und Erstbemusterung kleiner, komplexer Teile geeignet ist. Die Kombination aus taktilem und optischen Messen macht das System einzigartig, das auf diese Weise Profilprojektor, Messmaschine, Mikroskop und Konturmessgerät in sich vereint.

Federn für reibungslose Drehbewegungen

Wie breit aufgestellt die Compamed ist, zeigen auch die winzigen Federn des kalifornischen Herstellers Bal Seal Engineering, Inc. (Foothill Ranch). Medizingerätetechniker prüfen ihren Einsatz zur Verbesserung der Leistung von implantierbaren Vorrichtungen, die im menschlichen Körper die Funktion von kranken oder arthritischen Gelenken übernehmen und so die Beweglichkeit wiederherstellen. Bal Seal zufolge sorgen die medizinisch reinen Titanfedern für eine reibungslose Drehbewegung in der Anwendung. Durch ihre guten Haltefähigkeiten wird die Wahrscheinlichkeit einer Verschiebung stark reduziert. «Diese praxisbezogene Anwendung zeigt Konstrukteuren medizinischer Geräte effektiv, wie das Hinzufügen einer einfachen Feder zu einem erheblichen Wettbewerbsvorteil in Sachen Leistung und Lebensdauer führen kann», erklärt Entwickler Sean Madanipour. Bei der Konstruktion wird die Kugel durch die Feder in einer mit ultra-hochmolekularem Polyethylen ausgekleideten Gelenkpfanne vorgespannt. Kleinere, an Stiften befestigte Federn dienen dazu, Platten zurückzuhalten, die die zweiachsige Bewegung der Vorrichtung einschränken, um so die natürliche Bewegung des sattelförmigen Gelenks nachzuahmen.

Informationwww.compamed.de

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