Intelligente Katheter versus Arterienverkalkung

25.2.2019

Das Fraunhofer IPMS hat im Juni 2018 das EU-Verbundprojekt »POSITION-II« gestartet, in dem mikromechanische Ultraschallwandler für smarte Katheteranwendungen erforscht werden.

© Philips

Zukünftige Katheter, die mit mikromechanischen Ultraschallwandlern des Fraunhofer IPMS ausgestattet sind, bieten eine bessere Funktionalität, sind kleiner, billiger herzustellen und einfacher zu bedienen.

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Intelligente Katheter, ausgestattet mit der CMUT-Technologie des Fraunhofer IPMS, sollen dem Arzt zukünftig seine Arbeit erleichtern, mehr Features bieten und den medizinischen Eingriff sicherer machen.

Die Arterienverkalkung ist das häufigste aller Gefäßleiden. Die Verengung der Arterien bewirkt einen verminderten Blutzufluss zu Organen und Körperteilen – Herzinfarkt oder Schlaganfall sind die Folgen. Um verengte oder verschlossene Blutgefäße zu weiten, muss sich der Patient einer Operation unterziehen, bei der der Arzt einen Katheter über eine Schlagader in das arterielle Gefäßsystem einführt und die Verengung durch einen Ballon oder Stent wieder aufdehnt.

Die meisten dieser Eingriffe können mit minimal-invasiven Verfahren durchgeführt werden, die durch eine Vielzahl von intelligenten bildgebenden und sensorischen Kathetern unterstützt werden. So kann der Arzt zu jedem Zeitpunkt der Behandlung genau sehen, wo sich der Katheter im Gefäßsystem befindet.

Viele Vorteile durch mikromechanische Ultraschallwandler

Um dem Arzt zukünftig seine Arbeit zu erleichtern und den Eingriff sicherer zu machen, forscht das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS im jüngst gestarteten Projekt »POSITION-II« an intelligenten Kathetern. Ziel ist es, medizinische Instrumente mit besserer Funktionalität auszustatten, die aber gleichzeitig auch kleiner, billiger und einfacher zu bedienen sind. Die technologische Grundlage dafür bilden mikromechanische Ultraschallwandler.

Derzeit arbeiten Ultraschallwandler für die medizinische Bildgebung vor allem mit piezoelektrischen Effekten für die Signalerzeugung und -auswertung. Dazu werden spezielle Piezo-Materialien genutzt, die toxisch wirken können. Außerdem sind sie schwierig herzustellen und deshalb kostenintensiv.

Die Technologie des Fraunhofer IPMS bietet eine Alternative, indem sie für den Aufbau von Ultraschallwandlern MEMS-Strukturen, sogenannte MUT-Bauelemente, nutzt. So wird eine kompakte Aufbauform erreicht. Als Post-CMOS-Modul ist die Integrationsfähigkeit gegeben, sodass eine weitaus günstigere Fertigung als bei piezo-basierten Ultraschallwandlern möglich ist. Ein weiteres Plus ist die höhere erreichbare Frequenz und die damit verbundene bessere Auflösung, die eine genauere Analyse in der medizinischen Bildgebung erlaubt.

Innerhalb des Projekts sollen nun bestehende MUT-Technologien miteinander verglichen und weiterentwickelt werden. Ziel ist es, in jedem Anwendungsfall die optimale Variante bzw. Kombination aus Konzept, Technologie und Bauelement wählen zu können.