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Mikrosysteme für die Gesundheit

Gesund bleiben, gesund werden und dafür vorzusorgen sind nicht nur Themen jedes Einzelnen, sondern auch Herausforderungen für die gesamte Gesellschaft. In dieser Ausgabe zeigen wir, wie intelligente Mikro- und Nanosysteme dabei unterstützen

können. Ein Beispiel führt uns in die schonende Laserchirurgie.

Laserkraniotom

Gemeinsam mit der Fraunhofer Gesellschaft, dem Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) in Dresden, forschten die CTR-Experten an einer „Scan-Engine“ für Laseroperationen. Dabei ging es darum, bei Operationen an Schädel, Kiefer oder Wirbelsäule den Bohrer durch einen Laserstrahl zu ersetzen und den Eingriff damit präziser und schonender zu machen.

LASER ERSETZT BOHRER

Speziell nach einem Schlaganfall oder schwerem Unfall mit Kopfverletzungen, bei dem das Gehirn anschwillt, hilft oft nur eine Operation, in der die Ärzte die Schädeldecke des Patienten
öffnen. Bisher wird dafür ein Bohrer verwendet. Künftig kann ein Laserstrahl den Knochen präzise schneiden und die Patientensicherheit erhöhen. Dabei kommt ein hochintensiver
Pikosekunden-Laserstrahl zum Einsatz. In einem Forschungsprojekt entwickelte das Team eine vom Chirurgen per Hand geführte Knochenfräse, ein sogenanntes Kraniotom mit integriertem
Lasersystem. Der Laserstrahl wird in das Handstück eingekoppelt, der Chirurg kann dann den markierten Schnittlinien folgen und behält die volle Prozesskontrolle. Der Vorteil des Laserkraniotoms liegt darin, dass - anders als bei mechanischen Bohrern - kein Anpressdruck notwendig ist. Damit verringert sich das Risiko während der Operation die Hirnhaut zu verletzen. Zudem können Laserschnitte in Hartgewebe ohne Spanabhebung mit kleinster Schnittbreite - lediglich 0,5 mm - erstellt werden, wodurch das kosmetische Ergebnis beim Wiedereinsetzen des Knochengewebes gesteigert wird.

SCAN-ENGINE

Zentraler Bestandteil des sogenannten Laserkraniotoms ist die von CTR entwickelte Scan-Engine. Sie basiert auf zwei Mikro-Opto-Elektronisch-Mechanischen (MOEMS) 2D-Spiegeln von IPMS. Der erste Spiegel basiert auf der elektrostatischen, resonant-linearen LinScan-Technologie und wurde für einen effizienten Schneidprozess mit schneller dynamischer Strahlführung optimiert. Der zweite Spiegel wird magnetisch angetrieben und ist zweidimensional statisch auslenkbar bis ± 5 Grad. Das ermöglicht eine Strahllagekorrektur des Bearbeitungslasers bei Fehlpositionierungen des Handstücks. Über die Scan-Engine werden die zwei MOEMS-Spiegel programmiert und gesteuert. Die handgeführte Steuerung des Chirurgen wird dadurch optimiert und die Schnittführung hochpräzise.

SYSTEMINTEGRATION

Die CTR war für das Design und die Systemintegration der Scan-Engine zuständig. Neben der elektrischen Ansteuerung und der exakten Positionskontrolle des Laserstrahls wurde die nötige Hard- und Software neu entwickelt. In Tests wurde die Funktionalität des MOEMS-basierten Prototypen bereits erfolgreich demonstriert. Das entwickelte Laserkraniotom kann in der Hart- und Weichgewebechirurgie überall dort eingesetzt Kiefer- und Gesichtschirurgie. Neben der Medizintechnik haben sich im Laufe der Forschungen noch weitere potentielle Anwendungsfelder herauskristallisiert. Diese können z. B. in der Materialverarbeitung (Stahl) bis
hin zu Consumer Electronics (hochpräzise Projektoren, Smartphones) liegen.

Fokus Gesundheit: Projekte mit CTR-Know-how - ein auszug

Medienrückfragen an

Mag. Birgit Rader-Brunner
F&E Kommunikation
CTR Carinthian Tech Research AG
Tel.: +43(0)664-4884 712
E-mail: birgit.rader-brunner@ctr.at

Weitere Bilder

Die Scan-Engine ist die zentrale Steuereinheit.

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