medizin&technik 01.2018

■ [ FOKUS FORSCHUNG ]
Sensorgesteuert sitzt die Schraube
Wirbelsäulen-OPs | Ein sensorgesteuerter Roboter soll
höchste Sicherheit bei Wirbelsäulenoperationen ermöglichen.
Schrauben an
der oberen
Halswirbelsäule
vorbei an der
hinteren Halsschlagader
(CT/3D-Rekonstruktion)
Mit einer neuen, robotisch unterstützten Operationsmethode
sollen Stabilisierungsschrauben in der Wirbelsäule sicher,
genau und ohne Verletzungen des umliegenden Gewebes
angebracht werden können. Forscher der Universität und des Inselspitals
Bern sowie des Schweizer Zentrums für Elektronik und
Mikrotechnologie entwickeln dazu gemeinsam mit Partnern aus
der Industrie einen hochpräzisen, sensorgestützten Operationsroboter.
Bild: Inselspital Bern
Die chirurgische Wirbelsäulenstabilisation ist eine der häufigsten
Rückenoperationen. Dabei werden in mehrere Wirbelknochen
so genannte Pedikelschrauben eingesetzt und später miteinander
verbunden, um die Wirbelsäule wieder aufzurichten und
zu stabilisieren. Rund 15 % der Schrauben werden jedoch nicht
erfolgreich platziert, da die Wirbelsäule nicht einsehbar ist. Es
besteht die Gefahr, dass das spitze Ende aus dem Knochen hervorragt
und umliegende Nerven oder Gewebeteile verletzt.
Dies soll sich ändern. „Mit unserer Technologie können wir das
Risiko einer Fehlplatzierung der Pedikelschraube auf nahezu
Null senken“, sagt Andreas Raabe von der Universitätsklinik für
Neurochirurgie am Inselspital. Die Grundlage bilden verschiedene
patentierte Sensortechnologien. Sie sind hundertfach empfindlicher
als die Hand eines Chirurgen und ermöglichen es, die
Wirbelsäule während der Operation in Echtzeit mit Hilfe elektrischer
und mechanischer Signale abzutasten und so die Lage des
Bohrinstruments relativ zur Anatomie optimal einzustellen.
Der Roboter wird zum einen über die Elektromyographie (EMG)
gesteuert, mit der in der Nähe liegende Nerven aufgespürt werden.
Zum anderen wird die Knochendichte kontinuierlich gemessen,
um die Position des Roboters exakt und reproduzierbar
zu bestimmen. So können die Schrauben bei jeder Operation
hochpräzise platziert werden. Das Projekt wird vom Förderungsangebot
Bridge des Schweizerischen Nationalfonds und der
Kommission für Technologie und Innovation unterstützt.
www.unibe.ch
Klett-Welding
Statt Löten oder Kleben:
Computerchips mit Klettverschluss
Elektronische Bauelemente wie ein Klettverschluss
verbinden: Das soll eine Maschine,
die von der TH Mittelhessen
(THM) gemeinsam mit der Nano Wired
GmbH entwickelt wird. Das Darmstädter
Unternehmen hat ein Verfahren geschaffen,
bei dem zwei zu verbindende Chips
mit einer Art Rasen aus Nanodrähten beschichtet
und bei Raumtemperatur auf -
einandergepresst werden. Die durch die
Nanostruktur bedingte Absenkung der
Schmelztemperatur des Metalls führt
zum partiellen Verschweißen der Drähte
und so zu einer stabilen Verbindung.
Gegenüber herkömmlichen Verfahren wie
Löten oder Kleben hat dieses „Klett-Welding“
eine Reihe von Vorteilen: Es ist für
viele Materialien geeignet, es entsteht keine
Hitze, die empfindliche Bauteile belastet,
und die elektrische und thermische
Leitfähigkeit der Verbindung ist sehr
hoch. Bisher funktioniert das Verfahren
im Laborbetrieb. Für
die Qualitätskontrolle
ist eine aufwendige
Rasterelektronenmikroskopie
nötig. Im
Projekt wollen die
Wissenschaftler eine
Klett-Welding-Produktionsmaschine
entwickeln, die in den
industriellen Ablauf der Halbleiter- und
Baugruppenherstellung integriert werden
kann. Neben der Fertigung spielt dabei
ein zuverlässiges Qualitätssicherungssystem
eine zentrale Rolle.
Der Nano-Wired-Rasen besteht aus winzigen
metallischen Drähten, die unter einem
optischen Mikroskop in ihrer Struktur
nicht mehr sichtbar sind. „Dennoch
sollen nach Möglichkeit optische Messverfahren
zur Qualitätsanalyse verwendet
werden, da sie berührungslos arbeiten
Bild: THM / Armin Eikenberg
und die Drähte nicht beschädigen“, erklärt
Prof. Dr. Jochen Frey vom THM-
Kompetenzzentrum für Nanotechnik und
Photonik, einer der Projektleiter. Für das
Prüfsystem kommen verschiedene Techniken
in Frage, mit denen die THM-Forscher
bereits Erfahrungen gesammelt haben,
und die sie für das aktuelle Projekt
anpassen wollen. Das Land Hessen fördert
das Vorhaben mit 455 000 Euro.
www.th-mittelhessen.de
68 medizin&technik 01/2018