Medizintechnik

Innovationen für den Patienten

Die Aufgabe medizintechnischer Forschungsarbeiten liegt in der Entwicklung neuer Methoden und Produkte zur Verminderung des Risikos von Eingriffen und der Verbesserung des klinischen Outcome z. B. in Form von längeren Implantatstandzeiten. Die Integration und Anwendung neuer Werkstoffe und Technologien ist dabei unerlässlich. Adaptive Werkstoffe wie Nickel-Titan-Legierungen zeigten bisher, wie viel Potential in neuartigen Materialien steckt. Superelastische Stents (Gefäßstützen) sind aus der heutigen Gefäßchirurgie nicht mehr wegzudenken. Und es steckt noch mehr Potential in diesen adaptiven Werkstoffen. Zukünftig werden Implantate neuartige Funktionalitäten besitzen und einen Beitrag zur Bewältigung der mannigfaltigen Herausforderungen in der Chirurgie leisten. Moderne Diagnostikverfahren für die intraoperative Navigation bzw. die präoperative Planung werden dabei den Chirurgen bei komplexen Operationen und bei der Auswahl geeigneter Implantate unterstützen und zu einer besseren Qualität der Behandlung beitragen.

In enger Zusammenarbeit mit Krankenhäusern, Universitätskliniken, Forschungseinrichtungen und Herstellern von Medizinprodukten entwickelt das Fraunhofer IWU Lösungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Idee bis zur technologischen Umsetzung neuartiger Komponenten und Systeme.

Implantate und chirurgische Instrumente

  • patientenspezifische Implantate
  • Implantate mit inneren Funktionshohlräumen
  • Mikrofertigungsverfahren für die Implantatherstellung
  • adaptive Implantatsysteme  und Instrumente unter Anwendung aktiver Werkstoffe
  • chirurgische Instrumente mit integrierter Sensorik

Beispielprojekte bzw. laufende Vorhaben:

Weitere Anwendungsbeispiele

  • adaptiver Hüftschaft
  • Schädelimplantat
  • Stents
  • Textilstrukturen
  • Urindiagnostik
  • Wirbelsäulen-Cage
  • Zahnbrücke
  • Wundspreizer
  • Endo- und Exoprothesen, Instrumente
  • Konstruktion, Simulation
  • Anwendung konventioneller und aktiver Werkstoffe
  • Materialmodelle

Biomechanik, Messtechnik und Sensorik

  • Biomechanische Untersuchungen von Knochen- und Gewebestrukturen
  • Implantatprüfungen als Basis für Entwicklungen
  • Intraoperative Messverfahren

Beispielprojekte bzw. laufende Vorhaben:

Therapieverfahren und Orthetik

  • Adaptive Verbundstrukturen für die Orthetik
  • Geräte für Physikalische Therapieverfahren

Beispielprojekte bzw. laufende Vorhaben:

  • Optimierung von Pfannenrevisionsimplantaten für künstliche Hüftgelenke
  • Aktiver Werkstoffverbund für lockerungsfreie Implantate

  • steigende Lebenserwartung stellt neue Anforderungen in Diagnostikmethoden, Therapieverfahren und zugehörige Technologien
  • hohe Erwartungen an Endo- und Exoprothesen
  • das Risiko bei medizinischen Eingriffen soll vermindert werden
  • Erhöhung von Implantatstandzeiten mithilfe der Integration und Anwendung neuer Werkstoffe und Technologien
  • Kosten für Patienten und Gesundheitssystem durch innovative Konzepte senken

Analyse

  • strukturmechanische Charakterisierung
  • Biomechanische Charakterisierung
  • Mess- und Prüfverfahren

Entwicklung

  • Konstruktion
  • Simulation
  • Anwendung aktiver Materialien

Fertigungstechnologien

  • generative Fertigung: patientenspezifische, strukturierte Implantate
  • Präzisions- und Mikrofertigung: Mikroimplantate, Instrumente
  • Oberflächentechnik
  • Massivumformung: Ressourceneffiziente Serienproduktion
  • Heißprägen
  • funktionaler Leichtbau und Metallschaum: bionischer Ansatz, Knochenersatz

Links zu angrenzenden Forschungsgebieten

Grundausstattung mikrobiologisches Labor

  • Klimaprüfkammer -42 °C / +180 °C
  • Kühl- und Gefriereinheit
  • Autoklav
  • Präparationstisch
  • Digestorium
  • Zuschneidetisch
  • Schwingungsberuhigter Versuchsplatz
  • Visualisierungshardware und Workstation

Mechanische Prüfung

  • Zug-, Druck- und Torsionsmaterialprüfmaschine: Kombinierte Prüfungen bis 10 kN und 200 Nm; Temperierkammer -40 °C – 200 °C; Medienbad; Statische und zyklische Prüfungen bis ca. 1 Hz
  • Zug-Druck-Prüfmaschine: Prüfungen bis 20 kN; Temperierkammer -80 °C – 250 °C
  • Servopneumatische Zug-Druck-Prüfmaschine; Prüfungen bis 20 kN; Zyklische Prüfungen bis 30 Hz; Zugprüfmaschine Zwick/Roell
  • Tekscan 471 x 471 mm: System zur Druckverteilungsanalyse

Optische Prüfung

  • GOM PONTOS: dynamische Erfassung dynamischer oder quasistatischer Bewegungen/ Deformationen z. B. für die Erstellung von Bewegungsmodellen
  • GOM TRITOP Deformation: portable, optische 3D-Koordinatenmessmaschine
  • Wärmebildanalyse (128 x 96 Pixel) im Temperaturbereich von 10 °C bis 350 °C
  • LEA O2C: Diagnosegerät zur Bestimmung von Durchblutungsparametern
  • Polytec PSV4003D: 3D-Laserscanning-Messsystem für die Erfassung dynamischer Eigenschaften von Bauteilen z. B. für die Verifizierung numerischer Modelle
  • Mikro-Computertomograph
  • Prüftechnik und Software

Design, Modellierung und Simulation

  • 64bit multicore Berechnungsserver mit Solid-State-Drives
  • ANSYS: Strukturmechanische Berechnungen
  • FEMTools: Strukturmechanische Berechnungen, Vergleich, Optimierung
  • CATIA, Pro|Engineer, Autodesk Inventor: Konstruktion
  • AnyBody: Strukturmechanische Berechnung, bspw. für Implantat-Knochen-Schnittstelle
  • TOSCA: Strukturoptimierung von mechanisch beanspruchten Bauteilen
  • Comsol Multiphysics: Mechanische, thermische und akustische Struktur- und Strömungssimulation
  • 3-matic: Implantatkonstruktion basierend auf CT-Daten, FEA und CFD Aufbereitung, CAE-Postprocessing
  • Magics: Erzeugung von regelmäßigen zellularen Strukturen

Topologie und Morphologie

  • Mimics: Segmentierung von CT-/MRT-Daten
  • VG Studio Max: 3D-Analyse für die Auswertung von µCT-Datensätzen

Visualisierung und Segmentierung

  • µCT-Gerät: Mikro- und Nanofokusröhre (Detailerkennbarkeit: 0,2 – 0,3 µm); Maximale Probengröße: Ø 260 mm, Höhe 420 mm; Prüfung unter Last bis 1000 N
  • Rasterelektronenmikroskop mit EDX