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iShunt

Intelligentes mechatronisches Implantat zur Therapie des Hydrocephalus

Bild 1: Platzirung des Drainage-Katheters.

Bild 2: Platzierung des Implantates.

Bild 3: Verwendete Messsignale.

Bild 4: Telemetrie-Konzept.

Bild 5:

Bild 6:

Ansprechpartner

Projektbeschreibung

Das menschliche Gehirn ist von einer wässerigen Flüssigkeit (liquor cerebrospinalis) umgeben, die in erster Linie der Dämpfung von Stößen und der Gewichtsminderung durch Auftrieb dient, aber auch Aufgaben in der Nährstoffversorgung des Gehirns übernimmt. Im Normalfall stehen die Produktion und die Resorption dieser Flüssigkeit in einem Fließgleichgewicht. Wird dieses gestört, so kommt es zu einer erhöhten Ansammlung von Liquor innerhalb des Schädels (Wasserkopf, griech. Hydroce-phalus). Die konventionelle Therapie besteht in der Implantation eines mechanischen Überdruckventils (sog. Shunt), durch das überschüssige Gehirnflüssigkeit in ein anderes Körperkompartiment (häufig der Bauch) abgeleitet wird. Pro Jahr müssen in Deutschland ca. 18.000 Patienten aufgrund eines Hydrozephalus mit einem Shunt versorgt werden. Die derzeit verfügbaren Shunt-Systeme zeigen jedoch große Probleme bezüglich der Anpassung der Liquordrainage an die physiologischen Gegebenheiten, so dass häufig eine ungesunde Über-/Unterdrainage auftritt.

Projektziele

Ziel ist daher innerhalb des geförderten BMBF Projektes „iShunt“ die Entwicklung neuer intelligenter Implantatlösungen zur angepassten Ableitung von Gehirnflüssigkeit. Auf Basis physiologischer Messdaten (wie Hirndruck, Körperlage, Durchfluss, Pulsamplitude, Elastizität des Gehirns, Anteil pathologischer Hirndruckwellen) und deren Interpretation soll hierbei eine angepasste Drainage realisiert werden. Zur Patientenüberwachung sollen dabei Messdaten telemetrisch nach außen gesendet werden.

Teilprojekte

Implantatentwicklung

  • Anforderungs- und Risikoanalyse
  • Konzeption neuer Implantatlösungen mit dem Schwerpunkt auf einem mechatronischen Design zur gezielten Liquordrainage.
  • Konstruktion und Fertigung von Prototypen sowie einer geeigneten Prüfvorrichtung.

Regelungstechnik

  • Untersuchung relevanter Kenngrößen zur Regelung der Liquordrainage.
  • Therapiealgorithmen zur gezielten Liquordrainage.
  • Entwicklung von Matlab/Simulink Modellen der biologischen Mechanismen zur Analyse neuer Therapiealgorithmen mit einem elektronisch verstellbaren Ventil.

Signalverarbeitung

Der Hirndruck eignet sich als eine hilfreiche Kenngröße für die Diagnose des Hydrozephalus. Er korreliert mit der Atmung und dem Puls und verändert sich mit der Körperlage und bei Situationen wie z.B. Husten, Blasenfüllung und Muskelanspannung. Desweiteren unterliegt der Hirndruck sogenannten sinus- oder rampenförmige B-Wellen, die sich bei kranken Menschen häufen. Besonders gefährlich für Hydrozephaluspatienten ist die sogenannte A-Welle, die einen schnellen und enormen Anstieg des Hirndrucks verursacht. Zur Signalanalyse werden Algorithmen entwickelt und in der Klinik mit einem Hirndruckwellenmonitor getestet.

Hardwareentwicklung und Programmierung

  • Entwicklung eines Telemetrie- und Energieübertragungskonzeptes.
  • Auswahl und Integration von Aktorik und Sensorik im Implantat.

Mess- und Prüftechnik im Labor

  • Experimentelle Tests von Funktionsmustern an Prüfständen im Labor (Ventil-, Druckwellenprüfstand).
  • Erweiterung der bestehenden Teststände.

Medizinische Evaluierung nach intensiver Laborprüfung

  • Tierstudien zur Validierung der intelligenten Implantatlösung.
  • Evaluierung des Regelungskonzepts am Menschen in Form einer externe Drainage.

Projektpartner

Veröffentlichungen

  • M. Walter: Mechatronische Systeme für die Hydrozephalustherapie. Shaker Verlag, 2002
  • S. Jetzki, S. Leonhardt. An electronic implant for Hydrocephalus therapy assistance. IEEE EMBS Conference, Vancouver, CA, August 20-24, 2008