Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS hat im Juni 2018 das EU-Verbundprojekt »POSITION-II« gestartet, in dem mikromechanische Ultraschallwandler für smarte Katheteranwendungen erforscht werden, die zukünftig mehr Sicherheit bei medizinischen Untersuchungen gewährleisten sollen.
Dresden, 3. September 2018. Die Arterienverkalkung ist das häufigste aller Gefäßleiden. Früher noch als Krankheit der alten Leute betitelt, sehen sich heutzutage auch immer mehr jüngere Menschen damit konfrontiert. 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.
Um dem Arzt zukünftig seine Arbeit zu erleichtern und den Eingriff sicherer zu machen, forscht das Fraunhofer IPMS im jüngst gestarteten Projekt »POSITION-II« an intelligenten Kathetern mit mehr Features. 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 basieren Ultraschallwandler für die medizinische Bildgebung vor allem auf dem piezoelektrischen Effekt für die Signalerzeugung und -auswertung. Dazu werden spezielle Piezo-Materialien genutzt, die den großen Nachteil haben, dass sie toxisch wirken können. Außerdem sind sie schwierig herzustellen und deshalb sehr teuer. Die Technologie des Fraunhofer IPMS umgeht diese Nachteile, indem sie für den Aufbau von Ultraschallwandlern MEMS-Strukturen, sogenannte MUT-Bauelemente, nutzt. So wird eine kompakte Aufbauform und damit verbunden eine höhere Miniaturisierung erreicht. Durch die Integrationsfähigkeit in CMOS-Prozesse in einer speziellen Technologie (als Post-CMOS-Modul) ist eine weitaus günstigere Fertigung als bei piezo-basierten Ultraschallwandlern möglich. Ein weiteres Plus ist die erreichbare höhere Frequenz und die damit verbundene bessere Auflösung, die eine genauere Analyse in der medizinischen Bildgebung erlaubt.
Innerhalb des Position-II-Projekts sollen nun bestehende MUT-Technologien miteinander verglichen und weiterentwickelt werden. Die Key Player der Branche sollen so die Möglichkeit erhalten, für jeden Anwendungsfall die optimale Variante bzw. Kombination aus Konzept, Technologie und Bauelement zu wählen. Final werden eine Applikationsmatrix sowie eine Roadmap für MEMS-basierte Ultraschallwandler in Europa, insbesondere in Hinblick auf intelligente medizintechnische Anwendungen, abgeleitet.
Das Verbundprojekt »POSITION-II« (Titel des Teilvorhabens: »Mikromechanische Ultraschallwandler für smarte Katheteranwendungen«) wird durch die Förderinitiative ECSEL JU (Electronic Components and Systems for European Leadership Joint Undertaking) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) in Zusammenarbeit mit dem Rahmenprogramm der Europäischen Union (H2020 / 2014-2020) und nationalen Behörden gefördert (Fördernummer Ecsel-783132-Position-II-2017-IA). Die Laufzeit beträgt 3 Jahre.
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS mit seinen mehr als 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern steht für angewandte Spitzenforschung und Entwicklung in den Bereichen Photonische Systeme, Mikrosystemtechnologien, Nanoelektronische Technologien und Drahtlose Mikrosysteme. In allen großen Märkten – wie Informations- und Kommunikationstechnologien, Konsumgüter, Fahrzeugtechnik, Halbleiter, Mess- und Medizintechnik – finden sich innovative Prozesse und Produkte, die unsere Technologien nutzen. Die Hälfte unseres jährlichen operativen Aufwands von 39 Millionen Euro wird durch Vertragsforschung aus der Industrie gegenfinanziert. Auf dem Gebiet der MEMS-basierten und photonischen Systeme bieten wir Komplettlösungen vom Konzept über das Bauelement bis zum kompletten System an. Dies schließt Muster- und Pilotfertigung im eigenen 1500 m² (15 000 ft²) Reinraum (Klasse 4 nach ISO 14644-1) mit qualifizierten Prozessen ein. In der Nanoelektronik stellen wir außerdem Leistungen zu funktionalen elektronischen Materialien, Prozessen und Anlagen sowie zu integrierten Bauelementen zur Speicherung von Energie und Information bereit. Dafür stehen weitere 800 m² Reinraum (Klasse 6 nach ISO 14644-1) zur Verfügung. Um den Erwartungen unserer Kunden zu genügen, ist unser Haus von der DEKRA nach der Norm DIN EN 9001:2015 zertifiziert.
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