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Page 1: Media Mind Medizintechnik 2011

Medizintechnikin Bayern PROFILE

PORTRÄTSPERSPEKTIVEN

PARTNER DER WELT

Page 2: Media Mind Medizintechnik 2011

... für Innovationen von morgen

Mediathek –Tiefer Einblick in aktuelles Wissen ...

Ihr Direkteinstieg zu Trends in zehn Technologien und Branchen.

www.bayern-innovativ.de/mediathek

Weitere Informationen zu unseren Plattformen, Netzwerken und Clustern unter: www.bayern-innovativ.de

Bildquelle: Fotolia IV

Page 3: Media Mind Medizintechnik 2011

Die Vorsorge steht im Mittelpunkt vieler Bemühungen

um auch künftigen Generationen eine menschliche

Versorgung zu ermöglichen.

Innovative Ideen und Produkte sind deshalb wichtiger

denn je! Kurz: Sie sind der Schlüssel für betriebs- und

volkswirtschaftlichen Erfolg.

Wie Fachkompetenz umgesetzt, Netzwerke aufgebaut

und genutzt werden können, zeigt „Medizintechnik in

Bayern“:

Wie erreicht man eine enge und aktive Vernetzung

zwischen Wissenschaft und Wirtschaft sowie deren

hohe Innovationskraft?

Wie lassen sich notorische „Engpässe“ im medi-

zintechnischen Innovationsprozess verhindern?

Welche politischen, wirtschaftlichen und sozialen

Veränderungen bewirken Elektronik und Mikro-

elektronik im Leben des Menschen?

Wo entstehen neue Aufgabenfelder in einer von

gesetzlichen Vorschriften und Normen überlagerten

Medizintechnik?

Gibt es Strategien, die erfolgreich in Produkte und

im Markt umzusetzen sind?

Welche Fortschritte bieten Robotersysteme

den Chirurgen im Operationsbereich?

Über Jahre verfolgen wir die kabellose Energie- und

Datenübertragung für aktive Implantate.

Erfahren Sie alles über ein umfangreiches

Leistungsspektrum von der Ideenfindung bis zum

serienreifen Produkt.

Walter Fürst, Geschäftsführer

Diese Publikation finden Sie auch im Internetunter www.media-mind.info

Editorial

Medizintechnik von heute für eine

selbstbestimmte Versorgung von morgen

Impressum:

Herausgeber: media mind GmbH & Co. KGVolkartstr. 77 80636 MünchenTelefon: +49 (0) 89 23 55 57-3Telefax: +49 (0) 89 23 55 57-47ISDN (MAC): +49 (0) 89 23 55 57-59E-mail: [email protected]

Verantwortlich: Walter Fürst, Jürgen Bauernschmitt

Gestaltung + DTP: Jürgen Bauernschmitt

Druckvorstufe: media mind, München

Verantwortl. Redaktion: Ilse Schallwegg

Druck: Druckerei Frischmann, Amberg

Erscheinungsweise: 1 mal jährlich

© 2011/12 by media mind GmbH & Co. KG, München.Kein Teil dieses Heftes darf ohne schriftliche Genehmigungder Redaktion gespeichert, vervielfältigt oder nachgedruckt werden.

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DUALISMedTech GmbH

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MedBase® - Kabellose Energie- und

Datenübertragung für aktive Implantate

Autorin: Dipl. Wi. Ing. Julia Bittel DUALIS MedTech GmbH

NeZuMed 32

Das „Netzwerk für innovative Zulieferer in der

Medizintechnik“ (NeZuMed)

Autor: Dr. Wolfgang SeningNetzwerk für innovative Zulieferer in der Medizintechnik

Inh

alt

sv

erz

eic

hn

is

Elektronik 18

Elektronik für ein gesundes Leben

Autoren: Prof. Dr. re. nat. Bernhard Wolf u.a.Heinz Nixdorf-Lehrstuhl für Medizinische Elektronik

METEAN 16

METEAN - das Medizintechnische

Test- und Anwendungszentrum

Kontakt: Dipl. Betriebswirtin (DH) Nadine PenskyFraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS

Jobchancen 28

Jobchancen in der Medizintechnik

Kontakt: [email protected]@tuev-sued.de

Innovations-Management 33

Innovations-Management in der Medizintechnik:

Eine neue Software verleiht Flügel!

Kontakt: Dipl.-Betriebswirt Lothar StahlXWS Cross Wide Solutions GmbH

Gesundheit. Bio-MedizinRegion Mainfranken GmbH

14

WirtschaftsstandortBayern

12

Medical Valley EMN e.V.Erlangen

10

ForumMedTech Pharma e.V.

8

Editorial 3

AnzeigeBAYERN INTERNATIONAL

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AnzeigeBAYERN INNOVATIV

2 US

GrußwortDr. Siegfried Balleis

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Page 5: Media Mind Medizintechnik 2011

Anzeige IMSimage & marketing support

3. US

Messsystemenovel gmbh

40

senetics healthcare 34

Das interdisziplinäre Entwicklungs- und Bera-

tungs-Institut für die Medizintechnik und Pharma

Autor: Dr. Wolfgang Sening, senetics healthcareWissenschaftliches Institut für Innovation und Beratung

Neonatologie 37

Frühchen bedürfen einer speziellen Therapie!

Kontakt: Medin Medical Innovations GmbH

Patente in der MedizintechnikGrünecker, München, Köln, Berlin

38

Chinesische Waisenkinder 46

Verein zur Förderung

chinesischer Waisenkinder e.V.

AnzeigeHOLZAMMER Kunststofftechnik

41

Endoskopeinsatz 42

Ein Mini-Roboter als ausgewachsener

OP-Assistent

Autoren: Prof. Dr. Tim C. Lüth u.a., TU München,Lehrstuhl für Mikrotechnik und Medizingerätetechnik

Schleifring 39

Schleifring – Wegweisend in der kontaktlosen

Datenübertragung

Kontakt: Schleifring und Apparatebau GmbH

BSL BIOSERVICEScientific Laboratories GmbH

35

Strategien zur Verhinderung von Infektionen,

verursacht durch Medizinprodukte

Autorin: Dipl. Biol. Anja FriedrichBSL BIOSERVICE Scientific Laboratories GmbH

AnzeigeSCHLEIFRING

36

Anzeigemedia mind GmbH & Co. KG

4. US

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Page 6: Media Mind Medizintechnik 2011

AEROSPACEINDUSTRIES &SATELLITENAVIGATIONAUTOMOTIVE

BIOTECHNOLOGYCALL ANDCOMMUNICATIONCENTERSELECTRICALENGINEERING &ELECTRONICSENVIRONMENTALFINANCIAL SERVICESITLOGISTICSMECHANICALENGINEERINGMEDICALNEW MATERIALSPHOTONICSRAILWAY

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Nutzen Sie die Chance, um neue Wirtschaftspartner im In- und

Ausland zu fi nden! Bayern International bietet Ihnen die Möglichkeit,

sich in einer umfassenden Branchendatenbank kostenlos

darzustellen – einem Nachschlagewerk für in- und ausländische

Unternehmen.

Tragen Sie sich mit Ihren Kernkompetenzen und Produkten kostenlos

unter www.key-technologies-in-bavaria.de ein.

Die „Key Technologies“ sind im Internet tagesaktuell abrufbar

und erscheinen auch als CD-ROM.

Fragen? KeyTech-Hotline: 0180-5-949260Mo bis Do 9:00 – 17:00 Uhr, Fr 9:00 – 15:00 Uhr(12 Cent/Min. aus dem Festnetz der Deutschen Telekom)

WWW.BAYERN-INTERNATIONAL.DE

Page 7: Media Mind Medizintechnik 2011

Medizintechnisches Know-how aus der

Bundesrepublik wird weltweit nachgefragt.

Mit Medizintechnik „made in Germany“

können heute Menschenleben gerettet wer-

den, die noch vor wenigen Jahren kaum

Überlebenschancen hatten. Innovative

Apparate und neue Behandlungsverfahren

ermöglichen immer schonendere Thera-

pien und verbessern die Lebensqualität der

Menschen ganz entscheidend. Und der

Stellenwert dürfte weiter zunehmen, denn

auch der demografischen Entwicklung mit

einer deutlichen Zunahme der älteren

Menschen wird nur durch innovative

Medizintechnik und Dienstleistungen zu

begegnen sein.

Betrachtet man die Medizintechnik in

Deutschland, fällt der Blick zwangsläufig auf

Bayern und das Medical Valley Europäische

Metropolregion Nürnberg. Etwa 180 zum

Teil international führende Medizin-

technikfirmen mit rund 16.000 Beschäf-

tigten sind derzeit im fränkischen Netzwerk

in und um Erlangen aktiv. In enger

Kooperation mit weltweit anerkannten

Forschungseinrichtungen arbeiten sie an

Lösungen für die Gesundheitsversorgung

von morgen. Nicht zuletzt mit dem

Erreichen des renommierten Titels

„Exzellenzzentrum für Medizintechnik“ hat

sich das Medical Valley Europäische Metro-

polregion Nürnberg als eine international

führende Region im Bereich der Gesund-

heitsforschung etabliert. Die 40 Millionen

Euro Fördermittel des Bundes, die in den

kommenden Jahren in die Region fließen,

werden dem Standort zu weiterem kräfti-

gen Aufschwung verhelfen und mit dazu

beitragen, dass von Nordbayern aus auch

künftig weltweite Standards gesetzt werden.

„Medical Value by Medical Valley“ – unter

diesem Leitmotiv werden hier effektive und

effiziente Lösungen für eine optimale

Gesundheitsversorgung erarbeitet, die zum

einen das Wohl der Patienten verbessern

zum anderen aber auch das Gesund-

heitssystem weiterhin finanzierbar erhalten.

Ich lade Sie ein. Besuchen Sie uns per-

sönlich oder virtuell:

www.medical-valley-emn.de

Ihr

Dr. Siegfried BalleisOberbürgermeister der Stadt Erlangen

Medical Valueby Medical Valley

7

Page 8: Media Mind Medizintechnik 2011

Ob neue Technologien, For-schungsrichtungen oder Mana-gementstrukturen, Innovatio-nen öffnen das Tor zur Zu-kunft. Das gilt speziell für dieMedizintechnikbranche, diebesonders von Hightech-Ent-wicklungen und einem hohenForschungsaufwand geprägtist. Mit der Zukunftsinitiative„Aufbruch Bayern“, zu derWirtschaftsminister MartinZeil und Wissenschaftsminis-ter Dr. Wolfgang Heubischam 10. Mai 2011 den Start-schuss gaben, macht auch dieBayerische Staatsregierungdeutlich: Innovation ist Zu-kunft. Eine entsprechendeForschungs- und Innovations-strategie begleitet das Pro-gramm und stellt es so auf einefundierte Grundlage. Mit„Aufbruch Bayern“ will dieStaatsregierung „alle Innovati-onspotenziale unserer Gesell-schaft mobilisieren und dieGrundlagen für eine nachhal-tige wirtschaftliche Dynamiklegen“. Sie setzt dabei auf„Megatrends“ wie die High-tech-Medizin, für die hochent-wickelte Medizintechnik dieBasis ist.

Der Antrieb für Innovationensind aktuelle technologischeEntwicklungen. Sie entstehenweniger im Zentrum von Fach-gebieten, sondern vielmehrdurch die Verknüpfung vonWissen und Erfahrung aus ver-schiedenen Technologien undBranchen. Gerade die Medizin-technik ist ein solches Quer-schnittsgebiet: Auf der Basisvon medizinischen und biologi-schen Fakten und Anforderun-gen werden Geräte und Pro-dukte entwickelt. Dabei fließenWissen und Erfahrungen ausElektronik, Werkstofftechnik,Sensorik, Optik, Physik, Che-

mie, Biologie, Pharmazie, IToder Prozesstechnik zusammen.Deshalb sind Kooperationengerade in der Medizintechnik-branche von großer Bedeutung.Dazu tragen Branchennetz-werke ihren entscheidendenPart bei.Um solche Kooperationen zufördern und Innovationenintensiv und gezielt voranzu-bringen, rief das bayerischeWirtschaftsministerium 1998das Forum MedTech Pharmae. V. ins Leben, das inzwischengrößte Netzwerk für Medizinund Gesundheitswesen inDeutschland und Europa. Indem gemeinnützigen Vereinsind über 600 Unternehmen,

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Hightech und Technologietransfer:Das Forum MedTech Pharma –Netzwerk für Innovationen

Innovationen sind der Schlüssel für therapeutische Erfolge in der Medizin. Für die Bundesregierung sind siedie Garanten für die Vorreiterrolle Deutschlands bei Spitzentechnologien und der Königsweg aus Wirt-schaftskrisen. Für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) bedeuten sie Existenzsicherung und Zukunft.Innovative Technologien einerseits zu fördern,aber andererseits Hürden zu minimieren,sind die wichtigstenVoraussetzungen für diesen Erfolg.

Medizintechnik:Hightech-Branche der Zukunft

Netzwerk für Medizintechnik:Innovation durch Kooperation

Beim Partnering Event in Garching fanden etliche Unternehmen passgenaueKooperationspartner

Page 9: Media Mind Medizintechnik 2011

Innovationen zum wirkungsvol-len Instrument. Für deutscheUnternehmen ist Hightech zu-dem im internationalen Wettbe-werb besonders wichtig, weilDeutschland ein hohes Kosten-niveau hat – und Bayern ist inDeutschland ein bedeutenderMedizintechnik-Standort. Stän-dig müssen neue Erzeugnisseentwickelt werden, denn nur mitQualität und Innovationen kön-nen die KMU mit osteuropäi-schen und asiatischen Unterneh-men konkurrieren. Qualitativhochwertige und innovative Pro-dukte bedeuten den entschei-denden Vorteil auf dem Markt. Die nächste international bedeu-tende Veranstaltung des Forumsist der Kongress „MedTechPharma 2012 – Medizin Innova-tiv“ am 4. und 5.7.2012 in Nürn-berg, bei dem sich Teilnehmeraus allen Bereichen der Gesund-heitsbranche treffen.

Nähere Informationen unter: http://www.medtech-pharma.de/deutsch/kongress-2012/kongress-2012.aspx

Im Forum MedTech Pharma sindzahlreiche kleine und mittlereUnternehmen (KMU) Mitglied.Für sie haben Innovationen eineexistenzielle Bedeutung: Sie sindpermanent im Zugzwang – nach

innen und nach außen. Einerseitsmüssen sie laufend neue Produk-te oder Dienstleistungen auf denMarkt bringen und andererseitsdurch Neuerungen im Betriebselbst effektiv Kosten sparen. Miteinem gut organisierten spezifi-schen Management werden

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wissenschaftliche Institutionen,Kliniken und öffentliche Ein-richtungen aus 14 LändernMitglied. Es bietet allenAkteuren in der Medizin unddem Gesundheitswesen eineinterdisziplinäre, marktüber-greifende Plattform. Als neut-rales Netzwerk für Informati-on, Kommunikation und Ko-operation engagiert es sich mitwirkungsvollen Instrumentari-en für seine Mitglieder. DasForum fördert Kooperationen,vermittelt Kontakte und infor-miert über neueste Trends undThemen auf Symposien, Kon-gressen und Weiterbildungs-veranstaltungen.Das Forum MedTech Pharmabewegt sich auch auf europäi-scher Ebene, denn dieEuropäische Union fördert dieMedizintechnik im Rahmenvon Projekten. Beim Netzwerkliegt die Konsortialführerschaftfür das EU-Projekt InTraMed.Es hat zum Ziel, das großeInnovationspotenzial der Kran-kenhäuser für die Umsetzungin vermarktbare Produkte nutz-bar zu machen.

Forum MedTech Pharma e.V.Office:

Dr. Thomas FeiglGewerbemuseumsplatz 290403 Nürnberg/GermanyPhone: +49 911 - 20671 330Fax: +49 911 - 20671 [email protected]

Autorin:

Dipl.-Biol. Andrea Gerber

Chancen für die Zukunft:Unternehmen brauchen

ständig frischen Wind

Der Geschäftsführer des Forum MedTech Pharma, Dr. Thomas Feigl, setzt sich für eineintensive internationale Zusammenarbeit in der Medizintechnik-Branche ein

Hightech-Medizin aus Bayern:Bildgebende Verfahren sind die Basis fürPatienten schonende Untersuchungenund Therapien (Bild: Siemens)

Page 10: Media Mind Medizintechnik 2011

Medizintechnikstandort Europäische MetropolregionNürnberg (EMN) als „Flaggschiff fürneues Wachstum“

Am 26. Januar 2010 wurde aus demMedical Valley EMN ein „Flagg-schiff für neues Wachstum“ - eswurde durch das Bundesministeriumfür Bildung und Forschung (BMBF)als Spitzencluster ausgezeichnet. DieEuropäische Metropolregion Nürn-berg ist damit einer von fünf bun-desweiten Clustern mit verschiede-nen Forschungsschwerpunkten, diein der Finalrunde des zweiten Spit-zenclusterwettbewerbs des BMBFerfolgreich waren. Ziel des seit 2007bestehenden Wettbewerbs ist es, dieleistungsfähigsten Cluster Deutsch-lands, in denen Unternehmen, wis-senschaftliche Einrichtungen undverbundene Institutionen in einerRegion gemeinsam daran arbeiten,Schlüsseltechnologien marktnah zuentwickeln, zu fördern und soDeutschlands Position unter denführenden Technologienationen wei-ter auszubauen.Entscheidende Stärke des MedicalValley EMN – und damit Basis sei-ner nationalen Spitzenstellung – istdie enge und aktive Vernetzung zwi-schen Wissenschaft, Wirtschaft,Krankenhäusern und Pflegeeinrich-

tungen sowie deren hohe Innova-tionskraft:Mehr als 500 Unternehmen mitüber 45.000 Beschäftigten sind imMedical Valley EMN direkt oderindirekt in der Medizintechnik tätig,180 davon sind dedizierte Medizin-technik-Unternehmen. Viele der Un-ternehmen haben jahrzehntelangeErfahrung und internationale Kom-petenz in der Entwicklung und Ver-marktung innovativer Produkte. Einewichtige Ankerfunktion im Clusterhat dabei Siemens Healthcare miteiner Reihe von Projekten imBereich der bildgebenden Diag-nostik, die hohe Innovationskraft desClusters bildet sich aber unter ande-rem auch in seiner hohen Grün-dungsrate ab: Seit dem Start der

Clusteraktivitäten im Jahr 1998konnten etwa 100 Firmengründun-gen verzeichnet werden, darunterauch die Gewinner von bundeswei-ten Gründer- und Businessplan-Wettbewerben (z.B. WaveLight,HumanOptics). Bei zahlreichen die-ser Firmengründungen konnte dasInnovationszentrum Medizintechnikund Pharma (IZMP) – eines dererfolgreichsten GründerzentrenDeutschlands – seinen Beitrag imMedical Valley EMN leisten. Ins-gesamt umfassen die Aktivitäten derunternehmerischen Leistungserbrin-ger im Cluster alle relevanten Stufender medizinischen Versorgung –Prävention, Diagnostik, Therapieund Rehabilitation.Darüber hinaus finden sich im MedicalValley EMN über 50 Forschungsin-stitute (z.B. das Fraunhofer Institutfür Integrierte Schaltungen (IIS) alsgrösstes Fraunhofer InstitutDeutschlands oder das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts),Anwenderzentren und ähnliche Ein-richtungen, die sich branchen-spezifisch bzw. interdisziplinär ver-netzt medizintechnischen Fragestel-

SpitzenclusterMedical Valley EMN

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itze

ncl

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EM

N

Medical Value by Medical Valley

Page 11: Media Mind Medizintechnik 2011

und Dienstleistungen ermöglichen,die die Gesundheitsversorgungdeutlich verbessern werden. Leit-themen der Forschung und Ent-wicklung sind dabei „BildgebendeDiagnostik“, „Intelligente Sensorik“,„Therapiesysteme“ und „Augenheil-kunde“ sowie das Querschnittsthe-ma „Horizontale Innovationen zurProdukt- und Prozessoptimierung“.Angestrebter Meilenstein des Medi-cal Valley EMN ist mittelfristig dieEntwicklung zum „Exzellenzzen-trum für Medizintechnik“. Damitzusammenhängend wird die Siche-rung und Schaffung neuer Arbeits-plätze sowie die Förderung derRegion hinsichtlich Umsatzzahlenund Wettbewerbsvorteilen ange-strebt. Langfristig will das MedicalValley EMN zudem Konzepte fürstrukturelle Veränderungen im Ge-sundheitswesen entwickeln und um-setzen und sich so zu einer „Modell-region für eine optimale Ge-sundheitsversorgung“ entwickeln.

lungen widmen. Mit dem KlinikumNürnberg befindet sich eines dergrößten kommunalen KrankenhäuserEuropas im Medical Valley EMN,ebenso wie das hoch entwickelte undforschungsintensive Universitätsklini-kum Erlangen sowie rund 40 weitereKrankenhäuser aller Versorgungsstu-fen in privater und institutionellerTrägerschaft. Die Diakonie Neuen-dettelsau, welche sich ebenfalls imMedical Valley EMN befindet, istzudem europaweit der größte An-bieter von Dienstleistungen im So-zial- und Gesundheitsbereich. Ins-gesamt werden jährlich mehr als500.000 Patienten stationär in derMetropolregion Nürnberg behandelt.Das zentrale Alleinstellungsmerkmaldes Spitzenclusters Medical ValleyEMN ist jedoch die gemeinsameZielsetzung, die sich die Akteure ausWirtschaft, Wissenschaft, Gesund-heitsversorgung, aus dem Finanz-wesen und der Politik gegebenhaben: Nur solche Produkte,Dienstleistungen und Lösungen sol-len entwickelt werden, die nach-weisbar einen Beitrag zur Effekti-vität und Effizienz der Gesundheits-versorgung leisten. Die Basis füreine Entwicklung zum „Exzellenz-zentrum für Medizintechnik“.Bei der Erreichung dieser Zielset-zung werden alle Akteure derMetropolregion durch den VereinMedical Valley EMN e.V.

Spitzencluster Medical Valley EMN

(www.medical-valley-emn.de) unter-stützt. Der 2007 gegründete Vereinintegriert alle Clusterpartner in eingemeinsames, interaktives Netz-werk, um so regionale Potenzialestrategisch zu bündeln und optimalnutzen zu können. Schon heutenehmen einzelne Akteure im Clus-ter weltweite Spitzenstellungen invielen medizintechnischen Produkt-kategorien und Forschungsberei-chen ein. Diese Spitzenposition solldurch die Arbeit des Medical ValleyEMN e.V. weiter ausgebaut und dieRegion als Marke „Medical ValleyEMN“ international bekannt ge-macht werden. Ein wichtiger Erfolgdes Vereins: Der Gewinn des Spit-zenclusterwettbewerbes.Mit der Auslobung des Medical ValleyEMN als Spitzencluster durch dasBMBF ist eine staatliche Förderungin Höhe von 40 Millionen Euro proCluster verbunden, welche für einenZeitraum von fünf Jahren zur Verfü-gung gestellt wird. Dabei sieht dieUmsetzung eine mindestens ebensohohe Beteiligung der Wirtschaftund privater Investoren vor. Insge-samt werden nun somit rund 80 Mil-lionen Euro in der EuropäischenMetropolregion Nürnberg aktiviert,welche gezielt für 43 Projekte vonIndustrieunternehmen und derenForschungspartner eingesetzt wer-den. Diese sollen die Entwicklunginnovativer Technologien, Produkte

Kontakt:

Medical Valley EMN e.V.Henkestraße 9191052 ErlangenTel: 09131 / 5302863Fax: 09131 / 9704921E-Mail:[email protected]

Dr. Anja ForsterAutorin:

Hohe Kompetenzdichte im Spitzencluster Medical Valley EMN

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Page 12: Media Mind Medizintechnik 2011

Der Freistaat Bayern ist mit über70.000 km2 das größte, mit 12,4Mio. Einwohnern nach Nord-rhein-Westfalen das zweitgrößteBundesland in Deutschland.Neben den unstrittigen Vorteilenals Lebens- und Freizeitstandortgenießt Bayern vor allem alsHigh-Tech- und Dienstleistungs-standort weltweit einen ausge-zeichneten Ruf. Im europäischenVergleich werden bei nahezu allengesamtwirtschaftlichen Daten Spit-zenwerte erzielt.

In einer beispiellosen Aufholjagdhat sich Bayern seit dem Ende desZweiten Weltkriegs vom Agrar-staat mit überdurchschnittlichhoher Arbeitslosigkeit und unter-durchschnittlicher Wertschöpfungzu einem wirtschaftlichen Kraft-zentrum ersten Ranges ent-wickelt. Eine im bundesdeutschenVergleich niedrige Arbeitslosen-quote, ein deutlich höherer Anteilan Selbstständigen und eine starkeZuwanderung vor allem in denletzten zehn Jahren belegen dieseAussage. Mit dem rasanten Auf-schwung Bayerns ging eine über-durchschnittliche Beschäftigungs-

dynamik einher. So wuchs dieZahl der sozialversicherungs-pflichtig Beschäftigten um knappein Viertel und damit wesentlichstärker als in allen anderen Bun-desländern.

Im Rahmen einer offensiv ge-prägten Wirtschaftspolitik ver-folgt die bayerische Staatsregie-rung vier strategische Hauptziele:

Kostenentlastung der Wirtschaftim globalen Wettbewerb

Freisetzung marktwirtschaftlicherDynamik zugunsten von mehrWachstum und BeschäftigungUnterstützung der Wirtschaft imStrukturwandel auf der Linie„neue Produkte, neue Betriebe,neue Märkte“Weiterer Auf- und Ausbauder Infrastruktur

Unter dem Motto „Sparen — Re-formieren — Investieren“ werdenStaat und Verwaltung in Bayernfit für die Zukunft gemacht.

Hierbei handelt es sich um dienächste, konsequent auf die „High-Tech-Offensive“ und die Offensive„Zukunft Bayern“ folgende Stufeoffensiver bayerischer Innovations-politik. Durch die Clusterpolitikwird das bestehende Angebot anstaatlichen Maßnahmen zur Inno-vationsförderung durch die Organi-sation der Netzwerkbildung vonWirtschaft und Wissenschaftergänzt. Grundsätzlich lassen sichdie Cluster unterteilen in

High-Tech-Clusterz. B. Biotechnologie, Luft-und Raumfahrt, Medizintechnik,Umwelttechnologie

Bayern –Partner der Welt undWirtschaftsstandort

mit Zukunft

12

WirtschaftsstandortBayern

Bewährtes Element„Clusterpolitik“

Offensive Wirtschaftspolitik

Erfolgreiche Aufholjagd

Der Freistaat Bayern zählt heute zu den wirtschaftsstärksten Regionen in Europa.Dank einer offensiven Wirtschaftspolitik und einer erstklassiken Infrastruktur ist undbleibt Bayern ein Standort mit Zukunft. Für nahezu alle Branchen existiert ein pro-duktives Netz aus „Global Playern“ und eine breite Schicht leistungsfähiger kleinerund mittlerer Unternehmen zur Sicherung von Wachstum und Beschäftigung.

Deutschland und Bayern

Der Freistaat Bayern istflächenmäßig das größte,gemessen an den Einwohnernnach Nordrhein-Westfalendas zweitgrößte Bundeslandin Deutschland

Page 13: Media Mind Medizintechnik 2011

Produktionsorientierte Clusterz. B. Automotive, Energie-technik, Logistik, Sensorik

Querschnittstechnologienz. B. Nanotechnologie,Neue Werkstoffe, MechatronikMit der Clusterpolitik sollen Im-pulse gesetzt werden, um dieDynamik zwischen Unternehmenund Forschungseinrichtungen zuintensivieren und Kooperations-möglichkeiten zu optimieren.

Die Struktur der bayerischen Wirt-schaft ist robust und zukunftsorien-tiert. Ein produktives Netz aus„Global Playern“ und eine breiteSchicht leistungsfähiger kleiner undmittlerer Unternehmen in Industrie,Handwerk und Dienstleistungsge-werbe sichert wirtschaftliche Stärke.Im Industriebereich dominieren

Branchen wie Automotive undMaschinenbau, Bio- und Medizin-technik sowie Energie- und Ver-kehrstechnik. Im Dienstleistungs-sektor nimmt Bayern als Versiche-rungs-, Banken- und Börsenplatzin Deutschland Spitzenplätze ein.Die Infrastruktur ist in denSchlüsselbereichen Verkehr, Energieund Telekommunikation erstklassik.Die große Zahl ausländischer

Unternehmen, die sich in denletzten Jahren und Jahrzehntenim Süden Deutschlands niederge-lassen haben, beweist die hoheAttraktivität Bayerns als interna-tionaler Innovationsstandort fürhochwertige Forschungs- undEntwicklungsaktivitäten und Pro-duktionen.Last but not least verfügt Bayernüber eine Vielzahl attraktiver „wei-cher“ Standortfaktoren: ein Kul-turangebot von Weltrang, intakteUmweltbedingungen, einen hohenFreizeitwert, Weltoffenheit, innereSicherheit sowie soziale und politi-sche Stabilität.

Quelle:Bayerisches Staatsministeriumfür Wirtschaft, Infrastruktur,Verkehr und Technologie

Für die Zukunft gerüstet

13Wirtschaftsstandort Bayern

Wieskirche Nürnberg

Europäisches Patentamt

Flughafen München

Messe München

Page 14: Media Mind Medizintechnik 2011

Gesundheit und Bio-Medizinsind hochpotente Wachstums-märkte, die unsere Zukunft ent-scheidend mitprägen werden.Eine ganze Palette unterschied-licher Teilbereiche bildet die Basisfür erfolgreiche Innovationen ausMainfranken.In den SchlüsseltechnologienBio- und Medizintechnik hat sichMainfranken in den vergangenenJahren besonders dynamisch ent-wickelt. Das hervorragende wis-senschaftliche Umfeld, die Nähezu Universität, Fachhochschule

und Uni-Kliniken, erfolgreicheTraditionsunternehmen und inno-vative junge Unternehmen sinddabei die Basisfaktoren desErfolgs. Im Zukunftsmarkt Gesundheit hatsich Mainfranken in den vergange-nen Jahren besonders dynamischentwickelt.Im Bäderland Bayerische Rhön –dahinter stehen neben Deutsch-lands bekanntestem Kurort BadKissingen vier weitere Traditions-bäder – werden neueste Heil-,Kur- und Reha-Verfahren reali-siert.

Den Mittelpunkt der universitärenForschung bilden die Fakultäten fürMedizin, Biologie, Physik sowieChemie und Pharmazie der interna-tional renommierten UniversitätWürzburg. Geforscht wird an 25Instituten und Forschungszentrenim medizinischen und humanbiolo-gischen Bereich sowie in acht Son-derforschungsbereichen, etwa imBiozentrum, einem interdisziplinärenZentrum aus 14 Lehrstühlen. Das Rudolf-Virchow-Zentrum fürexperimentelle Biomedizin, DFG-

Gesundheit.Bio-Medizin

Mainfranken

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Medizinische Forschung und Entwicklungmit Tradition - erstes öffentliches Rönt-genbild, erstellt von W.C. Röntgen, 1895an der Universität Würzburg

Führende Innovationen und Know-how - Magnetresonanz-Technik aus Mainfranken(Bild: Rapid Biomedical, Rimpar)

Spitzenforschungin der Biomedizin

Page 15: Media Mind Medizintechnik 2011

BioMed/ZmK in Würzburg

(Science-Park):

Das Innovations- und Gründerzent-rum für Biotechnologie und -medi-zin bietet voll ausgestattete Labors,technische Einrichtungen und dieNähe zur Universität Würzburg.

RSG in Bad Kissingen:

Das Rhön-Saale Gründerzentrumbietet neben idealen Büro- undLaborflächen ein vielfältiges Wei-terbildungsprogramm im BereichGesundheitswirtschaft.

Weitere Ansiedlungsmöglichkeitenbieten qualitativ hochwertige Gewerbe-gebiete und Industrieparks in besterLage, mit optimalem Preis-Leis-tungs-Verhältnis.

Forschungszentrum, leistet Spit-zenforschung auf dem Gebiet derSchlüsselproteine. Das Fraunhofer ISC, GeschäftsfeldLife Science, forscht und entwickeltinsbesondere auf den Gebieten„Biohybride Werkstoffe“ sowie „In-dividualisierte Diagnostik“ und be-sitzt im Bereich der zahnheilkund-lichen Werkstoffe langjährige ex-cellente Erfahrungen.Die Hochschule Würzburg-Schweinfurt ergänzt mit anwen-dungsnahen Studiengängen undForschungsprojekten in der Me-dizintechnik die regionale Kom-petenz.

Mainfranken ist die Heimat zahl-reicher innovativer Unternehmenmit weltweit führender Medizin-technologie. Regionale Schwer-punkte liegen dabei in den Berei-chen Dialysetechnik, Lungenfunk-tionsdiagnostik und Magnetreso-nanztechnologie:Fresenius Medical Care, Schwein-furt: Zentraler Produktionsstand-ort für Dialysegeräte; CareFusion,Höchberg; Ganshorn Medizin Elec-tronic, Niederlauer und ZAN

Messgeräte, Oberthulba: Lungen-funktions-/KardiorespiratorischeDiagnostik; SKF Linearsysteme,Schweinfurt: Wälzlager, Kompo-nenten und Systeme für dieMedizintechnik; Rapid Biomedical,Rimpar: Hochfrequenzspulen fürdie MR-Bildgebung.

Mit diesen Kompetenzen konntesich die Bewerbung aus Mainfran-ken im Rahmen des vom Bundes-forschungsministeriums ausgeru-fenen Wettbewerbs „Gesund-heitsregionen der Zukunft“ gegeneine starke Konkurrenz durchset-zen: Es gelang der Region, unterdie 20 Gewinner zu kommen – alseines von nur zwei Projekten ausBayern. Mainfranken bietet ein vielfältigesund attraktives Angebot an Ansied-lungsmöglichkeiten – je nach Größe,Zielsetzung und medizinischemSchwerpunkt. Speziell für dieBedürfnisse von medizin- und bio-technischen Existenzgründern undKMUs konzipierte Gründer- undInnovationszentren auf dem neues-ten Stand der Technik stehen vorOrt bereit:

15Mainfranken

Weltweit führendeMedizintechnik

TOP 20 der Gesundheits-regionen Deutschlands

Weltweit führende Medizintechnik - Dialysegeräte von Fresenius Medical Care

Bäderland Bayerische Rhön – Medizini-sche Versorgung und ganzheitlichePräventionsangebote in fünf Traditions-bädern

Kontakt:

Region Mainfranken GmbH

Ludwigstraße 10 1/2 , 97070 WürzburgTel.: 0931-452652-12Fax: [email protected]

TheresiaOettle-Schnell

Projektleiterin

Page 16: Media Mind Medizintechnik 2011

Medizintechnische Innovationentragen nicht nur dazu bei, dieQualität der medizinischen Ver-sorgung zu verbessern, sondernleisten auch einen wichtigen Bei-trag zum Exporterfolg der deut-schen Industrie. Die in Fachkrei-sen viel diskutierte Studie »Iden-tifizierung von Innovationshürdenin der Medizintechnik« derVDI/VDE Innovation und Tech-nik GmbH zeigt zwei Phasen auf,die sich als notorische »Engpäs-se« im medizintechnischen Inno-vationsprozess erweisen: Zumeinen ist es sehr schwierig, für dieentscheidende Phase der klini-schen Forschung und Validierunginnovativer Medizintechnologieeinen geeigneten klinischen Part-ner mit dem jeweils gefordertenspezifischen Kompetenzprofil zufinden, zum anderen ist der Pro-

zess der Überführung innovativerTechnologie in den Erstattungs-katalog der gesetzlichen Kranken-versicherung sehr komplex undlangwierig, mit hohem Aufwandverbunden und nicht ausreichendtransparent. Als weitere Schwach-punkte wurden fehlendes inter-disziplinär qualifiziertes Personalund mangelnder Wissenstransfer

zwischen den an der Wertschöp-fungskette beteiligten Akteurenidentifiziert.Um die oben genannten Innovati-onshürden abzubauen und auchkleineren, innovativen Unterneh-men die zeitnahe Überführungvon Forschungsideen in Produkt-lösungen zu ermöglichen, wurdeim Rahmen des Fraunhofer Inno-vationsclusters »Personal Health«das Medizintechnische Test- undAnwendungszentrum METEANins Leben gerufen. Das Medizintechnische Test- undAnwendungszentrum METEANwird vom Fraunhofer IIS in engerKooperation mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und dem Universitäts-klinikum Erlangen seit 2008 inden Räumen der Universitäts-klinik betrieben. Dort werden

METEAN - das MedizintechnischeTest- und

Anwendungszentrum

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ME

TE

AN

Portfoliokonzept des Medizintechnischen Test- und Anwendungszentrums METEAN

Partner für innovative Unternehmen

Datenauswertung und Algorithmen-

entwicklung

Page 17: Media Mind Medizintechnik 2011

eines zugelassenen Medizinpro-dukts. Das METEAN-Dienstleis-tungsportfolio wird durch ein

interdisziplinäres Team aus unter-schiedlichsten Bereichen - insbe-sondere Medizin, Technik und

Betriebswirtschaft - erbracht undermöglicht damit optimale Lösun-gen für alle Aspekte des Transfersvon Innovationen in die medizini-sche Anwendung. Im Mittelpunktder aktuellen Tätigkeiten stehenForschungs- und Entwicklungs-tätigkeiten, Messdatenerhebungenund Anwendungsbeobachtungensowie die Vorbereitung undDurchführung von Validierungenund klinischen Studien. Als Ein-richtung des Fraunhofer IIS kanndas METEAN darüber hinaus aufdie gesamte Kompetenz des Insti-tuts und der Fraunhofer-Gesell-schaft zurückgreifen.Eine Kooperation mit demMETEAN ermöglicht es somitgerade kleineren und mittlerenUnternehmen Innovationshürdenzu nehmen, und einen Weg durchden Dschungel der gesetzlichen,regulatorischen, ökonomischenund technischen Vorschriften undRandbedingungen zu finden.

neue Medizintechnik-Lösungenund -Geräte unter den Anforde-rungen des täglichen Bedarfs imKlinikum auf ihre Sicherheit,Gebrauchstauglichkeit und Inter-operabilität nach anerkanntenStandards getestet. Als Partner imSpitzencluster »Medical Valley«nimmt das METEAN eineSchlüsselrolle in verschiedenenProjekten des Clusters bei derAusarbeitung von Anwendungs-beobachtungen und Probanden-befragungen ein.Das METEAN bietet unterstüt-zende Dienstleistungen entlangdes gesamten Innovationsprozes-ses, d.h. von der Konkretisierungeiner Idee bis zur Vermarktung

17METEAN

Interdisziplinäre Beratung zur Erarbeitung von individuellen Lösungskonzepten

Entwicklung und Test von Medizinprodukten

Erhebung von Messdaten und Durch-

führung klinischer Studien

Entwicklung von bildgebenden Verfahren

in der Medizintechnik

Kontakt:

Fraunhofer-Institut für IntegrierteSchaltungen IISAbteilung Bildverarbeitung undMedizintechnik

Am Wolfsmantel 3391058 ErlangenTelefon +49 9131 776-7421E-mail [email protected]/medwww.metean.de

Dipl. Betriebswirtin Nadine Pensky

Page 18: Media Mind Medizintechnik 2011

In den letzten fünfzig Jahren habenElektronik und Mikroelektronik inweit größerem Umfang politische,wirtschaftliche und soziale Verän-derungen bewirkt als jemals eineTechnologie zuvor. Elektronik hateinen Beitrag zur Emanzipationbreiter Bevölkerungsschichten ge-leistet, technische Prozesse effizi-enter gestaltet und unser Alltagsle-ben durchaus bequemer gemacht.Smartphones zum Beispiel sindzum alltäglichen Gebrauchsgegen-stand geworden, und haben sichdank zunehmend intuitiver Be-dientechnik über alle Bevölke-rungsschichten verbreitet. Natürlich hat die schöne neue digi-tale Welt auch „Haken und Ösen“.Die Themen Datenschutz, Be-triebssicherheit und Zuverlässigkeitharren immer noch verbindlicherStandards und einer durchsetzbarenlegalen Regulation. Doch sind dieMöglichkeiten der Elektronik imGesundheitswesen nicht zu überse-hen. Beispielsweise können senso-risch ertüchtigte Smartphones medi-zinische Daten am Patienten direkterfassen, über das Internet einer evi-denzbasierten Datenbank zuführenund dort Informationen und Hand-lungen generieren, die unmittelbarin die Behandlung des Patienteneinfließen können. Die AmericanHeart Association hat gezeigt, dasseine solche Vorgehensweise für dieIndikationen Herzinsuffizienz, Adi-positas und Hypertonie ein 40%-iges Einsparpotenzial generierenkann [1]. Weitere Untersuchungenhaben gezeigt, dass elektronisch ge-stützte Applikationstechniken für

Arzneimittel (Inhalatoren, aerosol-getragene Applikationssysteme, „in-telligente Pillenschachteln“, etc.)ein bedeutendes Einsparpotenzial inden jeweiligen Krankheitsgebietengenerieren können [1].Schon diese wenigen Beispiele zei-gen, dass es durchaus sinnvoll ist,elektronische Endgeräte aus derKommunikationstechnik in Prä-ventionsstrategien oder in die Be-handlung von Krankheiten einzu-binden, um effizientere medizini-sche Strategien zu entwickeln. In der technischen Welt haben Elek-tronik und Mikroelektronik in denvergangenen Jahren eine gigantischeEffizienz-Evolution ausgelöst: Diesehat einerseits zu einer drastischenVerbilligung von Fertigungsprozes-sen und auch geringerem Material-einsatz geführt, andererseits nur zugeringfügigen Beschäftigungsverlus-ten. Die Kosten im medizinischenBereich sind dagegen stark angestiegen(Überversorgung, Mehrfachuntersu-chungen, etc.) und zeigen immernoch eine steigende Tendenz. DieEffizienzvorteile können bei ver-nünftigem Einsatz von elektroni-schen Systemen auch in die medizi-nische Welt übertragen werden.Interessant ist auch, dass die Gesell-schaft Technik in diesem Bereichnicht ablehnt. So hat die VDE-Ana-lyse „Trends in der Medizintechnik“ergeben, dass immerhin 69 % derbefragten Bundesbürger in einerrepräsentativen Umfrage die Fest-stellung trafen: „Das Gesundheits-system nutzt den technischen Fort-schritt zu wenig“ [2]. Die durchge-hend praktische Erfahrung von Pati-

enten im Klinikalltag oder auch beider Behandlung durch Ärzte zeigt,dass die Behandlungsstrategien inder Regel prozesstechnisch verbes-sert werden können, und dass dasThema Mehrfachuntersuchungen bisheute keineswegs gelöst ist. InZukunft wird es notwendig sein, dieSchnittstelle Arzt-Patient mit intelli-genten elektronischen Systemen zuoptimieren, um die Entwicklungbezüglich der Gesundheitskostenendlich in den Griff zu bekommen.Dies wird es den zunehmend über-lasteten Ärzten ermöglichen, sichfür die wirklich kritischen Fälle mehrZeit zu nehmen.Im Folgenden werden einige wichti-ge Forschungsbereiche und -ergeb-nisse des Heinz Nixdorf-Lehrstuhlsfür Medizinische Elektronik der TUMünchen aufgezeigt, welche Mikro-elektronik mit Medizin verbinden,um daraus einen Nutzen für dieGesundheit zu ziehen.

Zellen integrieren ständig verschie-dene Signale physikalischer undchemischer Natur aus ihrer Umwelt,um daraus ein angemessenes Verhal-ten zu „berechnen“. Die Frage nachder Art und Weise dieser Berech-nung führt zu einem hochkomple-xen und parallel arbeitenden Netz-werk der intrazellulären Kommuni-kation, das sich bis heute einer voll-ständigen Modellierbarkeit entzieht.So manifestiert sich dieses Verhaltenbeispielsweise als Entscheidung überZellteilung oder Zelltod, als Aktivie-

Elektronikfür eingesundes Leben

18

Elektronik

Automatisierte Wirkstoff-suche an Zellen für

die personalisierte Medizin

Page 19: Media Mind Medizintechnik 2011

ten Multiwellplatte (Abb. 3) kulti-viert. Jede Kammer („well“) indieser Platte besteht aus jeweilsdrei miteinander verbundenenKompartimenten: Die Zell- oder

Gewebekultur wird im mittlerenKompartiment angelegt, währendder Pipettierroboter Zugang zuden seitlichen Gefäßen hat. DasVolumen des mittleren Komparti-ments wird durch einen speziellenDeckel der Platte auf etwa 20 µlbegrenzt, eine wichtige Voraus-setzung für empfindliche Messun-gen zellulärer Stoffwechselak-tivitäten. Durch hydrostatischenDruckausgleich findet ein Aus-tausch der Flüssigkeiten zwischenden Kompartimenten statt, sobaldder Pipettierroboter aktiv wird(siehe Abb. 3). Auf dem Glas-Boden der Testplatte befindetsich pro „well“ je eine interdigita-le Elektrodenstruktur zur Mes-sung der von der Zellzahl undZellmorphologie abhängigen elek-trischen Impedanz, sowie je einoptochemischer Sensor für den

regelmäßiger Austausch von Nähr-medien und Wirkstofflösungen)sowie der besonderen Bedingungenvon mikroskalierten Zell- undGewebekulturen. Auf Grundlagedieser Überlegungen und Metho-den wurde unter anderem der so-genannte „Intelligent MicroplateReader“ konstruiert, der im Folgen-den näher beschrieben wird.

Neben den oben angeführtenBeweggründen bestimmte die For-derung aus der Praxis nach einemgesteigerten Messdurchsatz diePlanung der IMR Plattform. Durchden Einsatz planarer elektrochemi-scher und optochemischer Mikro-sensoren werden mehrere Funkti-onsparameter der Zellphysiologiegleichzeitig untersucht. Die Zell-und Gewebekulturen werden inspeziellen Sensor-Testplatten (der-zeit 24 Kammern, eine Platte im96-er Format ist in Vorbereitung)kultiviert und in Echtzeit analysiert,so dass die Messdaten auch mit sta-tistischen Methoden auswertbarsind. Die Hardware der IMR-Plattform(Abb. 2) besteht aus einem Pipet-tierroboter, einem Klimatisie-rungssystem, wahlweise einerAusleseeinheit für optochemischeSensoren oder einem vollautoma-tisierten Prozessmikroskop sowieeiner elektronischen Einheit zumAuslesen elektrischer Impedanz-sensoren.Die Zellen bzw. Gewebeprobenwerden auf einer sensorbestück-

19Elektronik

rung bestimmter Stoffwechselwegeoder als Produktion und Freisetzungvon Proteinen. Die Beobachtung solcher zellulärerSignalverarbeitungsprozesse in ei-nem Schema von „Input-Output“Beziehungen ist im Wesentlichender Inhalt funktionaler zellulärerAssays, wie sie etwa bei pharmako-logischen Wirkstofftests in großemUmfang durchgeführt werden. Üblicherweise werden für solcheAssays Methoden verwendet, dieauf einer Färbung oder Markierungvon Zellen beruhen und sich relativleicht automatisieren lassen. Aller-dings ist dieses Verfahren oftumständlich und die Markierungimpliziert bereits eine Manipulationder Zellen. So wurden in jüngererZeit sogenannte „label-free cell-assays“ entwickelt. Bei diesenAssays, sehr häufig in einem res-sourcensparenden „cell-on-a-chip“Format realisiert, werden Zell- oderGewebekulturen durch Mikrosen-soren in Realzeit analysiert. Im Ge-gensatz zu vielen Assays, bei denenAktivitäten einzelner Signalwegebeobachtet werden, steht hier eherdas integrale Reaktionsverhalten derZelle als „Output“ im Mittelpunkt. Typische Messparameter sind Fakto-ren wie der zelluläre Sauerstoffver-brauch, die Rate der zellulären Säu-reproduktion, elektrische Aktivitätoder die passive elektrische Impe-danz als Signalgröße für morpholo-gische Änderungen. Attraktiv andieser Vorgehensweise ist u.a., dassdie Zell- und Gewebekulturendirekt auf der Oberfläche von plana-ren Sensorchips kultiviert werdenkönnen (Abb.1).Dank der Nicht-Invasivität diesesMessvorganges sind auch kontinu-ierliche Analysen über Tage,Wochen oder sogar Monate hinwegmöglich, um beispielsweise das Ent-stehen von Therapieresistenzen zubeobachten.Mitentscheidend für den Erfolg sol-cher Messungen ist allerdings einegute Beherrschung der notwendi-gen Lebenserhaltungssysteme (Kli-matisierung, Begasung, Sterilität,

Abb. 1: Auflicht-Aufnahme von einer Zell-kultur (LS 174 T Zellen, humanes Kolon-Karzinom) auf einem Silizium-Sensorchipmit Elektrodenstrukturen

Abb. 2: Intelligent Microplate Reader imgeöffneten Zustand. Im Brutschrank (A)befinden sich der Pipettierroboter (B), dieSensorplatte und die Impedanzelektronik(C) sowie die Einschubkammer mit demProzessmikroskop (D). An der Decke desklimatisierten Bereichs sind eine Arbeits-beleuchtung sowie eine Durchlichteinheitfür die Mikroskopie angeordnet (E). DieEinschub-Arbeitsfläche mit Notebook (F),auf dem die Betriebssoftware läuft, lässtsich aus dem Unterbau (G) ausziehen

Intelligent MicroplateReader (IMR)

Page 20: Media Mind Medizintechnik 2011

pH-Wert und die Gelöstsauer-stoff-Sättigung. Der Rahmen derMikrotiterplatte sowie die Fluidi-keinsätze werden in Spritzguss-technik hergestellt.Die Anwendungsgebiete dieserSysteme reichen von der zellbiologi-schen und pharmakologischen For-schung über klinisch-diagnostischeTests bis hin zur Umweltanalytik. Inlaufenden Versuchen wird derzeitinsbesondere der Einfluss verschie-dener Chemotherapeutika auf huma-ne Tumorproben erforscht, sowieeine klinische Studie dazu vorbereitet.Der Intelligent Microplate Readerkann optional mit einem vollautoma-tisierten Prozessmikroskop unter-halb der Probe ausgestattet werden.Dieses ist auf einen xy-Verfahrtischmit einer Auflösung von 1µm gela-gert. Die Bilddaten werden wahl-weise im Fluoreszenz- oder Durch-lichtverfahren aufgenommen. DieBelichtung erfolgt bei Fluoreszenz-

aufnahmen mit Hilfe einer Weiß-lichtstrahlungsquelle und einesMonochromators – im Durchlicht-verfahren wird ein diffuser RGB-Flächenstrahler aus LEDs einge-setzt. Das Mikroskop bietet dieMöglichkeit zur automatisierten Aus-wahl von bis zu vier Objektiven unddrei Filterblöcken. Die Bilder wer-den mit Hilfe einer CCD-Kameraaufgezeichnet und in Echtzeit opti-miert. Ein integrierter Autofokussorgt für eine gleichbleibendeSchärfe der Aufnahmen.Die Methode der bereits beschrie-benen „label-free cell-assays“ wirdseit einigen Jahren erfolgreichdurch das am Lehrstuhl entwickelteIMOLA-IVD (Abb. 4) Messsystemzusammen mit der cellasys GmbH,umgesetzt. Neuerdings kann daszellbasierte Messsystem auch durchdie Kombination mit dreidimensio-nalen Gewebeschnitten für Toxi-zitätsanalysen eingesetzt werden.

So wurde kürzlich - unter Einsatzelektrochemischer Sensoren - mitHilfe des IMOLA-IVD Messsys-tems und dreidimensionalen Mikro-geweben (InSphero AG) gezeigt,dass sich die neue Methodik derDurchführung von Toxizitätstests anZellkulturen auch für die Analysedreidimensionaler Gewebeprobeneignet. Erstmals wurden dreidimen-sionale Leber-Zellen-Konstrukte aufBioChips immobilisiert und derenReaktion auf toxische Substanzenuntersucht. In bisherigen Tests wur-den meist zweidimensionale Zell-verbände immobilisiert. Dabei be-halten die Zellkulturen jedoch nichtall ihre Eigenschaften bei, wodurchdiese Versuche weniger aussagekräf-tig für bestimmte toxikologischeEffekte am Menschen sind. Abb. 5zeigt einen histologischen Schnittdurch eine Gewebeprobe: Die Mor-phologie unterscheidet sich deutlichvon der zweidimensionalen Zell-kultur.

In aktuellen Versuchen zur Quanti-fizierung der Toxizität wurde dasMikrogewebe in „Echtzeit“ auftoxikologische Reaktionen hinuntersucht. Im Versuch wurde derZellkultur SDS (Sodium DodecylSulfat) zugegeben und wieder aus-gespült. Eine solche kurzzeitigeGabe von Toxinen ermöglicht auchdie Untersuchung darüber, wie sichlebende Zellen nach einer zeitlichbegrenzten Exposition eines Toxinswieder erholen. Die Abb. 6 zeigt

20 Elektronik

Toxizitätsanalysen von3D Gewebe mit

label-free cell-assays

Abb. 3: Sensorbestückte Mikrotiterplatte, mit 24 unabhängigen Testkammern für Zell-undGewebekulturen, bestehend aus einer Grundplatte und einem speziellen Fluidikeinsatz(a). Nach der Kultivierung der Probe direkt über den Sensoren wird das Volumen zurErhöhung der Mess-Sensitivität durch den Fluidikeinsatz reduziert (b). Der zyklischeMedienwechsel sowie die Zugabe von Wirkstoffen erfolgt vollautomatisiert durch dieRobotik (c)

Abb. 4: IMOLA-IVD zur Durchführung der „labe free cell-assays“ und ein verkapselterKeramikchip

Abb. 5: Die PAS-Färbung eines Schnittesdurch das Mikrogewebe (Durchmesserca. 250 µm) zeigt die bindegewebsartigeStruktur [3]

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den Vitalitätsverlauf beispielhaft ander extrazellulären Ansäuerungs-rate des Mikrogewebes.Diese Art von Langzeitmessungermöglicht eine sehr präzise Mes-sung der Vitalität von Zellen undsomit der Toxizität von entspre-chend verabreichten Chemikalien.Die verbesserte Vorhersagekraft fürden Menschen ist wiederum durchdie realitätsnahe Struktur des Mikro-gewebes gegeben. Leberzellen sindin diesem Zusammenhang beson-ders aufschlussreich, da die Leberdas zentrale Organ für den Abbauvon toxischen Substanzen immenschlichen Körper ist.Durch die 2007 in Kraft getreteneREACH-Verordnung der Europäi-schen Union zur Registrierung,Bewertung, Zulassung und Be-schränkung von chemischen Sub-stanzen wird die europäische Indust-rie dazu verpflichtet, chemischeStoffe strenger auf Risiken fürMensch und Umwelt zu untersu-chen. Damit sind umfangreiche toxi-kologische Tests notwendig, dienach aktuellem Stand der Techniküberwiegend durch Tierversucheerfolgen. Die hier gezeigten Ergeb-nisse zur Durchführung von Toxi-zitätstests an Zellkulturen stelleneinen wichtigen Schritt weg vondiesen umstrittenen Versuchen dar.Die dreidimensionalen Zellkulturen

sind also zur Prüfung der fürREACH-Untersuchungen nötigenGrundlagenforschung zur Toxizitätbesonders geeignet. Anhand dieserUntersuchungsform könnten nungenauere Erkenntnisse über dieToxizität eines Stoffes ohne Tier-versuche nachgewiesen werden. Auch im Bereich der Lebens-mittelanalyse kann durch dieAnwendung speziell entwickelterbioelektronischer Mikrosensorendie Toxizität von Stoffen, sowiederen Wirkung auf den Menschen,präzise erfasst werden. Dies sollnun anhand des dafür entwickelten„Handheld Toxinsensors“ verdeut-licht werden.

In jüngster Vergangenheit wurdenvermehrt minderwertige Lebens-mittel wie „Gammelfleisch“ oder„gepanschter Wein“ in Umlaufgebracht, welche lediglich durchzeit- und kostenintensive Untersu-chungen in Speziallabors analysiertwerden konnten. Mit einem von unsentwickelten, miniaturisiertenHandheld Gerät („Mikrola“), kön-nen solche Analysen inzwischeneinfach und schnell vor Ort durch-geführt werden.Der Ansatz, die Wirkung vonLebensmitteln auf den menschli-chen Körper zu untersuchen, ent-stand analog zu Methoden, die inder prädikativen Tumorklassifikationverwendet werden: Lebende Zellenwerden hier als Signalwandlerbenutzt und ermöglichen es, durchBeobachtung der Veränderungenihres Verhaltens, Aussagen zurToxizität des zugegebenen Stoffeszu geben.In den durchgeführten Versuchenkonnte der Einfluss von handelsübli-chen Obst-Spritzmitteln (Fungizi-de) auf die Vitalität von Hefezellenuntersucht werden. Diese eignensich besonders gut, da sie in ihrerHandhabung (Probenvorbereitung,Inkubation) einfach sind und zudemdie metabolische Reaktion schon bei25 °C einsetzt. Auch lassen sich ihre

21Elektronik

Mikroelektronik für diebioelektronische Analytik –

Ein Handheld Toxinsensor

Abb. 6: Ansäuerungsaktivität von 3D Mikrogewebe. Nach Zugabe von SDS (ca. 20 hbis 25 h) ist die Aktivität des Gewebes deutlich reduziert. Wird das Toxin wiederweggenommen, erholen sich die Zellen vollständig. Daraus lässt sich ableiten,dass keine bleibenden Schäden durch das Toxin verursacht wurden

Abb. 7: Mobile Bioanalyseplattform zur Untersuchung von Toxinen

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Genome in ihrer systemischenmetabolischen Wirkungskette mitdem menschlichen Stoffwechselvergleichen.Im Projekt entstand ein modular auf-gebauter Biosensor, der zur Vita-litätsbestimmung der lebenden Hefe-zellen durch einen elektrochemi-schen Sensor funktioniert. Dort wer-den die Parameter pH und pO2,Temperatur und Impedanz kontinu-ierlich gemessen (siehe Abb.7). Diesegeben Aufschluss über den Vitalzu-stand. Die entwickelte Einheit (cellri-stor1) misst die Veränderung dermetabolischen Aktivität vor und nachZugabe der Testsubstanz, und leitetdie analog aufbereiteten, digital verar-beiteten Daten an eine Internet-datenbank weiter. Nach der Messda-tenanalyse erhält der Nutzer direkteRückmeldung und entsprechendeErgebnisse aus der Bewertung vonSubstanzen.Es zeigte sich, dass selbst die nied-rigste vom Hersteller empfohleneKonzentration eines Pestizides nocheinen Einfluss auf die Vitalität derZellen hat. Der dem Forschungsprojekt zu-grunde liegende Ansatz wurde so-mit bestätigt: Es konnte erstmalsgezeigt werden, dass lebende Zel-len als Signalwandler für Lebens-mitteltests einsetzbar sind. Dasentwickelte System eignet sich zurBereitstellung dieser Daten undermöglicht einen einfachen undschnellen Test auf die Qualität vonLebensmitteln.

Ein bedeutender Sensor zum Moni-toring lebender Zellen ist der pH-Sensor. Die metabolismusbedingteAnsäuerung des Zellmikromilieusist ein Maß für die Zellvitalität.Wird in regelmäßigen Abständendas Zellkulturmedium ausgewech-

selt, so lässt sich auf diese Weiseder Einfluss zugeführter Wirk-stoffe auf die Ansäuerungsrate derZellen bestimmen.Bisher werden auf den dafür ein-gesetzten Biosensor-Chips inte-grierte pH-Sensoren z.B. aufBasis ionensensitiver Feldeffekt-transistoren (ISFET) oder Metall-oxiden (Ruthenium- oder Iridium-oxid) eingesetzt. Sie werdenunter Verwendung halbleitertech-nologischer Verfahren hergestellt.In den letzten Jahren hat sich die

Technologie druckbarer elektroni-scher Bauelemente kontinuierlichweiterentwickelt, so dass jetzt auchdie Herstellung miniaturisierter ge-druckter Sensoren möglich wird.Sensoren und Sensorchips könnensomit ohne Masken kostengünstigerund flexibler entwickelt und produ-ziert werden.

Ausgangsmaterialien können hierhalbleitende Polymere oder Kohlen-stoff-Nanoröhrchen (CNT) sein. Ineinem ersten Schritt wurde die pH-Empfindlichkeit von Poly3-hexyl-thiophen (P3HT) untersucht. P3HTist biokompatibel und wurde bereitserfolgreich für Polymertransistoreneingesetzt [4]. Es lässt sich allerdingsnicht fotolithografisch strukturieren.Hier wurde das Material zunächstauf vorgefertigte Interdigital-Elek-trodenstrukturen (IDES, aus Platin)aufgetropft und getrocknet. Flüssig-keiten mit unterschiedlichen pH-Werten wurden dann als Tropfenauf den mit Nadeln kontaktiertenSensorstrukturen aufgebracht (Abb. 9).Die normierten Impedanz Spektrenzeigen die pH-Empfindlichkeit desPolymers bei niedrigen Frequenzen.Ähnlich hergestellte Sensoren ausKohlenstoff-Nanoröhrchen zeigenebenfalls eine ausgeprägte pH-Sen-sitivität.Im nächsten Schritt werden diejetzt noch fotolithografisch struktu-rierten Platin-Elektroden durch ge-druckte Leiterbahnen ersetzt. Dazuwird ein spezieller InkJet-Drucker

22 Elektronik

Abb.8: Sauerstoffverbrauch von Hefezellen nach Zugabe eines Pestizids.Die Zellatmung brichtum mehr als die Hälfte ein. Normiert wurde auf den Zeitpunkt der Wirkstoffzugabe

Abb.9: Impedanz einer mit P3HT bedeckten IDES-Struktur bei unterschiedlichen pH-Wertender darüber befindlichen Flüssigkeit.Im kleinen Bild ist der Flüssigkeitstropfen auf der IDES-Struktur gezeigt.Rechts ist eine, durch eine silberhaltige Tinte mittels InkJet-Druck erzeugte IDES-Struktur aufKunststoff-Folie zu sehen

Polymersensoren – oder:Lab on Chip Systeme drucken

1) Cellistror ist ein eingetragenes Markenzeichen des Heinz Nixdorf-Lehrstuhls für Medizinische Elektronik der TU München

Page 23: Media Mind Medizintechnik 2011

eingesetzt, der aus einer Mikrokapil-lare mit Piezoansteuerung kleinsteTröpfchen leitfähiger „Tinte“ aufgeeigneten Substratmaterialien er-zeugt. So können, wie in Abb. 9gezeigt, z.B. auf Glas, Keramik oderKunststoff-Folie leitende Struktu-ren hergestellt werden.

Der Heinz Nixdorf-Lehrstuhl fürMedizinische Elektronik ent-wickelt und realisiert seit mehr alszehn Jahren innovative, elektroni-sche Konzepte, die eine möglichstselbstbestimmte Lebensführungund Erhaltung der Gesundheit injedem Alter erlauben [5, 6].Unter Einbeziehung sensor-gestützter Telemedizingeräte undmodernster IT-Technologie ent-stehen hier vielfältige Produkteund Lösungen. Mit Hilfe der ent-wickelten sensorgestützten Syste-me können biomedizinische Da-ten via etablierter Messtechnikenund Kommunikationsstrukturengemessen, übertragen und verifi-ziert werden. Hierbei spielt das COMES3-System (COgnitive MEdizinische

Systeme) eine besonders wichtigeRolle.COMES® ist eine mobile Diag-nose- und Therapieplattform. Sieermöglicht die Verknüpfung vonbiomedizinischen Sensoren fürdie Erfassung von Blutdruck, Glu-kose, Aktivität, Gewicht u.v.m.,mit elektronischen Medien undtelematisch orientierten Daten-banken (www.comes-care.net). Dieseröffnet die Möglichkeit sowohl

einer individualisierten und perso-nalisierten Tele-Medizin, als aucheiner besseren Unterstützung derArzt-Patienten-Beziehung. Ähnlich wie im Umfeld andererExpertensysteme können dabei in-dividuelle medizinische Daten mitsolchen übergeordneter Datenban-ken zusammengeführt werden undim Bedarfsfall personalisierte In-formationen zur Verfügung stellen.Die informationelle Selbstbestim-mung des Menschen, wie sie imübrigen Leben größtenteils reali-siert ist, wird dadurch auf denBereich der medizinischen Infor-mation ausgedehnt und ermöglichtneben einer gesünderen Lebens-führung auch eine aktive Einbin-dung des Patienten in den Thera-pie- und Genesungsprozess [7].Regelmäßige Messungen physiolo-gischer Parameter geben dembehandelnden Arzt und dem Pati-enten einen Überblick über diegesundheitliche Entwicklung desjeweiligen Nutzers. Mit der spezi-ell entwickelten COMES Applika-tion für ein Smartphone oder dieSet Top Box, werden die Wertevon drahtlos angebundenen Senso-ren einfach erfasst und an COMESCare sicher übertragen. Die Daten,Auswertungen und Rückmel-dungen können an den Endgeräten

23Elektronik

Ambient Medicine2 – telemedizinische Lösungen

für Diagnostik und Therapie

Abb. 10:AmbientMedicine® umfasst die Entwicklung neuer Sensortechnologien,denkonsequenten Einsatz moderner IT, die Nutzung vielfältiger, multimedialer Endgerätesowie die Schaffung sensorgestützter, telemedizinischer Assistenzsysteme

Abb. 11: Das COMES® Gesamtkonzept: Cognitive Medizinische Systeme als intelligentestelemedizinisches Assistenzsystem begleiten den Nutzer in allen Lebenslagen und zujedem Ort

2) Ambient Medicine ist eingetragenes Warenzeichen des Heinz Nixdorf-Lehrstuhls für Medizinische Elektronik der TU München3) COMES ist eine Entwicklung des Heinz Nixdorf-Lehrstuhls für Medizinische Elektronik der Technischen Universität Münchenund seinen Partnern sowie eingetragenes Warenzeichen des Heinz Nixdorf-Lehrstuhls für Medizinische Elektronik der TU München.

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oder mittels Web Browser verfolgtwerden.Zentrales Element von COMES®

ist die multimodale Sensorplattform,die eine Vielzahl physiologischerDaten wie Blutdruck, EKG, Gluco-se, Gewicht, Aktivität erheben undübertragen kann, sowie über mehre-re telematisch steuerbare biomedizi-nische Aktoren verfügt: Zusammenmit dem telemedizinischen Service-zentrum a3 („Auf Anruf Arzt“) bie-tet es durch den direkten Kontaktmit Ärzten Unterstützung bei derpersonalisierten Diagnostik, Thera-pie und Assistenz, rund um allemedizinischen Fragen. Dabei kanndas gesamte medizinische Spektrumvon der Prävention und Rehabilita-tion bis hin zur Durchführunggezielter Disease Management-Pro-gramme abgedeckt werden. Die vom Patienten in authentischerUmgebung mit einem sensorge-stützten, mobilen Messgerät selbsterhobenen Daten werden per Blue-tooth automatisch zu einem mobilenEndgerät und von dort direkt in dieCOMES® Datenbank sicher über-tragen. Anschließend werden diehinterlegten Daten mit derCOMES® Expertensoftware undeinem intelligenten Feedback- undInterventionsmanagement ver-knüpft. Je nach Indikation könnennutzerspezifische Grenzwerte fest-gelegt werden, bei deren Über-oder Unterschreitung definierbareAktionen wie ein Anruf, eineBenachrichtigung von Patient und/oder Arzt erfolgen. Das COMES®

Expertensystem analysiert, regeltund steuert das individuelle Feed-back durch intelligente, kontextab-hängige und dialogorientierte Algo-rithmen und Prozesse. Im Bedarfs-fall sind auf den Nutzer zugeschnit-tene sehr zielgerichtete Interventio-nen möglich. So zum Beispiel beischlafbezogenen Atemstörungenoder Schnarchen: Bei vielen Men-schen wird die nächtliche Ruhedurch das weit verbreitete Problemder schlafbezogenen Atemstörun-gen (SBAS) erschwert. Schnarchenkann häufig für den Schlafenden

selbst gefährlich werden, da Peri-oden intensiven Schnarchens auf dieobstruktive Schlafapnoe hindeutenkönnen. Die Atemstillstände dauernlänger als 10 Sekunden und führenzu wiederholten Aufweckreak-tionen, die meistens nicht bewusstwahrgenommen werden. Aus diesenGründen wurde ein miniaturisiertesSensorsystem als Therapie- undDiagnoseplattform sowohl für dasSchnarchen, als auch zur Früherken-nung der obstruktiven Schlafapnoeentwickelt. Damit lässt sich, auchüber einen längeren Zeitraum hin-weg, das Schnarchen drahtlos undkomfortabel ohne Elektroden imnormalen Lebensumfeld des Patien-ten aufzeichnen und beobachten.Darüber hinaus wird durch den Ein-satz eines individuell einstellbarenBiofeedbacksignals der Schnarcherdahingehend umkonditioniert, un-günstige Körperlagen zu vermeiden.Das direkte Feedback an den Patien-ten hat eine nachweislich erhöhteMotivation zur aktiven Therapiebe-teiligung und somit eine verlängerteNachtruhe zur Folge [8].

Auch akustische Signale könnenmetabolische und zentralnervöseFunktionen modulieren und rufenphysiologische Wirkungen beimMenschen hervor. Speziell die blut-drucksenkende Wirkung bestimm-ter iterativer Klangmuster als Inter-ventionsmöglichkeit bei essentieller

Hypertonie wird mit COMES®

untersucht. Neben nichtmedika-mentösen Therapien, wie dem akus-tischen Biofeedback, können ebensozirkadiane oder genderspezifischeEinflüsse auf den Blutdruck- bzw.den Therapieverlauf erforscht wer-den [9].Ein weiteres Projektbeispiel ist dieGestaltung einer therapierelevantenPraxisraumbeleuchtung. Neben denbereits bekannten physiologischenEffekten nimmt Licht auch Einflussauf die menschliche Psyche. Vorallem im Gesundheitswesen findetder Einsatz dynamischer und indivi-dueller Lichtlösungen daher ver-mehrt Zustimmung. Eine angeneh-me Atmosphäre fördert tiefe Ent-spannung und Wohlbefinden undhilft dadurch Patienten gleicher-maßen wie Personal. Daher werdenneben den medizinisch-physiologi-schen Erkenntnissen der Lichtwir-kung auf den Menschen vor allemdie psychoästhetischen Möglichkei-ten der Farblichttherapie und diedavon abhängige Beeinflussung derGesundheit untersucht [10].Eine große Bedeutung bei den vor-gestellten Systemen spielen frühzei-tige Anwendertests mit verschiede-nen Nutzergruppen hinsichtlich dertherapeutischen Wirksamkeit wieauch der Benutzerfreundlichkeit undAkzeptanz. Dafür wurde ein neuesLabor (KoKeTT) an der Hochschu-le Kempten aufgebaut. Im Rahmeneiner Kooperation mit der Hoch-schule für angewandte Wissenschaf-

24 Elektronik

Biofeedback – Licht –Ton und Tonus

Abb. 12: Zusammen mit der Ambright GmbH untersucht der Heinz Nixdorf-Lehrstuhl fürMedizinische Elektronik innovative therapeutische Beleuchtungskonzepte basierend auf intel-ligent gesteuerten EtherLED´s. [11]

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ten Kempten führt der Heinz Nix-dorf-Lehrstuhl für MedizinischeElektronik in dem neuen Test- undTrainingszentrum diese praxisbezo-genen Projekte und Feldstudiendurch [12].Die Zusammenarbeit mit exzellen-ten klinischen und niedergelasse-nen medizinischen Partnern sowiemit leistungsstarken Industriepart-nern sichert dabei einen intensiveninterdisziplinären Informations-und Technologieaustausch in allenTätigkeitsfeldern.

Am Beispiel der spastischen Bron-chitis bei Kindern wurde in Zusam-menarbeit mit der sendsor GmbHeine konkrete Methode zur Diag-nose und Therapie von Atemwegs-erkrankungen erarbeitet und um-gesetzt.Bei dieser Methode wird ein System,bestehend aus einem Spirometerzur Diagnose für den Arzt, einemtelemedizinischen Peak-Flow-Mess-gerät zur Überwachung des Krank-heitsverlaufes und einem telemedi-zinischen Inhalator eingesetzt. DasSpirometersystem ist so aufgebaut,dass bei der Diagnose alle für dieTherapie nötigen Werte erfasst undsofort elektronisch an das Peak-Flow-Meter und den Inhalatorübertragen werden. Somit kann aufdie Bestimmung des maximalenPeak-Flow seitens des Arztes ver-zichtet werden. Ebenso hat er dieMöglichkeit die Mitarbeit seinesPatienten zu verifizieren. Dieserhingegen wird telemedizinisch überdie notwendige Medikamentenein-nahme informiert und kann sich beiBedarf beispielsweise auch daranautomatisch erinnern lassen. Der Patient profitiert von der ver-einfachten Messtechnik, da er ein aufihn besser abgestimmtes Therapie-verfahren verwenden kann. DieMessergebnisse seiner Untersu-chung können zum Beispiel im Falleeiner Asthmatherapie direkt für sei-ne im häuslichen Umfeld durchge-

führte, eigenverantwortliche Thera-pie verwendet werden. Bei bisherigen am Markt verfügba-ren Geräten bedurfte es eineshohen Maßes an technischemWissen über Druckverhältnisseund Messgenauigkeiten. Des Wei-teren musste der Patient zusam-men mit seinem Arzt das Peak-Flow-Messgerät aufwendig einstel-len. Dies, um seine Selbsteinschät-zung zu verbessern und um denZeitpunkt der Medikamentengabezu bestimmen. Das neu entwickelteSystem erlaubt es nun, die Werteaus der Diagnosemessung schonwährend der Lungenfunktionsprü-fung direkt für die Therapie zuverwenden. Denn der Patient ver-wendet hier zur Messung seinesPeak-Flows die gleichen „Werk-zeuge“ wie sein Arzt (Abb. 13).

In verschiedenen Projekten werdengegenwärtig teil- oder voll implan-tierbare Sensorsysteme für die Dia-gnose und Therapie untersucht. DieAnwendungsszenarien reichen da-bei von intelligenten Zahnschienenfür die Bruxismusüberwachung bishin zu Sensoren zur Überwachungdes Metabolismus eines Tumorsoder des Heilungsprozesses einesKnochens[13]. Im Rahmen der tele-medizinischen Anwendungen wächstdie Bedeutung solcher Implantatestetig an. Dies hängt mit der Zunah-me des durchschnittlichen Lebens-alters der Bevölkerung in den Indus-trienationen und der damit einher-

gehenden Zunahme altersbedingterErkrankungen zusammen. Dabeigeht es nicht mehr allein darum, diePatienten durch den Einsatz neuarti-ger Technologien länger am Lebenzu erhalten, sondern ihnen einenmöglichst selbstbestimmten Alltagmit hoher Lebensqualität zu ermög-lichen. Dazu gehört sowohl dasWiederherstellen sensorischer Funk-tionen, z.B. durch Cochlea- oderRetina Implantate, als auch die Un-terstützung innerer Organsysteme,z.B. durch Herzschrittmacher, Neu-rostimulatoren und durch artifizielleSphinkter. Darüber hinaus wird zunehmend anaktiven Implantaten sowohl zur in-situ Messung relevanter physiologi-scher Parameter, wie pO2 und pH, alsauch zur in-situ Verabreichung vonWirkstoffen mittels implantierbarerSysteme geforscht [13]. Grund dafür sind unter anderemdie Zunahme der Bedeutung per-sonalisierter Therapiestrategien so-wie die Suche nach schonenderenTherapieformen, um den Patienteneine höhere Lebensqualität zu er-möglichen. Mit den großen Fortschritten in derMikrosystemtechnik der letztenJahrzehnte können nun intelligenteSysteme realisiert werden, die kon-tinuierlich relevante Parameter inGeweben und Gewebsflüssigkeitenmessen. Außerdem befinden sichgeschlossene Regelsysteme – soge-nannte Closed-Loop-Systeme – inder Entwicklung: diese könnenfeedbackgesteuert Wirkstoffe überein lokal implantiertes Dosier-system abgeben. In unseren Laborenwurde in zwei Forschungsprojek-ten („INTELLITUM“ und„THEMIC“) in dreijähriger For-schungsarbeit die prinzipielle Um-setzbarkeit solcher Systeme de-monstriert. Ziel dabei war es, dieaus der in-vitro Forschung bekann-ten Messprinzipien auf eine in-vivoUmgebung zu portieren.Auf dem Weg zum Closed-Loop-System war die „intelligente Zahn-schiene“ für Bruxismus-Patienteneine wichtige Entwicklungsplatt-

25Elektronik

Telemedizinische Diagnoseund Therapie von

Atemwegserkrankungen

Telemedizinische Implantatefür Diagnose und Therapie

Abb. 13: Spirometer mit telematisch ange-bundenem Applikator

Page 26: Media Mind Medizintechnik 2011

form. Sie erlaubt die Erprobung vondiagnostischen und therapeutischenMaßnahmen mittels sensorischerund aktorischer Komponenten imKörper des Menschen ohne Einsatzaufwändiger Implantationsmetho-den und den damit verbundenenRisiken [14, 15]. Die Biss-Aktivitä-ten werden bei dieser Methode mit-tels eines piezoelektrischen Sensor-systems gemessen und drahtlos aneinen Empfänger übertragen, dersich am Schlafplatz oder am Körperdes betroffenen Patienten befindet.Eine PC-Software erlaubt eineAnalyse hinsichtlich des Zeitpunk-tes, der Intensität und Häufigkeitvon Knirsch-Aktivitäten [16].Gleichzeitig ist ein sofortiges taktiles(Vibration) oder akustisches Bio-feedback über den Empfänger mög-lich. Dieser Reiz führt langfristig zueiner Konditionierung des Patientenund damit zu einer Reduktion derBruxismus Aktivität [17].

Auf der Basis der Entwicklungenzur Zahnschiene konnte ein neuar-tiger amperometrischer Gelöstsau-erstoffsensor mit einer miniaturi-sierten Ansteuerungselektronik undeiner Telemetrie-Einheit kombi-niert werden. Das System ist kleingenug, um in einem adäquaten in-vivo Modell eingesetzt zu werden.Potentielle Einsatzgebiete sind dieTumortherapie sowie die Überwa-chung der Knochenheilung, bei-spielsweise nach einer Fraktur oderdem Einsatz einer Endoprothese.Der Gelöstsauerstoff Status liefert

hierbei wichtige Informationen zuden Krankheits- und Heilungspro-zessen und kann als Indikator fürInterventionen verwendet werden[18]. Außerdem wurde die Möglich-keit untersucht, die Sensorik miteiner implantierbaren Wirkstoff-pumpe zu koppeln, um so direktlokal Medikamente freizusetzen.Gerade in der Tumortherapie istdies eine vielversprechende Alterna-tive zu systemischen Ansätzen undden damit einhergehenden drasti-schen Nebenwirkungen [19].

Die vorgestellten Beispiele zei-gen, dass Elektronik und Mikro-elektronik im Laufe der letztenJahre einen erheblichen Beitragzur Verbesserung von Diagnoseund Therapie leisten konnten.In weiteren Schritten ist es nunnötig, diese Ergebnisse in prakti-sche Therapiemodelle zu integrie-ren und die Vergütung zu etablie-ren. Denn der moderne Mensch alsmündiger Patient möchte beiBehandlungskonzepten mitspre-chen und mitentscheiden. Voraus-setzung dafür ist Wissen und Ver-ständnis beim Patienten, welches ersowohl durch den behandelndenArzt erhalten kann, als auch – alter-nativ und ergänzend - durch objek-tive, neutrale und unabhängigeInformationssysteme, wie sie amHeinz Nixdorf-Lehrstuhl fürMedizinische Elektronik in Zusam-menarbeit mit Industriepartnern,entwickelt werden.Die Herausforderungen in der Ent-wicklung solcher telemedizinischenExpertensysteme liegen bei der

Bewältigung der individuellen undpersonalisierten Anforderungendurch Kontexterkennung und derEntwicklung von intelligenten „DataMining“ Algorithmen. Dazu gehörtauch der Aufbau von Entschei-dungssystemen, Wissensdatenban-ken, Vorhersagetools und virtuellenAgenten. Ein Feld, das im Zuge desimmer schnelleren technischenFortschritts komplexer, jedoch auchanwenderfreundlicher wird.Zusammenfassend lässt sich alsosagen, dass der Weg zur persona-lisierten telematischen Medizinfür ein gesundes Leben, sowohlunter Beachtung des hier vorge-stellten Nutzen als auch in Anbe-tracht des bevorstehenden demo-graphischen Wandels und dendamit einhergehenden gesell-schaftlichen Veränderungen, nichtmehr aufzuhalten ist.

Die hier beschriebenen Forschungs-arbeiten konnten nur mit dankens-werter Förderung durch die HeinzNixdorf-Stiftung, die BayerischeForschungsstiftung, das Bundesmi-nisterium für Bildung und For-schung, die Deutsche Forschungsge-meinschaft sowie dem Bund derFreunde der Technischen Univer-sität München e.V. durchgeführtwerden. Auch unseren zahlreichenKooperationspartnern aus Wissen-schaft und Industrie sei an dieserStelle für die erfolgreiche Zusam-menarbeit sehr herzlich gedankt,sowie allen Mitarbeitern und Stu-denten, die zu diesen Ergebnissenbeigetragen haben.

[1] American Heart Association,Researched Medicines Industry,www.heart.org (Stand 2004)[2] VDE IT-Panel, www.vde.com(Stand 2007)[3] InSphero AG, www.insphero.com(Stand 2011)[4] S. Götz, C. Erlen, H. Grothe, B.Wolf, P. Lugli, G. Scarpa: “Organicfield-effect transistors for biosensingapplications,” Org. Electron., vol. 10, pp.573-580, 2009.

Abb. 14: Implantierbarer pO2 Sensor mit Auswerteelektronik und Telemetrieeinheit (links)

und Komponenten eines Closed-Loop Systems zur minimal-invasiven Tumordiagnostikund Therapie (rechts)

IntelliTuM –Intelligentes Implantat

zum Tumor Monitoring

Schlussfolgerung

Danksagung

Literatur

26 Elektronik

Page 27: Media Mind Medizintechnik 2011

[5] B. Wolf, „Einrichtung zur Früher-kennung von kritischen Gesundheitszu-ständen, insbesondere bei Risikopatien-ten, “OffenlegungsschriftDE 100 06 598 A 1, DPMA, 2001.[6] B. Wolf: „Mobilfunk-gestütztemedizinische Wissensbasis mit senso-risch interaktiven Mobiltelefonen, “Bio-medizinische Technik, Health Technologies,vol. 2, pp. 156-158, 2005.[7] B. Wolf, P. Friedrich, S. Becker, J.Clauss, D.A. Hofsøy, A. Scholz:„AmbientMedicine® - sensorgestützteAssistenzsysteme für die telematischeDiagnose und Therapie,“in e-Health 2010 Informationstechnologienund Telematik im Gesundheitswesen,F. Duesberg, Ed. Solingen, Germany,2010, pp. 230-236.[8] D.A. Hofsøy, J. Clauss, B. Wolf:“Monitoring and therapy of sleep-re-lated breathing disorders,” presented atthe 6th International Workshop onWearable Micro and Nano Technolo-gies for Personalized Health (pHealth),Oslo, Norway, June 24-26, 2009,ISBN 978-1-4244-5252-1, DOI10.1109/PHEALTH.2009.5754827,41-44, IEEExplore.[9] P. Friedrich, D. Maroun, R. Weber,P. Martius, B. Wolf, “Innovative acousticBiofeedback Interventions for Hyper-tension,” presented at the World Con-gress on Medical Physics and Biomedi-cal Engineering, Munich, Germany Sep-tember 7 - 12, 2009, O. Dössel, W. C.Schlegel Ed., IFMBE Proceedings25/VII, 2009, p. 23-26,ISBN 978-3-642-03884-6Springer Verlag Heidelberg.[10] F. Ilchmann, P. Moszeik, P. Frie-drich, B. Wolf, “Systems for individualtherapyrelated lighting”, presented at the15th Annual Meeting, The BiofeedbackFoundation of Europe, München, Ger-many, February 22-26, 2011.[11] Ambright, http://www.ambright.de(Stand 22.8.11)[12] Hochschule Kempten,http://www.hochschule-kempten.de/?id=232&mid=524 (Stand22.8.11)[13] B. Wolf, M. Kraus, U. Sieben,„Potential of microsensor-based feedb-ack bioactuators for biophysical cancertreatment“, Biosensors and Bioelectronics,vol. 12, pp. 301-309, 1997.[14] J. Clauss, M. Sattler, W.-D.Seeher,B. Wolf, “In-vivo monitoring of bruxismwith an intelligent tooth splint – Reliabi-lity and validity,” presented at the WorldCongress on Medical Physics and Bio-medical Engineering 2009, IFMBE Pro-

ceedings, vol. 25/XI, pp. 108, 2009.[15] K. Vahle-Hinz, J. Clauss, B. Wolf,O. Ahlers, „Vergleich eines drahtlosenBruxismus-sensors zur Integration ineine Okklusionsschiene mit EMG-Mes-sungen, “ presented at the DGFDT2008 – 41. Jahrestagung der DeutschenGesellschaft für Funktionsdiagnostikund Therapie, Bad Homburg, Germany,November 28-29, 2008.[16] K. Vahle-Hinz, J. Clauss, W.-D.Seeher, B. Wolf, A. Rybczynski,M.O.Ahlers, “Development of a wire-less measuring system for bruxism inte-grated into occlusal splint“, Journal ofCraniomandibular Function1,

vol. 2, pp.125, 2009.[17] G. Clark, J. Beemsterboer, J.Rugh,“The treatment of nocturnal bru-xism using contingent EMG feedbackwith an arousal task“, Behav-.Res. &Therapy, vol. 19, pp. 451- 455, 1981.[18] P. Vaupel, „The role of hypoxia-induced factors in tumor progression,“The Oncologist,vol. 9, p. 10, 2004.[19] K. Aigner, „Regionale Chemothe-rapie beim primären und metastasiertenMammakarzinom“, Deutsche Zeitschrift für Onkologie, vol. 41,pp. 61-64, 2009.

Kontaktdaten:

Prof. Dr. rer. nat. Bernhard WolfHeinz Nixdorf-Lehrstuhl fürMedizinische Elektronik

Technische Universität MünchenTheresienstr. 90/N380333 MünchenTel.: 089-289-22947Fax:[email protected], www.lme.ei.tum.de

Prof. Dr. rer. nat.

Bernhard Wolf

Dr.-Ing.

Helmut Grothe

Dr.-Ing.

Dieter Dill

Dr. rer. nat.

Martin Brischwein

Dipl.-Ing.

Johannes Clauss

Dipl.-Ing.

Alexander Scholz

Dipl.-Ing.

Murat Gül

MSc.

Dan A. Hofsøy

Dipl.-Ing.

Michael Schmidhuber

Dipl.-Ing.

Sven Becker

Prof. Dr.-Ing.

Petra Friedrich

Dipl.-Ing.

Franz Demmel

Dr.-Ing.

Joachim Wiest

Dipl.-Ing.

Thomas Spittler

M.A.Karolin

Herzog

Autoren:

27Elektronik

Page 28: Media Mind Medizintechnik 2011

Unternehmen müssen hohe Hür-den überwinden, bevor sie ihreMedizinprodukte am Markt anbie-ten dürfen. Die Zulassungsver-fahren sind komplex und interna-tional sehr verschieden. Hinzukommt, dass sie sich so dynamischverändern wie der Innovations-grad der Produkte hoch ist. Spe-zialisten sind gefragt, die dieseVorgaben während der gesamtenProduktentwicklung im Blickhaben. Aufgabe des „ManagersRegulatory Affairs” ist es, denWeg für einen erfolgreichenMarktzugang in der jeweiligenZielregion frei zu machen. Ersorgt dafür, dass alle Richtlinien,Gesetze, Normen und länderspe-zifischen Vorgaben betreffend derProduktregistrierung und -zu-lassung berücksichtigt werden. Erkennt die Bedeutung von Inspek-tionen und Kontrollen durch

Behörden und weiß, wie man sichdarauf vorbereitet. Dazu gehörenein umfassendes Risikomanage-ment und die lückenlose techni-sche Dokumentation. Für diese

Schlüsselposition im Entwick-lungsteam benötigt der „ManagerRegulatory Affairs” hohe fachli-che und methodische Kompetenz.Langjährige Erfahrung in der Ent-wicklung von Medizinprodukten,Kommunikationsfähigkeit, insbe-sondere die zu moderieren, undeine ausgeprägte interkulturelleKompetenz sind wichtige Voraus-setzungen. Hinzu kommt die Be-reitschaft, ständig dazu zu lernenund das eigene Know-how überdie regulatorischen Anforderun-gen aktuell zu halten.

Der Softwareanteil in Medizin-produkten steigt. Viele komplexeFunktionen lassen sich nicht ohneSoftware realisieren. Auch wegenihrer Flexibilität ist Software aufdem Vormarsch, erlaubt sie dochin vielen Fällen die schnelleAnpassung von Funktionen,

Jobchancenin derMedizintechnik

28

Jobchancen

Veränderte Rahmenbedingungen eröffnenneue Perspektiven für Spezialisten

Der Markt für Medizinprodukte wächst weltweit. Mit 18 Mrd. EUR Umsatz rangiert Deutschland auf Platzdrei der größten Absatzmärkte der Welt, hinter den USA (85 Mrd. EUR) und Japan (25 Mrd. EUR) (2009).Dabei wird der komplette Lebenszyklus eines Medizinprodukts, von der Entwicklung über den Betrieb bishin zur Wartung, von einer Vielzahl komplexer gesetzlicher Vorschriften und Normen bestimmt.Währenddiese in Europa und in den USA weitgehend harmonisiert sind, sind sie in anderen Märkten oft sehr unter-schiedlich. Ihnen gerecht zu werden ist eine enorme Herausforderung an Hersteller, die sie nur noch mitHilfe von Spezialisten bewältigen können. Neue Aufgabenfelder entstehen und die Nachfrage nach Fach-leuten steigt. Wer sich jetzt qualifiziert, hat hervorragende Chancen in einer viel versprechenden Wachs-tumsbranche. Drei Jobprofile.

Manager Regulatory Affairs –Der „Botschafter“

des Medizinprodukts

Specialist Medical Software – Der „Steuermann“

der Softwareentwicklung

Page 29: Media Mind Medizintechnik 2011

Angesichts der geänderten Rah-menbedingungen gibt es in derMedizintechnik einen steigendenBedarf an qualifizierten Fachkräf-ten. Diese sind ebenso rar wie gutbezahlt. Wer in die neuen Tätig-keitsfelder einsteigen will, für denist spezielle und frühzeitigeQualifikation notwendig. DieTÜV SÜD Akademie will diesenTrends gerecht werden und hatspezielle Ausbildungsgänge ent-wickelt, die Zugang zu den kom-plexen Themen der Medizintech-nik und zu neuen Jobchancenschaffen.

Weitere Informationen finden Siehier:www.tuev-sued.de/akademie/medizinprodukte

Fachinformationen zu den Kursen erteilen Wolfgang Humburg (Gottlieb-Daimler-Str. 7,70794 Filderstadt,Telefon: 0711 7005-267,E-Mail:[email protected])und Anita Lenzser(Westendstr. 160,80339 München,Telefon: 089 5791-3691,E-Mail: [email protected])

komplexer. Je kritischer das Pro-dukt, desto intensivere Beratungund Einweisung sind nötig, umdie richtige Handhabung sicher zustellen. Gleichzeitig setzt dieIndustrie auf das Kunden- undAnwenderfeedback, um ihre An-gebote optimieren und innovati-ve Produkte entwickeln zu kön-nen. Hier sind aufmerksame undfachkundige Vermittler zwischenden Beteiligten gefragt. Der„Medizinprodukteberater” infor-miert Fachkreise über die Produk-te und weist in ihre Handhabungein. Ebenso sorgt er dafür, dassFehlfunktionen, technische Män-gel oder sonstige Risiken aufge-zeichnet und vom Anwender anden Hersteller rückgekoppelt wer-den. Diese Aufgabe fällt häufigdem Außendienst zu, aber auchÄrzten und Technikern, Kranken-pflegepersonal und Mitarbeiternim Telefonsupport. Medizinpro-dukteberater sind auch im medizi-nischen Großhandel, in Sanitäts-häusern, im Homecare-Umfeld,bei Apotheken und medizinischenHotlines gefragt. Hier ist es be-sonders wichtig, die Mitarbeiterzu unterweisen und auf ihreFunktion im Sinne des Medizin-produktegesetzes aufmerksam zumachen. Um in dieses Berufsbildhinein zu wachsen, sind eineabgeschlossene Ausbildung ineinem naturwissenschaftlichen, me-dizinischen oder technischen Be-ruf und ausgezeichnete Kenntnis-se des Produkts sowie spezielleProdukt-Trainings und regelmäßi-ge Weiterbildung die besten Vo-raussetzungen.

29Jobchancen

anstatt das gesamte Gerät neu zukonzipieren. Doch mit wachsen-der Bedeutung und Komplexitätwird die Software selbst zu einempotenziell riskanten Produkt. DerGesetzgeber hat dem Rechnunggetragen und im überarbeitetenMedizinproduktegesetz klar he-rausgestellt, dass sowohl Softwareals Teil eines Geräts als aucheigenständige ohne Hardware alsMedizinprodukt klassifiziert wer-den und als solches unter Berück-sichtigung strenger Vorgaben ent-wickelt und zugelassen werdenmuss. Ähnlich hohe Standardsgelten auch für Betrieb und War-tung und betreffen damit dengesamten Produkt-Lebenszyklus.Hinzu kommen die hohen Anfor-derungen an die Benutzerfreund-lichkeit, die sich zunehmend zumkritischen Wettbewerbsfaktor ent-wickelt. Hier tut sich ein großesTätigkeitsfeld für Spezialisten auf,die Entwicklungsprozesse vonAnfang an auf Kurs halten. Der„Specialist Medical Software”sorgt für den gesamten Produkt-Lebenszyklus dafür, dass die ein-schlägigen Normen und Richtlini-en (IEC 62304, Medical DeviceDirective MDD etc.) angewandtwerden und dieses im Konfor-mitätsbewertungsverfahren darge-legt wird. Hinzu kommt dieSteuerung des Risikomanage-ments (DIN EN ISO 14971:2007)und des Usability Management-Prozesses (IEC 62366: 2007 undIEC 60601-1-6). Neben Erfah-rung mit Entwicklungsprozessenund medizintechnischen Lösun-gen braucht der „Specialist Medi-cal Software” fundierte Kenntnis-se der aktuellen Vorgaben sowiedas Interesse, sich angesichts ihrerVeränderbarkeit laufend up todate zu halten.

Auch an der Schnittstelle zwi-schen Hersteller/Betreiber undAnwender von Medizinproduktenwerden die Anforderungen immer

Medizinprodukte-Berater – Der „Makler“ zwischen

Industrie und Anwender

Fazit

Die TÜV SÜD Akademie ist einer derführenden Aus- und Weiterbildungspart-ner für Industrie, Handel, Gewerbe undPrivatpersonen. Mit weltweit 500 Mitar-beitern an über 80 Standorten wird aktu-elles Know-how aus den Bereichen Mana-gement, Gesundheit und Technik praxis-nah vermittelt. Die bei der TÜV SÜD Aka-demie erworbenen Qualifikationen undzertifizierten Abschlüsse erfüllen höchsteQualitätsanforderungen und genießendeshalb weltweites Ansehen.

TÜV SÜD ist ein international führenderDienstleistungskonzern mit den Strategi-schen Geschäftsfeldern INDUSTRIE,MOBILITÄT und ZERTIFIZIERUNG. Mehrals 16.000 Mitarbeiter sind an über 600Standorten weltweit präsent. Die inter-disziplinären Spezialistenteams sorgenfür die Optimierung von Technik, Syste-men und Know-how. Als Prozesspartnerstärken sie die Wettbewerbsfähigkeitihrer Kunden.

Page 30: Media Mind Medizintechnik 2011

Die hohe Innovationsdichte in derMedizintechnik fördert die Minia-turisierung und Sicherheit vonMedizingeräten und Implantatenstetig. Immer mehr Anwendun-gen werden in Form von aktivenSystemen implantierbar ausgestal-tet. In aktiven Implantaten werdenunter anderem sensorische, aktori-sche oder elektronische Kompo-nenten zu einem Gesamtsystemvereint, welches zum Betrieb eineEnergieversorgung benötigt. DieZukunft dieser aktiven Implantateliegt in der stets steigenden Funk-tionalität und Komplexität undimmer kleiner werdenden Bau-größen. Ein hoher Energiebedarfbei gleichzeitiger Beschränkungder Abmessungen der benötigtenEnergiequelle ist die Folge.Drahtlose Daten- und Energieü-bertragungssysteme stellen hier-für eine Lösung dar.

Die Basistechnologie MedBase®

nutzt das Prinzip der induktivenKopplung und ermöglicht hier-durch die kabellose Übertragungvon Energie zum Betrieb aktiverImplantate. Zur telemetrischenSteuerung werden je nach Ein-satzzweck verschiedene sichereRF-Kommunikationstechniken ein-gesetzt. Durch unterschiedlicheAuslegungen der Technologiekann ein Energiespektrum vonµWatt bis ca. 20 Watt abgedecktwerden. Der modulare Aufbauermöglicht zudem eine effizienteAnpassung und Integration der

Technologie. Sowohl die syn-chrone Übertragung von Energieund Daten, die Telemetrieversor-gung für energieautarke Implan-tate, als auch die Möglichkeit desinduktiven Ladens eines implan-tierten Akkus kann auf Basis vonMedBase® umgesetzt werden. DasAnwendungsspektrum reicht vonKunstherzsystemen über Neuro-stimulatoren und Medikamenten-pumpen, bis hin zu myoelektri-schen Prothesen und implantier-baren Sensoren. MedBase® bietet zusätzlich zueiner effizienten und zuverlässi-

MedBase® –Kabellose Energie-und Datenübertragung

für aktive Implantate

30

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Auf Basis der Technologie MedBase® entwickelt DUALIS drahtlose Energie- undDatenübertragungssysteme für aktive Implantate.

Abb. 1: Tragesystem zur Integration undPositionierung der externen Komponen-ten von MedBase® für die Anwendung inHerzunterstützungssystemen

Abb. 2: Prinzip der Energie- und Datenübertragung durch MedBase®: Mittels zweierInduktionsspulen wird Energie kabellos durch Körpergewebe hindurch übertragen.Durch RF – Kommunikation werden Daten zwischen Implantat und einer externenEinheit ausgetauscht und auf einer Informationseinheit angezeigt

Page 31: Media Mind Medizintechnik 2011

gen Energieübertragung durch Kör-pergewebe, eine hohe Toleranzgegenüber horizontaler und vertika-ler Verschiebung der Kopplungs-elemente. Abb. 4 zeigt, dass dieEnergieübertragung über ein breitesVersatzspektrum zwischen Sende-und Empfangsspule kontinuierlichsehr stabile Effizienzwerte liefert. Diese Eigenschaften sind insbeson-dere für den Einsatz mit Implanta-ten entscheidend, da die Kopplungs-elemente sowohl innerhalb als auchaußerhalb des Körpers stets inBewegung sind und nicht präziseausgerichtet werden können. Durchein speziell für die Positionierungder Spule entwickeltes, textiles Tra-gesystem kann die Bewegung derSendespule allerdings stark einge-schränkt und zugleich ein hoherTragekomfort gewährleistet werden(Abb. 5).Insbesondere in der Medizin stelltdas bekannte Prinzip der indukti-ven Energieübertragung eingroßes Potenzial dar. Eine Viel-zahl von Entwicklungs- und For-schungsprojekten arbeitet aktuellan der Anwendung der Technologie

in Medizinprodukten. Die Techno-logie eröffnet Herstellern undMedizinern die Möglichkeit voll-kommen neue Behandlungsmetho-den zu entwickeln und damit dieLebensqualität von Patienten erheb-lich zu steigern. MedBase® kanndazu beitragen diese Technologieverstärkt in der Medizintechnik zuetablieren.

Patienten profitieren von der Ent-wicklung auf unterschiedlichsteWeise. Zum Beispiel können sie inihrem gewohnten Umfeld leben

und müssen sich seltener Folge-operationen unterziehen. Durchein integriertes Patientenmonito-ring erhalten sie maximale Sicher-heit und eine effizientere Betreu-ung außerhalb der Klinik. Zudemzeigen Studien, dass trotz kom-plexerer Technologien die Kostender Behandlungen nicht steigen,sondern sogar reduziert werdenkönnen.DUALIS ist ein junges, innovativesUnternehmen der Medizintechnik,das sich auf Technologien imBereich der aktiven Implantate spe-zialisiert hat. Das Unternehmen istsowohl Entwicklungsdienstleister alsauch Anbieter eigener Technolo-gien, die in enger Kooperation mitdem Deutschen Zentrum für Luft-und Raumfahrt entwickelt werden.Als Entwicklungspartner passtDUALIS die Technologie MedBase®

an kundenspezifische Anforderun-gen an. Von der Ideenfindung biszum serienreifen Produkt bietetDUALIS ein umfangreiches Leis-tungsspektrum und ist als Herstellermedizintechnischer Produkte nachEN ISO 13485 zertifiziert.

31DUALIS MedTech GmbH

Autorin:

DUALIS MedTech GmbH

Am Technologiepark 8 +1082229 SeefeldTel: +49 81 52 99 372 0Fax: +49 81 52 99 372 72E-Mail: [email protected]

Dipl. Wi. Ing.Julia Bittel

Produktmanagement

Abb. 3: Anwendungsspektrum der MedBase® Technologie

Abb. 4: Effizienzverlauf der Energieübertragung bei einer Übertragungsleistung von10 Watt, über eine vertikale Verschiebung von 15 – 45 mm und eine horizontalevon -35 – +35 mm zwischen Sende- und Empfangsspule

Abb. 5: Aufzeichnung der im Tagesverlaufbei alltäglichen Bewegungen auftreten-den Verschiebungen der Sendespule, wel-che durch ein speziell entwickeltes, tex-tiles Tragesystem positioniert wird

Page 32: Media Mind Medizintechnik 2011

Das Wachstum der Medizintechnik-branche in Deutschland ist seit fünf-zehn Jahren mit durchschnittlichacht Prozent konstant hoch. In zehnJahren (1998-2008) stieg der Umsatzfür medizintechnische Exporte ausDeutschland um fast 280 Prozentauf rund 12 Mrd. Euro, der Inlands-umsatz stieg um 30 Prozent aufcirca 7 Mrd. Euro. Die deutscheMedizintechnik-Industrie zeigt sichdauerhaft wachstumsstark. Miteinem Branchenumsatz von rund 20Milliarden Euro konnten die Unter-nehmen im Jahr 2010 ein Plus von9,4 Prozent verbuchen. „Auch fürdas laufende Jahr rechnen wir miteinem deutlichen Wachstum zumJahr 2010“, so Dr. Wolfgang Sening,Geschäftsführer von senetics health-

care und Netzwerkmanager vonNeZuMed. Die deutsche Medizin-technik - mit einem Weltmarktanteilvon 20% - verfügt über hervorragen-de Grundvoraussetzungen als wachs-tumsstärkste Branche, die Leitbranchedes 21. Jahrhunderts zu werden.

Diese positiven Wachstumsaussich-ten der deutschen Medizintechnik-branche betreffen sowohl direkt alsauch indirekt deren Zulieferer. Mitsteigendem globalem Umsatz wer-den zunehmend innovative undkompetente Zulieferer von denMedizintechnikunternehmen welt-weit gesucht. „Die aktuelle Ent-wicklung der Branche der Medizin-technik zeigt eine steigende Innova-tionsleistung in den Zulieferunter-

nehmen. Der beobachtbare Trendist ähnlich der Entwicklung in derAutomobilindustrie: die Ferti-gungstiefe nimmt in den OEM-Unternehmen sukzessive ab und dieZulieferunternehmen gewinnen inder Innovationskette durch Speziali-sierung auf ihre eigenen, technologi-schen Innovationsgebiete zuneh-mend an Bedeutung.“, sagt Dr.Wolfgang Sening. Um die beste-henden Potenziale zu nutzen unddie bereits vorhandenen Technolo-gien weiterzuentwickeln bzw. wett-bewerbsentscheidende Innovatio-nen zu generieren, ist langfristigeine enge Zusammenarbeit entlangder gesamten Wertschöpfungskette- von der Forschung bis hin zummarktreifen Produkt - avisiert. Des-halb hat das wissenschaftliche Insti-tut für Innovation und Beratung –senetics helthcare unter der Leitungvon Dr. Wolfgang Sening – inZusammenarbeit mit der Innova-tionsoffensive Ostbayern (IOO) derIHK Bayreuth das Netzwerk fürinnovative Zulieferer in der Medi-zintechnik (NeZuMed) aufgebaut.NeZuMed wird durch das Bundes-ministerium für Wirtschaft undTechnologie im Rahmen des ZIM-Nemo Netzwerkprogramms geför-dert und hat die Aufgabe dieZusammenarbeit der deutschenZulieferindustrie und der Medizin-technikunternehmen zu optimierenund auszubauen. Neben hochrangi-gen Forschungseinrichtungen wieder Universität Bayreuth und demFraunhofer-Institut für integrierteSchaltungen (IIS), sind viele mittel-ständische Unternehmen als auch

international tätige Unternehmen wiedie Fresenius Medical Care Deutsch-land GmbH durch Dr. Sening in dasNetzwerk integriert worden.

NeZuMed stellt eine offene Kom-munikationsplattform für den Erfah-rungsaustausch und Wissenstransferin der Zulieferindustrie der Medi-zintechnik, der Medizintechnik selbstsowie der angrenzenden technisch-wirtschaftlichen Fachbereiche dar.Nur durch eine intensive Zusam-menarbeit können technische Inno-vationen hervorgebracht, innovativeProdukte realisiert und das enormeMarktpotenzial der Medizintechnik-branche erschlossen werden. AlleInteressenten sind herzlich eingela-den den Kontakt zu suchen.

Das „Netzwerkfür innovative Zulieferer

in der Medizintechnik“ (NeZuMed)

NeZuMed

32

Netzwerk für innovative Zuliefererin der Medizintechnik - NeZuMedManagementplattform: seneticshealthcare Dr. Wolfgang SeningWissenschaftliches Institut fürInnovation und Beratung

Henkestrasse 91. 91052 ErlangenTel.: 09131-9201201Fax: 09131-9201202E-Mail: [email protected]

Dr.Wolfgang Sening

Autor:

Wachstum in der Medizin-technik in Deutschland

Innovationsförderungdurch NeZuMed

Vision und Leitbilddes Netzwerkes

Page 33: Media Mind Medizintechnik 2011

Nicht fehlendes Geld, sondern derMangel an intellektuellem Kapitalbremst laut neuesten Studien dieUmsetzung von Neuerungen. Gera-de bei kleinen und mittleren Unter-nehmen liegt demnach viel Potenzialbrach, das bei gezieltem Ressourcen-Einsatz und gutem Innovationsmana-gement den langfristigen Erfolg derUnternehmen sichern könnte. Mit neuer Spezialsoftware wie Intra-PRO INNOVATION von XWSCross Wide Solutions lässt sich die-ses schlummernde Wachstumspo-tenzial jetzt für Unternehmen jederGröße aktiveren - ohne eigene, teureDenkfabriken aufbauen zu müssen.

IntraPRO INNOVATION bei-spielsweise erfasst Ideen von Mitar-beitern und gleicht sie ab mit Anfor-derungen von Kunden und Ver-triebsmitarbeitern. Ideen werdendabei nicht, wie meist üblich, „ausdem Bauch heraus“ ab- oder über-bewertet. Das System ist in der Lageinnovative Ideen effektiv und ziel-orientiert zu sichten, zu bündelnund zu selektieren.Dabei wird auch systematisch analy-siert, inwieweit Ideen überhauptmach- und umsetzbar sind, ob sie indie Unternehmensstrategie passenoder für das angedachte Produkt dasnotwendige Marktpotenzial vorhan-den ist.

Solche Programme unterstützenzudem die interne Kommunikation,die barrierefreie Bewertung und Ent-scheidungsfindung der Mitarbeiter –Punkte, an denen Innovationen oftscheitern. Mitarbeiter aus allen Abtei-lungen können parallel ihre Einschät-zung zu Wettbewerbern, Kunden-wünschen, gesetzlichen Bestimmun-gen und zu Möglichkeiten der tech-nischen Umsetzung abgeben. Erfah-rungen zeigen, dass die rechtzeitigeEinbindung verschiedener Abteilun-gen in den Innovationsprozess dieMotivation und die Eigeninitiativeder Mitarbeiter deutlich steigern.Innovationen funktionieren nicht aufKnopfdruck! Deshalb sind Firmengut beraten, die kreativen Ideen ihrerMitarbeiter in einem strukturiertenProzess zu kanalisieren. Mit Spezial-software ist das problemlos möglich:Sie kann Innovationsprozesse hin-

sichtlich Durchlaufzeit, Entschei-dungstransparenz, Planungssicherheitund Visualisierung der Aktivitätenwesentlich verbessern.Abnehmer der InnovationssoftwareIntraPRO sind heute Groß-, aberauch mittelständische Unternehmennahezu aller Branchen.

Innovations-Managementin der Medizintechnik:

Eine neue Softwareverleiht Ideen Flügel!

Innovations-Management

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XWS Cross Wide Solutions GmbH

Donaulände 20aD-93055 RegensburgTel.: +49 (0)941 26 0 27 – 202Fax: +49 (0)941 26 0 27 – 199E-Mail: [email protected]: www.xws.de

Lothar Stahl

Dipl.-BetriebswirtGeschäftsführer

Kontakt:

So einfach funktioniertdie Software!

Deutschen Unternehmen fehlt es auch in der Medizintechnik nicht an Ideen und Innova-

tionen – oft aber an Strategien, sie erfolgreich in Produkte und im Markt umzusetzen. Die

Folge: Der Innovationsmotor stottert. Eine neue Software, die den gesamten Innovations-

prozess begleitet, löst das Problem.

Page 34: Media Mind Medizintechnik 2011

Die zunehmende Komplexität derMedizintechnik sowie ihre vielfälti-gen Regularien erfordern eineimmer stärkere unternehmensüber-greifende Kommunikation. Zudemwachsen die Healthcare-BranchenBiotechnologie, Pharma und Medi-zintechnik weiter zusammen. Beson-ders der komplexe Markt der Kom-binationsprodukte wächst stark. Pro-jektmanagement-, Unterstützungs-und Netzwerkmodelle, wie sie senetics

healthcare entwickelt hat, werden dieZusammenarbeit und den wirt-schaftlichen Erfolg nachhaltig ver-bessern. senetics healthcare ist einEntwicklungs- und Beratungsdienst-leister für Unternehmen und Zulie-ferer aus den Bereichen Medizin-technik, Pharma und Biotechnolo-gie. Das wissenschaftliche Institutfür Innovation und Beratung hilftdurch grosse biologisch-medizini-sche Fachkompetenz seinen Kundendabei, sich im anspruchsvollen Wett-bewerbsumfeld durchzusetzen. DasLeistungsspektrum von senetics

healthcare reicht von Schulungenund Beratungen bei der Marktein-führung neuer Produkte über dieEntwicklung ganzheitlicher Marke-tingstrategien, der Unterstützungbei Geschäftserweiterungen oderNeugründungen bis hin zu Auf-tragsarbeiten im Bereich Forschungund Entwicklung (F&E). Viele Me-dizintechnikunternehmen erzielendie Hälfte ihres Umsatzes mit Pro-dukten, die weniger als drei Jahre altsind. Bei der Entscheidung, ob eineProduktidee als Projekt aufgegriffenwerden soll, sind Markt- und Tech-nologieanalysen essentiell.

Besonders bedeutsam ist deshalbeine Abstimmung aller Entwick-lungsphasen mit den jeweiligenZulassungs-Regularien. Das Medi-zinproduktegesetz, DIN EN ISO13485 und DIN ISO 14971 bedeu-tet: senetics bietet umfangreicheUnterstützungs-, Schulungs undWeiterbildungsprogramme. „Wirverstehen uns als Partner unsererKunden und unterstützen sie alsexterne Projektmanagement-,Business-Development und F&E-Abteilung über „die gesamte Wert-schöpfungskette“, sagt Geschäfts-führer Dr. Wolfgang Sening.

Von der Idee bis zum fertigen Pro-dukt – senetics healthcare begleitetalle Prozesse im Produktlebenszy-klus und lotet Effizienzpotenzialeaus. Das gilt für Zulieferer undHersteller gleichermaßen: Deshalbforciert senetics healthcare die unter-nehmensübergreifende Kommuni-kation mit einem neuartigen Netz-werkmodell. „Innerhalb des Spit-zenclusters Medizintechnik habenwir das Netzwerk für innovativeZulieferer in der Medizintechnik(NeZuMed) gegründet“, so Dr.Sening. Das Netzwerk verstehtsich als Plattform zur Definitionund Umsetzung von Maßnahmen,die dem Fortschritt der Medizin-technik sowie der angrenzendenFachgebiete und der Verbesserungder Kooperation zwischen Zuliefer-industrie und den Herstellern die-nen. „Mit unserer Netzwerk-Phi-losophie passen wir sehr gut in dieZukunftsplanung der Unterneh-men. Wir erwarten einen regen

und interdisziplinären Austauschmit weiteren Partnern und freuenuns, diesen mit unserem Know-how zur Seite zu stehen“, so Dr.Sening.

Das gilt sowohl auf der Zuliefer-als auch auf der Seite der „In-Ver-kehr- Bringer“. Ergänzend stehendie Förderung von F&E-Projektendurch senetics healthcare bezüglichder Entwicklung medizintechni-scher Produkte, Komponenten,Verfahren und Dienstleistungensowie deren anwendungstechni-sche Umsetzung im Fokus. VorAllem im wachsenden Markt derKombinationsprodukte bündelt dasProjektmanagement von senetics

healthcare Kräfte, um bisher nichtgenutzte Potentiale zu aktivieren.

Das interdisziplinäreEntwicklungs- und Beratungs-

Institut für dieMedizintechnik und Pharma

34

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Beratung und Schulung

Netzwerkmanagement

Fokus – Globaler Wettbewerb

senetics healthcareDr. Wolfgang SeningWissenschaftliches Institut fürInnovation und Beratung

Henkestrasse 9191052 ErlangenTel.: 09131-9201201Fax: 09131-9201202E-Mail: [email protected]

Dr.

Wolfgang Sening

Managing Director

Autor:

Page 35: Media Mind Medizintechnik 2011

Die Infektionsrate in Krankenhäu-sern nach einer Operation ist einzunehmend ernstes Thema in vielenLändern Europas und in den USA.Bei etwa 1,5 % der Implantationenkommt es nach der Operation zuKomplikationen durch Infektionen.Eine Strategie zur Verhinderungvon Infektionen ist die Beschichtungvon Medizinprodukten mit einerantimikrobiellen Substanz.Die Auswahl der antimikrobiellenBeschichtungen richtet sich nach derArt und Anwendung des Medizin-produktes. Knochenzement kannbeispielsweise mit Antibiotika ver-setzt werden.Hat sich der Hersteller eines Medi-zinproduktes für eine antimikrobiel-le Beschichtung entschieden, musser häufig für die Zulassung und/oderfür sein Marketing zeigen, dass seineantimikrobielle Beschichtung tat-sächlich wirksam ist. Hierzu mussdas passende Testdesign sehr sorg-fältig ausgewählt werden, da es einenerheblichen Einfluss auf das Tester-gebnis hat. Die antimikrobielle Wirk-samkeit kann

durch Bestimmung der mini-malen Hemmkonzentrationgegenüber ausgewähltenTeststämmen erfolgen,anhand eines Hemmhofesbestimmt werden,quantifiziert werden z.B. imTest auf die Antibiotikawert-bestimmung,unter Bestimmung des Einflussesauf die Wachstumsphase im so-

genannten Proliferation Assayuntersucht werden,u.v.m.

Dabei gilt zu beachten, dass anti-mikrobielle Substanzen i.d.R.zytotoxisch wirken und daher alleErgebnisse der Prüfung auf Bio-kompatibilität von einem Fachex-perten gründlich bewertet werdenmüssen.

Als eine der Quellen von Infek-tionen ist die unzureichendeWiederaufbereitung von wieder-verwendbaren Medizinproduktenz.B. von Operationsinstrumenta-rium identifiziert worden. DiesesProblem führte kürzlich dazu,dass mehrere zentrale Sterilisa-tionsabteilungen in MünchnerKrankenhäusern vorübergehendgeschlossen werden mussten.Auch in den USA häuften sich inletzter Zeit Infektionen, die durchunzureichend aufbereitete Me-

dizinprodukte verursacht wordenwaren.Das Robert-Koch-Institut hat be-reits 2001 einen Leitfaden zurhygienischen Aufbereitung vonMedizinprodukten für die Anwen-der herausgegeben, der derzeitüberarbeitet wird.Seit der Veröffentlichung der DINEN ISO 17664 (2004) müssen Her-steller von wiederverwendbarenMedizinprodukten mindestens einvalidiertes Verfahren zur Reinigung,Desinfektion und Sterilisation inihrer Gebrauchsanweisung ange-ben. Grundsätzlich wird das Medi-zinprodukt mit einer praxisnahenTestanschmutzung kontaminiert undnach Reinigung, Desinfektion oderSterilisation auf seine Restver-schmutzung untersucht. Ganz aktu-ell ist hierbei ein neuer FDA-Draft,der die Anforderungen an die Vali-dierungsprüfungen deutlich ver-schärft.

Strategien zurVerhinderung von

Infektionen, verursachtdurch Medizinprodukte

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BSL BIOSERVICEScientific Laboratories GmbH

Behringstr. 6 / 882152 Planegg/Munich - GermanyTel +49 (0) 89 899 650 0Fax +49 (0) 89 899 650 11www.bioservice.com

Dipl. Biol. Anja Friedrich

Senior ManagerMarketing &Sales Microbiology

Autorin:

Biologische Prüfungen zum Nachweis der Wirksamkeit

Page 36: Media Mind Medizintechnik 2011

36

Page 37: Media Mind Medizintechnik 2011

Eine der wichtigsten Ziele in derNeonatologie ist die Vermeidungvon Organschädigungen, die durchtherapeutische Einwirkungen her-vorgerufen wurden, gleichzeitig istaber eine optimale Versorgung vonkranken Neugeborenen zu gewähr-leisten. Insbesondere bei derBehandlung von Frühchen stehtdieses Thema im Vordergrund. Diebeiden verwundbarsten Organe sinddie Lungen und das Gehirn. Wirhaben in den letzten Jahren gelernt,dass gerade das Handling währendder anfänglichen Stabilisierung imKreissaal die langfristige Entwick-lung dieser Organe beeinflussenkann. Einige starke Beatmungsstößescheinen spätere Surfactant- Be-handlungen zu beeinträchtigen undirreversible Lungenschädigungenhervorzurufen. Die Handhabungvon hohem FiO2 bei der Geburtbeeinflußt die cerebrale Zirkulationfür einige Stunden und Hypokapnie(verminderter arterieller CO2-Parti-aldruck in Folge von Hyperventilati-on) könnte celebrale ischämische(Unterbrechung der Durchblutungeines Organs) Verletzungen hervor-rufen. Vorbeugende Strategien wieCPAP und HFV gewinnen vor die-sem Hintergrund immer mehr anPopularität. Etliche Studien, dieCPAP bewerten, haben im Ver-gleich zu den aggressiveren Strate-gien sowohl geringere Pulmonie-

Raten, als auch ungünstige celebraleFolgen. Die hilfreichen Effekte vonCPAP beinhalten die Vorbeugungvon RDS, Vermeidung eines Lun-gentraumas und keine oder wenigBeeinträchtigung des Kreislaufs.Nasal CPAP wird bei den meistenFrühchen als initiale Beatmungshilfeangewandt. Wenn die Sauerstoff-versorgung auf der Basis von RDSgewährleistet ist, wird sehr oft intu-biert, das Surfactant geregelt undwieder xtubiert, um mit dem nasa-len CPAP fortzufahren. DieseBelastung für das junge Leben kannbei einer sofortigen non-invasiveTherapie umgangen werden.Medin Medical Innovations Gmbhhat sich speziell in den letzten 15 Jah-ren dieser Technologie gewidmet.Mittlerweile hat sich die „sindi“ alseinfacher aber effektiver CPAPTreiber einen sehr guten Ruf aufdem weltweiten Markt erarbeitet.Das Gerät zeichnet sich durch seine

einfache Bedienung sowie eine sehreffektive Therapie – in Kombinati-on mit dem Medijet – aus. Die logi-sche Konsequenz nach Jahren desErfolgs ist die Weiterentwicklungder „sindi“. Das Ergebnis ist diemedin-cno.Dieses völlig neuartige Gerät ver-bindet den klassischen CPAPModus mit weiteren hilfreichenModi. So stehen eine Apnoe-Erkennung, eine „support ventilati-on“ und eine Oszillation zur Verfü-gung. Getrost kann man dieseKombination der Modi als Welt-neuheit bezeichnen. Hervorzuhe-ben ist dabei zusätzlich der weltweiterste nicht invasive Oszillations-modus.Natürlich wird auch der Medijethierzu wieder verwendet. Nebendiesen Geräten bietet die Medin dasgesamte Zubehör für eine effektiveund für das Frühchen angenehmeTherapie an.

Frühchen bedürfen einerspeziellen Therapie!

37

Neonatologie

Jährlich werden weltweit circa 145 Millionen Babys geboren, davon werden

circa 14 Millionen Babys vor der 37. Schwangerschaftswoche geboren und

zählen zu den zu früh geborenen Babys und man nennt sie Frühchen.

Kontakt:

Medin Medical Innovations GmbH

Lindberghstrasse 1D-82178 [email protected]

Page 38: Media Mind Medizintechnik 2011

Starten Sie durch: als Patentingenieur/in

oder Patentanwaltskandidat/in.

Sie haben hohe Ziele?

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Page 39: Media Mind Medizintechnik 2011

Die Anforderung hohe Datenra-ten bei möglichst geringen Kostenzu übertragen nimmt stetig zu.Schleifring hat daher auch in die-sem Bereich eine Menge Energieund Zeit in die Forschung inve-stiert und kann Ihnen nun eineninnovativen Weg zur Kompressionvon Daten zur Verfügung stellen.Die Datenkompression, ent-wickelt durch Xring TechnologiesGmbH, ermöglicht es Ihnen dieVorteile der GigaCAP®-Familienoch kosteneffektiver bei derÜbertragung höchster Datenratennutzen zu können.

Zunächst werden die gewonnenBilddaten mithilfe speziell ent-wickelter Algorithmen kompri-miert. Im Anschluss daran werdendie nun komprimierten Datenüber die Schleifringeinheit über-tragen. Die Vorteile liegen auf derHand - mit bereits bestehenderHardware werden wesentlichhöhere Datenraten übertragenbzw dieselbe Datenmenge inwesentlich kürzerer Zeit. An-schließend werden die Daten zurweiteren Verwendung verlustfreidekomprimiert und können bei-spielsweise an einem Monitorsichtbar gemacht werden.

Erweiterung bestehenderSysteme für höhere Datenraten

somit können bereits be-stehende Systeme ohnekostenintensive Hardware-Anpassung für höhereDatenraten nutzbar gemachtwerden

Verlustfreie Kompression:Kompressionsraten von1.9:1 - 2.2:1Maximale Kompressionsratenvon 3:1 - 8:1 (verlustbehafteteKompression)Einfache Integration (sowohlhardware- als auchsoftware-seitig)Kostenersparnis aufgrundgeringerer Hardware-Anforderungen

durch Komprimierung derzu übertragenden Datenkann die benötigte Übertra-gungsrate durch geringerenHardware-Einsatz erreichtwerden

Einsparung von Speicher-kapazität bei CT-Daten

Das Unternehmen Xring Techno-logies GmbH hat sich auf Daten-kompression im Bereich derComputer Tomographie speziali-siert. Xring ist ein Joint Venturezwischen Schleifring und Appara-tebau GmbH und einem Teamvon erfahrenen Experten in denBereichen Kompression, Austauschund Speicherung von Daten sowieder Entwicklung von Hard- undSoftware im Medizinbereich. Xring wurde 2011 gegründet undverfügt über Geschäftsstellen inFürstenfeldbruck, Deutschland undRaanana, Israel.

Schleifring –Wegweisend in der

kontaktlosenDatenübertragung

Schleifring

39

Kontakt:

Schleifring und Apparatebau GmbH

Am Hardtanger 1082256 FürstenfeldbruckGermanyPhone: +49 8141 403-246Fax: +49 8141 [email protected]

Angewandt auf einenComputer Tomographen

bedeutet dies folgendes:

Vorteile

Über Xring

Daten-Kompression in Kooperation mitXring Technologies GmbH

Page 40: Media Mind Medizintechnik 2011

Als weltweit erster Anbieter kom-merzieller Messsysteme für dynami-sche Druckverteilungsmessung undPedographie blickt novel heute aufeine mehr als 30-jährige Firmen-geschichte zurück.

Aufgrund der langen Erfahrung undder Professionalität ihrer Mitarbeitersetzt die Firma novel den Maßstabhinsichtlich Präzision und Zuverläs-sigkeit bei dynamischen Druckbe-lastungsmesssystemen für Medizinund Technik.

Aus dem 1987 für die Geburtsme-dizin entwickelten Druckmess-system (Tokographie) und dem1997 für die Raumfahrt im Rah-men eines ISS-Projektes (Inter-nationale Raumstation) entwickel-ten System zur Messung derDrücke, die im schwerelosenRaum auf den Körper einwirken,sind inzwischen drei ausgefeilteProduktlinien von Systemen zurdynamischen Druckverteilungs-messung entstanden:

die emed Pedographie-Plattformzur differenzierten Fußanalyseund -diagnostik mittels Barfuß-messung (Pedographie),

das pedar Im-Schuh-Messsystemzur Überprüfung der lokalenDrücke zwischen Fuß und Schuhin der Biomechanik und in derSchuhentwicklung sowie

die pliance Messsysteme fürDruckverteilungsmessungen aufdreidimensional geformten Ober-flächen wie z. B. Autositzen odereiner greifenden Hand.

Alle novel Systeme arbeiten mitkalibrierter, kapazitiver Sensorik underlauben zuverlässige und zertifi-zierte Messungen über lange Zeit.Die Auswertung und Verwaltungder gewonnenen Daten erfolgt mitder benutzerfreundlichen und zeit-effizienten novel Analysesoftware.

Auch das neuartige Mess- und Ana-lysesystem für Posturographie

vereint novel’s langjährige Erfah-rung im Bereich der Druckvertei-lungsmessung mit innovativer Medi-zintechnik. Mithilfe der spezialisier-ten neuen Technik ComputerizedDynamic Posturography (CDP) istes möglich, die Anpassungsfähigkeitder Mechanismen des zentralenNervensystems (sensorisch, moto-

risch und zentral), die an der Kon-trolle der Körperhaltung und Balancebeteiligt sind, klinisch zu beurteilen.

Zusammen mit internationalenKunden entwickelt novel auch Sen-soren, die an ganz spezifische Mess-aufgaben angepasst werden. Dazugehören insbesondere industrielleMessungen oder Themen derArbeitsmedizin und der Bionik.

Die novel Systeme sind heute inden Bereichen Medizin, Biomecha-nik und Industrie weltweit in nam-haften Forschungseinrichtungen imEinsatz und für viele Anwendungs-gebiete mittlerweile sogar unver-zichtbar.

Firmen wie Nike, Puma, Daimler-Chrysler, Bosch oder Samsungzählen ebenso zu den Kunden vonnovel wie die Universität Berlin,die Deutsche SporthochschuleKöln, die National Institutes ofHealth in den USA, der NationalHealth Service (NHS) in Groß-britannien und das New York Hos-pital for Special Surgery.

Dermessbare Fortschritt

40

Messsysteme

Kontakt:

novel gmbh

Ismaninger Straße 51D - 81675 Münchentel: +49 (0)89/ 41 77 67-0fax: +49 (0)89/ 41 77 67-99email: [email protected]

Page 41: Media Mind Medizintechnik 2011
Page 42: Media Mind Medizintechnik 2011

Endoskope sind Staboptiken mitdenen das Körperinnere durcheinen kleinen Schnitt (minimalin-vasiv) oder eine natürliche Kör-peröffnung visuell untersucht wer-den kann. In der HNO-Chirurgiesind sie unentbehrliche Hilfsmittelfür den Operateur. So sind bei-spielsweise die Nase und dieNasennebenhöhlen ein schwerzugängliches Operationsgebiet undfordern vom Chirurgen bei Ein-griffen hohes Geschick und vielVorstellungsvermögen (vgl. Abbil-dung 1, oben). Treten beim Patien-ten wiederholt Beschwerden oderEntzündungen in den Nasenne-benhöhlen auf, so muss durch chi-rurgische Maßnahmen für ausrei-chende Ventilation und Drainagegesorgt werden. Solche im HNO-Bereich häufig stattfindenden Ein-griffe werden als FESS-Operatio-nen (Functional Endoscopic SinusSurgery) bezeichnet.Endoskope erlauben es diesenchirurgischen Eingriff durchVisualisierung des Arbeitsbereichs(Situs) zu kontrollieren. Über eineam Ende des Endoskops ange-brachte Kamera werden Bilder ausdem Inneren des Patienten aufeinem Monitor dargestellt. Meistwird das Gerät vom Chirurgenmit einer Hand geführt. Instru-mente wie Klemmen und Scheren

müssen daher mit der verbleiben-den freien Hand bedient werden.Die schwierigen anatomischenVerhältnisse im Bereich derNasennebenhöhlen (vgl. Abbil-dung 1, unten) führen zu weiterenSchwierigkeiten: Zum einen sindversehentliche Gewebe- oderSchleimhautkontakte, und damitein häufiges Reinigen des Endo-skops, nicht zu vermeiden. Zumanderen erhöht sich die Gefahrvon Verletzungen, beispielsweiseder Blutgefäße oder gar desAuges.

Aus diesen Gründen werdenLösungen zur Entlastung desOperateurs gesucht. Hier gibt esim Wesentlichen zwei Möglich-keiten: Zum einen die Einbezie-hung eines Assistenten und zumanderen eines automatisiertenSystems, also ein Roboters oderManipulators, welcher das Endos-kop führt. Letzteres wird in Ein-zelfällen in der klinischen For-schung eingesetzt. Wenn einAssistent diese Aufgabe über-nimmt, bleiben viele der aufge-führten Probleme bestehen, oderes kommen sogar neue hinzu. Sowird, wie in Abbildung 2 zu sehen,der Bewegungsbereich des Chir-urgen eingeschränkt. Zusätzlichmuss sich der Operateur auf dieKommunikation mit dem Assi-stenten konzentrieren. Speziell imHNO-Bereich gibt es keine robo-tischen Systeme zur Endoskopf-ührung. Systeme aus anderenBereichen sind für die hohenAnforderungen meist zu ungenauund zu groß.Dieser Mangel an Assistenzsyste-men führte zu dem Wunsch einEndoskopmanipulator-System (EMS)am Lehrstuhl für Mikrotechnikund Medizingerätetechnik (MiMed)der Technischen UniversitätMünchen (TUM) zu entwickeln,welches auf die Verhältnisse undBedürfnisse der Nasenchirurgieangepasst ist.

Ein Mini-Roboterals ausgewachsener

OP-Assistent

42

Endoskopeinsatz

Endoskopeinsatzin der HNO-Chirurgie

Abb. 1: Medizinischer Eingriff im Bereichder Nasennebenhöhlen (oben) und Lageder Nasennebenhöhlen im menschlichenSchädel (unten): (1) Stirnhöhle, (2) Sieb-beinzellen, (3) Kieferhöhle und (4) Keil-beinhöhle

Operationen in den Nasennebenhöhlen sind für den Chirurgen sehr anspruchsvoll. NebenInstrumenten muss der Chirurg ein Endoskop zur visuellen Kontrolle des Operationsbereichsführen. Ein neues, an der Technischen Universität München entwickeltes, Robotersystem bietetihm hier zukünftig Unterstützung an.

Page 43: Media Mind Medizintechnik 2011

Aus Beobachtungen des Chirur-gen während der Verwendung desEndoskops lässt sich ein wieder-kehrendes Bewegungsmuster ab-leiten. Über zwei geradlinigeBewegungen (Translationen)führt dieser das Endoskop an denNaseneingang. Danach richtet eres durch Drehung (Rotation) umden Mittelpunkt dieser Öffnungaus und schiebt es schließlich,ebenfalls translatorisch, in dieNase.

Um die Bewegungen des Arztesnachzuempfinden, benötigt derEndoskopmanipulator fünf Frei-heitsgrade. Es liegt nahe, eineserielle Kinematik in Form eineskonventionellen Industrierobo-ters, also die Anordnung vonGelenken und Hebeln in Reihe,zu verwenden. In der Tat existie-ren einige passive und auch aktivemedizinische Systeme, welche aufdieser Anordnung basieren. Fürden Endoskopmanipulator bietensich jedoch parallele oder Kombi-nationen aus parallelen und seriel-len Kinematiken an. Diese verfü-

gen über die Steifigkeit, welchenotwendig ist, um die notwendi-gen hohen Genauigkeiten zu rea-lisieren. In Abbildung 3 sind einige kine-matische Ketten skizziert, welchein der Lage sind einen Punkt inder Ebene frei zu positionieren(zwei Freiheitsgrade). Durch eineKombination zweier dieser Ket-ten in zwei parallelen Ebenenerhält man vier Freiheitsgrade.Für die Hauptbewegung desEndoskopmanipulators wurde die-ses Prinzip verwendet. Es wurden

zwei Fünfgelenkgetrieben übereine Stange mit kardanischer Auf-hängung verbunden (vgl. Abbil-dung 3c). Diese kann somit in zweiKoordinatenrichtungen eineTranslation, sowie um zwei Koor-dinatenachsen eine Rotation aus-führen. Über eine weitere transla-torische Bewegung entlang derVerbindungsstange steht der not-wendige fünfte Freiheitsgrad zurVerfügung.

Ausgehend vom kinematischenModell wurde ein Prototyp am

Computer entworfen (vgl. Abbil-dung 4, oben). Dabei stellen sich fol-gende Fragen: Wie werden diekinematischen Anforderungen ambesten umgesetzt? Welche Antrie-be und welches Steuerungskonzeptsind geeignet? Wie kann dergesamte Manipulator möglichstkompakt, leicht und dennoch stabilgebaut werden? Im Prototyp wurde ein Fünfge-lenkgetriebe umgesetzt. Die ein-zelnen Hebelarme der Fünfgelenk-getriebe wurden aus Edelstahlgefertigt. Um eine steife, sowieannähernd spiel- und reibungsfreieBewegung zu gewährleisten, befin-

den sich an den Gelenken Gleit-hülsen und -scheiben aus Hochleis-tungskunststoffen (PEEK). VierServomotoren mit jeweils 1,2 NmDrehmoment treiben die Hebel-arme an. Die Linearachse wirdebenfalls von einem Servomotorbewegt. Dieser ist kompakter undweniger leistungsstark (0,43 Nm)als die anderen Servomotoren. Umbei einem geringen Platzbedarfeine hohe Stabilität und ein gerin-

43Endoskopeinsatz

Von der Idee zum Prototyp

Bewegungsmodell undkinematisches Konzept

Abb. 2: a) Chirurgischer Naseneingriff mit Assistenten und b) Draufsicht auf dasOperationsgebiet

Abb. 3: Alternative Konzepte zur Positionierung eines Gelenkpunktes mit zwei Freiheits-graden in der Ebene: a) rotatorisch-translatorische, b) rein translatorische und c) reinrotatorische Kinematik (Fünfgelenk)

Abb. 4: CAD-Modell (oben) und Prototypdes Endoskopmanipulators (unten)

Page 44: Media Mind Medizintechnik 2011

ges Gewicht zu erzielen, wurdeim Inneren des Manipulators einGerüst aus Aluminium montiertund mit einem Gehäuse abge-deckt. Letzteres wurde mittelsRapid Prototyping (3D-Druck)hergestellt (vgl. Abbildung 4, unten).Der Manipulator wird vom Ope-rateur über eine Bedienkonsolemit zwei Joysticks gesteuert. EinMikrocontroller in der Joystick-konsole übersetzt die Bewegun-gen der Joysticks in Motorstellbe-fehle für den Manipulator. Sokann etwa eine Schwenkbewe-gung des Endoskops um einenvorher definierten Drehpunkt(Pivotpunkt) durch Auslenkung in

einer Joystickrichtung realisiertwerden. Der Chirurg kann damitbeliebige Positionen im Nasenin-neren anfahren und anschließendbeidhändig operieren. In einem weiterführenden Ansatzgeht die Automatisierung derSteuerung und damit die Entlas-tung des Chirurgen einen Schrittweiter: Der Endoskopmanipulatormuss nicht per Hand bedient wer-den, sondern er richtet das Endo-skop immer selbstständig so aus,dass die Spitze des chirurgischenInstruments im Blickfeld ist. Eshandelt sich daher um ein vollau-tomatisches Nachführungssystem.Möglich machen das ein Stereo-

kamerasystem, das sich über demOperationsgebiet befindet, undMarkierungen aus Glaskugeln(Tracker) an den Instrumentenund am Manipulator (vgl. Abbil-dung 5). Das Stereokamerasystemsendet Infrarotimpulse aus, wel-che an den Trackern reflektiertwerden. Damit kann die Positionder Instrumente über Triangula-tion bestimmt und eine eventuellnötige Nachführung des Endo-skopmanipulator-Systems berech-net und ausgeführt werden.

Um aus einem Prototyp ein kli-niktaugliches Medizinprodukt zumachen, bedarf es zweier Dinge:einerseits einer technischenAnpassung und Weiterentwick-lung, sowie andererseits eines auf-wendigen Zulassungsprozesses.Technisch wurde der Prototypüberarbeitet und das endgültigeProdukt gefertigt, montiert undgetestet. Die Art der Ansteuerungdes Manipulators wurde geändert:Anstatt direkt Motorstellwerte zugenerieren, überträgt die Bedien-konsole ein serielles Protokoll.Hierfür war seitens des Endo-skopmanipulators ebenfalls einMikrocontroller notwendig. Die-ser „versteht“ die übermitteltenBefehle und generiert die Stell-größen für die Motoren. DerManipulator wurde damit unab-

44 Endoskopeinsatz

Abb. 5: Komponenten des Systems ‚Automatische Nachführung‘

Abb. 6: 3D-Druck-Test-Modell (links) und fertiges Endoskopmanipulator-System am Patientenphantom (rechts)

Vom Prototyp zum zuver-lässigen OP-Assistenten

Page 45: Media Mind Medizintechnik 2011

hängiger und leichter erweiterbar,da er selbst über Funktionalitätenund eine allgemein verwendbareSchnittstelle verfügt. Zukünftigkönnte dieser beispielsweisedurch neue Bedienkonzepte ange-steuert oder in medizinischeNetzwerke integriert werden. Aufgrund zusätzlicher Kompo-nenten im Endoskopmanipulatorwurde das Gehäuse neu entwor-fen. Um die Platzverhältnisse unddie Montierbarkeit zu überprüfen,wurde vorab ein Modell mittelsRapid Prototyping (3D-Druck)erstellt (vgl. Abbildung 6, links).Das endgültige Gehäuse wurdeaus Metall gefertigt (vgl. Abbil-dung 6, rechts). Die Vorteile sindeine hohe Stabilität, eine einfacheReinigung und eine gute elektro-magnetische Verträglichkeit. Während beim Prototyp der Fak-tor Kosten eher nebensächlich war,tritt dieser beim serienreifen Pro-dukt stärker in den Vordergrund.Es wurde deshalb der Grundsatzangewandt: Wenn es ohne Qua-litätseinbußen möglich ist, werdenStandardbauteile und fertige Kauf-teile Eigenentwicklungen vorgezo-gen. Dies ist hier beispielsweise beiSchrauben, Gleithülsen, Schalter,Stecker und Kabel der Fall.Für die Zulassung eines Medizin-produkts ist die Erstellung einerProduktakte notwendig. Sie doku-mentiert jeden Schritt in der Kon-struktion, den Tests, sowie denklinischen Evaluierungen undbesteht unter anderem aus folgen-

den Punkten: Funktionsbeschrei-bung, Systembeschreibung, Ge-brauchsanweisung, Risikoanalyse,Bugreportlist und Liste der Nor-men zur Erfüllung der grundle-genden Anforderungen.Mit dem Prototyp des Endoskop-manipulators fanden bereits mehrals 50 Eingriffe zur klinischenEvaluierung statt (vgl. Abbildung7). Die Erkenntnisse und Erfah-rungen wurden über einen Frage-bogen ausgewertet und flossen indie Weiterentwicklung zum Pro-duktstatus und in die Risikobe-wertung ein. Außerdem wurdendie Erfolge und Verbesserungender Arbeit damit belegt.

Der hier vorgestellte Manipulatorentlastet den Chirurgen indem erdie Anzahl der Gewebekontakteund damit der Endoskopreinigun-gen verringert, die Bildruheerhöht und das Endoskop stabilerim Pivotpunkt positioniert. DasArbeiten mit dem Manipulatorwurde vom Chirurg als angenehmbeurteilt, der Arbeitsraum, dieGeschwindigkeit und die Posi-tionierungsgenauigkeit waren aus-reichend groß. Das endgültigeEndoskopmanipulator-System wur-de in Kleinserie produziert undkann nun zu weiteren Eva-luierungszwecken eingesetzt wer-den.

Krinninger, M: Ein System zurEndoskopführung in der HNO-Chirurgie, Dissertation amLehrstuhl für Mikrotechnik undMedizingerätetechnik,Technische Universität München,2011.

Strauß, G., Hofer, M., Kehrt, S.,Grunert, R., Korb, W., Trantakis,C., Winkler, D., Meixensberger,J., Bootz, F., Dietz, A., Wahr-burg, J.: Ein Konzept für eine auto-matisierte Endoskopführung für dieNasennebenhöhlenchirurgie.HNO 55, 2007, p.177-184.

Autoren:

Technische Universität MünchenLehrstuhl für Mikrotechnik undMedizingerätetechnik

Boltzmannstr. 1585748 GarchingTel.: 089 / 289 15139Fax: 089 / 289 15192E-Mail: [email protected]

Dipl.-Ing.Konrad Entsfellner

Chen Fang,M.Sc.

Dipl.-Inf.Jan D.J. Gumprecht

Dr. Franz Irlinger

Prof. Dr.Tim C. Lüth

Abb. 7: Endoskopmanipulator im klinischenEinsatz

45Endoskopeinsatz

Literatur

Fazit

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An diesem Tag wurde dasWaisenhaus in Dazhou im Erd-bebengebiet der Provinz Sichnaneröffnet. Mit tatkräftiger Unter-stützung der AUDI AG Chinaerfolgte bei einem sehr emotiona-lem Festakt die Übergabe. Heuteleben dort 200 Waisenkinder.Wir möchten ein weiteres Waisen-haus in der bevölkerungsreichstenProvinz Henan initiieren.

Bitte helfen Sie uns mit einer Mit-gliedschaft oder einer Spende!Besuchen Sie unsere Hompageunter www.chinawaisen.de

21.08.2009

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Mit Unterstützung von Audi und dem Verein zur Förderung chinesischer Waisenkinder e.V. finden 200 Kinder eine neue Heimat

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MagazinreiheZukunftstechnologien in Bayern

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