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Medizinische Mikrosysteme (Technologie (Typische Materialien (Metalle,…
Medizinische Mikrosysteme
Technologie
Typische Materialien
(Metalle, Keramiken, Polymere, Faserverbund Werkstoffe)
Quarz
Polymere
Silizium
Glas
Titan
Oberflächenmikromechanik
Feine Strukturen aus dünnen schichten
kompatibel mit Elektronikfertigung (Si)
kostengünstig (MP)
Verfahren
selektives isotropes-/anisotropes Ätzen
Nass-/Trockenchem. Ätzen
Anwendung
Freitragende strukturen
Bulk-Mikromechanik
kompatibel mit Elektronikfertigung (Si)
kostengünstig (MP)
3D-Mikrostrukturen durch tiefenätztechnik
Verfahren
Nass-/Trockenchem. Ätzen
isotropes-/anisotropes Ätzen
Anwendung
Freitragende Strukturen
Membranen
Erhebungen
Vertiefungen
Ur-/Umformen
LIGA (Litographie, Galvanoformung, Abformung)
direct
Metallteile
Metallform, Kunststoffteile
Mikrospritzguss
Materialien
Thermoplasten
Metalle
Keramiken
Heissprägen
Materialien
Thermoplaste
Soft Litography
Matrerialien
Thermoplaste
Tiefziehen
Materialien
Thermoplastische Folien
Vakuumformen
Mikrobearbeitung
Mikrofunkenerosion (EDM)
Werkstoffe
Leitfähige Materialien
Kein mechanischer eintrag an Werkzeug somit mit weichem Material auch hartes Material beareitbar
Verfahren
EDM-Drehen
Mikrosenken
Drahtschneiden
Elektrochemische Materialberarbeitung (ECM)
(kontrolliertes Rosten)
Werkstoffe
Metalle
Ultrapräzisionsbearbeitung (UPM)
Werkstoffe
Nichteisen Metalle
Polymere
Silizium
Verfahren
Fräsen
Meist mit Diamant
Fly cutten
Drehen
Mechanischer eintrag am Werkzeug
Wasserstrahlschneiden
Werkstoffe
Nahezu alle
Laserschneiden
Werkstoffe
Nahezu alle
Druckverfahren
Funktionelle schichten und Strukturen
Licht emittierend
sensorisch
el. Leitend
energiespeichernd
Maskierungsschichten
Siebdruckverfahren
Drop on demand
Roll-to-Roll Verfahren
Aufbau- und Verbindungstechnik
Monolithische Integration
Hybride Integration
Packaging
Mechanische Verbindung
Wafer Bonden
Mikrofluidik
Bedeutung
geringe Grösse
niedriger Energieverbrauch
Geringe Volumina
Fluidik Effekte Mikro-Domäne
Oberflächenspannung
el. Oberflächenladungen
Diffusion
laminare Strömung
Ziel
Labor auf Chip
höhere Empfindlichkeit
geringere Kosten
kürzere Durchlaufzeit
Mobiler Einsatz
einfaches Handling
weniger Laborfläche
Kompatibilität
fluidische Basisoperationen
verwendung von etablierten techniken (Aufbau, Verbindung)
hergestellt in def. Technologie
frei miteinander kombiniert
transport (pump)
mischen
trennen
amplifizieren
lagern
inkubieren
schalten
dosieren
Mikrofluidische Plattformen
Centrifugal
Electrokinetic
Pressure driven
Acoustic
Capillary
Lateral Flow Test
Drug Delivery
Oral (Gastrointestinal)
iPill
gesteuerte Medikamentabgabe
Messung der Umgebung
position (every 20s)
temp.
pH
Transdermal
Sonophorese
Elektroporation
Iontophorese
Thermoporation
Wirkstoffpflaster
Mikronadelarray
Wirkstoffreservoir
passive Diffusion
Mikronadel Arrays
Punpsysteme
Subkutan
Wirkstoffdepots
Implantierbare geräte
Micro Chips
Transmucosal
Intelli Drug System
Pulomonal
Inhaler (Aerosolstoss
Dry Powder Inhaler (MDI)
Metered Dose Inhaler (MDI)
Problemstellung
Erforderliches Treibgas
kurzer Aerosolstoss
Lösung
Soft Mist inhaler Respimat
ohne Treibgas
Federsystem
länger anhaltende Aerosolwolke
Filterstruktur
Nebulizer (Selbstständige einatmung)
Problemstellung
Effektive Vernebelung
Baugrösse
lange Therapiedauer
Lösung
PARI eFlow
el. , Piezomembranpumpe
Vision Aids
Der Sehprozess
Technisch
Physiologisch
Cortical Vision Prosthesis
Bild zu Cortex
Funktionsprinzip
Signalverarbeitung -> el.Stimulationssignal
Wird direkt durch elektroden auf Vis. Cortex abgespielt
Bild durch Kamera auf Brille
entstehung von Phosphenen
Dobelle-Eye
Second sight implants
Optic Nerve Vision Prosthesis
Bild zu Aktionspotential
(Ganglienzellen zu Sehnerv)
Funktionsprinzip
Signalverarbeitung -> el.Stimulationssignal
Wird auf Sehnerv durch impl.Cuff elektrode abgespielt
Bildinformation über Kamera
entstehung von Phosphenen
Retina und Ganglien müssen Vorhanden
sein sonst degeneration Sehnerv
Aufbau S. 30
Retina Implantate
Bild zu Rezeptorpotential
Epiretinal
Funktionsprinzip
Signalverarbeitung -> el.Stimulationssignal
Ortsgesteuerte Aufbereitung der Stimulation (Encoder)
Bildinformation über Kamera
Epiretinale Elektroden -> Ganglienzellen und Nervenfasern
Second sight sylmar
EpiRet GmbH
Subretinal
Ersetzen der Rezeptoren
Funktionsprinzip
Signalverarbeitung -> el.Stimulationssignal
Retinastimulator (Elektroden)
Bildinformation über Kamera
Stimulation der Bipolarzellen
Boston retina Implant Project
Retina Implant AG
Pixum Vision
MIS
Anwendung
Durch kleine Hautschnitte
Katheter Ablation
Laporoskopie
Gallenblase
OP's am Dickdarm
Blinddarmentfernung
Natürliche Körperöffnungen
Koloskopie
Uretroskopie
Therapie
Fassen
Schneiden
Bewegen
Fixieren
Sehen
Koagulieren
Entfernen
Diagnose
Messen
Fühlen
Sehen
(Fassen Schneiden Entf.)
Endoskopie
Urspr. Ziel
Visueller Eindruck Körperinneres
Bestehende Körperöff.
Anforderungen an Instrument
Übertr. Licht (nach innen)
Übertragung Bild (nach aussen)
Starre Endoskope
Endoskop nach Hopkins
Funktionsprinzip
Objektiv Distales Ende
Bild der Szene
Okular am Proximalen Ende (Bild betrachter)
Transport durch Rohr (mehrere Stablinsen)
S.8
3D- Bildgebung
2-Kanaloptiken
Darstellung 3D-Display
GRIN-Linsen (Gradient Index)
Funktionsprinzip
Hergestellt durch Ionenaustauschprozesse (Ag+)
Planare Endflächen der Linse
(einfache Verbindungstechnik)
Radial geänderter Brechungsindex
S. 12
Anwendungsgebiete
Laparoskopie
Neurochirurgie
Arthroskopie
Weiterentwicklung der Endoskopie
flexible Endoskope (steuerbare Blickrichtung)
Endoskopgestützte Chirurgie
Stereoendoskopie (räuml. getr. Bilder)
Key-Hole-Surgery (Werkzeuge)
Videoendoskopie
Chip-at-the-Tip
Flexible Endoskope
Mit Lichtwellenleiter
Funktionsprinzip
Oprik Projiziert Bild auf distales ende des Faserbündels
Totalreflexion an Fasergrenzflächen
Viele Fasern
Prox. Ende Abb. Bild des Faserbündels
Anwendungsgebiete
Gastroskopie
Koloskopie
Bronchoskopie
Chip-at-the-tip
Starr oder Flexibel
Funktionsprinzip
Distal integrierte Kamera
el. Datenübertragung an prox. Ende
Hochauflösende Darstellung
ersetzen zunehmend herkömmliche
Instrumente
Funktionelle Baugruppen
Schaft
Endeffektor
Griff
Mechanische Bewegung durch
Schubstangen
Seilzüge
Nitinol Instrumente
daVinci - Surgical system
Katheter Eingriffe
Fixieren
Probleme Endoskopie und MIC
S. 26 wichtig
The Future
Capsule
Anwendungsfelder
Dünndarm
Magenblutung
Krebs
Zöliakie
Dickdarm
Alternative zu Magen-/Darmspiegelung
Ösophagus
Herstellung flexibler PCB HiCoFlex Prozess
Ausblick
Aktuelle Entwicklungen
Energieversorgung
Temp. Verankerung Kapsel
Steuerung der Blickrichtung
Aktive Bewegung der Kapsel
Lokalisierung der Aufnahmen
Orientierung d. Kapsel im Raum
Zurückgelegte Distanz
Position d. Kapsel im Raum
Region
Lösungsansätze
Bildverarbeitung
US
magnetisches Tracking
Inertialsensorik
RF Triangulation
Integration diagnostischer Verf.
Integration interventioneller OP
Vector project
Diagnosis
Vector Capsules
Therapy
Screening
vs. State of the art
Diagnosis
Endoscopy
Therapy
Endoscopy
Surgery
Screening
Endoscopy
FOBT
Virtual Endoscopy
Telemetrie
momentan unidirektional
für aktive Syst. bidirektional
aktuell in Forschung
Hearing Aids
Der Hörvorgang
physiologisch
technisch
Hörhilfen
Erforderliche Einheiten
Signalverarbeitung
Aufbereitung, Filterung, Verstärkung
Aktor
Stimulation der anatomischen Strukturen
Sensor
Aufnahme schallwellen -> el.Signal
Energieversorgung
Kommunikation
Biologisches Interface
Herkömmliche Hörgeräte
Aktor (Receiver)
Lautsprecher
Signalverarbeitung
Integrierte CMOS Schaltungen
f-Abh. digitaler Verstärker
nichtlineare Verstärkung
Sensor
(Richt-) Mikrofon(e)
Energieversorgung
Batterie (Knopfzelle)
Biointerface
Massangefertigte Otoplastik
Kommunikation
Biaurale Versorgung
Mikrofone und Receiver
Hybride CMOS MEMS Mikro.
Receiver Technologie
Magnetische Aktoren
MEMS Receiver
Monolithische CMOS MEMS Mikro.
Kapazitives MEMS Mikrofon
Typen
In-the-ear (ITE)
in the channel (ITC)
MiniBTE (on-the-ear)
Behind-the-ear (BTE)
+
Unkompliziert
Ausnutzung von gesamter Anatomie
Kein Chir. Eingriff
-
Klang oft nicht gut, beschr. frequ.
allergien, okklusionsgefühle
Stigmatisierung
Richtungshören
Zukunft
Hörkontaktlinse
Implantate
Mittelohrimpl.
Innenohrimpl. (Cochlea)
Knochenleitung Impl.
Hirnstammimplantate