Erforschung neuartiger Konstruktionen und Werkstoffe an medizinischen Instrumenten für die interventionelle 3 Tesla Kernspintomographie Teilprojekt: Konstruktive und materialtechnische Lösungen auf Kunststoffbasis

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Erforschung neuartiger Konstruktionen und Werkstoffe an medizinischen Instrumenten für die interventionelle 3 Tesla Kernspintomographie Teilprojekt: Konstruktive und materialtechnische Lösungen auf Kunststoffbasis
Projektleitung Torsten Barfels ,
Kürzel
Projektbeginn 01. April 2005
Projektabschluss 30. Juni 2006
Projektpartner
Projektbeteiligte Institut für Oberflächen- und Dünnschichttechnik ,
Projektmittel 209000 €
Mittelgeber BMBF-Projekt  (InnoRegio)
Fakultät(en) Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Forschungsschwerpunkte(e) Produktentwicklung
Hyperlink http://www.ifod.hs-wismar.de/

Inhalt

In der klinischen Praxis werden heute MRTGräte verwendet, die mit einer Feldstärke bis 1,5 Tesla arbeiten. Um bei diesen Feldstärken interventionell arbeiten zu können, war die materialseitige und technologische Weiterentwicklung gebräuchlicher chirurgischer Instrumente nötig. Heute stehen hier Instrumente aus Titanoder NickelLegierungen sowie anderer, nicht ferromagnetischer Metalle zur Verfügung, die zum Teil speziellen Oberflächenbehandlungen unterzogen werden. Derzeit befindet sich die ersten UltrahochfeldGeräte im klinischen Test. Diese Geräte arbeiten mit einer Feldstärke von 3 Tesla. Außer einer erheblich besseren Auflösung führt dies auch zu einer drastischen Verkürzung der Scanzeiten. Damit wird eine onlineBildgebung in neuer Qualität möglich und schnelle hochaufgelöste Kontrollscans verbessern die Bedingungen für interventionelle Arbeiten erheblich. Es musste aber festgestellt werden, dass bisher verwendetet medizinische Instrumente und Geräte unter diesen hohen Feldstärken nur bedingt oder gar nicht mehr verwendet werden können.

Aufgrund des metallischen Grundwerkstoffes kommt es im Ultrahochfeld zu einer größeren Feldverzerrung in der Umgebung der Instrumente, welche zu einer starken Artefaktbildung in der Bildgebung führt. Hochfrequente Einkopplungen können außerdem zu einer nicht unerheblichen lokalen Erwärmung der Instrumente führen oder Dephasierungen und damit verbundene Artefakte auslösen, die eine interventionelle Prozedur unmöglich werden lassen.

An dieser Stelle ist es unerlässlich über neue Konstruktionen und Materialien nachzudenken, die den medizinischen Erfordernissen der interventionellen Methodik (wie z. B. Sicherheit, Sichtbarkeit, Effektivität, Bioverträglichkeit) und mechanische Eigenschaften wie die gute Schneidfähigkeit) und mechanischen Eigenschaften (wie z. B. Steifigkeit, gute Schneidfähigkeit) und den physikalischen Notwendigkeiten (wie z. B. geringe elektrische Leitfähigkeit und angepasste magnetische Susceptibilität) aber auch den wirtschaftlichen Anforderungen (Massenproduktion von medizinischen EinmalProdukten) genügen.

In diesem Projekt soll diese Fragestellung näher untersucht und mit Hilfe der Spritzgußtechnik mit Kunststoffen als Grundmaterial eine Lösung gesucht werden. Kunststoffe besitzen für die 3 TAnwendung günstige physikalische Materialkonstanten, sind technologisch über Extrudierung oder Spritzguß in großer Stückzahl wirtschaftliche gut verarbeitbar. Für eine gezielte Anpassung an die besonderen Einsatzbedingungen stehen sowohl während der Herstellung als auch im Anschluss unterschiedliche Veredelungstechniken zur Verfügung.

Ein erhebliches Problem stellt die Herstellung von scharfen Schneiden für die Nadeln bei guter Sichtbarkeit dar, da es bisher keine bekannten Kunststoffmaterialien gibt, die diese Anforderungen erfüllen können. Daher soll mit Schneiden, die aus unterschiedlichen Werkstoffen die z. T. in den KunststoffGrundkörper eingefügt werden, eine zufriedenstellende Lösung mit entsprechenden Verbindungstechnologien gesucht werden.

Ziel dieses Vorhabens ist es, am konkreten Beispiel einer koaxialen Zugangsnadel innovative Lösungsmöglichkeiten zu untersuchen und die Kunststofftechnologie für Instrumente der interventionelle MRTTechnik verfügbar zu machen. Auf Basis eines detaillierten Anforderungsprofils werden mögliche Kunststoffe ausgewählt und bewertet. Dies darf nicht unter Vernachlässigung der kunststoffspezifischen konstruktiven Varianten erfolgen und auch eine wirtschaftliche Fertigung ist von großer Bedeutung. Aus der daraus hervorgehenden Vorzugsvariante werden Labormuster hergestellt und unterschiedlichen experimentellen Test unterzogen. Im Mittelpunkt steht hierbei die Qualifizierung von Kunststoffen, deren Herstellungsund Veredelungsmöglichkeiten unter Berücksichtigung des gewünschten Einsatzprofiles. Im Ergebnis erwarten wir Funktionsmuster und eine Fertigungstechnologie für eine koaxiale Führungsnadel, die auf Kunststoffbasis wirtschaftlich hergestellt werden kann. Im Anschluss an dieses Projekt soll die MRI Devices Daum GmbH in der Lage sein, die gefundenen Lösungen in innovative Produkte für dem stark wachsenden Markt der 3 TMRT umzusetzen.