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4-2013

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Komponenten Effizientes

Komponenten Effizientes Pumpensystem für ein besseres Lebensgefühl Erste Erfolge bei der Behandlung von akutem Schlaganfall Bild 1: Das Implantat besteht aus einer leistungsfähigen Pumpe (rechts), die mithilfe einer wieder aufladbaren Batterie betrieben wird. Für eine größere Mobilität wird der SmartCharger (links) ebenfalls mit einem Akku betrieben. © 2012 Sequana Medical ist für Betroffene oft sehr belastend, da bisher die Flüssigkeit nur durch regelmäßige Punktion entfernt werden konnte. Die ALFApump System - ein aktives Implantat von Sequana Medical sorgt dafür, dass Patienten mit Aszites ein unkomplizierteres Leben führen können. Das System überwacht die Flüssigkeitsmenge im Bauchraum und pumpt bei Bedarf die Flüssigkeit in die Blase des Patienten, wo diese mit dem Urin ausgeschieden wird. Kernkomponente des dreiteiligen Systems ist das ALFApump-Implantat mit den beiden Kathetern für die Bauchhöhle und die Blase. Der externe Smart- Charger mit Ladestation ist eine mobile Lade- und Kommunikationseinheit, die die Batterie des ALFApump-Implantats auflädt und die Kommunikation ermöglicht. Die Lithium-Ionen-Batterie der Pumpe erlaubt einen autonomen Betrieb über mehrere Tage. Aufgrund des Energiebedarfs der Pumpe (pro Tag werden im Schnitt 0,9 Liter gepumpt) ist ein regelmäßiges Aufladen des Akkus erforderlich. Das Aufladen des Akkus erfolgt dabei drahtlos durch die Haut des Patienten. Für die reibungslose Überwachung wird als weitere Komponente ein Notebook eingesetzt, mit welchem der Arzt das Implantat für jeden Patienten individuell mittels einer speziellen Kommunikations-Software programmieren kann. So kann er genau festlegen, wie viel Flüssigkeit pro Tag in die Blase gepumpt werden soll. Außerdem kann der Arzt mithilfe der drahtlosen Verbindung die automatisch aufgezeichneten Daten des Patienten abrufen. Hohe Anforderungen an das Material Das zwischen Hautfettschicht und Bauchfell eingesetzte ALFApump-Implantat besteht aus dem Autorin: Anja Schütz, Redakteurin maxon motor ag Implantierbare Pumpensysteme werden in der Medizin für viele Krankheiten genutzt - auch für Aszites. Die Ursache dieses Symptoms sind häufig schwere Krankheiten. Um die Flüssigkeitsansammlung im Bauchraum kontrolliert zu regulieren, hat Sequana Medical ein aktives Implantat entwickelt. Maxon-EC-Motoren sorgen in den Geräten für reibungslosen und gleichmäßigen Ablauf der Pumpenbewegungen. Der Begriff Aszites beschreibt die Ansammlung von großen Flüssigkeitsmengen in der Bauchhöhle. In etwa acht von zehn Fällen ist die Ursache einer Aszites eine Schädigung der Leberfunktion, zum Beispiel durch eine Leberzirrhose. Aber auch eine Leistungsminderung des Herzmuskels, Nierenerkrankungen oder Krebserkrankungen können zu Aszites führen. Für die meisten Patienten reicht eine medikamentöse Behandlung und eine spezielle Diät aus, um diese Flüssigkeit wieder abzuführen. Doch bei jährlich mehreren Tausend Patienten europaweit und in den USA schlägt diese Therapie nicht mehr an. Pro Tag können sich bei einem betroffenen Patienten bis zu zwei Liter Flüssigkeit im Bauchraum ansammeln. Diese Flüssigkeitsansammlung Bild 2: Das Innere der Zahnradpumpe mit Elektronik und dem kundespezifischen maxon EC13 Motor. © 2012 Sequana Medical 22 meditronic-journal 4/2013

Komponenten Bild 3: Das automatisierte Low-Flow Aszites Pumpen-System ist eine vollständig implantierbare batteriebetriebene Pumpe, welche Aszites entfernt, indem sie die Flüssigkeit in die Blase des Patienten pumpt. © 2012 Sequana Medical biokompatiblen Kunststoff Peek (Polyetheretherketon). Unter den besonderen Umgebungsbedingungen im menschlichen Körper sind spezielle Motoren und eine angepasste Elektronik gefragt, da bei der Verwendung von Kunststoff keine hermetisch dichte Einkapselung möglich ist. Es muss also eine Dauerfeuchtigkeitsbelastung und eine erhöhte Salzkonzentration bei den verwendeten Materialien berücksichtigt werden. Zudem muss eine konstante Temperatur von maximal 40 °C gewährleistet werden. Das Implantat wird wegen der vorhandenen Feuchtigkeit vollständig verfüllt, die Elektronik mit einer zusätzlichen Beschichtung geschützt und es wird ein bürstenloser Motor verwendet. Die komplexe Elektronik übernimmt die Low-Level-Steuerung des Motors, die Steuerung des Pumpbetriebs, die Auswertung der Sensorsignale, die Kommunikation mit dem SmartCharger und das Batteriemanagement. So muss die Zahnradpumpe auch eingeschlossene Luft (z.B. nach einer Operation) ebenso pumpen wie Flüssigkeit. Das Einhalten sehr enger Toleranzen ist daher eine wichtige Bedingung, was wiederum ein hohes Drehmoment auch im Normalbetrieb zur Folge hat. Zudem kommt erschwerend hinzu, dass die Flüssigkeit in der Bauchhöhle viel Fibrin und Eiweiße aus dem Blutplasma enthält. Diese können leicht verklumpen und so den Pumpenbetrieb erheblich erschweren. Im schlimmsten Fall kann es zu einer Blockade der Pumpe kommen. Damit es nicht soweit kommt, führt die Pumpe in einstellbaren Intervallen eine kurze Bewegung ohne Volumentransport aus. Antrieb für präzise Genauigkeit in der Medizintechnik Der auf die spezifischen Anforderungen des Kunden abgestimmte maxon-EC 13 Motor treibt die Pumpenzahnräder der ALFApump an. Der Motor verfügt über Hallsensoren, die für die Positionsrückmeldung wichtig sind. Die Steuerung des Motors nutzt diese Hallsensoren, um eine zuverlässige und stabile Funktion insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und bei hohen Lastmomenten, zu erreichen. Neben einer speziellen Statorbeschichtung des sterilisierbaren Motors wird auch die Welle aus biokompatiblen Materialien gefertigt. Zudem ist eine spezielle Geometrie der Welle erforderlich. Mit dem kompakten Design des EC 13, dem äußerst geräuschund vibrationsarmen Lauf und der geringen Wärmeemission ist der Antrieb speziell auf die Medizintechnik ausgerichtet. Um die Patientensicherheit zu erhöhen und die Komplexität der Programmierung der ALFApump zu reduzieren wird für die Motorsteuerung ein eigener Prozessor verwendet. Der Hauptprozessor konfiguriert den Motorcontroller, um den gewünschten Volumentransport zu erreichen. Dieser Motorcontroller überprüft, ob die jeweiligen Parameter gültig sind. Kommt es beispielsweise zu einer Abweichung der maximal zulässigen Pumpdauer, dann schaltet der Hauptprozessor das Motorsubsystem stromlos. Durch dieses Zweiprozessor-System ist die maximale Überwachung während des Pumpvorgangs gewährleistet und bietet somit ein Höchstmaß an Sicherheit. Erfolgreich implantierte Pumpensysteme Die ersten beiden kommerziellen Operationen des Pumpensystems erfolgten im Oktober 2011 in Wien (Österreich). Gemäß Prof. Dr. Markus Peck-Radosavljevic, Stellvertretender Abteilungsleiter, Abteilung für Gastroenterologie und Hepatologie, Univ.-Klinik für Innere Medizin III, AKH Wien, sind die beiden kurzen Eingriffe problemlos verlaufen. Prof. Dr. Peck-Radosavljevic hält das ALFApump System für einen echten Durchbruch in der Behandlung von Aszites. Den Patienten wird das Leben erleichtert, indem sie nicht mehr zu der anstrengenden Drainage-Prozedur ins Krankenhaus müssen. Quelle: http://www.krebsinformation.de/leben/aszites/aszitesgrundlagen.php maxon motor ag www.maxonmotor.com Sequana Medical AG www.sequanamedical.com Bild 4: Selbsttragende eisenlose Wicklung Typ maxon © 2012 maxon motor ag. meditronic-journal 4/2013 23

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