Entwicklung patientenspezifischer Implantate aus Formgedächtnislegierungen
Teilvorhaben: Entwicklung von anatomisch angepassten textilen Flächengebilden aus Basis von Formgedächtnisdrähten und Umsetzung von Strukturen mittels Sticktechnologie
(BMBF KMU Innovativ Medizintechnik 13GW0017E)

Abstract

Mit Hilfe der sticktechnischen Verarbeitung von Formgedächtnisdrähten sollen anatomisch angepasste textile Flächengebilde zur Rekonstruktionen der Augenhöhle in der Mund-, Kiefer- Gesichtschirurgie realisiert werden. Diese patientenspezifischen Konstruktionen können durch kleinere oder sogar alternative und schonendere Zugangswege zum Implantationsort geführt werden. Die Gefahr der Verletzung anatomischer Risikostrukturen wird so minimiert.

Aufgabenstellung

Um die knöcherne Struktur der Augenhöhle nach einer Fraktur wieder herzustellen, werden Titannetze verwendet. Die Größe wird entsprechend einer Abschätzung anhand der CT-Bilder aus einer ebenen Titannetz-Platte manuell durch den Chirurgen zugeschnitten und vorgeformt. Dieser Vorgang nimmt ca. 30 - 40 Minuten OP-Zeit in Anspruch. Diese Implantate sind aufgrund der Form und der relativ steifen Materialeigenschaft nur über herkömmliche Zugangswege im Patienten positionierbar. Am Beispiel der knöchernen Rekonstruktionen der Augenhöhle in der Mund-, Kiefer-, Gesichtschirurgie wird der Augapfel nach oben verdrängt, um das relativ steife Implantat nach Präparation der knöchernen Auflagen inserieren zu können. Die Gefahr der Verletzung anatomischer Risikostrukturen ist relativ hoch. Damit verbunden sind Risiken der Verletzung des Auges bis hin zum Verlust des Sehvermögens sowie Positionsfehlstellungen des Augapfels mit daraus resultierenden Doppelbildern.

Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung patientenspezifischer Implantate aus Formgedächtnislegierungen mit superelastischen Eigenschaften. Diese sollen durch kleinere oder sogar alternative Zugangswege in kompakter Form zum Implantationsort im Patienten geführt werden und sich dort selbstständig in die finale Form entfalten.

Lösungsweg

Im Projekt wurden gemeinsam mit den Projektpartnern zwei Lösungsansätze verfolgt:

  1. Anatomisch angepasste und strukturierte Formgedächtnisbleche bzw. –halbzeuge.
  2. Anatomisch angepasste textile Flächengebilde bzw. Netze auf Basis von Formgedächtnisdrähten.

Die Forschungsarbeiten des TITV Greiz konzentrierten sich dabei primär auf die Entwicklung von anatomisch angepassten textilen Flächengebilden auf Basis von Formgedächtnisdrähten mittels Sticktechnologie. Als Technologie wurde die sogenannte Luftstickerei eingesetzt. Für den Stickgrund wurde wasserlöslicher Polyvinylalkohol verwendet. Ober- und Unterfadenmaterial  waren Formgedächtnisdrähte mit einem Drahtdurchmesser von bis zu 0,15 mm. So können anatomisch angepasste textile Flächengebilde bzw. Netze auf Basis von Formgedächtnisdrähten mit superelastischen Eigenschaften als patientenspezifische Implantate realisiert werden (vgl. Abbildung ‎1 und ‎2).

Stickbild / Punchdatei
Abb. 1: Stickbild / Punchdatei
Variante mit integrierter Verstärkungsstruktur in Längsrichtung
Abb. 2: Variante mit integrierter Verstärkungsstruktur in Längsrichtung

Textil-untypische Materialien wie Formgedächtnisdrähte, die hierbei zum Einsatz kommen, unterscheiden sich von den herkömmlichen Fadenmaterialien durch ihre Durchmesser, Steifigkeiten, geringere Dehnungen und ein differenziertes Oberflächenreibungsverhalten. Dies bedingt maschinentechnische Modifikationen, welche u.a. die Fadenzuführung als auch die Fadenleitelemente betreffen.

Anwendungen

Die entwickelten patientenspezifischen Implantate aus Formgedächtnislegierungen mit superelastischen Eigenschaften können durch kleinere oder sogar alternative und schonendere Zugangswege zum Implantationsort geführt werden.

Das Forschungsprojekt wurde gemeinsam mit den folgenden Projektpartnern bearbeitet:

  • Medizinische Hochschule Hannover, Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde
  • Krankenhaus Dresden-Friedrichstadt, Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie, Plastische Operationen
  • Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Medizintechnik
  • Julius Boos jr. GmbH & Co. KG
  • PTZ-Prototypenzentrum GmbH 
  • Alphaform Claho GmbH

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Sibylle Hanus

 
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