Batterielose Technologien in der Medizintechnik Energieautarker Sensor misst Hirndruck

Mit Hilfe des implantierten Überwachungssensors können Mediziner den Hirndruck messen. Sie müssen lediglich ein Handlesegerät an den Kopf des Patienten halten.
Mit Hilfe des implantierten Überwachungssensors können Mediziner den Hirndruck messen. Sie müssen lediglich ein Handlesegerät an den Kopf des Patienten halten.

Wissenschaftler haben einen batterielosen Hirndrucksensor entwickelt, der als Langzeitimplantat im Kopf eines Patienten jederzeit Aufschluss über den dort herrschenden Druck geben kann – und zwar von außen und ohne aufwändige Untersuchung. In einer weiteren Entwicklungsstufe soll der Sensor den Druck sogar selber regulieren können.

Erkrankungen wie Parkinson oder Alzheimer basieren auf Unregelmäßigkeiten des Gehirndrucks. Produziert das Gehirn zu viel Hirnflüssigkeit oder kann diese nicht ausreichend ablaufen, steigt der Druck zu stark an und das Gehirn nimmt Schaden. In solchen Fällen setzen Ärzte bislang auf ein Shunt-System – eine Art Silikonschlauch –, das in das Gehirn des Patienten implantiert wird.

Herzstück dieses Shunt-Systems ist ein Ventil: Steigt der Druck über einen Schwellenwert, öffnet das Ventil, sinkt er wieder darunter, schließt es. Vereinzelt kann es zu einer Überdrainage kommen, dabei sinkt der Hirndruck zu stark und es kann ebenfalls zu Schäden kommen. Bislang ist eine solche Überdrainage nur über aufwändige und teure Computer- oder Magnetresonanztomografien nachweisbar.

Abhilfe schafft nun ein Sensor, den Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg gemeinsam mit der Christoph Miethke GmbH und der Aesculap AG entwickelt haben. Der Drucksensor wird einfach mit dem Shunt-System ins Gehirn des Patienten implantiert. Klagt dieser über Beschwerden, braucht der Arzt lediglich ein Handlesegerät von außen an den Kopf des Patienten zu halten.

Das Gerät sendet magnetische Funkwellen und versorgt den Sensor im Shunt darüber mit Energie – das Implantat wird »aufgeweckt«, misst Temperatur und Druck in der Hirnflüssigkeit und sendet diese Daten zurück zum Handlesegerät.

Ist der Druck außerhalb des gewünschten Bereichs, kann der Arzt das Ventil des Shunt-Systems von außen entsprechend einstellen. »Der Sensor ist ein aktives Implantat, das im Gegensatz zu einem Stent oder einem Zahnimplantat auch Messfunktionen übernimmt«, sagt Michael Görtz, Leiter der Drucksensorik am IMS.

Widerstandsfähige Metallhülle

Ein Problem stellte die Materialfrage dar: Das Implantat muss bioverträglich sein, der Körper darf es nicht abstoßen. Die Forscher mussten auch sicherstellen, dass der Körper das Implantat nicht angreift.

»Die Abwehrreaktionen verhalten sich wie ein aggressives Medium, das sogar das Silizium der Elektronik im Laufe der Zeit auflösen würde«, erläutert Görtz. Miethke verkapselt das Implantat daher vollständig in eine dünne Metallhülle. »Wir können es trotzdem von außen durch die Metallverkapselung mit Energie versorgen, den Hirndruck durch das Gehäuse messen und die aufgenommenen Daten durch das Metall zum Lesegerät nach außen funken«, sagt Görtz. »Dazu musste zunächst das richtige Metall gefunden werden. Die Schicht darf nicht dicker als die Wand einer Getränkedose sein – also weit dünner als ein Millimeter.«

Grundlage für theranostische Implantate

Das Sensorsystem ist als Langzeitimplantat zugelassen und serienreif, und auch die Markteinführung hat schon begonnen. Die Wissenschaftler planen aber bereits weitere Entwicklungen: »Der Sensor legt die Basis für die Weiterentwicklung hin zu theranostischen Implantaten – eine Wortschöpfung aus Therapie und Diagnostik. In einigen Jahren könnte der Sensor dann nicht nur den Hirndruck erfassen und damit eine Diagnose erstellen, sondern den Druck auch gleich selbstständig richtig einstellen und somit die Therapie übernehmen«, sagt Görtz.