Früherkennung von Herzfehlern

Amagnetischer Lithium-Polymer-Akku für MRT-Einsatz

2. Juli 2020, 9:41 Uhr | Engelbert Hopf

Ein absolut amagnetischer Akku, bestehend aus zwei seriell verschalteten Lithium Polymer-Zellen, der eine Kapazität von 4200 mAh und eine Ausgangsspannung von 7,4 V bietet.

Elektronische Komponenten und Systeme, die in einem MRT zum Einsatz kommen, müssen vor allem eines sein: amagnetisch. Das gilt auch für Akkus. Worauf dabei besonders zu achten ist, zeigt ein Entwicklungsbeispiel von Jauch Quartz.

Insbesondere in den letzten Schwangerschaftswochen stößt die Bildgebung des Herzens des Ungeborenen bei einer normalen Ultraschalluntersuchung an ihre Grenzen«, so Dr. Christian Ruprecht. »Die Früherkennung von angeborenen Herzfehlern wird dadurch erschwert.« Um dies zu ändern, gründete er 2017 mit anderen in Hamburg das MedTech-Startup northh medical. Ihr Ziel: Die Herz-Bildgebung von Ungeborenen via Kernspintomografie zu verbessern.
Bildgebung via MRT ist jedoch sehr langsam und reagiert nicht gut auf Bewegungen. Da ein pochendes Herz jedoch per Definition in Bewegung ist, erwies sich dessen Darstellung im MRT bislang als schwierig. Dr. Ruprecht und seine Mitstreiter setzten genau an diesem Punkt an: Das von ihnen entwickelte Gerät „smart sync“ synchronisiert den Herzschlag des Fötus mit dem MRT. »Dies ermöglicht erstmalig eine diagnostische Bildqualität mit dem MRT, mit dem sich angeborene Herzfehler klar diagnostizieren lassen.«
Im ersten Schritt ermittelt das Gerät dazu mithilfe einer Ultraschallsonde die Herzfrequenz des Fötus. Dazu wird ein Schallkopf über ein Kabel mit der „Sensor-Box“ verbunden, die dessen Signale aufnimmt, verarbeitet und via Funk an die „Connector-Box“ übermittelt. Diese bildet dann die Schnittstelle zum MRT-Gerät. Über sie werden die Informationen zur Herzfrequenz des Fötus ins Bildgebungsverfahren eingespeist.
Dank der verbesserten Früherkennung sind Ärzte nun in der Lage, dafür zu sorgen, dass die Geburt im Bedarfsfall in einer Klinik erfolgen kann, in der Neugeborene mit angeborenem Herzfehler entsprechend versorgt werden können. Und natürlich ist es auch möglich, dass der Schweregrad einer solchen Diagnose nach Ansicht der MRT-Bilder niedriger ist als nach der normalen Ultraschalluntersuchung angenommen.
Zu den zu überwindenden Hürden bei der Entwicklung von „smart sync“ zählte auch die Suche nach der passenden Batterie. »Wir haben lange gesucht«, so Dr. Ruprecht, »bis wir mit Jauch Quartz schließlich den passenden Partner gefunden haben«. Dabei erschienen die Anforderungen von northh medical auf den ersten Blick nicht allzu ausgefallen. Ein leistungsfähiger Lithium-Ionen-Akku mit intelligenter Ladezustandsanzeige und entsprechender Schutzelektronik sollte es sein. Der besondere Clou bei dieser Aufgabe: Für den Einsatz im MRT muss die Batterie zu 100 Prozent amagnetisch sein!

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»Ein MRT erzeugt ein starkes Magnetfeld. Jedes magnetische Objekt, und sei es noch so klein, stört das Bildgebungsverfahren ganz erheblich«, so der Mitgründer. »Eine amagnetische Batterie ist für unser Gerät deshalb ein absolutes Muss.« Doch welche Bestandteile einer Lithium-Ionen-Batterie sind überhaupt magnetisch? Schließlich besteht das Gehäuse einer Lithium-Ionen-Batterie aus tiefgezogener Aluminiumfolie. Diese ist ebenso wenig magnetisch wie die Elektrodenmaterialien, die auf hauchdünne Aluminium- beziehungsweise Kupferfolie pastiert werden. Auch Kupfer ist ein amagnetisches Material.
»Der Teufel steckt oftmals im Detail, in diesem Fall in den Ableitern. Diese sind häufig aus magnetischem Nickel gefertigt«, so Dr. Jürgen Heydecke, der das Projekt aufseiten von Jauch betreute. »In anderen Anwendungen ermöglicht das Nickel ein einfaches Auflöten der Schutzelektronik; für die Anforderungen von northh medical stellt seine Verwendung jedoch ein absolutes K.O.-Kriterium dar.«
»Wir hatten insofern Glück, dass wir vor einigen Jahren bereits einen Kunden mit ganz ähnlichen Anforderungen hatten. Als die Anfrage von northh medical kam, wussten wir also, was zu tun war«, erinnert sich Dr. Heydecke. Jauch ersetzte also die Nickel-Ableiter durch solche aus Kupfer. »Das mag sich vielleicht erst mal simpel anhören, erfordert in der Produktion aber einiges an Fingerspitzengefühl, denn das Schweißen von Kupferableitern auf Aluminiumfolie ist ein schwieriger Prozess«, erklärt Dr. Heydecke.
Zusätzlich zu den Ableitern müssen auch die Verbindungen zwischen den Zellen des Akku-Packs sowie sämtliche Widerstände und MOSFETs der Schutzelektronik komplett amagnetisch sein. Am Ende dieser Entwicklung, so Dr. Heydecke, »stand ein Akku mit zwei seriell verschalteten Lithium-Polymer-Zellen (4161132) mit einer Spannung von 7,4 V und einer Kapazität von 4200 mAh«, so Dr. Heydecke.
Prototypen von smart sync sind inzwischen weltweit im Einsatz. So nutzen etwa die Universitätskliniken in Lund, Boston, Wien, Göttingen und Gießen das Gerät ebenso wie das Medical Center in Tel Aviv. Aktuell arbeitet northh medical daran, das smart-sync-Verfahren auch auf Erwachsene auszudehnen. »Die Anwendung von smart sync für die Herz-Bildgebung via MRT könnte das bisher übliche EKG-Verfahren ergänzen, schließlich treten auch dabei immer wieder Störungen und Ungenauigkeiten auf«, erläutert Dr. Ruprecht die neue Zielrichtung.