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Wissen & Umwelt

Medica: Kleiner Chip mit großer Wirkung

Ein Knochenbruch, der einfach nicht heilen will? Bisher haben Ärzte das mit Röntgenbildern dokumentiert. Aber es gibt eine bessere Methode: Intelligente Implantate.

Mikrochips können helfen, den Heilungsverlauf bei einem Knochenbruch telemedizinische zu überwachen. Das Prinzip ist recht einfach: Auf einer kleinen Platine werden Computerchips angebracht und eine kleine Antenne. Etwa einen Quadratzentimeter misst diese Konstruktion. Sie wird bei Knochenbrüchen auf die Platine gesetzt, die den Bruch stabilisieren soll. Mit einem solchen Mikrochip kann der Arzt sehen, wie die Heilung vorankommt.

"Wir haben quasi einen Sensor in eine Knochenplatte eingebaut. Der misst die Belastung und überträgt sie dann telemetrisch - also über Funk - nach außen", erklärt Klaus Seide vom Berufsgenossenschaftlichen Unfallkrankenhaus Hamburg. Auf der "Medica Education Conference", die gleichzeitig mit der Medizinmesse Medica stattfindet, erläuterte der Mediziner das Prinzip dieses intelligenten Implantates.

Gemessen wird die Dehnung

Intelligentes Implantat (Foto: Jens Jarmer).

Intelligentes Implantat: Auf einer Platine ist ein Mikrochip angebracht

Der Chip ist etwa drei Millimeter groß und steckt in einem kleinen Kunststoffgehäuse. Die Informationen, die er an einen Computer weitergibt, kommen von einem Dehnungsmessstreifen. Das ist ein Sensor, der empfindlich auf Dehnung reagiert. Er ist direkt auf die Metallplatte aufgeklebt. Wenn die Plattenrückseite gedehnt wird, entsteht ein entsprechender Wert. Je stärker die Platte gedehnt wird, desto höher der Wert.

"Stellen Sie sich ein Rohr mit einem Defekt vor. Das ist dann der Knochenbruch. Seitlich liegt eine Metallplatte auf. Man drückt von oben auf das Rohr - also auf den Knochen - und belastet ihn. Dann verbiegt sich die Platte", erläutert Seide. "Das heißt, in dem Augenblick, in dem ich die Plattenrückseite dehne, entsteht ein entsprechender Wert", so Seide.

Präzisionsarbeit

Mit den intelligenten Implantaten können Seide und sein Team also die Belastung messen, die auf die eingebaute Platte einwirkt und sie telemetrisch messen. Bisher wird dieses Prinzip vor allem bei Oberschenkelbrüchen angewendet. "Es wird eine Antenne darauf gehalten, die mit der internen Antenne auf dem Implantat Kontakt aufnimmt und den Biegewert abfragt", erläutert Seide. Der Oberschenkel bietet dafür die besten Voraussetzungen, denn zwischen Haut und Knochen gibt es genügend Platz für das Implantat und die notwendige Mikroelektronik.

Professor Klaus Seide (Foto: Jens Jarmer) .

Klaus Seide leitet das Labor für Biomechanik am BUK Hamburg

Vom Knochen zum Computer

An der Antenne des Mikrochips befindet sich ein Lesegerät, das den Biegewert anzeigt und diesen dann automatisch über Bluetooth an einen Computer schickt. Der wiederum speichert den Wert ab. Komplikationen bei der Heilung kann der Arzt mithilfe der modernen Mikroelektronik früh erkennen, etwa wenn ein gebrochener Knochen zu früh zu stark belastet wird und deshalb nicht richtig heilt.

Kein unnötiges Röntgen

Noch immer wird bei Knochenbrüchen der Grad der Heilung anhand von Röntgenaufnahmen beurteilt. Aber eine Knochenheilung anhand von Röntgenbildern zu beurteilen, gibt Seide zu bedenken, sei ausgesprochen problematisch. "Es ist nicht so einfach wie es auf den ersten Blick erscheint. Verschiedene Ärzte schätzen die Knochenheilung verschieden ein. Auch bei Radiologen sagt jeder etwas anderes. Knochenheilung anhand eines Röntgenbildes zu beurteilen, ist eine sehr starke Ermessensentscheidung."

Bei Komplikationen

Anstelle eines Bildes hat der Arzt bei der mikroelektronischen Technik keine Bilder, sondern Zahlen, die er interpretieren und einschätzen muss. "Das Biegemoment im Implantat wird in Newton-Meter gemessen", so Seide. Die Ärzte in der Hamburger Klinik setzen die intelligenten Implantate mit den Mikrochips vor allem bei Komplikationen ein, zum Beispiel bei Pseudarthrosen. "Das heißt, wenn ein Knochenbruch über acht Monate nicht heilt, dann geht man davon aus, dass er auch in Zukunft nicht heilen wird. An der Stelle, wo der Knochenbruch gewesen ist, entsteht ein falsches Gelenk, eine Pseudarthrose. Das ist das griechische Wort für Falschgelenk", erläutert Seide.

Das Prinzip hat sich bewährt. Im Unfallkrankenhaus Hamburg wurden schon 65 Patienten mit Pseudarthrose erfolgreich behandelt. Dabei haben sich auch die Vorteile von intelligenten Implantaten gezeigt: keine unnötigen Röntgenaufnahmen mehr und dadurch keine schädlichen Strahlen für die Patienten. Ärzte können dem Knochen quasi beim Heilen zuschauen und bei Problemen sofort reagieren. Eine weitere Operation kann so vermieden werden, denn die Warnsignale sind schon früh zu erkennen.

Noch ist das Unfallkrankenhaus in Hamburg weltweit das einzige, in dem dieses Verfahren angewendet wird. Vielleicht ändert sich das mit den Vorträgen zu Intelligenten Implantaten bei der Medica in Düsseldorf.