Medizintechnologie

Sensibler Bohrer

29.11.2022 | RAINER KLOSE

Hörgeschädigte Menschen, deren Hörnerv noch intakt ist, kann oft mit einem Cochlea-Implantat geholfen werden. Doch das Einsetzen des Implantats ins Innenohr ist nicht ohne Risiken, da dabei Gesichtsnerven verletzt werden können. Empa-Forschende haben einen neuartigen "smarten" Bohrer entwickelt, der dieses Risiko minimiert, indem er sich in der Nähe von Nerven automatisch abschaltet.

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Ein mitfühlender Bohrer für Cochlea-Implantate. Bild: Empa

Methoden des "Advanced Manufacturing" können auch in der Chirurgie zu bemerkenswerten Fortschritten führen. Eine Forschergruppe unter Leitung von Stefan Weber vom "ARTORG Center for Biomedical Engineering Research" der Universität Bern hat einen Roboter entwickelt, der Cochlea-Implantate schonender einsetzen kann als ein Chirurg. "Wenn ein Chirurg den Eingriff vornimmt, muss er relativ grosse Bereiche des Schädelknochens abtragen", erläuterte Weber damals in einem Artikel der NZZ. Erst wenn er sehe, wo die Nerven lägen, setze er den Bohrer an. Der Roboter bohrt dagegen nur einen 1,8 Millimeter schmalen Kanal, dessen Verlauf an Hand eines zuvor erstellten CT-Bilds festgelegt wird.

Doch die Chirurgen dürfen nicht "im Blindflug" bohren, denn das Loch für das Cochlea-Implantat muss zwischen dem Geschmacksnerv und dem Gesichtsnerv liegen. Diese Nerven liegen an einer Stelle nur 3 Millimeter voneinander entfernt und dürfen keinesfalls verletzt werden. Bis anhin halfen sich die Chirurgen so: Kurz vor der Engstelle stoppten sie den Bohrer und reizten mit einer elektrischen Spitze den Gesichtsnerv. Wenn die Zuckung im Gesicht des Patienten nicht zu stark ausfällt, darf vorsichtig weitergebohrt werden.

Bohrer und Stimulator zugleich
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Kerstin Thorwarth entwickelte den Spezialbohrer mit leitfähigen und isolierenden Hartstoffschichten. Bild: Empa

Die Mediziner des ARTORG-Centers gelangten an die Empa mit der Frage: Könne man nicht einen Bohrer entwickeln, der zugleich den Gesichtsnerv elektrisch stimuliert, einen Bohrer also, der seine Position im Schädel des Patienten anzeigt? Kerstin Thorwarth von der Empa-Abteilung "Surface Science & Coating Technologies" ging an die Arbeit. Gemeinsam mit einer Kollegin entwickelte sie im Rahmen einer Masterarbeit und eines Innosuisse-Projekts einen Bohrer mit leitfähiger Spitze. Die leitfähigen und isolierenden Hartschichten aus Titannitrid (TiN) und Siliziumnitrid (Si3N4) wurden per Magnetron-Sputtering auf den Bohrkopf aufgebracht. Dafür mussten die einzelnen Windungen des Bohrers mit speziellen Masken abgedeckt werden.

Noch nicht zertifiziert für Medizin
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Bei einem Implantat wandelt ein externer Sprachprozessor die am Mikrofon ankommenden Schallwellen in digitale Signale um. Diese werden an die Elektroden im Cochlea-Implantat weitergeleitet. Um das Elektrodenimplantat in die Cochlea einzusetzen, wird ein schmaler Kanal gebohrt. Er hat einen Durchmesser von 1,8 Millimetern und verläuft jeweils 0,5 Millimeter zwischen den Gesichtsnerven und den Geschmacksknospen und an den Gehörknöchelchen vorbei zur Cochlea. Illustration: NZZ-Infografik

Der Bohrer mit der an der Empa entwickelten Spezialoberfläche wies schliesslich die passenden elektrischen Eigenschaften auf und bestand auch Bohrversuche in Knochenmaterial, die im Labor durchgeführt wurden. Die Partner in Bern waren jedenfalls zufrieden. "Der Smart-Drill für die Cochlea-Chirurgie könnte zum Beispiel auch für die Wirbelsäulenchirurgie eingesetzt werden", zeigt sich Projektleiter Stefan Weber optimistisch.

Nun sucht das Forscherteam der Empa gemeinsam mit den Chirurgen aus Bern nach einem Industriepartner, der den Smart-Drill nach den gesetzlichen Vorgaben für Medizinprodukte herstellen kann. "Dazu wird weiterer signifikanter Entwicklungsaufwand nötig sein", so Weber. Und der brauche noch die passende Finanzierung.