Flexible Elektronik für die Medizintechnik – Intelligente Sensorik durch integrierte Auswerte-ASICs

Auswerte-ASICs von IMS CHIPS integriert in flexible Foliensysteme mit Biegesensoren ermöglichen neue Lösungen für die Medizintechnik. Die kleinen elektrischen Signale von Biegesensoren in dünnen und flexiblen Polyimidfolien werden von ASICs ausgewertet und digitalisiert, die direkt neben den Sensorarrays in der Folie integriert sind. Die nur etwa 30 μm dicken ASIC-Chips sind in der Chip-Film Patch- Folie eingebettet (Bild oben), werden auf das großflächige Sensorarray geklebt und über metallische Anschlüsse kontaktiert. So wird die Analyse der Atmung frühgeborener Säuglinge durch ein auf den Brustkorb aufgeklebtes Folienpatch möglich und erlaubt die zielgerichtete Medikamentenabgabe beim Einatmen. Das Risiko schädlicher Überdosierungen bei der inhalativen Medikamentengabe in dieser kritischen Lebensphase wird minimiert und die Chancen für ein gesundes Überleben erhöht.

Forscher des Fraunhofer Instituts für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) konnten durch die fotografische Datenerfassung an einem Frühchenmodell die Atemzyklen erfassen, mit den Sensordaten abgleichen und so eine Atemtriggerung der Medikamentenabgabe sicherstellen. Das flexible Sensorpatch auf der Brust des Säuglings beeinträchtigt die Bewegungsfreiheit kaum.

Im Projekt Flexmax wurde mit der Entwicklung eines Sensorsystems für Herzkatheter eine weitere wichtige Anwendung flexibler Elektronik abgedeckt. Die sensorbasierte Bewegungskontrolle von Herzkathetern, die vom mittelständischen Katheterspezialisten Osypka für zukünftige Produkte eingesetzt werden soll, benötigt ebenso wie die Atemtriggerung ortsnahe und hochempfindliche Messungen und eine Digitalisierung der Sensorsignale. In Endoskopen und Kathetern sind natürlich die räumlichen Beschränkungen und Montageanforderungen für das komplexe Sensorsystem eine besondere Herausforderung. Die ASICs, die kaum breiter als 0,5 mm und weniger als 30 Mikrometer dick sind, messen die Signale von jeweils vier Biegesensoren; insgesamt sieben bis elf solcher Sensorelemente werden für die Bewegungskontrolle eines Ablationskatheters für Herzerkrankungen benötigt. Die Daten der Demonstratorerprobung und weitere Studien mit Anwendern werden zeigen, in welchem Umfang durch den Einsatz der neuen Technik die Zeitspanne der Röntgenvisualisierung und damit die Strahlenbelastung für den Patienten reduziert werden kann.