Restenose-Erkennung

Stent mit integriertem Diagnosesystem

| Redakteur: Frauke Finus

Unter den ersten Drei des Science-2-Start-Preises: Dipl.-Ing. Alexej Domnich vom Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Abteilung Laborautomatisierung und Bioproduktionstechnik, und...
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Unter den ersten Drei des Science-2-Start-Preises: Dipl.-Ing. Alexej Domnich vom Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Abteilung Laborautomatisierung und Bioproduktionstechnik, und... (Bild: Fraunhofer IPA)

Alexej Domnich und Jonathan Schächtele haben den zweiten Preis des Science-2-Start-Ideenwettbewerbs von Bioregio Stern verliehen bekommen. Sie hatten die Idee für ein „Drahtloses Restenose-Frühdiagnosesystem integriert in einen Stent“.

Die beiden Diplomingenieure haben am Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA ein intelligentes Schnelldiagnosesystem von Gefäßstützen (Stents) entwickelt, das Rückschluss über den aktuellen Zustand des betroffenen Gefäßes liefert. Die Idee hierfür entstand aus Expertengesprächen. Nun sind sie mit dem Science-2-Start-Preis ausgezeichnet worden, der Wissenschaftler dabei unterstützen will, Ideen erfolgreich auf den Weg zu bringen, und so beispielsweise eine Existenzgründung möglich zu machen.

Teure Kontrolluntersuchungen können entfallen

Bei nahezu 30 Prozent der heute eingesetzten Stents tritt ein Wiederverschluss des Blutgefäßes ein; bisher konnte der Wiederverschluss nur durch aufwändige Verfahren diagnostiziert werden. Die nicht-invasiven Diagnosemethoden umfassen derzeit Belastungs-EKG, Applanationstonometrie und Echokardiographie mittels Ultraschall. Die ersten beiden liefern nur eine vage Aussage über den Gesamtzustand des Gefäßsystems, ohne eine örtliche Eingrenzung. Die Ultraschallmethode lässt zwar eine lokale Untersuchung zu, benötigt jedoch einen Praxisbesuch und einen erfahrenen Arzt für die Interpretation der Messergebnisse. Bei einem positiven Befund und auch bei den Kontrolluntersuchungen werden außerdem invasive Untersuchungen mittels Katheter durchgeführt. Diese Interventionen sind teuer und für den Patienten belastend, aber für eine präzise Diagnose oftmals die einzige Alternative. Das neue nicht-invasive Schnelldiagnosesystem würde die notwendigen Kontrolluntersuchung reduzieren. Die Kontrolle des Verengungszustandes des betroffenen Gefäßabschnitts könnte vom Patienten selbst im gewohnten häuslichen Umfeld unkompliziert und in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführt werden.

Restenose frühzeitig erkennen

Mit dem neuen Frühdiagnosesystem lassen sich der Zustand des Gefäßes und eine mögliche lebensbedrohliche Wiederverengung (Restenose) frühzeitig diagnostizieren. Man kann über den Zustand des Gefäßes eine qualitative, kombinierte Aussage über die Veränderung der Gefäßsteifigkeit und des -Innendurchmessers treffen. Durch ein zeitlich kontinuierliches Nachverfolgen der Werte erhält man einen zuverlässigen Anhaltspunkt für eine sich ausbildende Restenose. Das Messsystem macht sich dafür die physiologische Tatsache zunutze, dass sich bei jedem Herzschlag Pulswellen über die Blutgefäße des Körpers ausbreiten. Diese mechanische Welle läuft umso schneller, je steifer oder enger das Blutgefäß ist. Kommt es zu einer Restenose innerhalb des implantierten Stents, wird das Blutgefäß an dieser Stelle steifer und enger, was sich in der Pulswellengeschwindigkeit bemerkbar macht.

Rückschluss auf Gefäßzustand möglich

Das Schnelldiagnosesystem besteht aus einem in den Stent integrierten passiven Sensor und einem aktiven Auslesegerät, das von außen am Körper appliziert wird. Beim implantierten Sensorpaar handelt es sich um zwei mit Spulen zu je einem Schwingkreis gekoppelten kapazitiven Drucksensoren, die an den Enden des Stents integriert sind. Die Schwingkreise haben somit eine vom Druck an den Sensoren abhängige Resonanzfrequenz. Das Auslesegerät erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, welches die Spulen im Stent teilweise durchsetzt. Das System ist dynamisch so abgestimmt, dass die Resonanzfrequenz der Schwingkreise beim Durchlauf der Pulswelle kurz die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes schneidet. Das Auftreten der Resonanz ist im komplexen Widerstand (Impedanz) der Sendespule messbar. Die zeitliche Abfolge der Resonanzen erlaubt einen Rückschluss auf die Pulswellengeschwindigkeit und damit auf den Zustand des Gefäßes an der Stelle des implantierten Stents.

Zur Zeit arbeiten die Forscher im Rahmen ihrer Dissertationen an einem Proof-of-Concept. Damit soll eine ausreichende zeitliche Auflösung für die Pulswellengeschwindigkeitsmessung realisiert werden können. Für die Integration der Sensoren in den Stent existieren unterschiedliche Konzepte, die im Rahmen weiterführender Forschungsprojekte umgesetzt werden.

Kontakt:

Alexej Domnich

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

D-70174 Stuttgart

www.ipa.fraunhofer.de

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