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Projekt ESiMED: System-in-Package-Chips für die Medizin

Mikroelektronik kann Ärzten neue Behandlungs- und Therapiemöglichkeiten eröffnen. Eine wichtige Schlüsseltechnologie ist dabei das sogenannte System-in-Package. Ein Forschungsprojekt soll den Zugang zu dieser Technologie im Medizinbereich erleichtern.

ESiMED, SiP, Fraunhofer, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Stent Bildquelle: © UKE, Andreas Koops

Ein Ärzteteam implantiert einen Stent

Für das Projekt ESiMED (Entwurfsplattform für SiP in medizintechnischen Anwendungen) hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung nun bis zum Jahr 2015 eine Unterstützung von 2,5 Mio. Euro bewilligt. Während dieser Zeit wollen die beteiligten Partner neuartige Methoden für die Planung und den Entwurf von SiP (System-in-Package) in der Medizintechnik erarbeiten. In diesem Industriezweig müssen Entwicklungen wie Implantate oder innovative Rehabilitationstechnik extrem leistungsfähig, langlebig, zuverlässig und oft sehr klein sein. Außerdem erfordern individuelle Krankheitsbilder spezialisierte Produkte – ein ideales Umfeld für SiP-Lösungen. Sie eignen sich zum einen besonders für Anwendungen, die auch bei kleineren Stückzahlen wirtschaftlich gefertigt werden sollen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich verschiedenartige Bauteile integrieren lassen, selbst wenn diese nicht mit Standardtechnologien gefertigt werden können. So lässt sich ein Produkt flexibel für das jeweilige Einsatzgebiet anpassen.

Bislang scheitern darauf basierende Entwicklungen aber oft an ungeeigneten Methoden für den Entwurf von neuen Produkten. Hohe Kosten und eine lange Einarbeitungszeit machen sie für die meist mittelständischen Medizintechnikhersteller oft nicht wirtschaftlich. Außerdem unterstützen derzeitige Lösungen nicht die schnelle Überleitung vom Entwurf zur Produktion. An diesen Punkten setzt ESiMED an. Dafür wird eine Basisversion der entwickelten Entwurfssoftware nach Projektabschluss frei zur Verfügung gestellt. Ihr Kernelement wird eine leicht bedienbare Benutzeroberfläche sein. Mit ihr können die Entwickler zum Beispiel auf verschiedene Systembausteine zugreifen, um Schaltkreise, Sensoren und weitere Komponenten zu einem fehlerfreien SiP zusammenzusetzen.

Die Projektergebnisse werden als Erstes in Lösungen für zwei zukünftige Therapieverfahren einfließen. Zum einen soll ein System-in-Package entwickelt werden, das den Rehabilitationsprozess für Schlaganfallpatienten erleichtern soll. Viele von ihnen leiden unter der eingeschränkten Funktion einer Hand. Sie sollen deshalb ein tragbares Gerät erhalten, das elektrische Impulse zur Stimulation von Nerven und Muskeln an die gelähmte Hand sendet. Durch diese Unterstützung können Patienten das Öffnen und Schließen der Hand wieder erlernen.

Als Zweites soll im Projekt grundlegend untersucht werden, ob sich ein sogenannter Stent für Patienten mit vergrößerter Hauptschlagader (Aorten-Aneurysma) optimieren lässt. Ein solches Implantat könnte in Zukunft nicht nur das Blutgefäß stützen, sondern durch integrierte Sensoren auch die Druckverhältnisse im Aneurysma überwachen. Die gemessenen Daten können dann dem Arzt genauere Informationen als bisher über den Therapieerfolg liefern und früher undichte Stellen aufzeigen.

Bei der Entwicklung der neuen Entwurfsmethoden sind fünf deutsche Unternehmen und Forschungseinrichtungen beteiligt. Geleitet wird das Projekt von Microelectronic Packaging Dresden, einem Spezialisten für die SiP-Fertigung. Der Dresdner Teil EAS des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS erarbeitet die Entwurfssoftware. Dazu gehören auch Verfahren, mit denen schon während der SiP-Entwicklung der korrekte Entwurf der Systeme geprüft werden kann. Weitere Projektpartner sind die Technische Universität Hamburg-Harburg,  das Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf und die Firma Medel.