Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer neuartigen Webtechnologie zur integralen Fertigung von komplexen inviduellen Implantaten

Die krankhafte Erweiterung der Körperschlagader (Aorten Aneurysma) ist eine lebensbedrohliche Herz-Kreislaufsystemerkrankung. In Europa liegt die Häufigkeit des Auftretens bei 29 Fällen pro 100.000 Einwohnern. Bei der Behandlung werden endovaskuläre Stentgrafts verwendet, die aus einer Gefäßprothese mit einem innen- oder außenliegenden Stent bestehen. Das Stentgraft dient zur Auskleidung und Überbrückung des geschwächten Aortenabschnitts. Der Einsatz speziell gefertigter, patientenangepasster Stentgrafts mit Verzweigungen, Aussparungen und Fenstern ist aufgrund des komplexen Aufbaus mit langen Wartezeiten und hohen Kosten (ca. 35.000 € pro maßgefertigtem Stentgraft) verbunden, weil die Herstellung bzw. das arbeitsintensive und zeitaufwendige Aufnähen des Stents auf die maschinell gefertigte Gefäßprothese, das Einnähen der Abzweigungen sowie die Einpassung von Fenstern aktuell in Handarbeit erfolgen. Darüber hinaus führt die Handarbeit zu Qualitätsmängeln. Die Qualität des jeweiligen Implantats ist direkt vom bearbeitenden Mitarbeiter abhängig und resultiert in unterschiedlichen Festigkeiten der Nähte zur Befestigung der Stents. Dies kann zu unterschiedlichem Verhalten der metallischen Stützstrukturen während des Entfaltens der Stentgrafts in der Aorta führen. Das Resultat ist eine Verschlechterung des Therapieerfolgs. Alle aufgeführten Nachteile der bisherigen Stentgraftfertigung zeigen sehr deutlich, dass hier ein enormer Forschungsbedarf für die Entwicklung einer auf Patientendaten basierenden CAD-gestützten Prozesskette zur automatisierten Fertigung maßgeschneiderter Stentgrafts besteht. Zur Erfüllung der komplexen Anforderungen an Stentgrafts im Sinne der Wirtschaftlichkeit und reproduzierbarer Qualität soll deshalb im Rahmen des beantragten Projekts die Jacquard-Spulenschützen-Webtechnologie weiterentwickelt werden, um maßgeschneiderte Stentgrafts in Hybridbauweise kostengünstiger mit hoher Produktsicherheit zu realisieren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde eine CAD-gestützte, integrale Fertigungstechnologie zur Herstellung komplexer, patientenspezifischer Stentgrafts entwickelt. Diese flexible Technologie erlaubt die Integration von zugelassenen Formgedächtnismaterialien (Nitinol) in reproduzierbarer Qualität. Durch die bindungstechnische Integration der metallischen Drähte mithilfe der Jacquard-Spulenschützen-Webtechnologie wird eine definierte verzerrungsfreie Entfaltung ermöglicht. Überdies stellt die Technologie, flexible, automatisierte Lösungen für die maschinelle Fertigung von Abzweigungen in unterschiedlichen Durchmessern und von verjüngten Strukturen für die individuelle Maßanfertigung bereit.

Innovative Textil- und Sondermaschinenbauer können die Maschinenbauteile für die Fertigung von Stentgrafts zeitnah entwickeln und als Zusatzeinrichtung umsetzen, wobei die Zusatzkosten für die entwickelten Module für KMU gut finanzierbar sind. Somit wird insbesondere den KMU die Umsetzung der Ergebnisse zur reproduzierbaren, kostengünstigen und qualitätsstabilen Herstellung patientenspezifischer Stentgrafts ermöglicht.

Aufgrund der entwickelten Technologie lässt sich die Herstellung eines kostengünstigen maßgeschneiderten Produktes bei gleichzeitig äußerst hoher Reproduzierbarkeit und sehr kurzen Produktionszeiten (< 15 Min.) realisieren.

Abschließend können zahlreiche neue Entwicklungen, wie weitere textilbasierte komplexe Implantate mit vergleichbarem Aufbau (Tracheal- und Bronchialstents, Dick- und Dünndarmimplantate oder intrakranielle Gehirnstents) oder im Sport- und Freizeitbereich (Kompression und Muskelunterstützung) generiert werden.

Außerdem ist die entwickelte CAD-gestützte automatisierte Prozesskette auch auf andere Anwendungen übertragbar, z. B. die Integration sensorischer und aktorischer Komponenten in Composite.