Fraunhofer IPA Innovationspreis 2009

Seit 1993 werden am Fraunhofer IPA jährlich intern drei Innovationspreise ausgelobt. Sie werden als Anreiz verstanden, systematisch Verfahren, Produkte und Organisationsformen zu entwickeln, die Innovationen auf den Weg bringen.

Am 23. Oktober 2009 präsentierten Wissenschaftler des Fraunhofer IPA und seinem universitären Schwesterinstitut, dem Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF), neun Themen und Projekte aus den Gebieten Robotik, Medizintechnik, Produktions- und Prozessautomatisierung, Prüfsysteme und Lackiertechnik ihren Kolleginnen und Kollegen sowie der Jury.

Institutsleiter Prof. Engelbert Westkämper und Prof. Alexander Verl und die externen Juroren Dr. Wolfgang Rauh, Leiter Entwicklung der Werth Mess­technik GmbH, Gießen, Dr. Norbert Leopold, Geschäftsführer der HWP Planungsgesellschaft mbH, Stuttgart, und Dr. Jochen Schließer, Festo AG, Esslingen vergaben die Auszeichnungen nach den Kriterien Kundennutzen, Kreativität und methodisch-wissenschaftlicher Ansatz:

1. Preis:
Assistomosis – Neues Instrument für die assistierte Bypass-Chirurgie
Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems und speziell Herzinfarkte sind in Deutschland und anderen Industrienationen nach wie vor die häufigste Todesursache. Herzinfarkte entstehen durch eine Unterversorgung des Herzmuskels mit Sauerstoff. Hierfür zeigen sich meist Engstellen (so genannte Stenosen) in den Herzkranzarterien, die das Herz mit Blut versorgen, verantwortlich. Stenosen entstehen in den meisten Fällen aus altersbedingter Arterienverkalkung (Arterosklerose).

Zur Vorbeugung eines Herzinfarkts bzw. zu seiner Behandlung gibt es in der Gefäßchirurgie verschiedene Verfahren, einen Bypass, d. h. eine Überbrückung der Engstelle, zu legen. Den Koronararterien-Bypass mit Herz-Lungen-Maschine (CABG, coronary artery bypass grafting), den Koronararterien-Bypass ohne Herz-Lungen-Maschine (OPCAB, off-pump coronary artery bypass) und den minimal-invasiven direkten Koronararterien-Bypass (MIDCAB, minimally invasive direct coronary artery bypass).

Das bisher wenig verbreitete MIDCAB-Verfahren stellt für den Patienten die schonendste Methode dar, ist für den Herzchirurgen jedoch höchst anspruchsvoll und auf Bypässe auf der Vorderseite des Herzens beschränkt. Bei MIDCAB wird im Gegensatz zu CABG und OPCAB der Brustkorb des Patienten nicht geöffnet; der Zugang zum Herzen erfolgt vielmehr durch zwei Rippen hindurch, die mit einem Spezialinstrument aufgeweitet sind. Die Herausforderung für den Chirurgen liegt darin, trotz der beengten Platzverhältnisse, dem während der Operation weiter schlagenden Herzen und der eingeschränkten Sicht ein Blut­gefäß mit einem Durchmesser von ca. 4 mm an ein Herzkranzgefäß anzunähen. Deshalb entstand, initiiert durch das BMBF-Projekt MISS (Minimally Invasive Smart Suture), die Idee, ein alternatives Verfahren sowie die dafür notwendigen Instrumente für die Verbindung (Anastomose) zweier Blutgefäße zu entwickeln. Das dabei entstandene Konzept von Assistomosis (Instrument für die assistierte Etablierung einer Bypass-Anastomose) umgeht das manuelle Nähen, ist platzsparend und lässt eine schnellere Verbindung von Herzkranz- und Bypassgefäß auch auf der Rückseite des Herzens zu. Dabei werden speziell entwickelte Haltenadeln eingesetzt, um die beiden zu verbindenden Gefäße zu positionieren und in Position zu halten. Durch seitlich angebrachte Klammerapplikatoren des Instruments werden Clips zur Verbindung der beiden Gefäße appliziert. Ein chirurgischer Laser schafft dann die Durchgangsöffnung zur Etablierung der Verbindung aus dem Inneren der Positioniereinheit heraus. Das offene Ende des Bypass-Gefäßes wird dann mit einem chirurgischen Clip verschlossen.

Die Patienten haben durch das minimalinvasive Verfahren, das durch das neue Gerät ermöglicht wird, eine schnellere Rekonvaleszenz. Durch ein Vermeiden der Brustkorböffnung sind mit der Heilung geringere Schmerzen verbunden, weil eine Öffnung des Thorax sehr schmerzhaft während der Genesungszeit ist. Unter ästhetischen Gesichtspunkten betrachtet ist die Operation mittels des neuen Geräts ebenfalls hilfreich, da keine großen Narben mehr den Operationsbereich kennzeichnen, sondern nur eine kleine Narbe unter der Brust zurück bleibt.

Die Ausbildung zum Herzchirurgen ist langwierig und bedarf einer langen Übungszeit. Den zeitlichen Verlauf zum Lernen der Bypass-Operation bezeichnet man dabei als Lernkurve. Durch die Anwenderfreundlichkeit dieses Geräts wird die Lernkurve durch junge Herzchirurgen schneller durchlaufen und sie sind schneller einsatzfähig. Die Technologie ist während der Operation bequem anwendbar und ist weniger fehleranfällig als die konventionelle Nahttechnologie.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Dipl. Biol. (t.o.) Christian Reis
Telefon +49 (0) 711 970-1206 I christian.reis@ipa.fraunhofer.de
2. Preis:
IPAnema – Paralleler Seilroboter für hochdynamische Handhabung
Am Fraunhofer IPA wurde ein neuartiger Roboter entwickelt und in Betrieb ge­nommen. Er basiert auf Seilen, die durch mehrere Winden angetrieben werden und einen Endeffektor im Raum bewegen. Die neue Roboterkinematik erlaubt eine freie und voll kontrollierbare Bewegung. (Ausführlicher Bericht über IPAnema siehe Mediendienst August 2009, Thema 8)
Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Dr.-Ing. Andreas Pott
Telefon +49 711 970-1221 I andreas.pott@ipa.fraunhofer.de
3. Preis:
ISELLA 2 – Biomechanisch orientierter Leichtbauroboterarm mit QuadHelix-Antrieben

Am Fraunhofer IPA wurde im Rahmen eines Vorlaufforschungsprojekts ein neuartiger Leichtbauroboterarm entwickelt. Als Antriebseinheit zur Bewegung des biomechanisch orientierten Roboterarms dient ein neuartiger Seilzugantrieb, der eine Weiterentwicklung des DoHelix-Muskels darstellt. Der erste Prototyp des Arms wurde auf der 50-Jahr-Feier des Fraunhofer IPA vom 1.-3. Juli präsentiert. (Ausführlicher Bericht über ISELLA 2 siehe Mediendienst Juli, Thema 10)

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Dipl.-Ing. Arne Rost
Telefon +49 711 970-1315 I arne.rost@ipa.fraunhofer.de
Folgende sechs weitere Innovationen wurden beim IPA Innovationspreis vorgestellt:
– „Real-Time-Detektionssystem für die NOC-PCR“ von Axel Wechsler, Norman Werner
– „Hochgenaue Industrieroboter für die spanende Bearbeitung“ von Christian Meyer, Arnold Puzik
– „Intelligente Prothese: Vorausschauende Terrainanpassung für aktive Beinprothesen“ von Urs Schneider, Bernhard Kleiner
– „Walking Officer – Assistierte Rehabilitation mit der intelligenten Gehhilfe“ von Denis Rank, Armin Schäfer
– „EnPro1 – Multi-Spindelsystem zur Freiform-Holzbearbeitung“ von Daniel Schwenk, Jürgen Götz

– „Gepulste Hochspannung zur Verbesserung der Abscheidecharakteristik bei verschiedenen elektrostatischen Applikationen“ von Ulrich Strohbeck, Markus Cudazzo

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Hubert Grosser M. A.
Telefon +49 711 970-1177 I hubert.grosser@ipa.fraunhofer.de