Mechatronische Systeme für die Hydrozephalustherapie

Wie in allen Bereichen der modernen Industriekultur ist auch in der Medizin ein deutlicher Trend zur Technisierung zu erkennen. Zentrale Innovationsmotoren sind hier neben der Mikrotechnik vor allem die Informations- und Automatisierungstechnik. Betrachtet man moderne Medizingeräte, wird die in der Vergangenheit rein mechanisch realisierte Funktionalität immer stärker durch Elektronik und Informationsverarbeitung in Mikrorechnern realisiert. Neue Funktionalität ist meist ausschließlich nur durch diese erreichbar.
Da Mechanik, Elektronik und Informationsverarbeitung in einem engen Funktionszusammenhang stehen, ist ein integrierter mechatronischer Entwurf dieser Komponenten von großem Vorteil. Als Anwendungsbeispiel eines solchen mechatronischen Entwurfskonzeptes wird in diesem Buch die Therapie des Hydrozephalus vorgestellt.
Das menschliche Gehirn ist von einer klaren, wässrigen Flüssigkeit, dem sogenannten Liquor Cerebrospinalis umgeben. Produktion und Resorption der Gehirnflüssigkeit stehen in einem empfindlichen Fließgleichgewicht. Wird dieses Gleichgewicht gestört, kommt es zu einer Ansammlung von Liquor innerhalb der Schädelkapsel und einem Anstieg des Hirndrucks, dem Krankheitsbild des Wasserkopfs (Hydrozephalus). Seit etwa 40 Jahren werden zur Therapie dieser Erkrankung bei Kindern und Erwachsenen passive (druckgesteuerte) Überströmventile (sog. ''Shunts'') implantiert. Diese leiten die überschüssige Flüssigkeit in ein anderes Körperkompartiment (z. B. den Bauchraum) ab. Obwohl ca. 70% der Patienten erfolgreich therapiert werden können, treten immer wieder schwere Behandlungskomplikationen auf, die durch Infektionen, aber auch durch eine nicht optimale Funktion der Ventileinheit hervorgerufen werden. Diese kann beispielsweise durch mechanischen Defekt offen bleiben oder Verkleben. Eine nicht optimale Anpassung der Ventileigenschaften an die Bedürfnisse des Patienten kann zu Unter- oder Überdrainage führen und den damit verbundenen klinischen Langzeitfolgen (z. B. das sog. Schlitzventrikel Syndrom).
In der vorliegenden Arbeit wird dargestellt, wie mit Hilfe moderner ingenieurwissenschaftlichen Methoden die komplexen medizinischen Zusammenhänge beschrieben und daraus Verfahren und Geräte zur Verbesserung von Diagnose und Therapie abgeleitet werden können. Sie gliedert sich in vier Kernkapitel: Kapitel 2 gibt eine allgemeinverständliche Einführung in die Medizinische Problematik. In Kapitel 3 wird eine analytische Modellbildung der intrakraniellen Hydraulik durchgeführt. Kapitel 4 beschäftigt sich mit der Automatisierten Analyse des Hirndrucksignals. Das Konzept eines implantierbaren mechatronischen Shuntsystems wird in Kapitel 5 Vorgestellt.