Entwurfsplattform für SiP in medizintechnischen Anwendungen (ESiMED)

Das Ziel des Projektes ist eine Entwurfsplattform für System- in-Package-Produkte in medizinischen Anwendungen sowie deren Erprobung durch Demonstrator-Entwicklungen von Stent-Implantaten und Geräten zur Rehabilitation von Schlaganfallpatienten.

Moderne Elektronik bietet auch für die Medizin ein gewaltiges Anwendungspotenzial. Stärkere Individualisierung lässt sich durch mehrere Schaltkreise in einem Gehäuse (System in Package) erreichen, die so aufeinander abgestimmt sind, dass ein hochleistungsfähiges Gesamtsystem entsteht. Es erlaubt eine sehr kompakte Integration unterschiedlicher Baugruppen und schützt das geistige Eigentum eines Produktkonzepts. Davon kann besonders die Medizintechnik profitieren, deren Anwendungen verlangen, dass Sensoren, leistungsfähige Prozessoren zur Signalanalyse und in zunehmendem Maße drahtlose Schnittstellen in einem engen Bauraum integriert werden. Am deutlichsten wird dies bei Implantaten, die neben einer extremen Miniaturisierung hohe Anforderungen an Energieeffizienz und Zuverlässigkeit stellen. Für die verschiedenen Erkrankungen werden maßgeschneiderte Lösungen in jeweils kleinen und mittleren Stückzahlen benötigt, die überwiegend von kleinen und mittleren Unternehmen entwickelt und produziert werden.

Aufgrund der fehlenden Unterstützung durch Entwurfswerkzeuge und Bauteilebibliotheken können kleine Unternehmen die Vorteile der SiP-Integration heute noch nicht ausnutzen. In dem Projekt soll die technologische Basis für effizienten Entwurf und Fertigung von SiP-Produkten in der Medizintechnik vom mobilen Therapiegerät bis hin zum Implantat geschaffen werden.

Dabei sind die folgenden Hauptaufgaben zu lösen:

• Bereitstellung einer Bibliothek mit in mehreren Produkten verwendbaren Standardbausteinen (z.B. Prozessoren, Funkschnittstellen),
• ein Werkzeug zur Erstellung des SiP-Layouts, das die Einhaltung von Entwurfsregeln des SiP-Fertigers prüft,
• Ausgabeformat und Methodik, die den automatischen Transfer des SiP-Entwurfs in die Produktionsumgebung des Fertigers erlaubt.

Zur Lösung der anspruchsvollen Arbeiten arbeiten in ESiMED Entwerfer, SiP- und Gerätehersteller mit Medizinern sowie EDA Firmen und Instituten zusammen. Die Methodik wird anhand folgender Systeme mit Produktpotential verifiziert: Stentgraft-Implantate zur Behandlung von Aneurysmen der Aorta, Stent-Implantate zur Shuntversorgung bei Leberzirrhose sowie ein Gerät zur Rehabilitation von Schlaganfallpatienten.

Stichworte

• Sensor
• Signalanalyse
• Stent
• System in Package

Publikationen

• F. Quandt, J. Feldheim, J.C. Loitz, D. Wolff, M. Rohm, R. Rupp, W.H. Krautschneider, F.C. Hummel: Decrement of the effect of neuromuscular electrical stimulation over time in chronic stroke patients. Clinical Neurophysiology, 127(9): S. 234-235, 2016. , http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1388245716301171
• A. Reinert, J. Loitz, W. Krautschneider, D. Schroeder, Hrsg.: Forearm motor point characterization for smart electrode array shapingIn Tagungsband "BMT 2014", 2014, p. S1031 Hannover, 8.-10.2014, Hannover, Oktober 2014.Seite 1031.
• Jan Loitz, Aljoscha Reinert, Dietmar Schroeder, Wolfgang Krautschneider: Impact of electrode geometry on force generation during functional electrical stimulation. In Current Directions in Biomedical Engineering, Jg. 1, S. 458-461, September 2015.
• Aljoscha Reinert, Jan C. Loitz, Fanny Quandt, Dietmar Schroeder and Wolfgang H. Krautschneider: Smart control for functional electrical stimulation with optimal pulse intensity. Current Directions in Biomedical Engineering, 2(1): S. 395-398, 2016. , https://www.degruyter.com/view/j/cdbme.2016.2.issue-1/cdbme-2016-0088/cdbme-2016-0088.xml
• • Bibin John, Clemens Spink, Markus Braunschweig, Rajeev Ranjan, Dietmar Schroeder, Andreas Koops, Gregor Woldt, Ilka Rauh, Andreas Leuzinger, Gerhard Adam, Wolfgang H. Krautschneider: Telemetric System for Monitoring of Endoleak in Abdominal Aorta Aneurysm using Multiple Pressure Sensors integrated on a Stent Graft. In , Hrsg., Tagungsband "12th IEEE Biomedical Circuits and Systems (BioCAS2016)" . IEEE, Oktober 2016.
• Aljoscha Reinert, Jan C. Loitz, Nils Remer, Dietmar Schroeder and Wolfgang H. Krautschneider: Usability of Passive Models for Energy Minimization of Transcutaneous Electrical Stimulation - Possibilities and Shortcomings of Analytical Solutions of Passive Models and Possible Improvements. In SCITEPRESS, Hrsg., Tagungsband "9th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies (BIOSTEC 2016) - Volume 1: BIODEVICES" , Jg. 1, S. 269-274. Scitepress, 2016. , DOI: http://www.scitepress.org/DigitalLibrary/Link.aspx?doi=10.5220/0005822402690274
• Bibin John, Rajeev Ranjan, Clemens Spink, Dietmar Schroeder, Andreas Koops, Gerhard Adam, Wolfgang H. Krautschneider: Wireless Blood Pressure Measurement Implant Electronics for integration in a Stent Graft. In IASTED, Hrsg., Tagungsband "Biomedical Engineering (BioMed 2016)" . IASTED, Februar 2016. , DOI: 10.2316/P.2016.832-042
• Rajeev Ranjan, Bibin John, Dipal Gosh, Soumil Kumar, Lait Abu Saleh, Dietmar Schroeder and Wolfgang H. Krautschneider: Wireless Energy and Data Transmission ASIC for Blood Pressure Measurement in an Aneurysm Implant. In SCITEPRESS, Hrsg., Tagungsband "9th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies (BIOSTEC 2016) - Volume 1: BIODEVICES" , Jg. 1, S. 256-262. Scitepress, 2016. , DOI: http://www.scitepress.org/DigitalLibrary/Link.aspx?doi=10.5220/0005815002560262