Das Glasauge zwinkert mit
VDI nachrichten, Berlin, 9. 5. 08, ber – Vorbei sind die Zeiten, in denen Glasaugen wie starre Kugeln aussahen. Längst modellieren Epithetiker einen warmherzigen, weltoffenen Blick in die Implantate. Experten der Mikroproduktionstechnik wollen den künstlichen Gesichts- oder Körperteilen nun einen zusätzlichen natürlichen Look verpassen.
Genau daran arbeiten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) zusammen mit der Charité. Sie wollen das Lid des künstlichen Auges zwinkern lassen. Sogar die Pupille des Kunstauges soll sich künftig bewegen. Das Hightech-Implantat soll außerdem automatisiert gefertigt werden.
1999 präsentierten Mediziner und Ingenieure den ersten Prototyp für eine Epithese mit aktivem Lidschlag. Mittlerweile gibt es eine zweite Version. „Das ist eine ganz andere Konstruktion als herkömmliche Epithesen, die aus einem Stück bestehen“, erklärte Menzel. Das bewegliche Modell setzt sich aus zwei Teilen zusammen: aus dem Oberlid samt Elektronik und dem eigentlichen künstlichen Auge.
Das Lid wird aus Silikon nachmodelliert, hautfarben eingefärbt und über einen winzigen beweglichen Metallbügel gespannt. Eine feine Nadel- oder eine Klebeelektrode greift die Spannungspulse am Lidmuskel hinter dem Auge ab.
„Wenn der Muskel des verwundeten Auges noch aktiv ist, verwenden wir diesen. Ansonsten können wir auch die Signale vom gesunden Auge erfassen“, schilderte Martin Klein, Gesichtschirurg an der Charité.
Beim natürlichen Augenzwinkern löst ein Spannungspuls von 50 mV bis 90 mV die Muskelbewegung aus. Musculus levator palpebrae lässt locker, während sich Musculus orbicularis oculi zusammenzieht. Das Lid senkt sich. Kurz darauf tauschen beide Muskeln ihre Rollen. Das Lid hebt sich wieder.
In der aktiven Epithese wird der Spannungspuls ebenfalls in eine Bewegung übersetzt. Ein Verstärker übermittelt das Signal an einen winzigen Motor, der von einer Batterie angetrieben wird. Die Silikonhaut über dem Glasauge huscht nach unten und zurück.
„Das spielt sich in sehr kurzer Zeit ab, so dass die Lider vom gesunden wie vom künstlichen Auge scheinbar synchron schlagen“, betonte Elektroingenieur Dirk Oberschmidt vom Berliner Fraunhofer-Institut (IPK).
Allerdings treten beim Kauen beträchtliche Störströme auf. Damit die Patienten während des Essens nicht unfreiwillig blinzeln, darf nur die Differenz des Spannungssignals von zwei Elektroden ausgewertet werden und nicht der absolute Wert einer einzelnen Elektrode, wie das Berliner Team herausfand.
Aus Platzgründen sind alle Bauteile direkt auf eine Platine gelötet. Diese SMD-Technik (surface mounted device) wird häufig bei elektronischen Implantaten verwendet, die besonders kompakt sein müssen. Seit 1999 konnten die Forscher das Implantat von 30 cm³ auf 18 cm³ verkleinern. „In große Augenhöhlen, wie sie nach einer Tumoroperation verbleiben, passt es schon hinein“, so Klein.
Doch das Kunstauge muss noch weiter schrumpfen. Ziel der Forscher ist ein Volumen von 10 cm³. Vor allem Motor und Getriebe bedürfen dafür weiterer Miniaturisierung. „Das Problem ist, dass die Gelenke, Führungen und Lager dadurch störanfälliger werden“, fürchtet Oberschmidt. Dennoch bleibt er optimistisch.
Bislang wurde das Kunstauge zwei Patienten jeweils für einige Tage bis Wochen eingesetzt. „Blinzeln und Augenzwinkern – das funktioniert schon“, berichtete Klein. Ein Problem sei allerdings, dass die Elektrode samt Zu- und Ableitungen einen Tunnel für Keime bildet. „Wenn der Patient eine Infektion an seinem einzigen gesunden Auge bekäme, wäre das dramatisch“, so Klein. Auch aus diesem Grund ist die aktive Epithese noch nicht als Medizinprodukt zugelassen.
Der Infektionsgefahr wollen die Ingenieure nunmehr mit telemetrischer Signalübertragung entgehen. In einem Nachfolgemodell soll das Spannungssignal aus dem Muskel in eine Funkbotschaft für den Motor übersetzt werden. Zwischen den Elektroden und dem Lid bestünde dann nur noch eine drahtlose Verbindung.
„In der Haut haben wir aber ständig wechselnde Bedingungen. Das macht die Datenübertragung schwierig“, gab Oberschmidt zu bedenken. Auch würden dann zwei Energieversorgungseinheiten benötigt, eine für die Elektrode und eine separate für den Motor.
Nur zu gerne würden die Ingenieure mit der telemetrischen Datenübertragung künftig auch bewegliche Pupillen entwickeln. Auf natürliche Weise werden die Augen des Menschen von sechs Muskeln bewegt. „Sie alle mit Elektroden anzupieksen, wäre zu kompliziert“, sagte Klein. Denkbar wäre aber, nur die Pupille hin- und herrollen zu lassen.
Obwohl auch Firmen und Medizintechnikunternehmen an der Entwicklung der aktiven Epithese mitwirken, liegt eine Massenproduktion von Kunstaugen in weiter Ferne. „Dazu muss erst einmal die Epithese mit Lidschlag fertig entwickelt sein“, machte Oberschmidt klar.
Zwar erhalten alleine in Deutschland jedes Jahr 5000 Patienten Glas- oder Kunststoffaugen, die noch dazu alle zwei Jahre ausgetauscht werden müssen, da sich das Silikon allmählich verfärbt und an den Rändern ausfranst. Bis heute aber ist jedes Implantat reine Handarbeit.
„Von der Menge her sollte man denken, dass da ein großer Markt vorhanden ist“, so Yvonne Motzkus, Epithetikerin an der Berliner Charité. Doch jeder Blick ist anders. Jede Pupille, jede Iris ist ein Unikat, die sich bis heute offenbar am besten durch den erfahrenen Blick der Epithetikern einfangen lässt.
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