Folie 1 - Indico

Schädelimplantate in der Hirnforschung Cihan Ipek Axel Klug

MPI für biologische Kybernetik

• Wahrnehmung, Kognition, Handlung • Physiologie kognitiver Prozesse • Empirische Inferenz • Hochfeld Magnetresonanz Cihan Ipek, Axel Klug

Schädelimplantate in der Hirnforschung

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Inhalt

• Technik bis 1996

• Titan-Implantate • Kunststoff-Implantate

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Funktion von Implantaten

Unterschieden werden: -

Kopfhalter zum Fixieren der Tiere

-

Ableitkammern Verschließbarer Zugang zum Gehirn

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Stand 1996 • Kopfhalter bestehen aus Stahlbolzen mit Querstangen und Bohrungen • Ableitkammern sind angeschrägte Rohrstücke mit Nuten in der Außenwand • Befestigung durch Knochenzement auf dem Schädel

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Neuer Ansatz

Integration des Implantates in den Knochen, erreicht durch: - Dünne Schraubenbeinchen geringer Höhe

- Verwendung von speziellen Knochenschrauben - An den jeweiligen Schädel angepasste Form - Hydroxyl-Apatit (HA)-Beschichtung, die das Knochenwachstum fördert.

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Anforderungen an Implantate • Soll das Implantat im MRT verwendet werden • Ist das Tier beim Experiment wach oder anästhesiert • Welcher Gehirnbereich soll erreicht werden • Größe des Gehirnbereichs • Welcher Elektrodenvorschub wird in die Ableitkammer ein-/aufgebaut • Soll mit Optik ein Zugang zum Gehirn erstellt werden

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Titan-Implantate

Kopfhalter

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Ableitkammer

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Verwendung von Titan-Implantaten

• Elektrophysiologie - Im abgeschirmten Raum - Fixierung des Tieres - Einbringen von Elektroden in die Ableitkammer - Visuelle und akustische Stimulierung - Durch Abschirmung sind Messungen an der Zelle im µV-Bereich möglich Cihan Ipek, Axel Klug

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Kunststoff-Implantate

Kopfhalter für wache Tiere Kopfhalter für anästhesierte Tiere

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Ableitkammer

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Verwendung von Kunststoff-Implantaten

• Kernspintomographie - Fixierung des Tieres

- Einbringen von Elektroden in die Ableitkammer - Anschluss und Gehäuse von Spulen, um Gehirnbereiche anzuregen Cihan Ipek, Axel Klug

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Herstellung

• Basis: MRT-Scan des Schädels • Konstruktion mit CATIA V5 • Fertigungsvorbereitung mit CATIA-CAM • Fertigung: 5-Achs-Bearbeitungszentrum Cihan Ipek, Axel Klug

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Herstellung von Titan-Implantaten

• Kopfhalter werden „flach“ gefräst und dann einem Schädelmodell angepasst • Bei Ableitkammern wird die Schädelform direkt gefräst. • Werkstoff: Titan-Legierung (Ti6Al4V ELI) Cihan Ipek, Axel Klug

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Herstellung von Kunststoff-Implantaten

• Jede Implantatform wird individuell gefräst

• Werkstoff: PEEK Optima

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Kunststoff-Implantate und HA-Beschichtung • Bis 2008: Keine Beschichtung, teilweise ungenügendes Verwachsen mit dem Schädelknochen • Versuche, PEEK Optima mit HA zu Beschichten bleiben erfolglos, der Kunststoff erweicht • Abhilfe: Schutzschicht aus Tantal als PVD-Beschichtung

• Aufbringung der HA-Beschichtung auf Ta-Schutzschicht

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Zukunft

• Reduktion des Implantat-Bedarfs durch - neue Fixierungsmöglichkeiten - generische Ableitungskammern

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