Skip to content
Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter March 17, 2008

Neural Prostheses in Clinical Applications – Trends from Precision Mechanics towards Biomedical Microsystems in Neurological Rehabilitation / Neuroprothesen in der klinischen Anwendung – Trends von der Feinwerktechnik zu biomedizinischen Mikrosystemen in der neurologischen Rehabilitation

T Stieglitz, M Schuettler and K. P Koch
From the journal

Abstract

Neural prostheses partially restore body functions by technical nerve excitation after trauma or neurological diseases. External devices and implants have been developed since the early 1960s for many applications. Several systems have reached nowadays clinical practice: Cochlea implants help the deaf to hear, micturition is induced by bladder stimulators in paralyzed persons and deep brain stimulation helps patients with Parkinson's disease to participate in daily life again. So far, clinical neural prostheses are fabricated with means of precision mechanics. Since microsystem technology opens the opportunity to design and develop complex systems with a high number of electrodes to interface with the nervous systems, the opportunity for selective stimulation and complex implant scenarios seems to be feasible in the near future. The potentials and limitations with regard to biomedical microdevices are introduced and discussed in this paper. Target specifications are derived from existing implants and are discussed on selected applications that has been investigated in experimental research: a micromachined implant to interface a nerve stump with a sieve electrode, cuff electrodes with integrated electronics, and an epiretinal vision prosthesis.

 

Neuroprothesen können Funktionen des Körpers nach traumatischer Verletzung oder neurologischer Erkrankung teilweise durch technische Nervenerregung wiederherstellen. Seit den frühen sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts wurden externe Hilfsmittel und Implantate für viele Anwendungen entwickelt. Einige Systeme sind im heutigen klinischen Alltag angekommen: Cochlea Implantate helfen Ertaubten zu hören, Querschnittgelähmte benutzen Blasenstimulatoren zur Miktion, und Tiefenhirnstimulation erlaubt Patienten mit Morbus Parkinson wieder am täglichen Leben teilzunehmen. Bislang sind die Neuroprothesen im klinischen Einsatz feinwerktechnisch hergestellt. Seit die Mikrosystemtechnik die Möglichkeit eröffnet, komplexe Systeme mit einer groβen Anzahl von Elektroden als Schnittstelle zum Nervensystem zu entwerfen und herzustellen, scheint die Umsetzung von selektiver Stimulation und komplexen Szenarien für Implantate in nahe Zukunft gerückt zu sein. In diesem Artikel sollen Chancen und Grenzen biomedizinischer Mikrosysteme gezeigt werden. Gewünschte Spezifikationen werden von vorhandenen Anwendungen abgeleitet und an ausgewählten Beispielen aus der experimentellen Forschung diskutiert: ein Mikroimplantat in Siebform als Schnittstelle zu einem Nervenstumpf, Manschettenelektroden mit integrierter Elektronik und eine epiretinale Sehprothese.


*Address of correspondence: PD Dr.-Ing. Thomas Stieglitz, Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering, Neural Prosthetics Group, Ensheimer Strasse 48, D-66396 St. Ingbert, Germany, Phone: +49 6894 980 160, Fax: +49 6894 980 400

Published Online: 2008-03-17
Published in Print: 2004-04-01

© Walter de Gruyter