Lékařská technika: Stimulátor laserová technika

Vedle lékařského umění a farmacie je lékařská technika určujícím faktorem na trhu zdraví a životní kvality. V Německu se kolem 11 000 podniků a 150 000 lidí zabývá s vývojem a výrobou výrobků lékařské techniky. I když se tyto většinou malé podniky od sebe liší sebevíce - jejími organismy proudí ten stejný zdroj životní síly: inovace!

Laserová technika ve výrobě lékařské techniky

Podle výzkumu spolkového ministerstva pro vzdělání a výzkum dosahují německé podniky v oboru lékařské techniky více než polovinu svého obratu výrobky, jejichž stáří je méně než dva roky. Spolkový svaz pro lékařskou technologii ve své roční zprávě 2006/07 informuje o tom, že v průměru je investováno více než sedm procent obratu do výzkumu a vývoje. K porovnání: Chemický průmysl s vysokou měrou výzkumu reinvestuje do výzkumu a vývoje pět procent, zpracovatelský průmysl 3,8 procent. Podle údajů patentového úřadu v Mnichově je lékařská technika na seznamu přihlášených vynálezů s více než 14 700 patenty na prvním místě, což odpovídá 11,4 procent všech přihlášek. Na dalších místech následují komunikační technika s 10 procenty a výpočetní technika s 6,7 procenty. Podobná je také mezinárodní situace: Podle ankety amerických lékařů bylo šest z deseti nejdůležitějších inovací posledních 30 let technickými výrobky.

Technika pro lidi

Kardiostimulátor
Elektronika kardiostimulátoru nesmí být při svařování poškozena příliš vysokou teplotou
Inovativní výzkum vyžaduje inovativní výrobu. Zejména v prostředí, ve kterém je technika člověku tak blízká, jak v žádné jiné oblasti: Chirurgické nástroje jdou pacientům hluboko pod kůži. Drobné implantáty, jako svorky na mozková aneuryzmata, sice vypadají jako kancelářská sponka, v chirurgii ovšem rozhodují o životě a smrti. A aktivní implantáty, jako kardiostimulátor, se dokonce stanou pevnou součástí lidského těla. Požadavky na materiály, výrobní kvalitu a procesní dokumentaci jsou tudíž velmi vysoké. Je to pole náročných úkolů pro výrobní techniku a procesní plánování - jak tvořené pro laser.

Přesná na mikrometr

Laserem svařený nitinolový košík
Laserem svařený nitinolový košík

Pro své široké aplikační spektrum a jeho zvláštní schopnosti je laser při řezání, svařování a popisování výrobků lékařské techniky výrobním nástrojem první volby. „Laser je průkopníkem miniaturizace a umožňuje svými aktuálními minimálními průměry ohniska kolem 25 mikrometrů při popisování a kolem 10 mikrometrů při ubírání a strukturování úplně nová ztvárnění výrobků. Také mikrosvařování v řádové velikosti pouze několika mikrometrů lze provádět", vysvětluje Dr. Alexander Knitsch, který zodpovídá jako aplikační manažer za obor lékařské techniky u TRUMPF. K tomu ještě přijde, že se laser dá polohovat s přesností přibližně jednoho mikrometru - dosud pro praxi ještě teoretická, mechanickými osami a celkovým výkonem zařízení omezená hodnota. Laserový výkon lze přesně regulovat a tím přívod tepla přesně řídit a přizpůsobit vlastnostem teplotně citlivých materiálů.

Pro každou velikost dávky

Páteřový implantát byl popsán laserem
Páteřový implantát byl popsán laserem

Svou velkou flexibilitu uplatňuje laser zrovna u nástrojů s vysokou rozličností výrobků a malými velikostmi dávek. Malé jednotky lze vyrábět ručně nebo poloautomaticky. Při velkovýrobě lze laser snadně automatizovat a integrovat do výrobní linky. Krátké připravovací doby a snadný přenos CAD dat na řízení stroje zvyšují jeho hospodárnost. A v závislosti na požadavku a dostupných kompetencí uvnitř podniku jsou k dispozici na klíč hotová řešení „Turnkey" či individuální systémové konfigurace specializovaných integrátorů. Podniky, jako americký integrátor ILT Innovative Laser Technologies, Inc., znají požadavky lékařské techniky na výrobu a doporučují brát na zřetel možnosti laseru již při plánování: „Úspěch systému začíná při konstrukci výrobku a provedení spojovacích míst", říká Steven D. Weiss, spoluzakladatel a hlavní společník ILT.

Reprodukovatelná kvalita

Pouzdro kamery CCD Endocam
Pouzdro kamery CCD Endocam

Lasery pracují s doslova chirurgickou přesností. Vyřizují svou úlohu rychle, spolehlivě a při odpovídající impulsní stabilitě v reprodukovatelné kvalitě. „Největší výhodou laseru pro nás je, že už není zapotřebí žádných nebo pouze nepatrných dokončovacích prací na obrobku", vysvětluje Wolfgang Karl, mistr laserového oddělení u specialisty pro endoskopy v Tuttlingenu Karl Storz GmbH & Co. KG. „I postupy se díky nasazení laseru stanou výrazně štíhlejší - u určitých výrobků jsme dokázali snížit naše průběžné doby až o 50 procent", dodává Karl.

Svařené přívody na endoskopu
Svařené přívody na endoskopu

Jakost laserem obráběných povrchů je bezvadná. Žádné rýhy, otřepy či zářezy nenarušují hygienu. Laserem svařené švy, třeba u trubic endoskopů, mají bezpórový, hladký povrch a tu stejnou biokompatibilitu jako základní materiál. Zpravidla není zapotřebí používat přídavné materiály. Laserové nápisy na nástrojích, jako například na retraktorech, mohou být při odpovídající parametrizaci odolné také vůči vysoce alkalickému čišticímu koncentrátu a vysokoteplotní sterilizaci. Úhly řezů, např. u filigránních implantátových systémů pro fraktury kostí, mají hladké povrchy a hrany s minimálním otřepem. A laserem zhotovené svarové body jsou velmi stabilní: Svarové body na nitinolových košíčcích o velikosti pouze několika mikrometrů vydrží například až 70 Newton.

Frézka na kloubní jamku je řezána laserem
Frézka na kloubní jamku je řezána laserem

Vedle kvality jednotlivého obrobku mají vitální význam stálost, reprodukovatelnost a kontrolovatelnost výrobního procesu. Kolísající kvality a nedodržené tolerance jsou v lékařské technice vyloučeny, „pondělní" kardiostimulátor není myslitelný. Stálou, reprodukovatelnou kvalitu už od prvního výrobku zajišťuje při obrábění laserem vysoce vyvinutý manažement paprsku. U aktuálních laserů TRUMPF to znamená, že se v mikrovteřinových intervalech - 1 000 000krát za sekundu - kontroluje, zda skutečný výkon souhlasí s vyžádaným výkonem. Všech 10 mikrosekund je impuls regulován, takže když impuls trvá například 5 milisekund, lze také libovolně modulovat tvarování impulsů. Příslušné parametry lze zaznamenat a uložit do paměti - klíčové slovo „Quality Data Storage Tool". „Zrovna ohledně procesní kvality má laser oproti jiným výrobním metodám rozhodující výhody: Pracuje podle jasně definovanýczh parametrů, jako délka impulsu, trvání impulsu nebo opakovací kmitočet impulsů, které lze vyčíst, uložit do paměti, kontrolovat a kdykoliv reprodukovat", vysvětluje Dr. Knitsch. Je to vlastnost laseru, která před pozadím rostoucích požadavků na dokumentaci a kontrolovatelnost získává čím dál tím větší význam.

Lékařská technika: Stimulátor laserová technika