Projekt P9: Resonante magnetoelektrische Sensorsysteme zur Messung der tiefen Hirnstimulation

• Antragsteller: Professor Dr. Günther Deuschl; Professor Dr.-Ing. Michael Höft; Professor Dr. Bernhard Wagner
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269882227

Das Projekt zielt auf die Herstellung und Untersuchung von resonanten magnetoelektrischen Sensoren und den Aufbau von Vektorfeld-Sensoren und Sensorarrays mit analoger Signalverarbeitung. Die Leistungsfähigkeit dieser Sensorsysteme wird durch Experimente an realistischen Kopfphantomen und die Messung biomagnetischer Signale an Patienten mit tiefer Hirnstimulation validiert. Im Fokus stehen hochfrequente (oberhalb 100 Hz), schmalbandige (kleiner 2 Hz), periodische Signale, wie sie etwa bei der tiefen Hirnstimulation oder bei bestimmten sensorisch evozierten Potenzialen auftreten. Zur Messung der hochfrequenten Signale bzw. deren Oberwellen werden oberfächenmikromechanische, resonant betriebene ME Sensoren eingesetzt, die mittels Vakuumverkapselung eine hohe Güte erreichen. Die Resonanzfrequenz der Sensoren soll durch das Design und falls erforderlich im Betrieb durch integriertes Frequenztuning auf die zu messende Signalfrequenz abgestimmt werden. Die MEMS ME Sensoren werden zusammen mit rauscharmen Verstärkern und Analog-Digital-Konvertern zu Sensorsystemen integriert, mit denen mittels hybrider Montagetechniken Vektorfeld-Sensormodule und Sensorarrays realisiert werden. Für den Aufbau dieser hochintegrierten Sensormodule sollen ME Sensoren mit Exchange-Bias Schichtsystemen als magnetostriktiver Komponente verwendet werden, bei denen die Notwendigkeit permanenter externer Biasfelder entfällt. Zur Messung der Empfindlichkeit, Auflösung und Richtcharakteristik dieser ME-Sensorsysteme sollen ein spezifischer 3D-Spulen-Messplatz und ein realistisches Kopfphantom mit Bereichen unterschiedlichen Leitfähigkeiten aufgebaut und eingesetzt werden. Im Anschluss sollen die oberflächenmikromechanischen MEMS Sensoren dieses Projekts zusammen mit geeigneten ME Sensoren aus den Projekten P4, P5 und P6 in neuromedizinisch relevanten Fragestellungen evaluiert werden. Dazu werden zunächst die hochfrequenten Oberwellensignale eines im Kopfphantom platzierten Hirnschrittmachers gemessen. Anschließend soll mit den ME Sensoren das Hirnschrittmacher-Artefakt an Patienten mit tiefer Hirnstimulation gemessen und die Qualität von Signalrekonstruktionsverfahren evaluiert werden. Unter anderem wird dabei durch gleichzeitige Messung von EEG und MEG Signalen des Probanden die Signalqualität und Validität auf der Kopfoberfläche verglichen und ihre wechselseitige Beeinflussung quantitativ bestimmt. Zum anderen sollen die Unterschiede in der Feldverteilung kommerzieller Stimulationselektroden mit 32 Kontakten bei unterschiedlicher Beschaltung untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen