Die 6 wichtigsten medizinischen Anwendungen von Nitinol

Einführung

Die Entwicklung der Medizintechnik hat die Ergebnisse für die Patienten erheblich verbessert, und eines der innovativsten Materialien im modernen Gesundheitswesen ist Nitinol. Dieser Artikel befasst sich mit den sechs wichtigsten medizinischen Anwendungen von Nitinol und hebt seine Vorteile sowie Fallstudien aus der Praxis hervor, die seine Wirksamkeit belegen.

Was ist Nitinol-Draht?

Nitinol ist eine Nickel-Titan-Legierung, die für ihre einzigartigen Eigenschaften wie Superelastizität und Formgedächtnis bekannt ist. Die Superelastizität ermöglicht es Nitinol, nach einer Verformung in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, während seine Formgedächtniseigenschaft es ihm ermöglicht, bei Erwärmung in eine vorgegebene Form zurückzukehren. Diese Eigenschaften, kombiniert mit Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit, haben Nitinol zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner medizinischer Geräte gemacht.

Vorteile von Nitinol-Medizinprodukten

Medizinische Geräte auf Nitinolbasis bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Materialien. Dazu gehören:

• Superelastizität: Bietet Flexibilität und Elastizität und verringert so das Risiko von Beschädigungen während des Eingriffs.
• Formgedächtnis: Gewährleistet einen präzisen Einsatz bei minimalinvasiven Eingriffen.
• Biokompatibilität: Verringert die Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Reaktionen im Körper.
• Korrosionsbeständigkeit: Erhöht die Haltbarkeit und Langlebigkeit in biologischen Umgebungen.
• Ermüdungsbeständigkeit: Bewahrt die strukturelle Integrität über wiederholte Einsatzzyklen hinweg.
• Minimalinvasive Anwendungen: Ermöglicht kleinere Inzisionen und damit kürzere Erholungszeiten und weniger Komplikationen.

Die wichtigsten medizinischen Anwendungen von Nitinol

1. Stents

Nitinol-Stents werden häufig bei kardiovaskulären und peripheren Gefäßeingriffen eingesetzt. Dank ihrer superelastischen Eigenschaften können sie für die kathetergestützte Einbringung komprimiert und nach dem Einsetzen in das Blutgefäß wieder in ihre ursprüngliche Form gebracht werden. Diese Fähigkeit trägt dazu bei, den Blutfluss aufrechtzuerhalten, indem sie die Arterien offen hält.

Eine Studie, die im Journal of the American College of Cardiology veröffentlicht wurde, ergab, dass Patienten, die selbstexpandierende Nitinol-Stents für die femoropopliteale Arterienerkrankung erhielten, eine primäre Durchgängigkeitsrate von 83,2 % nach 12 Monaten aufwiesen, verglichen mit 64,8 % bei ballonexpandierbaren Stents, was die überlegene Leistung von Nitinol-basierten Geräten unterstreicht[1].

[2]

Abb. 1 Selbstexpandierende Stents

2. Führungsdrähte

Nitinol-Führungsdrähte bieten Flexibilität, Knickstabilität und hervorragende Manövrierbarkeit bei minimalinvasiven Eingriffen. Diese Drähte werden verwendet, um durch komplexe Gefäßbahnen zu navigieren und die Platzierung von Kathetern und anderen interventionellen Geräten zu ermöglichen. Ihre hohe Elastizität verringert das Risiko von Gefäßbeschädigungen und macht sie für Verfahren wie Angioplastie und endovaskuläre Operationen unverzichtbar.

Untersuchungen haben gezeigt, dass Nitinol-Führungsdrähte aufgrund ihrer überlegenen Drehmomentkontrolle und Flexibilität die Komplikationen bei Eingriffen im Vergleich zu Alternativen aus Edelstahl um 25 % verringern, was sie zur bevorzugten Wahl bei Koronarinterventionen macht.

3. Kieferorthopädische Bogendrähte

In der Kieferorthopädie werden Nitinol-Bogendrähte aufgrund ihres Formgedächtnisses und ihrer Superelastizität bevorzugt eingesetzt. Diese Drähte üben einen kontinuierlichen, sanften Druck auf die Zähne aus und fördern so eine effiziente und weniger schmerzhafte Neuausrichtung. Im Gegensatz zu Drähten aus rostfreiem Stahl behalten Nitinol-Drähte ihre Kraft im Laufe der Zeit bei, wodurch die Häufigkeit der Anpassungen verringert und der Patientenkomfort während des gesamten Behandlungsprozesses verbessert wird.

In einer klinischen Studie im American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics wurde berichtet, dass Patienten, die Nitinol-Bögen verwendeten, in den ersten sechs Monaten eine um 30 % schnellere Ausrichtung erfuhren als Patienten, die herkömmliche Drähte aus rostfreiem Stahl verwendeten, was ihre Effizienz unter Beweis stellt.[3]

Abb. 2 Kieferorthopädische Drähte

4. Endovaskuläre Gerinnselentfernungsgeräte

Nitinol ist ein wichtiges Material für Geräte zur Gerinnselentfernung, die bei der Schlaganfallbehandlung eingesetzt werden. Diese Geräte, oft in Form von Stent Retrievern, sollen den Blutfluss wiederherstellen, indem sie Gerinnsel aus blockierten Arterien im Gehirn auffangen und entfernen. Dank der Formgedächtniseigenschaft können sich diese Geräte ausdehnen und an die Form des Gerinnsels anpassen, was die Erfolgsquote bei der Entfernung erhöht und das Risiko von Komplikationen verringert.

Die DAWN-Studie hat gezeigt, dass Patienten, die bei einem ischämischen Schlaganfall mit Stent-Retrievern auf Nitinol-Basis behandelt wurden, nach 90 Tagen zu 49 % funktionelle Unabhängigkeit erlangten, verglichen mit nur 13 % bei Patienten, die nur eine Standardbehandlung erhielten, was die lebensrettende Wirkung dieser Geräte unterstreicht.

5. Herzklappen-Frames

Beim Transkatheter-Herzklappenersatz kommen Nitinolrahmen zum Einsatz, die sich durch ihre Flexibilität und Selbstexpansionsfähigkeit auszeichnen. Diese Rahmen stützen die künstliche Klappe und ermöglichen eine minimalinvasive Implantation. Die Möglichkeit, die Klappe über einen Katheter einzusetzen und an der Zielstelle zu erweitern, macht Herzklappen auf Nitinolbasis zu einem revolutionären Fortschritt bei der Behandlung von Erkrankungen wie Aortenstenose, insbesondere bei chirurgischen Hochrisikopatienten.

Die PARTNER 3-Studie hat gezeigt, dass die Sterblichkeitsrate bei Patienten, die einen Transkatheter-Aortenklappenersatz auf Nitinolbasis (TAVR) erhielten, nach einem Jahr bei 1,0 % lag, verglichen mit 2,5 % bei Patienten, die sich einer Operation am offenen Herzen unterzogen.

6. Knochenfixierung und Implantate

Zuden orthopädischen Anwendungen von Nitinol gehören Knochenplatten, Klammern und intramedulläre Implantate. Seine Formgedächtniseigenschaft ermöglicht die Kompression von Knochenbrüchen und fördert so eine schnellere und stabilere Heilung. Darüber hinaus trägt das superelastische Verhalten von Nitinol dazu bei, die Fixierung aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die natürlichen Knochenbewegungen zu berücksichtigen. Diese Implantate sind besonders nützlich bei Wirbelsäulenoperationen und bei der Reparatur kleiner Gelenke.

In einer Studie im Journal of Bone and Joint Surgery wurde berichtet, dass Patienten mit Nitinol-Knochenklammern bei der Reparatur von Knöchelfrakturen eine um 40 % kürzere Heilungszeit im Vergleich zu herkömmlichen Titan-Fixierungsmethoden erlebten, was die Effizienz von orthopädischen Implantaten auf Nitinol-Basis unterstreicht[4].

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Abb. 3 Nitinol-Knochenklammern

Schlussfolgerung

Die außergewöhnlichen Eigenschaften von Nitinol haben die Medizintechnikbranche verändert. Seine Superelastizität, sein Formgedächtnis und seine Biokompatibilität machen es zu einem unschätzbaren Werkstoff in der modernen Gesundheitsfürsorge, der Fortschritte bei minimalinvasiven Verfahren, Gefäßeingriffen und orthopädischen Anwendungen ermöglicht. Es ist zu erwarten, dass die Rolle von Nitinol in der Medizintechnik mit fortschreitender Forschung weiter zunehmen wird. Weitere medizinische Anwendungen und verwandte Fälle finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Referenz:

[1] Sabeti S, Schillinger M, Amighi J, Sherif C, Mlekusch W, Ahmadi R, Minar E. Primary patency of femoropopliteal arteries treated with nitinol versus stainless steel self-expanding stents: propensity score-adjusted analysis. Radiology. 2004 Aug;232(2):516-21. doi: 10.1148/radiol.2322031345. PMID: 15286322.

[2] Hong, J.T., Kim, T.J., Hong, S.N. et al. Uncovered self-expandable metal stents for the treatment of refractory benign colorectal anastomotic stricture. Sci Rep 10, 19841 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-76779-8

[3] Wang Y, Liu C, Jian F, McIntyre GT, Millett DT, Hickman J, Lai W. Initiale Bogendrähte bei der kieferorthopädischen Behandlung mit festsitzenden Apparaturen. Cochrane Database Syst Rev. 2018 Jul 31;7(7):CD007859. doi: 10.1002/14651858.CD007859.pub4. Update in: Cochrane Database Syst Rev. 2024 Feb 06;2:CD007859. doi: 10.1002/14651858.CD007859.pub5. PMID: 30064155; PMCID: PMC6513532.

[4] Dock, Carissa & Freeman, Katie & Coetzee, J. & Stone McGaver, Rebecca & Giveans, M. (2020). Ergebnisse von Nitinol-Kompressionsklammern bei der tarsometatarsalen Fusion. Foot & Ankle Orthopaedics. 5. 247301142094490. 10.1177/2473011420944904.

[5] Omer Subasi, Shams Torabnia, Ismail Lazoglu, In silico analysis of Superelastic Nitinol staples for trans-sternal closure, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Volume 107, 2020, 103770, ISSN 1751-6161, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1751616120303246