FOKUS BIOMEDIZINISCHE TECHNIK

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1 FOKUS BIOMEDIZINISCHE TECHNIK Prof. Dr. E. Mazza Institute for Mechanical Systems, ETH Zürich Zahnimplantate Prothesen Diagnostik Materialien Roboter für Chirurgie / Rehab. Herzpumpen

2 Definition Biomedizinische Technik Allgemeine Definition Biomedizinische Technik (BMT) bedeutet die Nutzbarmachung von Konzepten und Verfahren der Mathematik, Naturwissenschaften und technischen Wissenschaften in der Medizin sowie in der Biologie. 2

3 Definition Biomedizinische Technik Biomedical Engineering Handbook (Bronzino) BMT ist die Anwendung elektrischer, mechanischer, chemischer, optischer und anderer Ingenieursmethoden zum besseren Verstehen, Verändern und Kontrollieren biologischer Systeme sowie zum Entwurf und Herstellung von Produkten für die Beobachtung physiologischer Funktionen und Unterstützung der Diagnose und Therapie 3

4 Biomedical Engineering: Bridging Technical and Biological Systems Imaging, Sensing Biological Systems Modelling Interaction, Control, Devices Technical Systems Structural Intervention 4

5 USD / Kopf Kosten des Gesundheitswesens 5

6 BMT Komponenten Forschung Angewandte Forschung Grundlagenforschung Patient Klinik Ärzte, Pfleger, Therapeuten BMT Industrie Grossunternehmen, KMUs, Spin-offs 6

7 Medtech Industrie in der Schweiz Implantate (Gelenke, Zahn, Osteosynthese) Insulinverabreichung Hörgeräte EKG Geräte Röntgen, CT, MRI Klinisch-chemisches Labor, Diagnostik Start-ups, z.b. Rehabilitationsrobotik 7

8 Medtech Industrie Phonak Ypsomed 8

9 Medtech Industry Straumann, Nobel Biocare Johnson&Johnson, Mathys, Smith&Nethew, Stryker, Synthes, Zimmer, etc. 9

10 ETH Spin-Offs Scanco Medical Hocoma 10

11 Aufgaben und Gebiete der BMT Physikalisch-technisch basierte in vivo Verfahren, d.h. makroskopische, am ganzen Körper anwendbare Verfahren Medizinische Mikro- und Nanotechnik, Cellular und Molecular Engineering, Tissue Engineering Grenzgebiete: Gentechnik Medizinische Informatik Medizinische Physik 11

12 Biomedizinische Technik am D-MAVT Orthopedic Biomechanics Cell Manipulation, DNA Analysis Computational Biomechanics Robotics for Health Rehabilitation Engineering Wireless Strain Sensor Biothermofluidics and Control Tissue Engineering Soft Tissue Biomechanics Mechanobiology Lung Flow Control 12

13 Fokus BMT: Vorlesungen 1. Teil 13

14 Fokus BMT: Vorlesungen 2. Teil - Wahlfach Bioengineering: Snedeker-Panke ( FS ) Grundlagen der Biochemie, Energie- und Stofftransfer in zellulären Systemen, Struktur und Zusammensetzung von Zellen, Transportvorgänge über Zellmembranen, Wachstum, Zellreproduktion, Biotechnologie und die Einführung quantitativer Methoden für die Biotechnologie und das biomedizinische Ingenieurwesen - In Ergänzung zur Ausbildung am D-HEST basiert unser Fokus Stark auf den Ingenieurgrundlagen des MAVT. 14

15 Beispiele für Anwendungen der Biomedizinischen Technik 15

16 Particle and cell manipulation with ultrasound MCF10A cells in lines. Images taken at 0 s and 1.6 s Prof. Jürg Dual 16

17 Wearable IT for Zero Power Medical Applications EEG electrodes with integrated thermoelectric power source Heat flux measurements on head in motion, forehead in motion, back of head without motion, forehead without motion, back of head Prof. Christofer Hierold 17

18 Fluid Mechanics of Human Disease and its Therapy Shock wave lithotripsy Cancer Angiogenesis Glioma Growth Prof. Petros Koumoutsakos 18

19 Prof. Edoardo Mazza 19 Multiaxial characterization of biological membranes In vivo measurements Whole organ experiments Mechanical characterization of soft human tissue

20 SED In silico medicine for the prediction of bone fractures nanoscale cell imaging in silico simulation of bone aging Bone formation High Bone resorption Low micromechanics in vivo finite element analysis Prof. Ralph Müller 20

21 Microrobotics for health Materials and microrobots for cellular interaction Wireless control of a microrobot for eye surgery Prof. Bradley Nelson 21

22 Microfluidics and thermodynamics of biological interactions with engineered surfaces Prof. Dimos Poulikakos 22

23 Test bench for ventricular assist devices Prof. M. Meboldt 23

24 Zurich Heart Two Track Approach Start with trusted principles and fill significant technology gaps System Modification Prof. Poulikakos Alternative Systems Prof. Mazza Biomimetic approach, soft machines New principles new materials Clinical Integration Prof. Falk 24

25 From robots to fmri compatible devices L M1 Prof. Robert Riener 25

26 Control of flow in the alveolar lung Prof. Thomas Rösgen 26

27 Orthopedic biomechanics / mechanobiology Clinical Biomechanics Protein Mechanics Soft Tissue Mechanics Cell Mechanics Prof. Jess Snedeker 27

28 Zusammenfassung Vermittlung von Einsichten in die zentrale Aufgabe der BMT Einführung von Methoden und Verfahren der technischen Wissenschaften, Physik, Chemie und Mathematik, nützlich für die klinische Medizin als auch für die biomedizinische Forschung Hohe Fragmentierung der BMT in der medizinischen und industriellen Praxis In den Vorlesungen: wesentliche technische und biologische Grundlagen und Anwendungen 28