France

Stratasys Knochen aus dem 3D-Drucker

Redakteur: Julia Engelke

Das 3D-Druck-Unternehmen Stratasys hat seinen 3D-Drucker J750 Digital Anatomy um Funktionen für den Druck von Knochen erweitert, die nicht nur echt aussehen, sondern biomechanisch realistisch sind, was durch klinische Forschung bestätigt wird. Das Software-Upgrade ermöglicht es den Systemen, poröse Knochenstrukturen, fibrotisches Gewebe sowie Bänder nachzuahmen, so dass Mediziner Modelle erstellen können, die sich genau wie menschliche Knochen verhalten.

Firmen zum Thema

Der Digital Anatomy 3D-Drucker von Stratasys ermöglicht es Ärzten, das Einsetzen von Schrauben für orthopädische Anwendungen mit biomechanischem Realismus ähnlich der menschlichen Anatomie zu üben.
Der Digital Anatomy 3D-Drucker von Stratasys ermöglicht es Ärzten, das Einsetzen von Schrauben für orthopädische Anwendungen mit biomechanischem Realismus ähnlich der menschlichen Anatomie zu üben.
(Bild: JSchmieg/Gamut One Studios)

Der Drucker Digital Anatomy von Stratasys wurde vor einem Jahr erstmals vorgestellt, wobei der Schwerpunkt zunächst auf der Nachbildung von weichem kardiologischem Gewebe wie Herzen und Blutgefäßen lag. Verwendet wurden dazu Materialien wie Gel-Matrix und Tissue-Matrix sowie die leistungsstarke Digital Anatomy Software. Die Technologie hat den Anbietern im Gesundheitswesen geholfen, die chirurgische Vorbereitung zu verbessern, und die Hersteller medizinischer Geräte in die Lage versetzt, Tests durchzuführen und medizinisches Fachpersonal auf neue Geräte zu schulen. Das Material Bone-Matrix sowie die neuen Software-Fähigkeiten erweitern diese Vorteile auf orthopädische Anwendungen.

Buchtipp

Das Buch "Additive Fertigung" beschreibt Grundlagen und praxisorientierte Methoden für den Einsatz der additiven Fertigung in der Industrie. Neben erfolgreichen Produktbeispielen werden neue Methoden und Vorgehensweisen vorgestellt, die dem Leser als praktischer Leitfaden dienen.

Mehr erfahren

„Wir sind sicher, dass eine bessere Vorbereitung zu besseren klinischen Ergebnissen führt”, sagte Vice President Osnat Philipp, die das globale Healthcare Team bei Stratasys leitet. „Die mechanischen Eigenschaften des Knochens sind grundlegend für die Fähigkeit unseres Skeletts, Bewegung zu unterstützen, unsere lebenswichtigen Organe zu schützen und letztlich unsere Lebensqualität sicherzustellen. Die Möglichkeit, Modelle per 3D-Druck herzustellen, die biomechanisch exakt und für jeden Patienten einzigartig sind, ist für diese Vorbereitung von entscheidender Bedeutung.”

Knochenmodelle für die Ausbildung

Trotz der hohen Nachfrage nach Knochenmodellen weisen die traditionellen Modelloptionen gravierende Mängel auf. Die medizinische Industrie hat traditionell menschliches Knochenmaterial von Leichen oder alte 3D-Drucklösungen verwendet, die sich alle als unzulänglich erwiesen haben. Menschlicher Knochen ist teuer und schwer zu beschaffen, insbesondere dann, wenn definierte pathologische Merkmale benötigt werden, die beispielsweise auf Tumoren oder einem bestimmten Lebensalter beruhen. Serienmäßig hergestellten Knochenmodellen fehlen diese patientenspezifischen Merkmale, und andere herkömmliche 3D-Drucklösungen sind biomechanisch unrealistisch. Im Gegensatz dazu erhalten Mediziner bei Digital-Anatomy-Modellen beim Einbringen einer Schraube oder dem Bohren oder Sägen eines Knochens ein haptisches Feedback, das realistisch ist. Zudem kann jedes Modell anhand eines tatsächlichen Patientenscans erstellt werden.

3D-gedruckte Schädel- und Wirbelsäulenmodelle für Workshops zur Ausbildung von Ärzten ermöglichen es diesen, das Schneiden und Bohren von Knochen zu üben, sagte eine medizinische Direktorin eines Kinderkrankenhauses in Florida. Ihr Schwerpunkt lag auf dem Einsatz modernster Simulationen zur Umgestaltung der pädiatrischen Ausbildung und Schulung. „Die Möglichkeiten scheinen mir endlos, denn Ärzte können sozusagen operieren, bevor sie operieren. Das wird die Operationszeit verkürzen, die Morbidität und Mortalität senken und uns helfen, die Narkosezeit zu verkürzen, was gut für das Gehirn ist.”

Der Digital Anatomy 3D-Drucker von Stratasys erstellt genaue Modelle von Patientenknochen bis hinunter zur Voxel-Ebene, einschließlich Knochenmark, und ermöglicht es Ärzten sogar, Merkmale wie Tumore einzubeziehen.
Der Digital Anatomy 3D-Drucker von Stratasys erstellt genaue Modelle von Patientenknochen bis hinunter zur Voxel-Ebene, einschließlich Knochenmark, und ermöglicht es Ärzten sogar, Merkmale wie Tumore einzubeziehen.
(Bild: JSchmieg/Gamut One Studios)

Klinische Bewertungen

Der 3D-Drucker ist Spitzentechnologie, dessen Leistungsfähigkeit durch die Digital-Anatomy-Software freigesetzt wird. Mehr als 100 komplexe Voreinstellungen wurden durch jahrelange Tests von Experten in Zusammenarbeit mit führenden akademischen medizinischen Zentren und Krankenhäusern auf der ganzen Welt entwickelt und verfeinert. So können Bandscheiben beispielsweise normal oder degeneriert gedruckt werden. Die Gelenke zwischen den Wirbeln lassen sich in verschiedenen Versteifungsgraden drucken. Die Struktur des Schädelknochens ist dichter als die von allgemeinen Knochen. Lange Knochen können mit unterschiedlichen Mengen an Knochenmark gedruckt werden. Verschiedene Materialkombinationen werden auf 3D-Voxel-Ebene hergestellt, um die richtigen biomechanischen Eigenschaften zu gewährleisten.

Forscher des Labors für Computational Mechanics and Experimental Biomechanics der Universität Tel Aviv führten eine klinische Bewertung der Eigenschaften von Knochenmodellen durch, die auf dem Digital Anatomy 3D-Drucker hergestellt wurden, wobei sie sich insbesondere darauf konzentrierten, wie genau die Auszugskraft und das Antriebsmoment von Schrauben mit kortikalen und spongiösen Schrauben reproduziert wird. Die Studie aus dem Jahr 2020 kam zu dem Schluss, dass die Auszugskraft orthopädischer Schrauben bei den 3D-gedruckten Modellen der haptischen Reaktion bei menschlichen Leichenknochen entspricht.

Eine zweite Studie, die dieses Jahr von Forschern des Materials Science and Engineering Laboratory des Technion Institute of Technology in Israel durchgeführt wurde, zeigte die mechanische Genauigkeit von 3D-gedruckten Wirbelsäulenmodellen im Vergleich zu menschlichen Wirbelsäulen. Die Studie konnte zeigen, dass der Bewegungsbereich von 3D-gedruckten Modellen der Lendenwirbel genau der publizierten Literatur über die menschliche Wirbelsäule entspricht.

Lesen Sie auch

Weitere Artikel über Auftragsfertigung und Fertigungseinrichtungen finden Sie in unserem Themenkanal Fertigung.

Dieser Artikel ist zuerst erschienen auf unserem Partnerportal Mission Additive.

(ID:47026089)