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Apium Additive Technologies

Passgenaue PEEK-Implantate aus dem 3D-Drucker

| Redakteur: Kathrin Schäfer

Patientenspezifische Implantate aus PEEK 3D-drucken? Mit dem Apium M220 wird dies Wirklichkeit.

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Die PEEK-Implantate eignen sich unter anderem für die Kieferchirurgie. Hier zu sehen: Das Modell eines Wangenknochens.
Die PEEK-Implantate eignen sich unter anderem für die Kieferchirurgie. Hier zu sehen: Das Modell eines Wangenknochens.
(Bild: Apium / Ospix Switzerland)
  • PEEK für Fused Filament Fabrication druckbar machen
  • Medizinischer PEEK-Drucker
  • Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM)

Die Firma Apium Additive Technologies erforscht, entwickelt und produziert Filamente aus Hochleistungspolymeren für die 3D-Drucktechnologie Fused Filament Fabrication sowie die entsprechenden 3D-Drucker zur Verarbeitung. Es ist das nach eigenen Angaben weltweit erste Unternehmen, das PEEK (Polyetheretherketon) für die 3D-Drucktechnologie FFF druckbar gemacht hat.

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Biokompatible Teile für die Medizintechnik

Jetzt hat Apium bekanntgegeben: Mithilfe seines medizinischen PEEK-Druckers Apium M220 können patientenspezifische Implantate individuell angefertigt werden. Derzeit befindet sich das System in der Validierungsphase. Am Ende dieser Phase wird der PEEK-Drucker M220 für den Einsatz in der Medizintechnik, also beispielsweise zur Herstellung von Implantaten, zugelassen sein. Vergleichbar mit dem CNC-Fräsen für die Medizintechnik, garantiert der Apium M220 nach erfolgreicher Validierung ein biokompatibles 3D-gedrucktes Teil, welches in der Medizintechnik Einsatz finden kann. Zu den nachgelagerten Schritten zählt, wie in der Medizintechnik üblich, die Sterilisierung. So kann ein patientenspezifisches Implantat aus biokompatiblem PEEK 3D-gedruckt und sterilisiert werden, um im Rahmen einer Operation eingesetzt werden. Wie geht das vonstatten?

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Am Anfang steht das Bild

Der erste Schritt, 3D-gedruckte und patientenspezifische PEEK-Implantate herzustellen, beginnt naturgemäß mit der Anfertigung detailreicher und teilweise dreidimensionaler Bilder. Hierfür kann eine Reihe von bildgebenden Verfahren verwendet werden, welche unterschiedliche Vorteile für den Patienten bieten. Zum Einsatz kommen unter anderem:

  • CT (Computertomografie)
  • MRT (Magnetresonanztomografie/Kernspintomografie) oder
  • DVT (digitale Volumentomografie)

Alle Verfahren verbindet die Aufnahme von digitalen und hochauflösenden Schnittbildern zur präzisen Beurteilung unterschiedlichster Strukturen, wie zum Beispiel die des Knochens oder von Organen. Im nächsten Schritt erfolgen das Speichern und der Austausch von Informationen mittels medizinischen Bildgebungsmanagement nach dem standardisierten DICOM-Verfahren (Digital Imaging and Communications in Medicine). Nahezu alle Hersteller bildgebender oder bildverarbeitender Systeme in der Medizin (digitales Röntgen, Magnetresonanztomographie oder Computertomographie) implementieren den DICOM-Standard in ihre Produkte. Dies ermöglicht im klinischen Umfeld die Interoperabilität zwischen Systemen verschiedener Hersteller.

Anschließend erfolgt die Segmentierung (Bildverarbeitung). Sie stellt den ersten Schritt der Bildanalyse für eine Weiterverarbeitung dar. Hierfür werden die erzeugten Bilder in relevante und nicht relevante Regionen unterteilt.

Computergestützte Simulation, Planung und Modellierung

Bei der darauffolgenden virtuellen Operationsplanung können nun die segmentierten Modelle des Patienten virtuell in allen drei Raumachsen bewegt und bearbeitet werden. Hierbei werden beispielsweise in der Kieferchirurgie einzelne Kieferabschnitte neu positioniert, um eine ästhetische und anatomische Verbesserung für den Patienten zu erreichen. Dieses Bearbeitungsprinzip wird ebenso für die Erstellung von passgenauen PEEK-Implantaten aus dem 3D-Drucker genutzt. Dank der computergestützten Simulation, Planung und Modellierung können Patienten schneller operiert werden. Bereits im Vorfeld ist ein präoperativer Einblick in die erwartete Osteotomieausrichtung und -Positionierung gegeben. Dank der gewonnenen Effizienz gegenüber konventioneller Modellchirurgie ist ein reibungsloserer, präziserer und effizienterer Operationsverlauf möglich.

Slicing-Software errechnet den Stückpreis

Bevor die Bilddaten vom 3D-Drucker ausgelesen und gedruckt werden, ist ein letzter Schritt der Datenverarbeitung notwendig. Slicing-Software-Programme „schneiden“ das 3D-Objekt in viele horizontale Scheiben und legen damit den Weg fest, den der Druckkopf abfahren muss. Das Ergebnis ist der sogenannte G-Code. In ihm stehen Daten über das Druckbett und den Druckkopf, wie Temperatur und Geschwindigkeit sowie Informationen zum Vorschub des Filaments. Anhand der Wegeinformation (X- und Y-Koordinaten) kann Slicing-Software sowohl die Menge des Materials als auch die Zeit des zu druckenden Modells abschätzen und daraus den Stückpreis errechnen.

Videotipp: Apium auf der Formnext 2017 – hier erfahren Sie mehr über die Firma.

Nachdem das gewünschte PEEK-Implantat im Apium M220 gedruckt wurde, werden unter Umständen noch kleine Nachbearbeitungsschritte notwendig, beispielsweise um Stützmaterialien zu entfernen oder Oberflächenstrukturen aufzuarbeiten. Von der Bildgebung bis zum fertig gedruckten PEEK-Implantat dauert es durchschnittlich weniger als 24 Stunden. Allerdings ist diese Zeitspanne stark von der Geometrie des gewünschten Modells abhängig.

Fehlerfrei gedruckte Teile werden sterilisiert und verpackt

Im Anschluss an die Nachbearbeitung erfolgt die Qualitätskontrolle. Es wird sichergestellt, dass das Material keinerlei Einschlüsse aufweist und das Modell fehlerfrei gedruckt wurde, bevor es für die Operation sterilisiert wird. Hierbei werden die Modelle so positioniert, dass sie durch das umgewälzte Wasser nicht bewegt werden und sich nicht gegenseitig mechanisch beschädigen können. Es dürfen außerdem keine Spalten entstehen, damit sämtliche Verunreinigungen tatsächlich abgespült werden.

Für die Sterilisation eignen sich sowohl trockene Hitze, die Zugabe chemischer Substanzen oder auch Strahlung. Die meisten Viren und Bakterien lassen sich bereits bei Temperaturen von 100°C abtöten, allerdings gilt es zu beachten, dass einige Bodenbakterien sehr widerstandsfähige und hitzeresistente Sporen bilden können. Daher ist die sorgfältige Auswahl der Sterilisationsmethode – zugeschnitten auf das jeweilige Material – unabdingbar. Anschließend müssen sich die Implantate einer erneuten Kontrolle auf Beschädigungen oder Veränderungen der Oberfläche durch die Dekontamination unterziehen. Eine Prüfung auf rückstandsfreie Sauberkeit stellt sicher, dass sich keinerlei Partikel oder andere organische oder anorganische Substanzen auf dem Modell befinden. Schließlich erfolgt die Verpackung des gereinigten Modells unter strengen Auflagen und verhindert die erneute Kontamination des Implantats.

Apium Additive Technologies auf der Rapid.Tech 2018: Stand 2-707

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