Additive Fertigung Vom 3D-Scan zur neuen Prothese

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MISSION ADDITIVE

Im 3D‑Lab des Radboud UMC entstehen mithilfe von Planungssoftware, KI und 3D‑Druck passgenaue Modelle, Schablonen und Implantate. So werden Schädel-OPs bei Babys schneller und sicherer. Auch in Krisengebieten ist die Nimwegener Technologie im Einsatz.

Im 3D-Lab des Radboud UMC, der Universitätsklinik Nimwegen in den Niederlanden werden patientenspezifische Modelle, Schablonen und Implantate hergestellt, von der Schädelchirurgie bei Säuglingen über die Gesichtschirurgie und die plastische Rekonstruktionen bis zu Prothesen für Menschen in Ländern mit schlechter Versorgungsstruktur. Herzstück des Labs ist die Kombination aus hochauflösenden 3D-Scans, Planungssoftware und 3D-Druckern. Das Labor befindet sich direkt über dem Haupteingang des Radboud UMC. Genau dort wollte Prof. Thomas Maal sein 3D-Lab haben und nicht im abgeschotteten Forschungsturm, sondern „auf dem Weg“ der Ärzte, damit sie hereinkommen, Probleme schildern und man dann gemeinsam Lösungen entwickeln kann. „Unser Ziel in der Forschung ist immer, dass unsere Ergebnisse in der täglichen klinischen Praxis umgesetzt werden und wirklich Wirkung entfalten“, sagt Maal. „Manchmal sind wir erfolgreich, manchmal nicht so erfolgreich, wie wir es gern wären. Und KI ist eine sehr hilfreiche Technologie, mit der wir immer mehr arbeiten.“

Meist beginnt die Arbeit mit einem klinischen Problem, für das eine skalierbare Lösung gefunden werden soll. Skalierbar heißt: nicht nur eine aufwendige Sonderlösung für einen einzelnen Fall zu finden, sondern einen reproduzierbaren Ablauf zu entwickeln, der sich mit vertretbarem Aufwand in den Alltag einer Klinik integrieren und auch in anderen Krankenhäusern und sogar anderen Ländern einsetzen lässt. Konkret bedeutet das: „Ein Chirurg kommt mit einem konkreten Problem ins Labor, es folgt ein Pilotprojekt, Nachjustieren, Studien und eine frühe Bewertung, ob die Neuerung wirklich wirkt – medizinisch wie ökonomisch. Erst dann wird sie in den klinischen Alltag implementiert und, wenn möglich, weltweit umgesetzt.“ KI und Software seien dafür ideale Werkzeuge.

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Eine passgenaue Sädelschablone für Babys

Besonders eindrücklich schildert Maal die Operation von Babys mit so genannten kraniofazialen Fehlbildungen. Wenn sich Schädelnähte zu früh schließen, wächst der Kopf in die Länge, der Druck auf das Gehirn steigt, Entwicklung und Gesundheit des Kindes sind bedroht. Ein Eingriff wird unvermeidlich. Früher glich diese Operation einem dreidimensionalen Puzzle im OP: Der Schädel wurde geöffnet, Knochenstücke herausgelöst, neu angeordnet und wieder befestigt, mit viel Erfahrung, aber auch viel Unsicherheit.

Heute sieht das dank 3D-Lab anders aus. Zunächst werden gesunde Babys mit einem schnellen, strahlungsfreien 3D-Scan erfasst. Aus dieser wachsenden Datenbank entsteht ein Profil für das individuelle Kind. Am Computer wird der neue Schädel dann virtuell geplant, die Knochenstücke werden digital zugeschnitten und in ihrer neuen Position angeordnet. Auf Basis dieser Planung entstehen schließlich passgenaue 3D-Schablonen, die den Chirurgen im OP genau zeigen, wo sie schneiden und wie sie die Schädel-Teile wieder zusammensetzen müssen. Das Ergebnis sind kürzere OP-Zeiten und deutlich weniger Blutverlust. So wenig sogar, dass kleine Patienten häufig keine Transfusion mehr benötigen.

Globaler Impact: Prothesen in Sierra Leone und der Ukraine

In Sierra Leone sind hochwertige Prothesen rar, Fachkräfte knapp, die Mittel begrenzt. Das 3D-Lab sammelte Daten von Orthopädieunternehmen in den Niederlanden, Scans von Amputationsstümpfen und dazugehörige, optimal angepasste Prothesenschalen. KI lernt aus diesen Paaren, wie sich aus einem Roh-Scan eine gutsitzende, belastbare Schale formen lässt. Vor Ort brauchen Mitarbeiter nur noch einen 3D-Scanner, einen Laptop mit der Nimwegener Software und einen 3D-Drucker mit biokompatiblem Material. In zwei bis drei Minuten ist das 3D-Modell der Schale erstellt, über Nacht wird sie gedruckt, am nächsten Tag beginnt die Reha.

„Mittwochs ist mein Militär-Tag. Dann versuchen wir, diese Techniken auch in der militärischen Gesundheitsversorgung zu implementieren“, erklärt Maal. Etwa in der Ukraine, wo er und sein Team Prothetiker in Lwiw nahe der polnischen Grenze geschult haben.

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