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3D Systems Wie die additive Fertigung die Patientenversorgung verbessern kann

Autor / Redakteur: Dr. Gautam Gupta*, Vice President und General Manager, Medizinische Produkte, 3D Systems / Alexander Stark

Das Gesundheitswesen wird häufig als einer der dynamischsten Bereiche angesehen. Die Geschwindigkeit, mit der Innovationen entstehen – von der Art und Weise, in der Operationen durchgeführt werden, bis hin zur Entwicklung neuer Therapien – nimmt immer mehr zu. Um die Patientenversorgung zu verbessern, sind Gesundheitsdienstleister zunehmend auf innovative Technologien wie die additive Fertigung angewiesen.

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Mit additiv gefertigten Modellen können Mediziner die Operation besser planen und die Patienten anschaulich beraten. Hierfür wird eine organische 3D-Konstruktionssoftware eingesetzt.
Mit additiv gefertigten Modellen können Mediziner die Operation besser planen und die Patienten anschaulich beraten. Hierfür wird eine organische 3D-Konstruktionssoftware eingesetzt.
(Bild: 3D Systems)
  • Virtueller Operationsplan für personalisierte Chirurgie
  • Additive Fertigungslösungen ermöglichen patientenspezifische Modellierung und maßgeschneiderte Lösungen
  • Operationen werden effektiver und sparen Zeit im Operationssaal

Doch trotz aller Fortschritte im Gesundheitswesen legen Erkenntnisse der Weltgesundheitsorganisation nahe, dass chirurgische Eingriffe weltweit immer noch zu hohen Krankheits- und Todesraten führen. Unsichere chirurgische Behandlungsverfahren verursachen bei bis zu 25 Prozent der Patienten-Komplikationen. Bei fast sieben Millionen chirurgischen Patienten treten erhebliche Komplikationen auf. Von diesen Patienten sterben eine Million während oder unmittelbar nach der Operation. Lange vor der Pandemie war die additive Fertigung für ihre Fähigkeit anerkannt, die Erstellung personalisierter Operationspläne und ‑instrumente zu ermöglichen und so zur Verbesserung der Patientenergebnisse beizutragen.

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Revolutionärer Ansatz am Ort der Behandlung

Das Angebot für die virtuelle Operationsplanung (VSP) von 3D Systems kombiniert Fachwissen in medizinischer Bildgebung, chirurgischer Simulation und 3D-Druck, um eine personalisierte Chirurgie zu ermöglichen – und erlaubt es den Chirurgen, den Eingriff digital durchzuführen, bevor sie den Operationssaal betreten. Im Anschluss an eine Online-Planungssitzung zwischen Biomedizintechnikern und dem Chirurgen werden patientenspezifische Modelle, personalisierte chirurgische Werkzeuge und Instrumente entworfen und in 3D ausgedruckt. Die Pandemie hat verdeutlicht, dass die Distanz zwischen dem Ort, an dem die Modelle, Werkzeuge und Instrumente erstellt werden, und dem Ort, an dem die Operation durchgeführt wird, direkte Auswirkungen auf die Patientenbehandlung hat. Wenn diese Möglichkeiten innerhalb der Gesundheitseinrichtung – am Ort der Versorgung – vorhanden wären, könnte die Planungs- und Lieferzeit verkürzt werden.

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Dies geschieht bereits in einigen der Elite-Krankenhäuser der Welt, wo Mediziner durch Nutzung von vor Ort verfügbaren additiven Fertigungslösungen maßgeschneiderte Lösungen für die Patientenversorgung schaffen können.

Prof. Samer Saruji leitet die Abteilung für kranio-maxillofaziale Chirurgie am Galilee Medical Center, die über ein 3D-Drucklabor verfügt. Dies ist das erste – und derzeit einzige – Zentrum in Israel, das einen internen End-to-End-Workflow für die chirurgische Planung hat und dessen Ärzte über das Know-how für den Einsatz der Anwendungen von 3D Systems für die chirurgische Planung und den 3D-Druck verfügen. „So wird der Chirurg zum Designer“, meint Prof. Saruji. „Wir haben gerade erst begonnen, diesen Arbeitsablauf in unserer täglichen Praxis zu nutzen. Bereits jetzt sehen wir einen großen Fortschritt bei unseren Patienten. Fehler wurden drastisch reduziert und das chirurgische Können des Chirurgen kontinuierlich verbessert. Dass wir diese Fähigkeiten im Haus haben, hilft uns bei der Senkung der Verfahrenskosten“, so Prof. Saruji.

Patientenspezifische Modelle & Werkzeuge verbessern die Genauigkeit und Effizienz

Um patientenspezifische Modelle und Werkzeuge zu erstellen, muss der Mediziner zunächst mit dem Scannen der Patientenanatomie beginnen. Heute ist eine FDA-zertifizierte Software verfügbar, die sich auf einzigartige automatische Segmentierungswerkzeuge stützt. Diese werden durch Deep Learning angetrieben und ermöglichen es Medizinern, aus medizinischen Bilddaten schnell präzise, digitale 3D-Modelle von Anatomien zu erstellen.

Die Modelle erlauben es dem Mediziner außerdem, patientenspezifische Werkzeuge und Anleitungen zu entwerfen, die während des Eingriffs verwendet werden können. Hierfür kann eine organische 3D-Konstruktionssoftware eingesetzt werden, die fortschrittliche Konstruktionswerkzeuge für die Arbeit mit komplexen, organischen Formen wie der Anatomie des Patienten enthält. Ein 3D-Drucker am Ort der Behandlung ermöglicht die effiziente Herstellung von Werkzeugen und Modellen, die im sterilen Bereich verwendet werden können.

Lösungen am Ort der Behandlung verbessern die Patientenzufriedenheit

Komplexe chirurgische Eingriffe sind für die Patienten und ihre Angehörigen belastend. Dies ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass sie nicht genau wissen, was im Operationssaal geschehen wird. Der Einsatz von VSP am Ort der Behandlung gibt den Chirurgen alle Instrumente an die Hand, die sie benötigen, um die präoperative Planung mit ihrem Personal zu verbessern und dadurch die Pläne während der Operation effektiver und präziser umzusetzen. Darüber hinaus können die Chirurgen 3D-Modelle als Hilfsmittel einsetzen, um das Gespräch mit dem Patienten zu vereinfachen und sie durch die einzelnen Schritte der OP zu führen.

Bei klinischen Anwendungen, in denen VSP heute eingesetzt wird, haben die Lösungen erwiesenermaßen die Genauigkeit und Ergebnisse verbessert und damit Zeit im Operationssaal gespart. Hiervon profitieren sowohl der Chirurg als auch der Patient. Bei der Erstellung des optimalen Operationsplans kommt es auch darauf an, den Eingriff so wenig invasiv wie möglich zu gestalten. Denn hierdurch können die Verweildauer und letztlich auch die gesamten Gesundheitskosten reduziert werden.

Die Zukunft der patientenorientierten Innovation

Die additive Fertigung beschleunigt weiterhin die Innovation im Gesundheitswesen. Doch am Ort der Behandlung steckt die Technologie noch in den Kinderschuhen. Da die Technologie für medizinisches Fachpersonal benutzerfreundlicher wird, wird eine größere Anzahl von Krankenhäusern in der Lage sein, End-to-End-Lösungen für die personalisierte Pflege zu implementieren. Bei der Möglichkeit, diese Technologie vor Ort zu haben, geht es um mehr als nur die Verbesserung der Genauigkeit und Effizienz von chirurgischen Verfahren. Die Mediziner können ihre eigenen Innovationen vorantreiben und damit ihre Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten verstärken. Durch den Einsatz von 3D-Modellen und virtueller Realität können sie zudem die Ausbildung des Personals verbessern. Am wichtigsten ist jedoch, dass die additive Fertigung ein enormes Potenzial für die zukünftige Neugestaltung der Gesundheitsversorgung bietet, indem sie durch Abschaffung bestehender Modelle zu einer Verbesserung der Versorgung beiträgt.

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* *Dr. Gautam Gupta, Vice President und General Manager, Medizinische Produkte, 3D Systems

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