Additive Fertigung

Haptisches Feedback für mehr Realität

2. August 2021, 14:00 Uhr | Arnaud Toutain (Stratasys)
Ultra-realistische Simulation: Der 3D-Drucker J750 Digital Anatomy ist in der Lage sowohl feinste Strukturen als auch haptische Eigenschaften im Modell nachzubilden.
© Stratasys

Stratasys ermöglicht lebensechte 3D-gedruckte medizinische Modelle

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Mit der Einführung seines J750TM Digital Anatomy 3D Printers versprach Stratasys eine grundlegende Veränderung des 3D-Drucks in der Medizin. Ultra-realistische Modelle von Knochen und Gewebe eröffnen sowohl Hersteller als auch Anwender medizinscher Geräte neue Möglichkeiten. 

Für jedes Szenario das passende Material

Zusammen mit dem Digital Anatomy 3D Printer wurden verschiedene neue Materialien auf den Markt gebracht, die realistischere klinische Szenarien besser nachbilden. Die Technologie eignet sich zurzeit vor allem für Anwendungen bei Herz- und Gefäßkrankheiten und im orthopädischen Bereich. Durch das neue Material TissueMatrix können die Modelle zum Beispiel Funktionen wie Reißfestigkeit, Schnittwiderstand, Nahtzugkraft und Klappeninsuffizienz effektiv simulieren. 

Mit den Materialien GelMatrix und Agilus, die auf vaskuläre Verfahren ausgerichtet sind, kann man den Berstdruck, die Einführungskraft von Führungsdrähten und den Berstdruck bei Aneurysmen genau reproduzieren. Und schließlich kann man mit BoneMatrix bei Anwendungen zum Anschneiden, Aufbohren und Sägen sowie für eine Wirbelsäulenausrichtung die Eigenschaften echter Knochen simulieren. 

Geräte-Design fortlaufend verbessern

Der Drucker wurde 2019 erstmals vorgestellt, wobei der Schwerpunkt zunächst auf die Nachbildung von weichem kardiologischem Gewebe wie Herzen und Blutgefäßen lag.
Der Drucker wurde 2019 erstmals vorgestellt, wobei der Schwerpunkt zunächst auf die Nachbildung von weichem kardiologischem Gewebe wie Herzen und Blutgefäßen lag.
© Stratasys

Obwohl fortgeschrittene Materialeigenschaften unerlässlich sind, ist und bleibt Software, bei der die spezifischen Anatomien anstelle von Materialien ausgewählt werden, eine entscheidende Komponente. Je nach Bedarf können die Anwender die erforderlichen Mikrostrukturen bis hin zu individuellen Knochendichten oder patientenspezifischen Unregelmäßigkeiten erzeugen. Solche Besonderheiten in Silikonmodellen zu reproduzieren oder nach einer Tier- oder Menschenleiche zu suchen, deren Pathologie den patientenspezifischen Anforderungen möglichst nahekommt, führt oft zu erheblichen Verzögerungen im Produktentwicklungszyklus. 

Mit den Digital Anatomy Modellen können Hersteller medizinischer Geräte das Design während des gesamten Produktlebenszyklus durch Designprüfung und -validierung, Wettbewerbsvergleiche und Fehleranalysen verbessern. Der Digital Anatomy 3D Printer verringert die Durchlaufzeiten und die Produktentwicklungszyklen um bis zu 70% Prozent.

Geräte im klinischen Umfeld testen

Natürlich erfordern Tests medizinischer Geräte auch einen erheblichen finanziellen und logistischen Aufwand. Bei Studien mit menschlichen Leichen und Tieren benötigt man eine kontrollierte Umgebung. Beides ist kostspielig. Mit dem Digital Anatomy 3D Printer ist eine kontrollierte Umgebung nicht mehr nötig. Die Prüfung von Medizinprodukten und jede weitere klinische Studie, die nach der Vermarktung erforderlich ist, kann in einer risikofreien Umgebung erfolgen. Die Investition zahlt sich viel früher aus als meistens erwartet – oft schon nach weniger als 18 Monaten.

Im Rahmen der Entwicklung und Prüfung des 3D-Druckers arbeitete Stratasys eng mit dem Jacobs Institute (JI), ein medizinisches Innovationszentrum in New York, das sich auf eine zügigere Geräteentwicklung in der Gefäßmedizin konzentriert, sowie mit Medtronic, dem weltweit größten Unternehmen für Medizinprodukte, zusammen. Das JI nutzt 3D-Druck regelmäßig, um patientenspezifische Anatomiemodelle zu erstellen und seine Geräte zu testen. 

Bisher allerdings gab es das große Problem, dass die Haptik und die biomechanischen Eigenschaften von echtem Gewebe nicht realistisch nachgebildet werden konnten. Für Chirurgen bieten die realistischen biomechanischen Eigenschaften und die Haptik von echtem Gewebe der neuen Digital Anatomy Materialien ein taktiles Feedback, das bisher nicht verfügbar war. Das Institut berichtet von 3D-Modellen, »die so realistisch sind wie nie zuvor«. Hierdurch können sie, lange bevor neue Geräte bei Patienten eingeführt werden, in einem echten klinischen Umfeld untersuchen, wie gut sie funktionieren. 

Quellen

[1] A. Toutain: Lebensechte 3D-gedruckte medizinische Modelle. medical design 2/2021 (27. April 2021). Hier geht's zum kostenfreien ePaper


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