Additive Fertigung
Stratasys erweitert 3D-Drucker Digital Anatomy
Ultra-realistische Simulation funktionaler Knochenmodelle
Stratasys Ltd., Rechovot (Israel), hat seinen 3D-Drucker J750 Digital Anatomy um neue Funktionen für den Druck von Knochen erweitert, die nicht nur echt aussehen, sondern tatsächlich biomechanisch realistisch sind, was durch klinische Forschung bestätigt wird. Das Software-Upgrade ermöglicht es den Systemen, poröse Knochenstrukturen, fibrotisches Gewebe sowie Bänder nachzuahmen, sodass Mediziner Modelle erstellen können, die sich genau wie menschliche Knochen verhalten.
Der Drucker wurde vor einem Jahr erstmals vorgestellt, wobei der Schwerpunkt zunächst auf die Nachbildung von weichem kardiologischem Gewebe wie Herzen und Blutgefäßen lag. Verwendet wurden dazu Materialien wie GelMatrix und TissueMatrix. Die Technologie habe 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 BoneMatrix sowie die neuen Software-Fähigkeiten erweitern diese Vorteile laut Hersteller auf orthopädische Anwendungen.
Haptisches Feedback für mehr Realität
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-Drucker 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 sehr realistisch ist. Zudem kann jedes Modell anhand eines tatsächlichen Patientenscans erstellt werden.
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.
Zwei Studien bestätigen Qualität
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 mit menschlichen Wirbelsäulen. Die Studie konnte zeigen, dass der Bewegungsbereich von 3D-gedruckten Modellen der Lendenwirbel genau der publizierten Literatur über die menschliche Wirbelsäule entspricht.
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(me)
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