3D-Druck in der Operationsvorbereitung

Chirurgen bereiten sich am additiv gefertigten 1:1-Modell auf OP vor

3D gedrucktes Original-Modell eines Teils der Wirbelsäule — Egal ob Hüftgelenk, Kniescheibe oder wie hier ein Teil einer Wirbelsäule: Mit einem 3D gedruckten Original-Modell des entsprechenden Bereichs können sich Operateure optimal auf komplexe Eingriffe vorbereiten. Das steigert die Erfolgs- und Heilungschancen für die Patienten enorm. (Bild: BAM GmbH)

Die additive Fertigung von realistischen Knochen- und Gelenkmodellen hilft beim Einsetzen von künstlichen Gelenken. Am 1:1-Modell können Chirurgen präzise planen und vorbereiten.

Ein Beitrag der Firma BAM GmbH

Redaktionelle Bearbeitung durch Technik und Wissen

Im Jahr 1999 stellten die Experten von mediCAD als weltweit erstes Unternehmen orthopädischen Chirurgen eine Software zur Verfügung, mit der Operateure mit wenigen Eingaben eine vollständige präoperative Planung eines Gelenkersatzes professionell erstellen konnten. Mithilfe automatischer Berechnungen und spezieller Algorithmen konnte damit der Zeitaufwand für die OP-Planung um bis zu 85 % reduziert, gleichzeitig die Qualität der Planung gesteigert werden. Um orthopädische Operationen – zum Beispiel an Hüfte, Knie oder Schulter – noch besser planen und vorbereiten zu können, kommt zusätzlich zu den digitalen, bildgebenden Verfahren jetzt auch 3D-Druck zum Einsatz. Diese Erweiterung seines Leistungsportfolios realisiert mediCAD mit dem Lohnfertiger BAM.

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Knochen aus dem Drucker – wie funktioniert das?

Aus einer CT-Aufnahme der entsprechenden anatomischen Region – zum Beispiel dem Kniegelenk – kann die mediCAD-Software eine druckbare STL-Datei erzeugen. Über ein Onlineportal können die Ärzte diese Datei hochladen, konfigurieren und den Druck in Auftrag geben. Innerhalb von zwei bis vier Werktagen erhält der Operateur sein gedrucktes Modell, völlig originalgetreu in Bezug auf Grösse, Form und Haptik. Vorteil: Er kann damit seinen Eingriff am 1:1 Modell präzise planen und vorbereiten.

Polyjet-Verfahren: 3D-Druck eines 1:1-Modells — Mit der mediCAD-Software können Operateure auf Basis von CT-Aufnahmen von Knochen oder Gelenken eine druckbare STL-Datei erzeugen, aus der anschliessend mit dem sogenannten Polyjet-Verfahren ein 1:1-Modell gedruckt wird. Die Details des gedruckten Knochens sind auf 0,1 mm genau. (Bild: BAM GmbH)

Aufs Zehntel genau

Die BAM GmbH verfügt über mehrere Druckverfahren und einen hochmodernen Maschinenpark an 3D-Druckern. Zu diesem speziellen Zweck kommt das sogenannte Polyjet-Verfahren zum Einsatz. Die Besonderheit dabei ist, dass eine bestimmte Shore-Härte definiert werden kann, also die Elastizität des gedruckten Materials. Somit kann die Beschaffenheit der Knochen original nachempfunden werden. Mit einer Toleranz von +/- 0,1 mm gelingt es, auch noch so kleine Details am Knochen oder dem Gelenk realistisch abzubilden und extrem feine Oberflächen zu generieren. Nach dem Druckvorgang wird der Knochen in einem Wasser-Laugebad gereinigt, um die für den Druck nötigen Stützstrukturen rückstandslos zu entfernen.

Projektdetails

Aufgabe und Herausforderung

Aus medizinischen CT-Aufnahmen wird per Software eine druckbare STL-Datei generiert, aus der bzgl. Grösse, Form und Materialeigenschaft originalgetreue Knochen und Gelenke gedruckt werden. Diese werden von orthopädischen Chirurgen zur Operationsvorbereitung genutzt.

Eingesetzter Drucker

Stratasys J750 (Polyjet-Verfahren)

Materialien

VeroPureWhite
Agilus 30

Druckmöglichkeiten

Minimale Knochengrösse (H/B/T): 5 × 5 × 5 mm
Maximale Knochengrösse (H/B/T): 480 × 380 × 190 mm
Toleranzen: +/- 0,1 mm

Durchlauf

Von Bestellung bis Auslieferung zwei Werktage

Eine Partnerschaft mit Zukunft

Für den optimalen Workflow und um die gewünschten Ergebnisse erzielen zu können, haben die BAM-Spezialisten vorab intensive Tests gemeinsam mit mediCAD durchgeführt. Dabei hat sich eine Kombination der Druck-Materialien VeroPureWhite und Agilus 30 als ideal herausgestellt, um sowohl die Farbe als auch die ideale Shore-Härte generieren zu können. Seit Ende 2020 besteht die Partnerschaft zwischen mediCAD und BAM, durch die sowohl Operateure als auch Patienten nachhaltig profitieren – nicht nur in der OP-Planung, sondern auch in der Patientenkommunikation oder in der Weiterbildung von medizinischem Personal.