3D-gedruckte Knochensimulationsmodelle revolutionieren die medizinische Ausbildung, Operationsplanung, Forschung und die Entwicklung von Medizinprodukten, indem sie medizinischem Fachpersonal, Forschenden und Ingenieurteams realistische, patientenspezifische Nachbildungen von Knochenstrukturen an die Hand geben.
Die interne Fertigung von Knochensimulationsmodellen bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Methoden, bei denen Leichenknochen oder generische ausgelagerte Modelle verwendet werden. Die Vorteile sind geringere Kosten, kürzere Wartezeiten und die Möglichkeit, maßgeschneiderte oder patientenspezifische Geometrien zu erstellen.
Um die Materialien aus unserem umfangreichen Materialangebot zu ermitteln, die Knochen am ähnlichsten sind, haben wir das detaillierte Feedback von acht Partnern aus der Medizin und einigen ihrer Teammitglieder eingeholt, die über umfangreiche Erfahrungen beim Schneiden und Bohren von Knochen verfügen.
- Sie alle erhielten eine Reihe von Knochenmodellen, die auf den Scans ihrer eigenen Patient*innen basierten und aus verschiedenen Materialien gedruckt wurden.
- Die Partner führten an diesen Modellen Standardverfahren durch, einschließlich Schneiden und Bohren mit Knochenbohrern, Sägen und Reibahlen.
- Per Videoanruf bzw. über eine Bewertungsmatrix zu Merkmalen der Knochenähnlichkeit wurde anschließend qualitatives Feedback eingeholt.
- Auf der Grundlage der Gesamtbewertung der Leistung wurden empfohlene Materialien ermittelt, und die Ergebnisse wurden durch qualitatives Feedback gestützt.
Für Knochensimulationsmodelle werden derzeit zwei Materialien empfohlen: BioMed Durable Resin und Rigid 4000 Resin. Laden Sie den gesamten Leitfaden zum betriebsinternen SLA-3D-Druck von knochenähnlichen anatomischen Modellen zum Schneiden und Bohren herunter, um eine vollständige Schritt-für-Schritt-Anleitung zu erhalten.
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Egal, ob Sie patientenspezifische chirurgische Instrumente herstellen oder Prototypen kardiologischer Medizinprodukte anfertigen möchten: Wir helfen Ihnen gern. Hinter Formlabs Medical steht ein engagiertes Spezialistenteam, das Sie und Ihr Unternehmen bei Bedarf mit professioneller Hilfe unterstützt.
Was ist ein Knochensimulationsmodell?
Knochensimulationsmodelle sind funktionale anatomische Modelle, die beim Schneiden oder Bohren ähnliche mechanische Eigenschaften aufweisen wie echter Knochen. Diese Modelle werden häufig in der medizinischen Ausbildung, z. B. bei chirurgischen praktischen Übungen verwendet. Manchmal werden diese Modelle auf der Grundlage von Patientenscans erstellt, um die Anatomie für einen bestimmten chirurgischen Fall zu modellieren. In diesen Fällen werden die Modelle von Behandlungsteams verwendet, um einen bestimmten Eingriff vor der eigentlichen Operation zu üben. Außerdem können sie sogar sterilisiert werden, wodurch sie vom Chirurgieteam auch im OP genutzt werden können. In anderen Fällen werden Knochensimulationsmodelle von Entwicklern von Medizinprodukten verwendet, um die Passweise und Funktion von Werkzeug zu testen, das mit dem Knochen in Berührung kommen, wie z. B. Schnittführungen und Schablonen.
Modelle zum Üben von Nasenosteotomien, gedruckt aus Rigid 4000 Resin und nachgehärtet ohne Erhitzen (links) und aus BioMed Durable Resin (rechts), mit freundlicher Genehmigung von Dr. Lauren Schlegel vom Beth Israel Deaconess Medical Center.
Wirbelsäulenmodell gedruckt in Rigid 4000 Resin und nachgehärtet ohne Erhitzen.
Auswahl des richtigen Materials für den 3D-Druck von Knochensimulationsmodellen
Unsere primäre Materialempfehlung für den 3D-Druck von Knochensimulationsmodellen ist BioMed Durable Resin. BioMed Durable Resin ist ein transparentes Material für biokompatible Anwendungen, die Schlag-, Bruch- und Abriebfestigkeit erfordern. Obwohl es transparent ist, erreichte BioMed Durable Resin die höchste mechanische Leistung, die der von Knochen ähnelt. Einige Testpersonen gaben sogar an, dass sie die Transparenz des Materials gegenüber lichtundurchlässigen Standard-Knochenmodellen bevorzugen, weil sie eine bessere Visualisierung des zu übenden Verfahrens ermöglicht. Die Röntgenopazität von BioMed Durable Resin liegt bei etwa 84 HU und ist damit niedriger als bei den meisten Knochenarten, dennoch ist es im CT immer noch sichtbar. Die mit BioMed Durable Resin gedruckten Teile können sterilisiert werden und eignen sich daher für die Verwendung im OP zur Operationsplanung.
„BioMed Durable schafft den perfekten Ausgleich zwischen der geringen Flexibilität dünnerer Knochen und realistischen Brüchen unter Belastung. In Verbindung mit der einfachen Druckbarkeit ist dieses Material bestens für die medizinische Simulation geeignet.”
Dr. med. Lauren Schlegel, Beth Israel Deaconess Medical Center
Unsere zweite Empfehlung für Knochensimulationsmodelle ist Rigid 4000 Resin, das ohne Erhitzen aushärtet (CWH). Rigid 4000 Resin schnitt in Bezug auf die mechanische Ähnlichkeit mit Knochen nicht ganz so gut ab wie BioMed Durable Resin, war aber dennoch ein Spitzenreiter. Dieses Material gefiel besonders den Testpersonen, die sich undurchsichtige Modelle wünschten. Das Nachhärten ohne Erhitzen ermöglicht es den Anwendern, die mechanischen Eigenschaften an der Außenseite des Modells von denen im Inneren des Modells zu unterscheiden, um so die mechanischen Unterschiede zwischen spongiösem und kompaktem Knochen besser zu simulieren. Die Röntgenopazität von Rigid 4000 Resin beträgt 341 HU und liegt damit in etwa im Bereich der Spongiosa.
Weitere Informationen über das Verfahren zur Bestimmung dieser Strahlenschutzwerte finden Sie hier.
| BioMed Durable Resin | Rigid 4000 Resin* | |
|---|---|---|
| Mechanische Leistung | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| Visuelle Ähnlichkeit mit Knochen | ☆☆☆☆☆ | ★★★★☆ |
| Röntgenopazität im Vergleich zu Knochen | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ |
| Biokompatibel | ✔ | ✘ |
| Sterilisierbar | ✔ | ✘ |
*Bei der Herstellung dieser Modelle wird Rigid 4000 Resin ohne Erhitzen ausgehärtet. Vollständige Nachhärteanweisungen finden Sie in diesem Leitfaden.
Anatomische Modelle zur Knochensimulation, gedruckt in Rigid 4000 Resin, das ohne Erhitzen ausgehärtet ist (links), und in BioMed Durable Resin (rechts).
„Formlabs Biomed Durable Resin ist mein bevorzugtes Harz, um knochenähnliche Modelle zu erstellen. Die transparente Beschaffenheit dieses Materials ist das, was ich in klinischen Fällen am nützlichsten finde, da alle wichtigen anatomischen Orientierungspunkte bei der Vorbereitung auf die Operation leicht identifiziert werden können. In meiner Praxis wird Biomed Durable auch für die Ausbildung verwendet, um Anfängern die volle Sichtbarkeit wichtiger Strukturen zu ermöglichen, die während des Eingriffs zu sehen sind.”
Desmond Tan BVSc (Hons), DACVS-SA, Alfred Veterinary Orthopedics
Probedrucke aus BioMed Resin
Jeder Probedruck umfasst vertiefte oder erhabene Prägungen, Ausschnittstärken von 0,5–2 mm sowie behördliche Vorschriften für das jeweilige Kunstharz.
Formlabs' biokompatible Kunstharze: Ein umfassender Leitfaden zur Wahl des richtigen Materials
Dieses Dokument soll dabei helfen, unsere biokompatiblen Angebote zu vergleichen und die beste Lösung für Ihre medizinischen Anwendungen zu finden.
Knochensimulationsmodelle Schritt für Schritt entwerfen und drucken
Segmentierung der knöchernen Anatomie auf der Grundlage eines Patientenscans mit der Materialise Mimics Innovation Suite.
Design
Starten Sie mit einem CT-, MRT- oder 3D-Ultraschallbild der gewünschten knöchernen Anatomie und segmentieren Sie es mit der von Ihnen bevorzugten Segmentierungssoftware. Einige Knochenmodelle müssen möglicherweise zusätzlich modifiziert werden, um erfolgreich gedruckt werden zu können. In einigen Fällen müssen Sie eventuell Drainage-Löcher hinzufügen oder schwächere Bereiche verdichten. Stellen Sie sicher, dass das fertige Modell den Designrichtlinien von Formlabs für den Form 4, den Form 3/3B oder den Form 3L/3BL entspricht.
Beispiel für eine vorteilhafte Ausrichtung für ein langes Teil Durch den steilen Druckwinkel ist das Druckobjekt weitgehend selbsttragend, was zu einer geringeren Stützstrukturdichte führt und es ermöglicht, mehr Teile auf der Plattform unterzubringen. Das Modell wurde mit freundlicher Genehmigung von Dr. Desmond Tan von Alfred Veterinary Orthopedics über Alogus Innovation zur Verfügung gestellt.
Druck
Importieren Sie Ihre Datei in PreForm. Bereiten Sie den Druck vor, indem Sie ihn ausrichten, Stützstrukturen hinzufügen und die Position der Teile auf der Plattform festlegen. Bei Bedarf können dem Raft oder dem Teil Patientenidentifikatoren hinzugefügt werden, bevor Sie den Druck an den Drucker senden.
Warnung! Für eine vollständige Übereinstimmung und Biokompatibilität benötigt BioMed Durable Resin einen eigenen Harztank und eine eigene Konstruktionsplattform. Eine vollständige Konformität und Biokompatibilität sind möglicherweise nicht für alle Knochensimulationsanwendungen erforderlich.
Darmbein-Modell gedruckt in Rigid 4000 Resin direkt aus dem Form 4B.
Nachbearbeitung
Entfernen Sie das Teil nach dem Druck von der Plattform und waschen Sie es im Form Wash oder Form Wash L. Entfernen Sie die Stützstrukturen, waschen Sie das Teil erneut und lassen Sie es trocknen, bevor Sie die Anleitung zum Aushärten befolgen. Im Whitepaper finden Sie Informationen zur Dauer der Nachhärtung, damit Sie eine möglichst knochenähnliche mechanische Leistung erzielen.
Warnung! Um vollständige Konformität und Biokompatibilität zu gewährleisten, erfordert die Verwendung von BioMed Durable Resin einen eigenen Form Wash oder Form Wash L. Nutzen Sie den Form Wash oder Form Wash L nur mit anderen biokompatiblen Harzen von Formlabs.
Biokompatibilität und Sterilisation
BioMed Durable Resin ist ein nach ISO 10993 und USP Class VI zertifiziertes Material. Es wird in einer FDA-registrierten, nach ISO 13485 zertifizierten Anlage hergestellt und kann für Anwendungen mit langfristigem Haut- und Schleimhautkontakt (>30 Tage) sowie für externe Kommunikationsgeräte mit kurzfristigem Kontakt zu Gewebe/Knochen/Dentin (≤24 Stunden) verwendet werden. BioMed Durable Resin kann mit Dampf, Gammastrahlung, Ethylenoxid und einem E-Beam-Sterilisationsverfahren sterilisiert werden. Sterilisationsrichtlinien und -ergebnisse für BioMed Durable Resin sind auf Anfrage erhältlich.
Rigid 4000 Resin ist ein standardmäßiges technisches Material und wurde nicht speziell für medizinische Anwendungen entwickelt. Aus diesem Grund wurde Rigid 4000 Resin nicht auf Biokompatibilität getestet, weshalb es derzeit keine Richtlinie für die Sterilisation/Desinfektion dieses Harzes gibt.
Sterilisieren von 3D-gedruckten Modellen mit STERIS und Formlabs
Obwohl die Sterilisierung von 3D-gedruckten Teilen ein wichtiger Schritt ist, den man in Betracht ziehen sollte, kann es schwierig sein, relevante Informationen darüber zu finden. Erfahren Sie, wie 3D-Druckteile bei STERIS, einem führenden Anbieter von Produkten zur Infektionsprävention und anderen verfahrenstechnischen Produkten, verwendet werden.
Drucken auch Sie betriebsintern in 3D
Knochensimulationsmodelle bieten Vorteile für die medizinische Aus- und Weiterbildung, die Operationsplanung, die Forschung und die Entwicklung von Medizinprodukten. Ein betriebsinterner 3D-Druck von Knochensimulationsmodellen ist kostengünstiger, schneller und besser anpassbar als die Verwendung von Leichenknochen oder generischen, ausgelagerten Modellen. Da auch die Möglichkeit besteht, Knochensimulationsmodelle zu sterilisieren, können diese sogar im OP genutzt werden, um während der Operation als Referenz zu dienen.
Laden Sie den vollständigen Anwendungsleitfaden herunter, um weitere Informationen zu erhalten, oder entdecken Sie den Form 4B, um mit dem Druck zu beginnen. Sprechen Sie mit einem Experten für 3D-Druck, um zu erfahren, wie 3D-Druck Ihnen helfen kann, Ihre Ziele zu erreichen.