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11 innovative Anwendungen des 3D-Drucks in der Medizin

Es ist gut möglich, dass Sie bei Ihrem nächsten Arzttermin einen 3D-Drucker in der Praxis sehen. Ärzte und Forscher finden zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für den 3D-Druck, vom Prototyping neuer Medizinprodukte bis hin zum Design von patientenspezifischen chirurgischen Schablonen. Diese Innovationen tragen zur Verbesserung der Patientenversorgung bei, lassen Ärzte effizienter arbeiten und fördern bahnbrechende Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Medizin.

1. Optimale Passgenauigkeit dank maßgefertigter Stents

Foto: Beth Israel Deaconess Medical Center
Foto: Beth Israel Deaconess Medical Center

Luftröhrenstents, die zur Öffnung der Atemwege von Patienten mit Atembeschwerden eingesetzt werden, sind keine Massenanfertigungen. Ein traditioneller Stent (links) ist gerade und kann in der Luftröhre verrutschen, während patientenspezifische 3D-gedruckte Stents (Mitte und rechts) für den Körper des jeweiligen Patienten maßgefertigt werden und daher weitaus weniger Komplikationen verursachen. Dr. George Cheng fertigt Luftröhrenstents an, indem er eine auf den Scandaten des jeweiligen Patienten beruhende Spezialform im 3D-Druck herstellt und diese dann für das endgültige Modell mit Silikon füllt.

2. Kartierung des Gehirns

Foto: Eyewire
Foto: Eyewire

Ziel des Online Spiels Eyewire, das in Zusammenarbeit mit dem Seung Labor von Princeton entwickelt wurde, ist die Kartierung des Gehirns. An diesem Spiel kann jeder teilnehmen, spezielle naturwissenschaftliche Kenntnisse sind nicht erforderlich. So kartieren mittlerweile über 200.000 Player aus 145 Ländern gemeinsam die 3D-Struktur von Neuronen und tragen damit wesentlich zu unserem Verständnis des menschlichen Gehirns bei. Eyewire setzt den Form 2 3D-Drucker ein, um Neuronen in Form von 3D-Modelle zu untersuchen und ihre komplexe Struktur besser zu verstehen.

3. Medizinische Selfies

Foto: Paula Aguilera und Jonathan William
Foto: Paula Aguilera und Jonathan William

Neugier kann Leben retten. Im Jahr 2007 nahm Steven Keating freiwillig an einer Studie teil, bei der sein Gehirn gescannt wurde, während er Spinnen betrachtete. Nachdem er darum gebeten hatte, ihm die Rohdaten zu zeigen, stellte man eine kleine Anomalie fest, sagte ihm aber, er solle sich keine Sorgen machen. Sieben Jahre danach traten bei Steven Keating leichte Mikrokopfschmerzen auf und er bemerkte einen vagen Essiggeruch. Da er wusste, dass die Anomalie in der Nähe des geruchsverarbeitenden Gehirnbereichs festgestellt worden war, ließ er unverzüglich einen MRT-Scan vornehmen. Der Befund war erstaunlich: ein mehr als tennisballgroßer Gehirntumor. Steven Keating ist Doktorand im Forschungsbereich „Mediated Matter“ am Massachussetts Institute of Technology (MIT) und setzte 3D-Druck ein, um seinen Tumor auf der Grundlage von Scandaten zu visualisieren. Er ist jetzt ein Befürworter des offenen Umgangs mit Patientendaten. Schauen Sie sich seinen TEDxYYC talk. an, um die ganze Geschichte zu hören.

4. Prototyping neuer Medizinprodukte

3D-gedruckter Prototyp eines chirurgischen Nahtinstruments
3D-gedruckter Prototyp eines chirurgischen Nahtinstruments. Foto: Sutrue

Sutrue hat ein automatisches chirurgisches Nahtinstrument entwickelt, das saubere und einheitliche Nähte setzt und das Risiko einer Gewebeschädigung verringert. Der funktionsfähige Prototyp (oben) wurde von Ingenieur Alex Berry und dem beratenden Herzchirurgen Richard Trimlet auf Formlabs 3D-Drucker gedruckt.

Laden Sie unsere Fallstudie herunter, um zu erfahren, wie medizinische Ingenieure und Designer mit dem Form 2 die Produktentwicklung vorantreibenund complexe Formen innerhalb von Tagen statt Wochen produzieren, zu einem Bruchteil der Kosten von Auftragsdruck oder Silikonformen.

  1. Restauration von Lächeln
3D-gedruckte Bohrschablone. Foto: Formlabs
3D-gedruckte Bohrschablone. Foto: Formlabs

Viele Patienten, die einen Zahn verlieren, lassen sich aus ästhetischen Gründen ein Zahnimplantat einsetzen. Herkömmlicherweise mussten Zahnärzte dafür mittels Freihandbohrung einen Befestigungspunkt im Mund anlegen. Heute können sie mit 3D-Software einen patientenspezifischen Bohrweg planen und eine biokompatible Bohrschablone drucken, die dann während des Eingriffs eingesetzt wird, was das Verfahren erheblich beschleunigt und präzisiert.

6. OP-Planung mit dem 3D-Drucker für die Tiermedizin

3D-gedruckte Modelle für die Tiermedizin. Foto: Dustin Headley
3D-gedruckte Modelle für die Tiermedizin. Foto: Dustin Headley

3D-gedruckte Planungsmodelle für Operationen lassen sich nicht nur für menschliche Patienten anfertigen. Dustin Headley, ein Assistenzprofessor an der Kansas State University, hat in Zusammenarbeit mit Designern Hilfsmittel für die chirurgische Planung in der Tiermedizin entwickelt. Diese im 3D-Druck gefertigten Modelle einer Hundelunge mit einem Tumor (links), einem Hundeschädel (Mitte) und einem Ellenbogen mit rotierter Elle (rechts) helfen Chirurgen bei der Planung und Übung komplexer Verfahren.

7. Fluidics for Synthetic Biology

Foto: Dan Chen (links), Will Patrick (rechts)
Foto: Dan Chen (links), Will Patrick (rechts)

Mikrofluidik-Chips wurden herkömmlich auf flachen 2D-Platten gefertigt, jetzt erschließen Forscher jedoch das neue Gebiet des 3D-Fluidik-Designs. Die oben abgebildeten Millifluidikprodukte wurden für ein MIT-Seminar von David Kong, Prototyping Microbial Communities, angefertigt. Ziel des Seminars ist es, die mikrobielle Gemeinschaft des menschlichen Darms nachzubilden. Lesen Sie die Design-Tipps von Dan Chen, um mehr über den 3D-Druck in der Millifluidik zu erfahren.

8. Ausbildung der nächsten Generation pädiatrischer Chirurgen

Foto: Biomedical Modeling Inc
Foto: Biomedical Modeling Inc.

Biomedical Modeling Inc. ist eines der branchenführenden Unternehmen für die medizinische Modellierung. Ein Anwendungsbeispiel ist die Gussform des Rückenmarks eines Kleinkindes und das entsprechende Gussmodell aus Silikon (oben). Pädiatrische Neurochirurgen übten an diesem Modell die operative Korrektur des schweren Geburtsfehlers Spinal bifida („offener Rücken“).

Learn more about the impact of using patient-specific anatomical models, from improving education and communication to drastically reducing theater and recovery time for complex procedures.

Mehr erfahren über die Vorteile von patientenspezifischen, anatomischen Modellen, für Planung, Aus- und Weiterbildung – mit drastischen Kosten- und Zeiteinsparungen im Labor genau wie in der Behandlung.

9. Entwicklung von Gesichtsprothesen für Krebs- und Traumapatienten

Shirley Anderson und Dr. Travis Bellicchi. Foto: Abigail Watson
Shirley Anderson und Dr. Travis Bellicchi. Foto: Abigail Watson

Im Jahr 2012 verlor Shirley Anderson (rechts) seinen Kiefer aufgrund der Bestrahlungstherapie im Rahmen seiner Krebsbehandlung. Dr. Travis Bellicchi (left), ein Arzt in Fachausbildung an der Indiana University School of Dentistry, entwickelte einen neuen digitalen Workflow für die Anfertigung von Gesichtsprothesen, um Shirley und anderen Krebs- und Traumapatienten zu helfen. Bei seiner neuen Methode setzt Dr. Bellicchi Desktop-3D-Druck ein, um hochdetaillierte und naturgetreue Formen für die Anfertigung von Gesichtsprothesen zu erstellen. Diese vielversprechenden neuen Prothesen sind komfortabler und weniger invasiv für den Patienten, sehen realistischer aus und lassen sich einfacher anfertigen.

10. Diabetesberatung

3D-gedruckte Proteinmodelle für Diabetesberatung. Foto: Casey Steffen
3D-gedruckte Proteinmodelle für Diabetesberatung. Foto: Casey Steffen

Mit seinem beruflichen Hintergrund in der Animation für Videospiele ist Casey Steffen nicht gerade ein typischer Vertreter der Gesundheitspädagogik. Casey setzt den 3D-Druck für die Diabetesberatung ein, zum Beispiel mit den oben abgebildeten 3D-gedruckten Modellen von Inkretin-Analoga. Inkretine sind Hormone, die eine Senkung des Blutzuckerspiegels bewirken; Analoga können für die Behandlung von Diabetespatienten eingesetzt werden. Casey bot sein HbA1c-Modell zunächst Diabetesberatern über eine Crowdfunding-Website an und nimmt jetzt über seine Website Biologic Models Aufträge für maßgefertigte 3D-gedruckte Proteinmodelle an.

11. OP-Optimierung durch maßgefertigte medizinische Modelle

3D-gedruckte Aneurysma-Modelle. Foto: Dr. Mike Itagaki
3D-gedruckte Aneurysma-Modelle. Foto: Dr. Mike Itagaki

Dr. Mike Itagaki setzt Desktop 3D-Druck ein, um medizinische Modelle (wie die oben abgebildeten Reproduktionen von Aortenaneurysmen) für die OP-Vorbereitung, Schulungsmodelle usw. anzufertigen. Inone case rettete Dr. Itagaki die Milz einer Patientin, weil er eine bahnbrechende neue rekonstruktive OP an einem 3D-Modell üben konnte, das anhand der CT-Scandaten der Patientin angefertigt wurde. Diese Erfolgsstory regte ihn zur Gründung von Embodi3D an, der ersten Online-Community für den medizinischen 3D-Druck.

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Vom Patientenscan zum 3D-Modell