Kann man Bolus-Vorrichtungen für die Strahlentherapie 3D-drucken?

Krebs ist weltweit eine der häufigsten Todesursachen. In den vergangenen Jahrzehnten hat die Strahlentherapie bei der medizinischen Behandlung zur Krebsbekämpfung und damit zur Rettung von Leben einen immer höheren Stellenwert angenommen. Allerdings ist die Strahlung toxisch und birgt Gefahren, wenn sie nicht ordnungsgemäß angewandt wird. Um eine gezielte Dosis auf betroffene obere Hautschichten zu richten, werden Bolus-Materialien eingesetzt, mit denen medizinisches Fachpersonal die Strahlungsdosis auf dem Krebsgewebe genau kontrollieren kann und somit die ungewollte Bestrahlung gesunden Gewebes vermeidet.

Mit der immer schnelleren Ausbreitung des 3D-Drucks in Krankenhäusern drängt sich die Frage auf, ob sich mit einem 3D-Drucker auch hautverträgliche und gänzlich an die Patientenanatomie angepasste Bolus-Vorrichtungen herstellen lassen.

Die Antwort ist ein vollumfängliches Ja. 3D-gedruckte Boli sind nicht nur sicher und genau, sondern sie werden bereits jetzt gefertigt und kommen in Krankenhäusern überall auf der Welt zum Einsatz.

Kürzlich waren Greg Gagnon, 3D-Druck-Experte des Gesundheitszentrums Baystate Health, und Borko Basaric, Senior Product Manager bei Adaptiiv Medical Technologies Inc., bei Formlabs zu Gast, um sich über den heutigen Prozess zum 3D-Druck von Bolus-Vorrichtungen auszutauschen.

Traditional treatments come with a host of problems for medical professionals. This can degrade the patient experience, and result in reduced performance of the radiation treatment.

Some of the problems with the way bolus devices are created now are:

• Complex patient setup can take many hours.
• Inability to accommodate or correct for anatomical irregularities.
• Air gaps between accessory and skin can cause underdose.
• Manual fabrication can be laborious and yield unpredictable results.
• Bolus must be shaped and secured in place each visit.
• Skill shortage of staff that can create accessories.
• Materials, such as Freiburg flap, can be expensive.

Traditional bolus setups for patients can be crude, take multiple days to create, and include hot wax and mesh face coverings. They also require continuous checks to make sure the radiation tubes are properly aligned. Furthermore, the traditional process requires highly skilled staff trained in working with bolus devices. This point has been exacerbated by recent hiring shortages in the United States, putting pressure on hospitals to find new methods to apply radiation therapy.

The solution to these problems is in-house production of bolus devices using 3D printing. “Our mission is to have an applicator that perfectly fits the patient,” said Basaric. While this has always been a goal of medical professionals, it simply wasn’t viable before the advent of in-house 3D printers.

• By using 3D printers to create bolus devices, hospitals benefit from:
• Patient-specific devices and the elimination of manual creation of devices.
• Improved device accuracy with superior dose distribution.
• Variable trajectory settings
• Wider pool of staff able to produce devices
• Less time required for design, fabrication, and set-up.
• Cost reductions due to significant cost savings.

Baystate Health, the largest hospital system in Western Massachusetts, has seen great success switching to 3D printed bolus devices. Gagnon told us that, “since our hospital set up a shared portal for me to get the patient file, I can turn the part around in 24 hours. I normally request extra time, but the prints sometimes only take eight hours. I can sit at my home office and send the file to my printer in the office, and when I come into the office, it’s done.”

The ease of use was notable, with Gagnon saying. “The printing process is easy, we print the bolus device right on the build platform. The 3D printing resolution is so good that you don’t need supports inside the channels.”

While this workflow can be used with FDM 3D printers, SLA will provide a more consistent print throughout the device, never leaving gaps and air pockets in the print. Gagnon often turns to Clear Resin to make his devices. Clear Resin polishes to near optical transparency, making it ideal for showcasing internal features where the tubes need to be placed.

Bolus-Vorrichtungen können sowohl mit FDM- als auch mit SLA-3D-Druckern hergestellt werden. Worin liegt der Unterschied?

• Fused Deposition Modeling (FDM) bzw. Schmelzschichtung, auch bekannt als „Fused Filament Fabrication“ (FFF), ist die gängigste Form des 3D-Drucks bei Privatpersonen. Bei der Schmelzschichtung werden thermoplastische Filamente wie ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer) und PLA (Polylactide) durch eine beheizte Düse extrudiert, wobei das Material schmilzt und der Kunststoff Schicht für Schicht auf der Konstruktionsplattform aufgebaut wird. Jede Schicht wird einzeln aufgetragen, bis das Teil fertiggestellt ist.
• Bei SLA-3D-Druckern (Stereolithografie) härtet ein Laser flüssiges Kunstharz zu gefestigtem Kunststoff. Dieser Prozess wird als Photopolymerisation bezeichnet. SLA-3D-Drucker sind dank Ihrer Fähigkeit, hochgenaue, isotrope, wasserdichte Prototypen in verschiedenen fortschrittlichen Materialien mit feinen Details und einer glatten Oberfläche zu liefern, äußerst beliebt geworden. SLA-Kunstharzformulierungen bieten unterschiedliche optische, mechanische und thermische Eigenschaften, die denen von Standard-, technischen und industriellen Thermoplasten in nichts nachstehen.

Das Video in ganzer Länge mit Greg Gagnon, dem 3D-Druck-Experten von Baystate Health, und Borko Basaric, Senior Product Manager bei Adaptiiv Medical Technologies Inc., erreichen Sie über den untenstehenden Link (Teil des Archivs zum Formlabs User Summit 2022). Darin sehen Sie eine vollständige Fallstudie an einem 80-jährigen Patienten mit einem bilateralen Basalzellkarzinom an den Schienbeinen. Weiterhin erteilt Gagnon Ratschläge für Krankenhäuser, die nach Gründen für die Investition in den 3D-Druck suchen, und beschreibt seinen Arbeitsprozess bei der Herstellung von Boli.