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Medizinprodukte am 3D-gedruckten Modell testen und verbessern

22.04.2021
Wenn sich im 3D-Drucker sehr realistische Modelle für Organe oder Strukturen aus dem Körper drucken lassen, lässt sich damit die Entwicklung von Medizinprodukten eventuell schneller voranbringen als mit Tests an Material aus der Anatomie. Ein Anbieter solcher Modelle aus Österreich stößt mit dieser Möglichkeit auf viel Interesse.

Knochen und Gewebe mit biomechanisch-genauen 3D-Druckmodellen nachzuahmen – das ist möglich, mittlerweile mit einem Ausmaß an Ähnlichkeit zum Original, wie es bisher kaum zu erreichen war. Auf diesen Bereich spezialisiert hat sich ein 3D-Druck-Dienstleister aus Österreich, die Schiner 3D Repro GmbH in Krems. Das Portfolio des Unternehmens ist zwar weitaus breiter gefächert – aber die Kremser verzeichnen nach eigenen Angaben einen „überwältigenden Anstieg bei den Anfragen nach digitalen Anatomiemodellen“ und wollen ihren medizinischen Kundenstamm innerhalb eines Jahres um 30 % erweitern.

3D-Druck für die Medizin: Anatomien und Pathologien nach Wunsch schnell nachbilden

Was die Modelle interessant macht: Für die Entwicklung neuer medizinischer Geräte benötigen Hersteller, aber auch Forschungseinrichtungen in der Regel tote Körper von Tieren, um Lösungen zu testen und Design sowie Gerätefunktionalität zu optimieren. Dies kann nicht nur kostspielig und schwer wiederholbar sein, sondern auch sehr langwierig. Die Präparation der Kadaver für die gewünschten Anatomien dauert oft Monate – insbesondere dann, wenn bestimmte Pathologien für die zu testenden Geräte erforderlich sind. Durch den 3D-Druck lässt sich das umgehen. Weil Anatomien und Pathologien realistisch nachgebildet werden können, sinkt der Bedarf an menschlichen und tierischen Kadavern. Zugleich verbessert sich die Wiederholbarkeit und beschleunigt sich die Designvalidierung.

Schiner 3D-Repro nutzt für seine anatomischen und medizinischen Modelle, die auch für chirurgische Trainings und Operationsvorbereitungen europaweit genutzt werden, den Digital Anatomy Printer von Stratasys. „Der Digital Anatomy Printer hat die Möglichkeiten, die wir medizinischen Unternehmen bieten können, entscheidend verändert”, sagte Jörn-Henrik Stein, Geschäftsführer bei Schiner 3D Repro. „Wir sind jetzt in der Lage, Anatomien aus echten medizinischen Scans, so genannten Dicom-Daten, zu erstellen.“ So können Auftraggeber aus der Medizinbranche genau die Anatomie anfordern, die sie gerade benötigen.

Patientenrealistisches Modell mit der richtigen Konsistenz

Laut Stein ist die detailgetreue Reproduktion der anatomischen Modelle im passenden Maßstab und mit der richtigen Konsistenz sehr wichtig. Mit dem J750 Digital Anatomy Printer ließ sich beispielsweise auch ein patientenrealistisches Gefäßmodell herstellen, mit dem für ein innovatives Produkt die Blutzirkulation getestet werden sollte.

„Die Nutzung des Gel-Matrix-Materials im Drucker hat es uns ermöglicht, komplexe Gefäßmodelle zu drucken“, sagt Oliver Simon, Projektmanager der Schiner-3DMedical-Sparte. „Kürzlich hatten wir ein Gefäßmodell mit Geometrien bis zu 1,5 Millimeter Durchmesser, was zuvor mit anderen Technologien nicht möglich war.“ Damit ergeben sich für Medizinproduktehersteller eine Vielzahl neuer Möglichkeiten in der Designvalidierung oder Geräteoptimierung.

Für Gewebe, Knochen und Gefäße gibt es jeweils das passende Material für den 3D-Druck

Seit Einführung der Technologie hat Schiner 3D Repro eine Reihe von Druckaufträgen für biomechanische 3D-gedruckte Modelle erhalten, von Kathetermodellen bis hin zu komplexen Gehirnmodellen für medizinisch-mikroskopische Trainings und Demonstrationen. Durch die Verwendung von Materialien wie Tissue Matrix für die Nachbildung von Organen, Bone Matrix für die Simulation von Knochenstrukturen und Gel Matrix für vaskuläre Strukturen, geben die Modelle die medizinischen Scans in geometrischer Komplexität und Verhalten exakt wieder.

Für die Aufarbeitung von medizinischen Scans und Daten aus MRT oder CT vor dem 3D-Druck nutzt Schiner eine spezielle Medical-Software. Die Daten für die Projekte werden vor dem Druckprozess mit Hilfe der Grab-CAD Print-Software optimiert. Das soll den Workflow von den Daten bis zum Druck effizienter machen. Laut Jörn-Henrik Stein lassen sich mit der Kombination aus der Medical Software und Grab-CAD die zur Verfügung gestellten Dicom-Daten optimieren, so dass „daraus hochwertige 3D-gedruckte medizinische Modelle in anatomischer Präzision und Haptik“ resultieren.

Nachfrage aus Medizintechnik und Forschung wächst

Die Nachfrage von Instituten und Medizintechnikunternehmen sowie die Zusammenarbeit mit deutschen und österreichischen Gesundheitseinrichtungen und Universitäten im Zuge von Forschungsprojekten lässt derzeit den Schluss zu, dass der medizinische Zweig von Schiner 3D-Repro in den kommenden Monaten weiterhin stark wächst.

„Durch die ultra-realistischen medizinischen Modelle, die sie entwickeln, demonstrieren Unternehmen wie Schiner 3D Repro, wozu unser Digital Anatomy Printer in der Lage ist”, sagte Arnaud Toutain, der beim Druckerhersteller Stratasys für den Bereich Healthcare Sales and Development Lead EMEA zuständig ist. „Da wir ständig neue Materialien und Software für den Digital Anatomy Printer entwickeln, können medizinische Einrichtungen den Bedarf an Kadavern und Tieren in einem noch breiteren Anwendungsspektrum weiter reduzieren, die chirurgische Vorbereitung und Ausbildung verbessern und gleichzeitig dazu beizutragen, neue medizinische Geräte und Hilfsmittel schneller auf den Markt zu bringen.“

Quelle: Mitteilung medizin&technik vom 22.04.2021