Stratasys verbessert seinen 3D-Drucker J750 Digital Anatomy

Stratasys hat seinen 3D-Drucker J750 Digital Anatomy um Funktionen für den Druck von Knochen erweitert, die nicht nur echt aussehen, sondern tatsächlich biomechanisch realistisch sind, was durch klinische Forschung bestätigt wird. Das Software-Upgrade ermöglicht es den Systemen, poröse Knochenstrukturen, fibrotisches Gewebe sowie Bänder nachzuahmen, so dass Mediziner Modelle erstellen können, die sich genau wie menschliche Knochen verhalten. Das erklärte der 3D-Drucker-Spezialist in einer Pressemeldung.

Der Drucker Digital Anatomy wurde vor einem Jahr erstmals vorgestellt, wobei der Schwerpunkt zunächst auf die Nachbildung von weichem kardiologischem Gewebe wie Herzen und Blutgefäßen lag. Verwendet wurden dazu Materialien wie GelMatrix und TissueMatrix sowie die leistungsstarke Digital Anatomy Software. Die Technologie hat den Anbietern im Gesundheitswesen geholfen, die chirurgische Vorbereitung zu verbessern, und die Hersteller medizinischer Geräte in die Lage versetzt, Tests durchzuführen und medizinisches Fachpersonal auf neue Geräte zu schulen. Das Material BoneMatrix sowie die neuen Software-Fähigkeiten erweitern diese Vorteile auf orthopädische Anwendungen.

„Wir sind sicher, dass eine bessere Vorbereitung zu besseren klinischen Ergebnissen führt”, sagte Vice President Osnat Philipp, die das globale Healthcare Team bei Stratasys leitet. „Die mechanischen Eigenschaften des Knochens sind grundlegend für die Fähigkeit unseres Skeletts, Bewegung zu unterstützen, unsere lebenswichtigen Organe zu schützen und letztlich unsere Lebensqualität sicherzustellen. Die Möglichkeit Modelle per 3D-Druck herzustellen, die biomechanisch exakt und für jeden Patienten einzigartig sind, ist für diese Vorbereitung von entscheidender Bedeutung.”

Trotz der hohen Nachfrage nach Knochenmodellen weisen die traditionellen Modelloptionen gravierende Mängel auf. Die medizinische Industrie hat traditionell menschliches Knochenmaterial von Leichen oder alte 3D-Drucklösungen verwendet, die sich alle als unzulänglich erwiesen haben. Menschlicher Knochen ist teuer und schwer zu beschaffen, insbesondere dann, wenn definierte pathologische Merkmale benötigt werden, die beispielsweise auf Tumoren oder einem bestimmten Lebensalter beruhen.

Serienmäßig hergestellten Knochenmodellen fehlen diese patientenspezifischen Merkmale, und andere herkömmliche 3D-Drucklösungen sind biomechanisch unrealistisch. Im Gegensatz dazu erhalten Mediziner bei Digital Anatomy-Modellen beim Einbringen einer Schraube oder dem Bohren oder Sägen eines Knochens ein haptisches Feedback, das sehr realistisch ist. Zudem kann jedes Modell anhand eines tatsächlichen Patientenscans erstellt werden.

3D-gedruckte Schädel- und Wirbelsäulenmodelle für Workshops zur Ausbildung von Ärzten ermöglichen es diesen, das Schneiden und Bohren von Knochen zu üben, sagte eine medizinische Direktorin eines Kinderkrankenhauses in Florida. Ihr Schwerpunkt lag auf dem Einsatz modernster Simulationen zur Umgestaltung der pädiatrischen Ausbildung und Schulung.

„Die Möglichkeiten scheinen mir endlos, denn Ärzte können sozusagen operieren, bevor sie operieren. Das wird die Operationszeit verkürzen, die Morbidität und Mortalität senken und uns helfen, die Narkosezeit zu verkürzen, was gut für das Gehirn ist.”

Mehr als 100 komplexe Voreinstellungen wurden durch jahrelange Tests von Experten in Zusammenarbeit mit führenden akademischen medizinischen Zentren und Krankenhäusern auf der ganzen Welt entwickelt und verfeinert. So können Bandscheiben beispielsweise normal oder degeneriert gedruckt werden. Die Gelenke zwischen den Wirbeln lassen sich in verschiedenen Versteifungsgraden drucken. Die Struktur des Schädelknochens ist dichter als die von allgemeinen Knochen. Lange Knochen können mit unterschiedlichen Mengen an Knochenmark gedruckt werden. Verschiedene Materialkombinationen werden auf 3D-Voxel-Ebene hergestellt, um die richtigen biomechanischen Eigenschaften zu gewährleisten.

Forscher des Labors für Computational Mechanics and Experimental Biomechanics der Universität Tel Aviv führten eine klinische Bewertung der Eigenschaften von Knochenmodellen durch, die auf dem Digital Anatomy 3D-Drucker hergestellt wurden, wobei sie sich insbesondere darauf konzentrierten, wie genau die Auszugskraft und das Antriebsmoment von Schrauben mit kortikalen und spongiösen Schrauben reproduziert wird. Die Studie aus dem Jahr 2020 kam zu dem Schluss, dass die Auszugskraft orthopädischer Schrauben bei den 3D-gedruckten Modellen der haptischen Reaktion bei menschlichen Leichenknochen entspricht.

Eine zweite Studie, die dieses Jahr von Forschern des Materials Science and Engineering Laboratory des Technion Institute of Technology in Israel durchgeführt wurde, zeigte die mechanische Genauigkeit von 3D-gedruckten Wirbelsäulenmodellen im Vergleich mit menschlichen Wirbelsäulen. Die Studie konnte zeigen, dass der Bewegungsbereich von 3D-gedruckten Modellen der Lendenwirbel genau der publizierten Literatur über die menschliche Wirbelsäule entspricht.

Der Artikel basiert auf eine Pressemeldung von Stratasys.