Sygnis hilft Neugeborenen mit 3D-Druck

Die Neugeborenenchirurgie unterscheidet sich grundlegend von der Erwachsenenchirurgie. Die pädiatrische Chirurgie erfordert mehr Feingefühl, Präzision und schnellere Reaktion, was auf den sich noch im Wachstum befindlichen menschlichen Körper zurückzuführen ist. Oftmals müssen Operationen unmittelbar nach der Geburt durchgeführt werden, wo jede Minute zählt.

Durch den hohen Stress und Aufwand, den dieser Prozeduren kosten, kommt jegliche Hilfe gelegen. In diesem Fall ist es der 3D-Druck.

Im Februar 2022 druckte Sygnis ein präoperatives Schädelmodell eines Neugeborenen. Mit einem dringenden Auftrag und einem fertigen 3D-gedruckten Modell wandte sich Pawel Ozga an das Unternehmen – ein Spezialist für die Segmentierung medizinischer Bilder und Freiwilliger der Stiftung e-Nable Polen unter der Leitung von Arzt Krzysztof Grandys.

Das Mädchen, das auf die Welt kam, hatte kein geformtes Hinterhauptbein, was damit zusammenhing, dass das Hirngewebe teilweise freigelegt war. Der Defekt wurde während der Schwangerschaft nicht diagnostiziert. Das Baby wurde in Rzeszow geboren und unmittelbar nach der Geburt in die Universitätskinderklinik in Krakau in die Abteilung für neonatale Pathologie und Intensivmedizin gebracht, wo eine detaillierte Diagnostik durchgeführt wurde. Die Zeit nach der Entbindung war hier entscheidend. Gleichzeitig wurde ein Zentrum gesucht, das sich bereit erklärte, eine spezielle Behandlung für den Defekt anzubieten. Professor Lukasz Krakowczyk vom Onkologischen Zentrum in Gliwice übernahm diese Aufgabe. Eines der Elemente der Operationsvorbereitung war die Anfertigung eines physischen Modells des Schädels des Kindes im Maßstab 1:1. Die Ärzte waren auf der Suche nach einem Auftragnehmer, der wie sie bereit war, schnell zu handeln. Das Team der Stiftung e-Nable Poland: Krzysztof Grandys und Paweł Ozga, sowie die Firma Sygnis SA, stellten sich der Herausforderung.

Die Stiftung e-Nable Poland, die seit langem bei solchen Problemen mit dem Universitätskinderkrankenhaus in Krakau zusammenarbeitet, half bei der Vorbereitung des virtuellen Modells. Pawel Ozga war für die Segmentierung der medizinischen Bildgebung und die Vorbereitung des für den Druck erforderlichen 3D-Modells verantwortlich. Das Modell wurde auf der Grundlage der medizinischen Bildgebung MRI (Magnetresonanztomographie) und CT (Computertomographie) mit Hilfe einer zertifizierten Software für derartige Aktivitäten erstellt.

Nach Abschluss der Diagnose wurde das Kind zur chirurgischen Behandlung in das Oberschlesische Kindergesundheitszentrum in Kattowitz gebracht.

Dank der Zusammenarbeit aller Beteiligten konnte in Rekordzeit ein präoperativer 3D-Ausdruck des Schädels des Neugeborenen erstellt werden, auf dessen Grundlage die Ärzte die Bedingungen während der Operation des Babys vorhersagen konnten.
96 Stunden

Genau so viel Zeit blieb bis zur Operation, als der Hilferuf bei Sygnis einging. das Unternehmen reagierte prompt, denn die Zeit war in diesem Fall der wichtigste Faktor für den Erfolg der Operationsvorbereitung und des Eingriffs.

Noch am selben Tag, nachdem die entsprechende Datei im Unternehmen angekommen war, begannen ihre Ingenieure mit dem 3D-Druck des Schädelmodells des Neugeborenen in zwei verschiedenen Technologien. Der Grund, warum sich das Unternehmen für zwei Technologien entschieden hatte, war das Risiko eines Fehlschlags. SOmit wollten sie die Chancen verbessern.

• Das erste Modell wurde mit der SLS-Technologie (selektives Lasersintern) hergestellt – auf einem Sinterit Lisa Pro 3D-Drucker aus PA12-Pulver. Herstellungszeit: 24 Stunden.
• Das zweite Modell in SLA-Technologie (Drucktechnologie, bei der lichtempfindliche Harze Schicht für Schicht ausgehärtet werden) – realisiert auf einem FlashForge Foto 8.9s 3D-Drucker aus weißem Standardharz. Fertigstellungszeit – 8 Stunden.

Mit der gesamten Umsetzung war das Team in 26 Stunden fertig. Nach dieser Zeit waren die 3D-Drucke bereits auf dem Weg ins Krankenhaus. Sowohl die SLS- als auch die SLA-Technologie zeichnen sich durch hohe Präzision und Detailgenauigkeit aus, was für anatomische Modelle unerlässlich ist.

Drucken mit der SLA-Technologie

Die Wahl der Harztechnologie (SLA) auf dem FlashForge Foto 8.9s 3D-Drucker diente dem Zweck, schnell einen Übersichtsdruck zu erhalten, der von den Fachleuten vor dem Druck mit der SLS-Technologie bewertet werden konnte.

Der Sygnis Flashforge Foto 8.9s 3D-Drucker ist ein neuer Hochleistungs-Harzdrucker. Mit seinem innovativen Einsatz einer parallelen UV-Lichtquelle, einer 4K-Monochrom-LCD-Matrix und einer sehr hohen Fertigungsqualität übertrifft der Foto 8.9s andere Harzdrucker in seiner Klasse.

3D-Druck mit SLA-Technologie

Die Genauigkeit des 0,05-mm-Schichtdrucks und die Geschwindigkeit (8 Stunden) ermöglichten es Sygnis, das Modell schnell zu überprüfen und zu bestätigen, dass es eine getreue Darstellung der Abbildung ist. Gleichzeitig war der genauere Harzdruck eine ideale Ergänzung zu einem anderen, robusteren 3D-Druck mit der SLS-Pulvertechnologie. Nach dem Harzdruck musste das für den Druck komplexer Geometrien erforderliche Stützmaterial entfernt werden.

SLS-Druck

Sygnis hat sich für die SLS-Technologie und den Druck von Polyamid (PA12) entschieden, um das Modell für präoperative chirurgische Übungen in 3D zu drucken. Die Pulvertechnologie ermöglicht den 3D-Druck ohne die Verwendung von Stützstrukturen, was wiederum eine perfekte Reproduktion geometrisch sehr komplexer Knochenstrukturen ermöglicht. Andererseits ist Polyamid (PA12) ein mechanisch starkes Material, so dass das Team wusste, dass es durch den Kontakt mit chirurgischen Instrumenten während der präoperativen Tests nicht beschädigt werden würde. Das Modell wurde mit einer Genauigkeit von 0,125 mm (in der Z-Achse) gedruckt. Auf diese Weise konnte Sygnis eine hohe Maßgenauigkeit und die Wiedergabe anatomischer Details bei relativ kurzer Druckzeit gewährleisten. Nach Abschluss des Druckvorgangs wurde der SLS-Druck ordnungsgemäß von ungekochtem Pulver gereinigt und sandgestrahlt.
3D-Druck im SLS-Verfahren

Das für den Sinterit Lisa Pro verwendete Gerät. Ein zuverlässiger Drucker eines polnischen Herstellers mit Komponenten höchster Qualität, der sich hervorragend für Designer, Ingenieure, Unternehmer und Studenten eignet. Er verfügt über eine große Druckfläche – 110 x 160 x 245 mm – und bietet eine große Auswahl an Materialien, aus denen man drucken kann. Mit dem Sinterit Lisa Pro 3D-Drucker kann man verschiedene Arten von mechanischen Funktionsprototypen sowie fertige räumliche Objekte herstellen, die sich durch hohe Festigkeit und unglaubliche Detailtreue auszeichnen.

Operation erfolgreich abgeschlossen

Schließlich ist die Operation erfolgreich durchgeführt worden und die Patientin ist aus dem Krankenhaus entlassen worden. Die 3D-Ausdrucke gingen in das Archiv des chirurgischen Falls ein und sind Teil der Arbeit und der Praxis des Arztes in ähnlichen Fällen. Prof. Dr. Lukasz Krakowczyk, der für die Operation verantwortliche Chirurg, betonte nach der erfolgreichen Zusammenarbeit, dass die bildgebenden Untersuchungen für die Bestimmung des Schädelknochendefekts nützlich waren. Sie stimmten jedoch nicht perfekt mit dem Hautdefekt überein, weshalb das Drucken des Modells so wichtig war. Der 3D-Druck wird auch in der Phase der Rekonstruktion des Schädelknochendefekts von entscheidender Bedeutung sein, wenn es um die perfekte Ausrichtung und Planung der Knochenrekonstruktion geht.

Dem Mädchen stehen in Zukunft noch mehrere Behandlungen bevor. Die Knochen des kindlichen Schädels entwickeln sich weiter und sind ständigen Veränderungen unterworfen, so dass man hier nicht über das Endergebnis sprechen kann.

An dem Projekt waren beteiligt:

Dr. Eng. Krzysztof Grandys – Gründer der e-Nable Poland Foundation und Anästhesist an der Universitätskinderklinik in Krakau.

Paweł Ozga – hauptamtlicher Mitarbeiter der Fakultät für Innenarchitektur an der Akademie der Schönen Künste in Krakau und Mitarbeiter der Medizinischen Hochschule der Jagiellonen-Universität als Spezialist für medizinische Bildsegmentierung.

Foundation e-Nable Poland – eine Stiftung, die sich vor allem auf die Unterstützung von Kindern mit angeborenen oder durch Trauma erworbenen Defekten der oberen Gliedmaßen konzentriert. Die Stiftung hilft in einer Open-Source-Form, indem sie mit Freiwilligen zusammenarbeitet, die bei der Herstellung von Prothesen mit öffentlich verfügbaren Werkzeugen wie 3D-Druckern helfen können. Die Stiftung lehnt andere Formen der Hilfe nicht ab, wenn sie sieht, dass ihre Einrichtungen Leben retten können, wie es bei dem oben erwähnten kleinen Patienten aus Krakau der Fall war.

SYGNIS SA – Sygnis SA ist ein polnisches Deeptech-Unternehmen, das Hardware-F&E-Projekte in vier Hauptgeschäftsbereichen durchführt: neue additive Technologien, Energie, Biotechnologie und Nanotechnologie. Es bringt Ideen auf den Weg, die das Potenzial haben, die Welt zum verbessern.

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