3D-Scanner in der Medizin: Segen für Mensch und Tier

3D-Drucker kennt mittlerweile jedes Kind, bei 3D-Scannern bilden sich hingegen große Fragezeichen über den Köpfen. Dabei kommen 3D-Scanner längst in Industrie, Wissenschaft, Kunst und Gesundheitswesen zum Einsatz. In der Medizin verbessern sie die Lebensqualität der Patienten dramatisch.

Ein Mann läuft langsam um eine Frau herum und scannt sie mit einem Handscanner. Der Mann heißt Alexander Gorodetsky und ist ein mechanischer Designer mit viel Erfahrung. Die Frau trägt den Namen Olga, ist Extremsportlerin und hat einen schweren Unfall überstanden: einen missglückten Skydiving-Sprung. Die Russin verletzte sich bei dem Unglück so stark, dass sie den Großteil des Muskelgewebes verlor und nun mit einem deformierten rechten Unterschenkel leben muss. Nun soll mithilfe des 3D-Scanners eine Prothese speziell an ihr Bein angepasst werden. Womit wir wieder bei Alexander Gorodetsky und dem Gerät in seiner Hand sind: Er scannt beide Beine mit dem handgeführten 3D-Scanner Artec Eva. Die Prothese am verletzten Bein soll am Ende des Prozesses genauso realistisch aussehen wie das gesunde Bein, einen hohen Tragekomfort bieten und das Leben wieder lebenswerter machen. Der Scanner errechnet in Echtzeit ein hoch aufgelöstes 3D-Modell des Objektes mit bis zu 16 Bildern pro Sekunde. Anschließend kommt 3D-Modellbauer Valery Karaoglanyan ins Spiel – er modelliert die Prothese auf Basis zweier Punktwolken (dem Scan des gesunden und dem Scan des verletzten Beins). Nach Fertigstellung des 3D-Modells des Wadenmuskels wird die kosmetische Prothese mithilfe eines 3D-Druckers erzeugt.

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https://www.artec3d.com/de/news/eva-hilft-bei-der-erstellung-einer-3d-prothese-eines-zweikoepfigen

Ein zweites Gesicht

Auch im Gesicht können 3D-Scanner Gutes tun. Besonders spektakulär: Patienten erhalten vor kosmetischen Operationen beispielsweise ein naturgetreues 3D-Modell ihres „neuen“ Gesichts. Was wie ein Science-Fiction-Film klingt, ist längst Realität – zumindest bei Dr. Avşar, der die AVSAR-Klinik für plastische Chirurgie in Istanbul gegründet hat. Als erster plastischer Chirurg weltweit zeigt der Türke seinen Patienten mithilfe eines 3D-Handscanners individuelle Gesichtsmasken, die das Ergebnis des Eingriffs vorwegnehmen. Den Betroffenen fällt dabei ein Stein vom Herzen, quält sie doch sonst immer die bange Frage, wie der erste Blick in den Spiegel nach der OP ausfällt. Mehr noch: Mit dem 3D-Modell bekommen die Patienten ein Objekt an die Hand, das sie das Ergebnis der Operation im wahrsten Sinne des Wortes „begreifen“ lässt. Dies hilft ihnen, die Möglichkeiten und Grenzen eines Eingriffs realistisch einzuschätzen. Auch die Ärzte profitieren von der Maske, die als dreidimensionales Referenzmittel dient. Vor dem 3D-Handscanner gestaltete Dr. Avşar die Masken selbst – allerdings von Hand. Eine mühsame Arbeit, die viel wertvolle Zeit kostete. Zudem fehlten den handgefertigten Modellen oft so wichtige Details wie Farbe und Textur.

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https://www.artec3d.com/de/news/3d-scanning-faces-to-3d-print-plastic-surgery-masks

3D-Druck eines Ohres als OP-Vorlage

Ein weiteres Beispiel aus der Medizin: Ein Krankenpfleger nimmt einen 3D-Handscanner und scannt das Ohr eines Mädchens, Ellie, die an einer angeborenen Fehlbildung am elastischen Knorpel des Ohres leidet. Fachausdruck: Mikrotie, was aus dem Lateinischen übersetzt so viel wie „außergewöhnliche Kleinheit des Ohres“ bedeutet. Bei manchen von dieser Erscheinung Betroffenen kann die Ohrmuschel derart klein ausfallen, dass sie als gar nicht vorhanden erscheint. Folge: Schwerhörigkeit. Mit dem 3D-Scan des Ohres kann Ken Stewart, der Leiter des örtlichen „Ear Reconstruction Service of Scotland“ in Edinburgh, Ohrfehlbildungen mit Hilfe einer 3D-Vorlage korrigieren. Hierfür werden normalerweise beide Ohren gescannt – das gesunde und das deformierte. Liegt hingegen – wie im Fall von Ellie – eine bilaterale Mikrotie vor (beide Ohren sind betroffen), muss das Ohr eines Familienmitglieds gescannt werden, in diesem Fall von Ellis Schwester. Der 3D-Scanner erfasst zuerst die Ohrmuschel und arbeitet sich dann zum Sammeln weiterer visueller Informationen tief in den Gehörgang vor. Die Bilder werden anschließend im Rechner verschmolzen, um ein digitales Modell des Ohrs zu erstellen. Nach etwa drei Stunden Druckzeit werden die nachgebildeten Ohren aus dem 3D-Drucker entnommen, gereinigt und mit UV-Licht gehärtet. „Das Modell wird am Ende sterilisiert und direkt als Vorlage für die Nachbildung in den Operationsraum gegeben“, erklärt Ken Stewart. Vorbei sind somit die Zeiten von zweidimensionalen Pausen des normalen Ohres auf Papier als Richtschnur, um aus dem entnommenen Knorpel ein Ohr zu formen. Mit Hilfe fortgeschrittener 3D-Visualisierungstechnik liegt den Chirurgen ein ganz anderes Maß an Präzision vor.

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Schnabelprothese für einen Tukan

Aber nicht nur Menschen profitieren von 3D-Scannern – auch Tiere erhalten Hilfe. Grecia, ein Tukan aus Costa Rica, der von Jugendlichen misshandelt wurde und dabei Teile seines oberen Schnabels verlor, konnte sein Glück kaum fassen, als er dank 3D-Scanner und -Drucker einen neuen Schnabel bekam. Durch den Verlust seines Schnabels konnte der Vogel kaum mehr Nahrung aufnehmen und musste gefüttert werden – ohne Prothese wäre er früher oder später verhungert. Auch mental machte ihm der Verlust zu schaffen: Die Weibchen sahen ihn schief an, er fühlte sich als Außenseiter. Letztlich entschieden sich die Wissenschaftler für eine Prothese aus Nylon, die alle acht bis zwölf Wochen neu fixiert werden muss, damit sie nicht abfällt. Grecias Leben ist gerettet.  Und er sonnt sich im Interesse der Damenwelt – schließlich sieht sein Schnabel anders aus als der seiner Mitbewerber.

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