Additive Fertigung Computergenerierte Augenprothese aus dem 3D-Drucker

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Forschende des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD haben 2021 ihre Technologie einer additiv gefertigten Augenprothese vorgestellt. Die Software Cuttlefisch:Eye und der Druckertreiber Cuttlefish unterstützen seither Okularisten in Großbritanien. Künftig soll es auch auf dem europäischen Festland zum Einsatz kommen.

Augenprothesen werden immer dann notwendig, wenn ein Auge aus gesundheitlichen Gründen operativ entfernt werden musste, beispielsweise infolge einer schweren Verletzung oder einer lebensbedrohlichen Krankheit wie Augenkrebs. Von solchen Erkrankungen sind etwa eine dreiviertel Million Menschen in Europa und über acht Millionen weltweit betroffen.

Der Prozess der individuellen Vermessung der Augenhöhle sowie die Herstellung der Prothesen ist seit Jahrzehnten weitgehend unverändert geblieben. Die invasive Modellierung kann unangenehm sein und ist für Kinder eine belastende Erfahrung, die oft eine Vollnarkose erfordert. Der anschließende, in Handarbeit durchgeführte, zeitaufwändige Herstellungsprozess führt zu einer mehrmonatigen Wartezeit, was zur zusätzlichen Belastung für Patienten führt.

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Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD haben hierfür ein Verfahren entwickelt, bei dem die Augenprothesen additiv gefertigt werden. 2021 stellten sie ihre Technologien erstmals vor – seitdem revolutioniert der 3D-Druck die Herstellung von Augenprothesen am renommierten Moorfields Eye Hospital in London. „Mit optimal angepassten künstlichen Augen erhöht sich die Lebensqualität der Betroffenen enorm“, erklärt Johann Reinhard, stellvertretender Abteilungsleiter des Kompetenzzentrums 3D-Drucktechnologie.

Verfahren aus Scan und 3D-Druck für optimale Passfähigkeit

Dass die Prothese nicht nur optisch ideal zum zweiten vorhandenen Auge passt, sondern sich auch bestmöglich in die Augenhöhle einfügt, gewährleisten die Forschenden mit ihrem Verfahren aus Scan und 3D-Druck. Der Termin für die 3D-Prothese beginnt für die Patienten mit einem 2,4 Sekunden dauernden, nichtinvasiven und nichtionisierenden Scan mit einem speziell entwickelten Gerät von Tomney Nürnberg. Bei dem medizinischen Gerät handelt es sich um einen in der Augenheilkunde eingesetzten, optischen Kohärenztomographen OCT (Optical Coherence Tomography). Der erhaltene Scan der Augenhöhle und das farbkalibrierte Bild des gesunden Auges werden nahtlos und digital an das Fraunhofer IGD übertragen. Die Firma Tomey hat die Leistungsfähigkeit der optischen Kohärenztomographie so optimiert, dass die Augenhöhle des entfernten Auges genau vermessen und zusätzlich ein farbkalibriertes Foto des gesunden Auges erstellt wird.

Mit der Software Cuttlefish:Eye unterstützt das Fraunhofer IGD Okularisten dabei, aus diesen Daten in kurzer Zeit ein 3D-Druck-Modell zu erstellen. Die Drucker werden über den universellen 3D-Druckertreiber Cuttlefish angesteuert, der sich durch seine Farbkonsistenz sowie die realistische Darstellung auch transparenter Materialien auszeichnet. Hergestellt und vertrieben werden die Prothesen von Ocupeye Ltd. Bislang ist die Software in Großbritannien als Medizinprodukt zugelassen und soll künftig auch auf dem europäischen Festland zum Einsatz kommen.

Augenprothesen überzeugen Patienten und Okularisten

Ihre Methodik sowie aktuelle Ergebnisse präsentieren die Forschenden nun in einer Publikation, die in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Communications erschienen ist. Die Publikation beschreibt die Technologie hinter der Cuttlefish:Eye Software und die Qualität der damit erstellten Augenprothesen.

Dafür haben die Forschenden anhand von zehn Patienten zwei Aspekte untersucht: Erscheinung und Form der Augenprothesen. Unter ersterem Begriff fassen sie etwa die Größe und Farbe von Iris und Pupille sowie die Texturierung der Sklera zusammen. Die befragten Okularisten bewerteten diese Punkte durchgängig hervorragend. „Patienten beschreiben die 3D-gedruckten Augenprothesen als lebensverändernd“, fügt Reinhard hinzu. Hinsichtlich der Form kristallisierte sich in der Betrachtung der zehn Fälle heraus, für welche Patiententypen die Augenprothesen besser und für welche weniger geeignet sind. Dabei wurden unter anderem die notwendigen Anpassungen sowie die finale Blickrichtung und Beweglichkeit der Prothese untersucht.

Zeitaufwand für Augenprothese fällt fünfmal geringer aus als üblich

Neben der durch die Automatisierung gleichbleibend hohen Qualität bringt der 3D-Druck einen weiteren Vorteil mit sich: die verkürzte Produktionszeit. Indem der Zeitaufwand für die Okularisten bis zu fünf Mal geringer ausfällt, lassen sich – je nach Stückzahl – auch die Kosten deutlich senken. „Viel wichtiger jedoch ist, dass mehr Patienten behandelt werden können und sich deren Wartezeit auf eine neue Prothese verkürzen lässt“, erklärt Reinhard.  

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