Rapid Prototyping Simulation chirurgischer Operationen am Ohr mit Hilfe moderner 3D-Drucker

Chirurgische Eingriffe am Felsenbein gelten als kompliziert. Dafür entwickelte Phacon mit der Uni Leipzig ein praxisnahes Simulationssystem, das den 3D-Druck nutzt, um individuelle Schädel- und Felsenbein-Modelle von hoher anatomischer Detailtreue herzustellen.

Anbieter zum Thema

Maxon Motor GmbH

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

Xometry Europe GmbH

4D Concepts Prototyping Software u. Consulting GmbH

Täuschend echt wirkt es, wenn die Fräse durch das Felsenbein fährt. Schon daran zeigt sich, dass die Medizintechniker von Phacon perfekte Arbeit geleistet haben: Den Leipzigern ist es gelungen, ein Demonstrationssystem zu entwickeln, das erstmals die verlässliche Simulation chirurgischer Eingriffe am Ohr an individuellen Schädel- und Felsenbein-Modellen unter OP-nahen Bedingungen erlaubt. Daraus entstanden ist ein einzigartiges Trainingssystem für die Chirurgen-Ausbildung, das vom Tuttlinger Unternehmen Karl Storz in der Produktreihe Surgical Cockpit ENT angeboten wird.

Module aus dem Drucker

Das System besteht aus mehreren Komponenten: Dem Schädelmodell, der Simulations-software und fünf verschiedenen Felsenbein-Modulen, die individuelle Anatomien des menschlichen Felsenbeins repräsentieren. Während das Schädelmodell als Träger dient, erfolgt die OP-Simulation jeweils an den austauschbaren Modulen. An ihnen kann der (angehende) Chirurg realitätsnah und mit normalen OP-Fräsen oder -Bohrern operieren. Denn das Felsenbein-Modul besteht aus Gipspolymer – es hat also eine Knochen-ähnliche Konsistenz – und beinhaltet eine Reihe opto-elektrischer Sensoren, die die Verletzung typischer Risikobereiche registrieren, signalisieren und dokumentieren.

Zur Herstellung von Schädelmodell und Felsenbein-Modulen kommt jene Technologie zum Einsatz, die schon bei der Entwicklung des Simulationssystems im Mittelpunkt stand: Das 3D Printing auf dem Drucker Spectrum Z510 von 4D Concepts. Diese Rapid Prototyping Anlage arbeitet nach dem generativen Schichtbauverfahren, verwendet Druckköpfe von Hewlett Packard und kann auf umständliche Stützgeometrien verzichten.

Ein Schädelmodell in sechs Stunden

Zu ihren Vorteilen zählt die Kombination von Schnelligkeit, hoher Auflösung (600 x 540 dpi; Schichtdicke 0,1 mm) und – derzeit weltweit einzigartig – der Erstellung farbiger Modelle. Das ermöglicht den Bau filigraner, mehrfarbiger Anatomie-Modelle mit differenzierten Oberflächen-Strukturen und enormer Detailtreue. Zum Bau eines Schädelmodells der Größe 130 x 175 x 170 mm benötigt der 3D Drucker (Bauraum 356 x 254 x 203 mm) gerade mal sechs Stunden.

Abgenutzte oder beschädigte Schädelmodelle schnell aufgearbeitet

Die Nachfolge-Module der im Trainingssystem bearbeiteten und ausgewerteten Felsenbein-Modelle werden – ähnlich einer Ersatzteil-Fertigung – mit Hilfe des 3D Druckers von 4D Concepts neu erstellt und zum Anwender geliefert. Gleiches gilt für abgenutzte oder beschädigte Schädelmodelle. Aufgrund der guten Performance der 3D Drucker geschieht dies kostengünstig und schnell. Steuerungstechnische Grundlage für den Bau der Anatomie-Modelle sind stets medizinische Bilddaten aus Computertomografie, Magnetresonanztechnik oder 3D-Sonografie.

Vom Training in die Planung

Die medizinischen Simulationslösungen von Phacon und das Trainingssystem für die Chirurgie im Vertrieb von Karl Storz dokumentieren einmal mehr den hohen Stellenwert, den das 3D-Printing mit den Druckern von 4D Concepts heute in der modernen Medizintechnik einnimmt. Dabei reicht die praktische Bedeutung dieser Technologie über die Chirurgen-Ausbildung hinaus bis hin zur konkreten Planung komplizierter Operationen. Das Rapid Prototyping mit dem Spectrum Z510 kann als Methode der medizinischen Simulationstechnik komplexe HNO-Eingriffe maßgebend unterstützen.

(ID:270303)