Trends & Innovationen

Individuelle Kopfarbeit

04.05.2009

Reverse Engineering: Implantate sind eine Herausforderung für die Medizintechnik. Im Uniklinikum Maastricht setzt man auf eine Lösung von Materialise, die eine sichere und risikoarme Herstellung ermöglicht und auch die Operation selbst vereinfacht.

electronic headsDas Einbringen von Implantaten gehört in der heutigen Zeit zu einem alltäglichen Eingriff, der immer mehr Patienten betrifft. Gerade bei diesem aufwendigen Verfahren sind selbstverständlich die natürlichen biologischen Eigenheiten der Patienten zu beachten: Jedes einzelne Körperteil ist ein Unikat. Um jeden Patienten mit seinem maßgeschneiderten Implantat versorgen zu können, bedarf die Operation einer sorgfältigen Vorbereitung.

Den ersten Schritt für einen sicheren und weniger risikoreichen Weg zur Implantatherstellung liefert die medizinische Bildbearbeitungssoftware Mimics von Materialise. Die Mimics-Software ermöglicht in einem anwenderfreundlichen Umfeld, 2D-Daten aus der Computertomographie (CT) mit äußerster Genauigkeit in 3D-Daten umzuwandeln. Sowohl das Ausmaß der Verletzung eines Patienten als auch die Einschätzung der genauen Lage kann bereits zu diesem Zeitpunkt erfolgen. Zudem können vielseitige Design- und Engineeringarbeiten direkt an den 3D-Daten der Patienten durchgeführt werden.

Das Implantat wird exakt an den Patienten angepasst

Im Anschluss daran bietet 3-matic, die Geometrieaufbereitungs- und Designsoftware von Materialise, die Möglichkeit, das Implantat exakt nach den patientenspezifischen Bedürfnissen zu designen. Die 3-matic Software ermöglicht, die 3D-Daten aus Mimics mit bekannten CAD-Funktionen, Messmethoden, Remesh-Funktionalitäten und speziellen Tools direkt auf STL-Basis zu bearbeiten. Damit lassen sich laut Hersteller selbst sehr komplexe Fälle erfolgreich bearbeiten und eine hundertprozentige Sicherheit der Implantatpassform gewährleisten.

Nachdem die Vorbereitungen für die Implantatherstellung mittels Mimics und 3-matic abgeschlossen wurden, wird das reale Implantat hergestellt. Hier können verschiedene Materialien und Technologien wie beispielsweise Stereolithographie, Metallsintern oder Fräsen zum Einsatz kommen. Die Operation kann an dem Prototyp simuliert werden, und der tatsächliche Eingriff nimmt aufgrund der so bereits getätigten Vorbereitungen nur noch einen Bruchteil der Zeit einer „klassischen“ Operation in Anspruch. Dies erhöht den „Operationskomfort“ sowohl für den Patienten als auch für die beteiligten Chirurgen.

Mimics und 3-matic haben sich bereits bei zahlreichen Projekten als kompetente Werkzeuge bewährtt, so auch bei der Herstellung eines Schädelimplantats in enger Zusammenarbeit mit dem University Hospital of Maastricht.

Ingenieur Maikel Beerens („Custom Made Implant Designer IDEE“) und Dr. Jules Poukens (Cranio Maxillo Facial Surgeon University Hospital of Maastricht) bearbeiteten die CT-Scandaten des Schädels der verletzten Frau zunächst mit Mimics. Auf diese Weise wurden sowohl der Schädel als auch die verloren gegangenen Knochenstücke rekonstruiert. Des Weiteren wurde in Mimics eine Segmentierung ausgeführt, um sicherzustellen, dass sich die Innenfläche des Implantates nicht störend auf die Hirnhaut der Patientin auswirkt. Tatsächlich wäre es ohne die weitere Datenbearbeitung in 3-matic zu solchen störenden Auswirkungen auf die Hirnhaut gekommen.

Das Implantat passt wie angegossen

Beerens stellte zahlreiche Implantatdesigns in 3-matic her, die er immer wieder mit Materialise_2den Chirurgen abstimmte, um schließlich das optimale Implantat zu kreieren. Die Materialise-Software ermöglichte es, die Krümmungen des Implantates so abzubilden, dass es perfekt in den Schädel der Patientin passen sollte. „3-matic ist benutzerfreundlich und schnell“, erklärt Beerens. „Es erleichtert mir die Arbeit mit komplexen STL-Dateien wie den 3D-Dateien aus CTs, MRIs und anderen Scandaten.“

Die tatsächliche Implantatherstellung übernahm das schwedische Unternehmen Arcam mittels Electron Beam Melting (EBM). Das Implantat wurde aus Titanium Ti6Al4V angefertigt. Zum ersten Mal in der Geschichte der humanen Schädelimplantation wurde Additive Fabrication (AF) für die Herstellung eines Implantates angewendet. Tatsächlich passte dieses Implantat wie angegossen und verheilte ohne Komplika-tionen.


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