Additiv gefertigte Bauteile unterstützen heute komplexe medizinische Eingriffe
Vom CT-Bild zum Bauteil
Additiv gefertigte Bauteile sind fester Bestandteil von Entwicklungsprozessen und Serienprodukten. Zusätzlich verbessern AM-Bauteile heute die Planung komplexer medizinischer Eingriffe. So dienen u.a. detailgetreue Abbildungen verkrümmter Wirbelsäulen den Ärzteteams zur präzisen Planung entsprechender Korrekturoperationen.
Die Impetus Plastics Engineering GmbH produziert für eine führende Klinik, die sich auf die Operation von Skoliose bei Kindern spezialisiert hat, detailgetreue Kopien der teils stark deformierten Wirbelsäulen. In Originalgröße auf dem OP-Tisch platziert, helfen die Modelle dem Ärzte-Team enorm bei der Durchführung derart komplizierter Operationen.
Die CT-Aufnahme der Wirbelsäule, die zur Vorbereitung der OP ohnehin gemacht wird, stellt die Grundlage für das exakte Replikat dar. Unser Team leitet daraus die Modelle der Knochenteile ab, die die Ärzte für die OP-Planung benötigen. Für die notwendige, hohe Detailtreue der AM-Modelle ist es entscheidend, die Bilder einwandfrei zu bearbeiten und die richtigen Verfahren sowie Materialien auszuwählen.
Der Workflow
Der Workflow zur Herstellung einer originalgetreuen Kopie eines Knochens startet mit dem sogenannten „Segmentieren“. Hierbei wird in den CT-Aufnahmen der gewünschte Knochen vereinfacht gesagt ausgemalt. Ein CT-Scan besteht aus Bildern in Graustufen, welche verschiedene Körperteile abbilden. Unterschiedliche Dichten führen zu verschiedenen Grauwerten. In speziellen Programmen muss nun markiert werden, welche Bereiche man als 3D-Modell haben möchte. Für einfache Knochen wie beispielsweise Oberschenkel geht dies auch automatisiert. Im Fall einer stark deformierten Wirbelsäule, die Verknöcherungen und Schrauben von vergangenen OPs beinhaltet, muss dies manuell geschehen.
Ist in allen Schichten der CT-Aufnahme der gewünschte Teil markiert, werden die Schichten zu einem 3D-Modell verarbeitet, exportiert und ist für die additive Fertigung“ vorbereitet.
Die Abbildung zeigt eine Schichtaufnahme, in der die Wirbel bereits segmentiert wurden.
Bei einer so starken Skoliose ist die Unterscheidung einer Rippe zu einem Wirbel durchaus schwierig.
Herausforderung für die Additive Fertigung
Die Wahl des richtigen Fertigungsverfahrens und eines passenden Materials ist entscheidend. Die Modelle können große Abmaße aufweisen. Zudem ist eine hohe Detailtreue gefragt, um Spalte zwischen Knochen, Wandstärken feiner Knochenstrukturen oder Positionen vorhandener Implantate exakt beurteilen zu können. Das Bauteil benötigt genug Stabilität und Festigkeit, um auf dem OP-Tisch gedreht und gewendet zu werden. Stützstrukturen sind wegen der verbleibenden Markierungen meist unerwünscht und erst gar nicht in das Modell integrierbar.
Impetus greift hier auf einen eigenen, großen Maschinenpark mit verschiedenen additiven Fertigungsverfahren wie das DLP- oder Polyjet-Verfahren zurück und wählt jeweils das passende Material dazu aus.
Benefit für die Chirurgen
Selbstverständlich stellt die Planung der OP am additiv gefertigten Modell keinen Ersatz für die Planung am Computer direkt im CT-Scan dar. Für einfache Eingriffe loht sich daher der zusätzliche Aufwand meist nicht. Für komplexe OPs wie die von starken Skoliosen bietet sich allerdings ein großer Mehrwert. Kann man die Bohrung hier setzen, ohne dass ein anderer Knochen im Weg ist? Wie positioniert sich das Team bei der OP am besten, damit jedes Mitglied des Teams optimal agieren kann? Das Durchdenken der OP am realen Muster gibt den Ärzten ein besseres räumliches Bild der Situation und hilft somit Unvorhergesehenes möglichst frühzeitig auszuschließen.
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