Marktführer im 3D-Druck Stratasys Ltd. (NASDAQ: SSYS) hat seinen 3D-Drucker J750 Digital Anatomy™ mit erweiterten Knochenfunktionen ausgestattet, die nicht nur echt aussehen, sondern tatsächlich biomechanisch realistisch sind und durch klinische Forschung unterstützt werden. Das Software-Upgrade ermöglicht es den Systemen, poröse Knochenstrukturen, fibrotisches Gewebe und Bänder nachzuahmen, so dass Mediziner Modelle erstellen können, die sich genau wie menschlicher Knochen verhalten.
Der Digital-Anatomy-Drucker wurde vor einem Jahr erstmals vorgestellt, wobei der Schwerpunkt zunächst auf der Nachahmung von weichem kardiologischem Gewebe wie Herzen und Blutgefäßen lag, wobei leistungsfähige Digital-Anatomy-Software und Materialien wie GelMatrix™ und TissueMatrix™ verwendet wurden. Die Technologie hat den Leistungserbringern im Gesundheitswesen geholfen, die chirurgische Vorbereitung zu verbessern, und den Herstellern medizinischer Geräte geholfen, Tests durchzuführen und medizinisches Fachpersonal für neue Geräte auszubilden. Das Material BoneMatrix™ mit den verbesserten Software-Fähigkeiten erweitert diese Vorteile auf orthopädische Anwendungen.
"Wir glauben, dass eine bessere Vorbereitung zu besseren klinischen Ergebnissen führt", sagte Vizepräsident Osnat Philipp, der das globale Gesundheitsteam von Stratasys leitet. "Die mechanischen Eigenschaften des Knochens sind so grundlegend für die Fähigkeit unseres Skeletts, Bewegungen zu unterstützen, unsere lebenswichtigen Organe zu schützen und letztlich unsere Lebensqualität zu beeinträchtigen. Die Möglichkeit, 3D-Druckmodelle zu erstellen, die biomechanisch genau und für jeden Patienten einzigartig sind, ist für diese Vorbereitung von entscheidender Bedeutung".
Trotz der hohen Nachfrage nach Knochenmodellen weisen die traditionellen Modelloptionen schwerwiegende Mängel auf. Die medizinische Industrie hat traditionell menschlichen Knochen aus Leichen oder ältere 3D-Drucklösungen verwendet, die sich alle als unzulänglich erwiesen haben. Menschlicher Knochen ist teuer, schwer zu beschaffen und mit den erforderlichen präzisen Pathologiemerkmalen schwer zu beschaffen, z. B. bei Tumoren oder aufgrund unterschiedlichen Alters. Auch serienmäßig hergestellte Knochenmodelle weisen diese patientenspezifischen Merkmale nicht auf, und andere herkömmliche 3D-Drucklösungen sind biomechanisch unrealistisch. Im Gegensatz dazu können Mediziner unabhängig davon, ob sie eine Schraube einsetzen oder einen Knochen bohren oder sägen, ein haptisches Feedback von digitalen Anatomiemodellen erwarten, das sehr realistisch ist, und jedes Modell kann aus einem tatsächlichen Patientenscan erstellt werden.
3D-gedruckte Schädel- und Wirbelsäulenmodelle für Workshops zur Ausbildung von Ärzten ermöglichen es Ärzten, das Schneiden und Bohren von Knochen zu üben, sagte ein medizinischer Direktor eines Kinderkrankenhauses in Florida. Ihr Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz modernster Simulationen zur Umgestaltung der pädiatrischen Ausbildung und Schulung. "Die Möglichkeiten scheinen mir endlos, denn Ärzte können 'operieren, bevor sie operieren'. "Es wird die Operationszeit verkürzen, es wird die Morbidität und Mortalität senken und uns helfen, die Narkosezeit zu verkürzen, was der Entwicklung des Gehirns zugute kommt.
Während der 3D-Drucker selbst Spitzentechnologie ist, ist es die Software für die digitale Anatomie, die seine Leistungsfähigkeit freisetzt. Mehr als 100 hochentwickelte Voreinstellungen wurden durch jahrelange Tests von Experten in Zusammenarbeit mit führenden akademischen medizinischen Zentren und Krankenhäusern auf der ganzen Welt entwickelt und verfeinert. Beispielsweise können Bandscheiben normal oder degeneriert bedruckt werden. Die Gelenke zwischen den Wirbeln können in verschiedenen Steifigkeitsgraden gedruckt werden. Die dichtere Struktur des Schädelknochens unterscheidet sich von allgemeinen Knochen. Lange Knochen können mit unterschiedlich viel Knochenmark bedruckt werden. Verschiedene Materialkombinationen werden auf 3D-Voxel-Ebene hergestellt, um die richtigen biomechanischen Eigenschaften zu gewährleisten.
Forscher des Labors für Computational Mechanics and Experimental Biomechanics der Universität Tel Aviv führten eine klinische Bewertung der Eigenschaften von Knochenmodellen durch, die auf dem digitalen Anatomiesystem 3D-gedruckt wurden, wobei sie sich insbesondere darauf konzentrierten, wie genau sie die Schraubenauszugskraft und das Antriebsdrehmoment mit kortikalen und spongiösen Schrauben reproduzierten. Die 2020-Studie kam zu dem Schluss, dass die Auszugskraft orthopädischer Schrauben in den 3D-gedruckten Modellen eine ähnliche haptische Reaktion auf menschlichen Leichenknochen aufweist.
Eine zweite Studie, die in diesem Jahr von Forschern des Materials Science and Engineering Laboratory des Technion Institute of Technology in Israel durchgeführt wurde, zeigte die mechanische Genauigkeit von 3D-gedruckten Wirbelsäulenmodellen im Vergleich zu Leichenwirbeln. Die Studie konnte zeigen, dass die 3D-gedruckten Modelle von Lendenwirbeln den Bewegungsumfang im Vergleich zu publizierter Literatur über menschliche Wirbelsäulen genau wiedergeben.
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