Rapid Prototyping für den OP

Forschungszentrum caesar präsentiert auf der Euromold Rapid-Prototyping-Modelle für die Operationsplanung

Die Technik ist bewährt: Rapid Prototyping wird im Automobil- und Maschinenbau gerne verwendet, um schnell und kostengünstig Prototypen aus dreidimensionalen Datensätzen herzustellen. Das Forschungszentrum caesar aus Bonn nutzt diese Vorteile für neue Anwendungen im Bereich der Medizin. Für die Operationsplanung stellt es aus Patientendaten detailgetreue stereolithografische Modelle her. caesar wird vom 04. – 07.12. auf der Euromold in Frankfurt erste Ergebnisse präsentieren. Der Erfolg einer Operation hängt u.a. von der genauen Planung ab. Je kürzer der Eingriff, desto geringer ist das Risiko von Komplikationen. Rapid-Proto-typing-Modelle der betroffenen Körperteile helfen den Chirurgen, sich optimal vorzubereiten. Falls nötig, können Implantate vorab angepasst werden. Die im Stereolithografie-Verfahren hergestellten Modelle sind transparent, so dass innere Strukturen wie Gefäße oder Nerven durch Färbung sichtbar gemacht werden können.

Im ersten Schritt werden Computertomografie-Aufnahmen (CT) des Patienten erstellt und diese zweidimensionalen „Schnittbilder“ in ein dreidimensionales Computermodell umgewandelt. Das geschieht mit Hilfe der Software-Plattform Julius, die ebenfalls von einer caesar-Arbeitsgruppe entwickelt wurde. Durch Segmentierung werden verschiedene Strukturen (Knochen, Knorpel, Blutgefäße, Nerven usw.) unterschiedlich erfasst und können später farbig markiert werden. Im Anschluss wird der Datensatz für den Rapid-Prototyping-Prozess vorbereitet. Nun wird aus den Patientendaten in der Rapid-Prototyping-Anlage Schicht für Schicht ein Kunststoffmodell aufgebaut, in dem Details mit einer Genauigkeit bis zu 0,02 Millimetern dargestellt werden können. Eine Kombination mit Rapid-Prototyping-Folgeprozessen (z.B. Vakuumguss) ermöglicht es, zusätzlich Bereiche mit Weichgewebe realistisch darzustellen. Das fertige Modell kann sterilisiert und mit in den OP genommen werden.

Zur Zeit verfeinert caesar den Datentransfer und die Prozess-Vorbereitung sowie die farbige Markierung einzelner Strukturen. Unterschiedliche Gewebearten werden in variablen Farbabstufungen abgebildet. Das kann beispielsweise in der Tumorchirurgie sehr hilfreich sein: Tumorgewebe lässt sich durch Färbung im Modell deutlich von gesundem Gewebe abgrenzen. Weitere Projekte sind maßgeschneiderte Implantate aus Knochenersatz-Material sowie dreidimensionale Gerüste für Tissue-Engineering.

Das internationale Forschungszentrum caesar (center of advanced european studies and research) aus Bonn hat 1998 die Arbeit aufgenommen. Mit inzwischen über 130 Mitarbeitern forschen interdisziplinäre Teams in den Bereichen Kommunikationsergonomie/Computerunterstützte Chirurgie, Materialwissenschaften/Nanotechnologie und Biotechnologie. Forschung und industrielle Anwendung gehen Hand in Hand: caesar entwickelt innovative Produkte und Verfahren und unterstützt die Wissenschaftler bei Firmenausgründungen.