Neue Anwendungen für bewährte Verfahren: Rapid Prototyping in der Medizin

Rapid Prototyping wird gerne verwendet, um schnell und kostengünstig Prototypen aus dreidimensionalen Datensätzen herzustellen.

Die Arbeitsgruppe „Rapid Prototyping“ am Forschungszentrum caesar entwickelt neue Verfahren und Anwendungskonzepte dieser Technik für den Bereich der Medizin. So stellen die Wissenschaftler beispielsweise für die Operationspla­nung aus Patientendaten detailgetreue Modelle her, die sowohl Knochen als auch Weichgewebe realistisch wiedergeben. Auf der Messe Euromold in Frank­furt präsentiert die Arbeitsgruppe vom 04.-07.12. ihre Ergebnisse (Halle 9.2, Stand E16).

Eine Operation ist umso erfolgreicher, je genauer sie im Vorfeld geplant wer­den kann. Mit Hilfe von Rapid-Prototyping-Modellen der betroffenen Körperteile wird den Chirurgen eine optimale Vorbereitung ermöglicht. Um ein solches Modell zu erstellen, müssen zweidimensionale medizinische Daten wie Com­putertomografie- oder Kernspinaufnahmen in ein dreidimensionales Compu­termodell umgewandelt werden. Verschiedene Strukturen (Knochen, Knorpel, Blutgefäße, Nerven usw.) werden durch Segmentierung unterschiedlich erfasst und können später im realen Modell farbig markiert werden. Dies ist z.B. für die Krebsbehandlung sehr hilfreich, denn Tumorgewebe lässt sich durch Färbung im Modell deutlich von gesundem Gewebe abgrenzen. Eine realistische Darstellung zusätzlicher Bereiche mit Weichgewebe wird durch eine Kombination mit Rapid-Prototyping-Folgeprozessen (z.B. Vakuumguss) ermöglicht. Das fertige Modell kann sterilisiert und mit in den OP genommen werden.

Wenn bei einer Operation fehlendes Knochengewebe ersetzt werden muss, soll zukünftig ein neues Verfahren der Arbeitsgruppe zum Einsatz kommen: Mit ihm können in kurzer Zeit maßgeschneiderte Implantate aus Knochenersatz­material hergestellt werden. Auch wenn der Patient medizinische Hilfsmittel wie Hörgeräte oder Zahnersatz benötigt, sind Rapid-Prototyping-Verfahren sehr hilfreich. Hier ermöglichen optimierte Prozesse (Stereolithografie) eine sehr genaue Darstellung feiner Details bis zu einer Größe von 0,02 Millimetern. Werden dabei biokompatible Materialien verwendet, erschließt sich ein breites Anwendungsfeld in der Medizintechnik.

Eine ungewöhnliche Anwendung für die entwickelten Verfahren zeigte sich vor kurzem im Bereich der Archäologie. In Kooperation mit dem Oldenburger Landesmuseum für Natur und Mensch haben die Wissenschaftler das Gesicht einer fast 2000 Jahre alten Moorleiche mit CT-Aufnahmen und Hologrammen dokumentiert. Aus den Datensätzen wurde mit Hilfe des Rapid-Prototyping-Verfahrens ein Kunststoffmodell des Schädels hergestellt, mit dem später das Gesicht naturgetreu rekonstruiert werden soll.

Das internationale Forschungszentrum caesar (center of advanced european studies and research) aus Bonn hat 1999 die Arbeit aufgenommen. Mit inzwi­schen über 140 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.