Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

RapidMask: TH Köln entwickelt digitales Produktionsverfahren für Beatmungsmasken

31.08.2016

Auf Intensivstationen und bei neuromuskulären Erkrankungen ist die Passgenauigkeit einer Beatmungsmaske besonders wichtig. Deshalb wird jede Maske individuell angefertigt – für den Patienten unangenehm, da von seinem Gesicht ein Silikonabdruck angefertigt werden muss. Um das bisher durchgehend manuelle Produktionsverfahren effizienter zu gestalten, hat ein Forschungsteam am Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der TH Köln mit dem Projekt RapidMask ein neues, digitales Verfahren entwickelt. Die Vorteile: Schnellere Produktion, größere Präzision bei der individuellen Anpassung der Masken sowie erheblich geringere Belastung für Mitarbeiter und Patienten.

Anders als bei einem Notfalleinsatz, bei dem Patientinnen und Patienten für kurze Zeit eine Standardmaske erhalten, sind in anderen medizinischen Bereichen individuell angepasste Beatmungsmasken notwendig.


Links der modellierte Gipsabdruck des herkömmlichen Produktionsverfahrens, rechts das softwaregenerierte Modell. (Bild: Thilo Schmülgen/TH Köln)

Auf Intensivstationen, bei neuromuskulären Erkrankungen oder einer Schlafapnoe beispielsweise, werden die Masken über einen längeren Zeitraum getragen. Sind sie nicht passgenau zur Gesichtsform, treten Leckagen auf und eine ausreichende Beatmung kann nicht sichergestellt werden. Auch Hautirritationen und Druckstellen können unangenehme Begleiterscheinungen sein.

Unter der Leitung von Prof. Dr. Alexander Boryczko entwickelten Marc Göttsche, Samuel Rothen und Isis Merit Cisneros, Studierende des Masters Maschinenbau, ein digitales Verfahren. Dabei werden die biometrischen Daten des Gesichts eines Patienten mit einem 3D-Scanner vermessen.

Aufbauend auf den daraus entstehenden Polygonnetzen erfolgt die weitere Verarbeitung aller Modelle der Gussform am Rechner in einer selbst entwickelten, digitalen Arbeitsumgebung. Das Modell der Gussform wird abschließend mit einem 3D-Drucker gedruckt, so dass im neuen Prozess lediglich die Befüllung der Gussform mit dem medizintechnisch zugelassenen Silikon und eine finale Feinbearbeitung der Beatmungsmaske manuell ausgeführt werden muss. Kooperationspartner des ZIM-Projekts ist die Mülheimer Firma AirTec Beatmungshilfen GmbH & Co. KG.

Manuelle Produktion zeitintensiv und gesundheitlich belastend

Bisher werden individuelle Beatmungsmasken manuell hergestellt. Auf das Gesicht der Patienten wird ein spezielles Abformsilikon aufgetragen. Während die Masse aushärtete, muss der Patienten durch zwei in den Nasenlöchern steckenden Röhrchen atmen. Die Silikonmasse wird anschließend als Negativabdruck mit Gips ausgegossen. Dieser Abdruck wird dann von Hand modelliert.

Scharfe Kanten werden nachgebessert und in bestimmten Bereichen Material auf- bzw. abgetragen, um die Dichtigkeit der Maske und den Tragekomfort sicherzustellen. So muss zum Beispiel am Kinn Material entfernt werden, weil der menschliche Kiefer im Schlaf bei Rückenlage zwei bis drei Zentimeter zurückfällt. Es folgen weitere Bearbeitungsschritte wie das Modellieren eines Hohlraummodells, einer Hartschale und eines Gegenstücks. Alle Komponenten werden auf die individuellen Gesichtsparameter angepasst.

Zusammengesetzt entsteht eine Gussform für die aus Silikon anzufertigende Maske. Der Arbeitsaufwand des Technikers beträgt dabei mehrere Stunden. Weist die Form beim Probetragen noch Passfehler auf, muss sie entsorgt und eine neue angefertigt werden. Durch die Arbeit mit den Gipsabdrücken sind die Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern permanent dem Materialstaub ausgesetzt.

Software ermöglicht intuitives Arbeiten bei hoher Genauigkeit

Über das RapidMask-Verfahren entstehen die Masken nun softwaregesteuert. Dazu hat das Kölner Team eine eigene Arbeitsumgebung entwickelt, die intuitives Arbeiten bei hoher Genauigkeit ermöglicht: Für die Konfiguration einer Maske benötigt der Techniker nur noch rund 30 Minuten. Die Software basiert auf dem Programm Rhinoceros 3D und der Applikation Grasshopper. Mit ihr ist der gängige CAD-Umrechnungsweg über klassische Volumenmodelle nicht mehr notwendig.

„In der entwickelten Umgebung liegt der Schwerpunkt in der Modellierung komplexer Geometrien mit Polygonnetzen und der parametrischen Variation von Netzmodellen. Als Input-Daten nutzen 3D-Drucker eben Polygonnetze und keine Volumenmodelle“, so Professor Boryczko.

Derzeit ist es noch nicht möglich, den kompletten Arbeitsprozess zu automatisieren, d.h. über die Software direkt die fertige Silikonmaske statt einer Gussform zu drucken. Das scheitert noch am aktuellen Stand der Druckertechnologie, da für Medizinprodukte nur biokompatible Silikone zugelassen sind und diese im 3D-Druck noch nicht zuverlässig verarbeitet werden können.

Die Pressemitteilung auf unserer Internetseite finden Sie unter:

https://www.th-koeln.de/hochschule/rapid-mask_36437.php

Bildmaterial zur honorarfreien Verwendung bei Copyright-Angabe stellen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Bitte wenden Sie sich dazu an
pressestelle@th-koeln.de.

Die TH Köln bietet Studierenden sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland ein inspirierendes Lern-, Arbeits- und Forschungsumfeld in den Sozial-, Kultur-, Gesellschafts-, Ingenieur- und Naturwissenschaften. Zurzeit sind mehr als 24.000 Studierende in über 90 Bachelor- und Masterstudiengängen eingeschrieben. Die TH Köln gestaltet Soziale Innovation – mit diesem Anspruch begegnen wir den Herausforderungen der Gesellschaft. Unser interdisziplinäres Denken und Handeln, unsere regionalen, nationalen und internationalen Aktivitäten machen uns in vielen Bereichen zur geschätzten Kooperationspartnerin und Wegbereiterin. Die TH Köln wurde 1971 als Fachhochschule Köln gegründet und zählt zu den innovativsten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften.

Weitere Informationen:

http://www.th-koeln.de

Petra Schmidt-Bentum | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Schnell, präzise, aber nicht kalt
17.05.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Neues Laserstrahl-Schweißverfahren des Fraunhofer IWS erlangt die Zertifizierung der DNV GL
16.05.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Selbstheilende Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Herpesviren den Wettlauf mit dem Immunsystem gewinnen

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie