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Medizinischer 3D-Druck: Wie der 3D-Druck Leben rettet
Einleitung
Chirurgen, Studenten, Zahnärzte, wissen Sie, dass der 3D-Druck zu einem der wichtigsten Werkzeuge in der Medizinbranche wird? Als 3D-Druckdienstleister sehen wir regelmäßig neue medizinische Projekte, die mit 3D-Druck aus Kunststoff, Harz oder Metall entwickelt werden. Der 3D-Druck in der Medizin verbessert die tägliche Arbeit aller Fachleute aus dem medizinischen Bereich und ermöglicht es ihnen, jeden Tag mehr Leben zu retten. Von der Entwicklung medizinischer Werkzeuge und Geräte bis hin zu maßgeschneiderten Prothesen – werfen wir einen detaillierten Blick darauf, wie sich der 3D-Druck auf die Medizinbranche auswirkt.
Sind Sie in der Medizinbranche tätig? Dann werden wir uns auch Gedanken über Ihr Projekt machen: Was genau sind die Vorteile des 3D-Drucks für Ihr Projekt? Finden Sie es heraus!
Software für den medizinischen 3D-Druck
Vorteile der 3D-Software
Wenn Sie die 3D-Drucktechnologie nutzen möchten, müssen Sie als Erstes Folgendes tun: Wählen Sie eine 3D-Modellierungssoftware aus. Um die additive Fertigung nutzen zu können, benötigen Sie ein 3D-Modell des Gegenstands, den Sie drucken möchten. Eine Prothese, ein Implantat, ein Werkzeug – Ihr Projekt muss dreidimensional dargestellt werden, bevor es gedruckt werden kann.
Der Einsatz von 3D-Software bietet viele Vorteile. Sie bietet Ihnen die Möglichkeit, Ihr Projekt von Grund auf neu zu entwerfen und ein Gerät herzustellen, das genau Ihren Bedürfnissen entspricht. Darüber hinaus hilft Ihnen die Modellierungssoftware während des Prototyping-Prozesses.
Sie können Ihr 3D-Modell jederzeit ändern, wenn Sie es brauchen. Wenn Sie Ihr Projekt entwickeln, ist die Erstellung schneller Iterationen mit Hilfe von 3D-Software und 3D-Druck ein großer Vorteil und hilft Ihnen, Zeit zu sparen.
Wie wählt man das richtige medizinische 3D-Programm?
Wenn Sie ein medizinisches 3D-Modellierungsprogramm verwenden, können Sie Ihre Möglichkeiten leicht erweitern und neue Dinge ausprobieren. Wenn Sie anfangen, müssen Sie auf einige Dinge achten.
Erstens gibt es verschiedene 3D-Modellierungssoftware für die Medizinbranche und um das Beste aus 3D herauszuholen, müssen Sie das richtige Programm auswählen. Das hängt von Ihrem Projekt ab. Müssen Sie 3D drucken? Oder brauchen Sie eine bessere und praktische Visualisierung? Oder vielleicht beides? Bevor Sie Ihre Wahl treffen, müssen Sie sich die richtigen Fragen stellen.
Source: Thingiverse
Zweitens: Bevor Sie eine 3D-Modellierungssoftware verwenden, müssen Sie das Format der zu importierenden Datei überprüfen. Dies ist besonders wichtig für medizinische Anwendungen. Meistens liegen die Scans der medizinischen Bildgebung im DICOM-Format vor, das von normaler Modellierungssoftware nicht unterstützt wird. Das heißt aber nicht, dass Sie keine Standard-Modellierungssoftware für Ihre medizinische Anwendung verwenden können. Sie müssen nur bedenken, dass Sie eine Softwarelösung benötigen, mit der Sie das Format zunächst ändern können! Das 3D-Scannen ermöglicht auch medizinische Anwendungen und es besteht kein Zweifel daran, dass tragbare 3D-Scanner bald in allen Krankenhäusern zum Einsatz kommen werden.
Erstellen Sie Werkzeuge, die ganz auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind
Der 3D-Druck in der Medizin ist in vielerlei Hinsicht sehr hilfreich. Wir können zum Beispiel feststellen, dass immer mehr Kunden unseres Online-3D-Druckservices maßgeschneiderte medizinische Werkzeuge erstellen, die vollständig an ihre Arbeit und ihre spezifischen Bedürfnisse angepasst sind. Der 3D-Druck ist besonders hilfreich, wenn es um Werkzeuge geht, denn er ermöglicht es, ein oder mehrere Werkzeuge herzustellen.
Marc Soubeyrand ist ein Chirurg, der unseren Druckservice nutzt, um seine eigenen Werkzeuge herzustellen. Dazu werden die medizinischen Bilder des Patienten (in diesem Fall von CT-Scans) in eine richtige 3D-Datei umgewandelt. Die 3D-gedruckten Teile werden dann verwendet, um den Chirurgen während des Eingriffs zu führen und sicherzustellen, dass die Implantate perfekt positioniert sind. Diese chirurgischen Schablonen sind dann perfekt auf den vom Arzt durchgeführten Eingriff abgestimmt. Der Arzt ist besser vorbereitet, effizienter und kann sich zu 100 % auf den Patienten konzentrieren.
Von Sculpteo 3D-gedrucktes Hilfsmittel für eine orthopädische Operation
Maßgeschneiderte Implantate und Prothesen
3D-gedruckte Prothetik
Die Personalisierung kann zur Herstellung von Werkzeugen genutzt werden, aber nicht nur. Der 3D-Druck macht es möglich, perfekt angepasste Hilfsmittel wie 3D-gedruckte Gipsabdrücke oder sogar noch mehr herzustellen: 3D-gedruckte Prothesen und Implantate für jeden Patienten. Mit der additiven Fertigung können nun Hände, Arme und Beine hergestellt werden, die Amputierten ein normales Leben ermöglichen.
Aber warum ist diese Technologie ein besserer Weg, um Prothesen herzustellen? Wie Sie vielleicht wissen, ist eine herkömmliche Prothese teuer und nicht unbedingt an den Patienten angepasst. Eine 3D-gedruckte Prothese ist kostengünstiger und kann dank 3D-Scannen und 3D-Modellierung vollständig an die Morphologie des Patienten, seine Gewohnheiten und seine Behinderung angepasst werden.
Video 3D-gedruckte Handprothese:
Nutzen Sie den 3D-Druck für Ihre Prothesenprojekte! Noch beeindruckender ist, dass es einigen Forschern gelungen ist, eine künstliche Hornhaut im 3D-Druckverfahren herzustellen. 3D-gedruckte Augen sind heutzutage gar nicht mehr so weit entfernt.
3D-Druck hilft beim Wiederaufbau von Körpern
Die additive Fertigung rettet Leben und kann bei der Knochenrekonstruktion helfen. Mit dieser Technologie lassen sich maßgeschneiderte Produkte herstellen, die auf jeden Patienten zugeschnitten werden können, sowohl außerhalb als auch innerhalb des Körpers. So bietet die additive Fertigung zum Beispiel neue Möglichkeiten für die Rekonstruktion von Kieferknochen!
www.bbc.com/news/technology-16907104
In den Niederlanden wurde bei einer 83-jährigen Frau der Kiefer mit Hilfe des 3D-Drucks rekonstruiert. Ihr 3D-gedruckter Kieferknochen wurde mit Titanpulver und einer biokeramischen Beschichtung hergestellt. Eine spezielle Zahnbrücke wurde in den Kieferknochen eingesetzt, um der Patientin neue Zähne zu implantieren. Aufgrund des Alters der Patientin entschieden sich die Ärzte für diese Methode, da sie weniger riskant ist als das herkömmliche Verfahren!
Auch 3D-gedruckte Knie werden zu einer Lösung. Zwei verschiedene Verfahren wurden bereits getestet: 3D-gedruckter synthetischer Knorpel für den Kniegelenkersatz und die Verwendung des 3D-Drucks für die Neuausrichtung des Knies.
Was die Herstellung von Knorpel betrifft, so wurde von Wissenschaftlern der Duke University in North Carolina in den USA ein Material entwickelt, das dem menschlichen Knorpel entspricht. Ziel war es, etwas zu schaffen, das fast die gleichen Eigenschaften hat: eine gewisse Festigkeit, gute Elastizität und Stoßdämpfung. Ermöglicht wurde dies durch die Mischung von zwei Arten von Hydrogelen und etwas Ton, um es druckbar zu machen.
Unternehmen für 3D-gedruckte Knieimplantate wie Conformis entwickeln ebenfalls die Verwendung des 3D-Drucks zur Herstellung von Implantaten auf der Grundlage eines CT-Scans des jeweiligen Patienten. Die Knieimplantate von Conformis werden mit Hilfe des 3D-Drucks hergestellt und nutzen den Aspekt der Maßanfertigung voll aus. Auf diese Weise kann das Knieimplantat die Morphologie und die Bedürfnisse des Patienten vollständig berücksichtigen.
Das Unternehmen Mat(t)isse und Ärzte des CHU von Lille haben eine neue Methode entwickelt, die Frauen zugutekommt, die eine Brustprothese benötigen. Anstatt Silikonimplantate zu verwenden, haben Mat(t)isse und die drei Ärzte andere Techniken zur Brustrekonstruktion eingesetzt: die Fetttransfertechnik oder das Lipofilling.
Das Problem bei dieser Methode ist jedoch, dass, wenn zu viel Fett in den Brustbereich injiziert wird, dieses im Laufe der Zeit vom Körper resorbiert werden kann, so dass sich die Patientin einem weiteren chirurgischen Eingriff unterziehen muss.
Um zu verhindern, dass das Fett vom Körper resorbiert wird, wurde eine 3D-gedruckte Hülle in Spitzenform entwickelt. Diese Prothese ist vollständig bioresorbierbar, d. h. sie wird vom Körper wie Nähte absorbiert. Die Rekonstruktion ist natürlich, die Prothese kann individuell angepasst werden, und der Patient muss nicht mehr erneut operiert werden.
3D-Druck von Organen
Nicht nur bei der Knochenrekonstruktion, sondern auch beim 3D-Druck von Organen zeichnet sich in der Medizin ein großer Fortschritt ab. Diese 3D-Technologie hat nämlich gezeigt, dass es möglich ist, Geräte zu drucken, die genau wie unsere lebenden Organe funktionieren. Das könnte eine echte Lösung für das Problem des Mangels an Organspendern werden!
Vor kurzem haben Jordan Miller, Assistenzprofessor für Bioengineering an der Brown School of Engineering in Rice und sein Team den ersten Konzeptnachweis für eine 3D-gedruckte Lunge erbracht. Diese Lunge wurde unter Verwendung einer komplexen Struktur hergestellt.
Das 3D-Druckverfahren, das zur Erstellung dieses herausragenden Konzeptnachweises verwendet wurde, ist ein Stereolithographiegerät für das Tissue Engineering. Bei diesem Bioprinting-Verfahren werden Hydrogele Schicht für Schicht mit Hilfe von Licht für einen digitalen Projektor hergestellt.
Hier ist ein Video der funktionellen 3D-gedruckten Lunge:
Dieses neue Gerät ahmt ein echtes menschliches Organ nach und ist ein wirklich vielversprechendes Projekt, das eine neue große Entwicklung im Bereich der Organspende ankündigt.
Das gleiche Szenario ist bei einem künstlichen 3D-gedruckten Herzen eingetreten. Wissenschaftler der ETH Zürich in der Schweiz haben ein künstliches Herz geschaffen, das innerhalb einer halben Stunde wie ein echtes Herz schlagen kann. Dieses weiche Kunstherz, das aus einem transplantierbaren und weichen Material besteht, ist bereits ein großer Erfolg. Das Gerät wird im kommenden Jahr sicherlich noch weiter verbessert werden und dann eine gute Alternative für Patienten sein, die ein neues, funktionierendes Herz benötigen.
Zahnärztlicher 3D-Druck: Die Digitalisierung des Dentalsektors
Der 3D-Druck wirkt sich auch auf die Dentalbranche aus, indem er zeitaufwändige Prozesse vermeidet und Geld spart. Die Vorteile von 3D-Druckern sind zahlreich.
In den letzten Jahren hat die additive Fertigung ganz neue Möglichkeiten eröffnet: von 3D-gedruckten Zahnspangen bis hin zu 3D-gedruckten Prothesen und Kronen ist alles 3D-druckbar! Diese Technologie ermöglicht es nun, Implantate schneller zu erhalten, da der gesamte Abformungsprozess entfällt. Der Zahnarzt kann alle Schritte selbst durchführen und so wertvolle Zeit für seine Patienten sparen.
Medizinische Modelle, die Chirurgen bei der Ausbildung helfen
Chirurgen mit 3D-Druck ausbilden… Wie ist das möglich? Es wird immer üblicher. Durch die Verwendung von CT-Scans wissen wir, dass Ärzte jetzt in der Lage sind, 3D-Software zu verwenden, um eine gute Visualisierung zu erhalten und einige Simulationen zu versuchen, um vor der Operation zu trainieren. Aber dank der additiven Fertigung ist es jetzt möglich, noch weiterzugehen und echte anatomische Modelle zu erhalten!
Einige Chirurgen verwenden jetzt diese CT-Scans, um 3D-Modelle zu erstellen und sie zu drucken, um an der echten Nachbildung des Herzens, der Wirbelsäule oder eines anderen Teils des Patienten zu üben. Auf diese Weise kann man sich ein besseres Bild von dem Problem machen und tatsächlich daran trainieren.
Dies ist besonders nützlich für komplexe Operationen. Einige Chirurgen bestätigen sogar, dass sie dank dieses Verfahrens die Operationszeit verkürzen können, weil sie genau wissen, wie sie vorgehen müssen! Sie sind effizienter.
Axial3D
Genau das ist im Belfast City Hospital in Nordirland passiert, als ein Ärzteteam beschloss, eine Niere in 3D zu drucken. William Fenton, der Vater der kleinen Patientin Pauline Fenton, war bereit, seine Niere zu spenden, aber da er nicht die gleiche Blutgruppe hatte, wurde die Operation etwas komplizierter.
Sie beschlossen, eine Nachbildung der Spenderniere in 3D zu drucken, um diese komplexe vollständige Entfernung zu proben. Mithilfe dieser Technik probten die Chirurgen die gesamte Operation, um für alle möglichen Komplikationen gewappnet zu sein. Der 3D-Druck kann beim Training für alle Arten von Operationen helfen.
Von Zahnärzten bis hin zu orthopädischen Chirurgen: Es gibt auf jeden Fall eine Möglichkeit, diese Spitzentechnologie zu nutzen, um Ihnen zu helfen.
Diese 3D-gedruckten Modelle können auch für die Ausbildung von Studenten verwendet werden, oder um dem Patienten sein Problem zu erklären! Auf diese Weise kann der Patient besser verstehen, was tatsächlich passiert und wie die Ärzte das Problem lösen werden.
Die additive Fertigung trägt auch dazu bei, neue Lösungen zu finden und neue medizinische Lösungen zu erproben. Immer mehr Forscher interessieren sich für die 3D-Drucktechnologie. Diese Technologie macht es einfacher, Iterationen durchzuführen als beispielsweise beim Spritzguss.
Noch nie war es so einfach, neue Dinge zu geringeren Kosten auszuprobieren. Und auch in der medizinischen Industrie gibt es noch Raum für Verbesserungen, neue Materialien und neue Geräte werden ständig von Forscherteams entwickelt.
Der Prozess des Bioprinting ist nicht so schnell wie der 3D-Druck: Beim Bioprinting-Verfahren werden Biotinten verwendet, ein Material, das das Anhaften und die Vermehrung lebender Zellen ermöglicht. Die Reifung ist Teil des Prozesses beim Bioprinting, denn die Zellen müssen wachsen und sich vermehren, was nicht sofort geschehen kann. Biotinten sind Hydrogel-Biomaterialien, welche die Zellen unterstützen, während sie ihre eigene natürliche extrazelluläre Matrix produzieren.
Vor kurzem wurde sogar das erste 3D-gedruckte Herz mit menschlichem Gewebe entwickelt. Wie ist das möglich, werden Sie sich fragen… Zunächst muss eine Biopsie des Fettgewebes des Patienten durchgeführt werden. Die Probe wurde dann in zelluläres und azelluläres Gewebe getrennt. Im nächsten Schritt wurden die Zellen umprogrammiert, um als pluripotente Stammzellen zu fungieren.
Diese Zellen wurden mit anderen Biomaterialien wie Kollagen gemischt, um Bio-Tinte herzustellen. Es ist wichtig zu erwähnen, dass die Biotinte selbst hervorragend ist, da sie das Risiko einer Organabstoßung ausschließt. Das Herz wurde dann in einem Stützbad 3D-gedruckt.
Sehen Sie sich dieses kurze Video über den 3D-Druckprozess an:
Es gibt noch einiges zu verbessern, denn das 3D-gedruckte Herz mit menschlichem Gewebe ist noch zu klein für einen Menschen. Aber wir können sehen, dass wir am Anfang einer echten medizinischen Revolution stehen.
Das Bioprinting hilft nicht nur beim Drucken von Organen, sondern auch bei der Herstellung von Gliedmaßenprothesen. Die Hauptvorteile des 3D-Biodrucks liegen darin, dass er dem Mangel an Organspendern entgegenwirkt und das Risiko von Abstoßungsreaktionen vermeidet, da diese Organe oder Körperteile aus den Zellen des Patienten hergestellt werden.
Dank der additiven Fertigung ist es möglich, echte Körperteile herzustellen. In Indien wurde kürzlich ein erfolgreiches Experiment mit biologisch gedruckten Ohren durchgeführt. Der Prozess ist derselbe: Wissenschaftler der SRM-Universität und des SIMS-Krankenhauses müssen sie mit vorhandenen Stammzellen herstellen. Diese Zellen wuchsen drei Wochen lang in einer Lösung. Dann wurde das Ergebnis verwendet, um ein Ohr zu drucken.
Wir haben gesehen, dass es möglich war, Nieren zu drucken, um für Operationen zu trainieren, aber einige Wissenschaftler sind mit dem Projekt der 3D-gedruckten Niere noch weiter gegangen. Die Wissenschaftler des Labors von Jennifer Lewis haben nämlich komplizierte Röhren entwickelt, die auf echten Nieren funktionieren. Zum ersten Mal haben Wissenschaftler künstliches Nierengewebe geschaffen, das dank lebender Zellen wie eine echte Niere funktioniert. Das ist eine echte Revolution!
Sie wissen es vielleicht nicht, aber die additive Fertigung kann bei der Behandlungsprüfung helfen. Aber wie genau? Durch den Einsatz von Bioprinting kann echte menschliche Haut gedruckt werden, was es ermöglichen würde, neue Medikamente zu testen, ohne sie beispielsweise an Tieren ausprobieren zu müssen.
Shalini Guleria, eine Studentin der University of Waikato in Neuseeland, interessierte sich besonders für Brustkrebspatientinnen und Bioprinting. Wie können wir den medizinischen 3D-Druck mit der Behandlung von Brustkrebs kombinieren?
Hier ist ihre Idee: 3D-Bioprinting und die Verwendung natürlicher, für den Menschen unbedenklicher Materialien sind nicht neu, also nutzte sie diese Technologie, um mit Krebszellen zu arbeiten. Der erste Schritt ist folgender: Die Zellen werden der Patientin entnommen, dann in Hydrogel eingearbeitet und in Faustgröße 3D-gedruckt, um einen Tumor zu imitieren.
Nach diesem ganzen Prozess könnte das gedruckte Modell eines Tumors dann auf verschiedene Medikamente getestet werden, wobei es darum geht, riskante und erfolglose Medikamententests an Patienten zu vermeiden.
Wie Sie den 3D-Druck für Ihr medizinisches Projekt einsetzen können
Diese medizinischen Anwendungen des 3D-Drucks zeigen deutlich, dass im Gesundheitswesen alles möglich ist, um die Patientenversorgung zu verbessern. Auch Ihr medizinisches Projekt kann 3D-gedruckt werden! Vom 3D-Druck von Kunststoffen bis hin zu Metallen hilft Ihnen unser Online-3D-Druckservice, alle Arten von Geräten, die Sie benötigen, zum Leben zu erwecken: medizinische Werkzeuge, medizinische Modelle für Sie oder für Ihre Studenten usw. Wir können Ihnen helfen, Ihre tägliche Arbeit zu verbessern! Werfen Sie einen Blick auf unser breites Angebot an 3D-Druckmaterialien und entdecken Sie, wie Sie Ihre medizinische Ausrüstung verbessern können. Mit Materialien, die für den Hautkontakt geeignet sind, wie Ultrasint® PA11 & MJF PA11, ist es möglich, maßgeschneiderte medizinische Geräte wie orthopädische Teile zu erstellen.
Sie können unsere professionellen 3D-Drucker jetzt optimal nutzen. Erstellen Sie Lehrmodelle für klinische Studien mit Nylon PA12 und selektivem Lasersintern, einer Pulverbettfusionsdrucktechnologie. Mit dieser Technologie werden präzise Teile hergestellt, indem Pulver mit einem Laser Schicht für Schicht gesintert wird.
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