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3D-Druck – Neuentwicklung von medizinischen Instrumenten
Idee einer Stabilisierung des Herzmuskels während der Operation
Während einer Operation am offenen Herz muss der Herzmuskel stabilisiert werden, damit ein sicherer Eingriff möglich ist. Richard Trimlett vom Royal-Brompton-Krankenhaus skizziert die Aufgabe: «Wir führen eine Operation bei schlagendem Herz durch. Das Herz befindet sich in Bewegung, und dennoch müssen wir den kleinen Bereich, in dem wir arbeiten, möglichst ruhig halten. Wenn der Brustkorb geöffnet ist, können wir ein grosses Sauggerät einführen, aber wenn wir Arthroskopien durchführen, benötigen wir sehr kleine Teile, die wir ein- und ausführen können. Was wir nicht wollen, sind Nachteile für den Patienten aufgrund einer schlechteren Stabilität des Herzens, sodass Arthroskopien mit einer geringeren Qualität der Operation einhergehen.»
Ich habe zu Alex, Geschäftsführer von Sutrue, gesagt: «Könnt ihr nicht etwas konstruieren, was aus Einzelteilen besteht, durch einen sehr kleinen Schnitt passt und das wir verwenden können, um das Herz stabil zu halten? Wäre es möglich, einen Einwegartikel zu konstruieren und ihn sogar an die unterschiedlichen Formen und Grössen anzupassen?» Für Richard Trimlett war klar, dass der Herzstabilisator klein und zerlegbar sein sollte. Zudem sollte das Instrument vormontiert mit freiliegenden Kanälen entwickelt werden. Die Aufgabe des Stabilisators ist es, den Herzmuskel an einem bestimmten Punkt still zu halten, an dem der Chirurg den Eingriff vornehmen möchte.
Alex Berry stellte sich der Herausforderung und präsentierte einen biokompatiblen Prototyp des Herzstabilisators: Ein Teil des Prototyps war aus Kunststoff (SLS) und ein Teil aus Metall (LaserCUSING). Die Komponente besteht aus einem Stab, in den der U-förmige Herzstabilisator wie ein Stempel eingesetzt wird. Der Chirurg drückt den Stabilisator auf die OP-Stelle, die stillgehalten werden soll, um den Eingriff vorzunehmen.
Kurze Entwicklungszeit und Vorteile für den Patienten
Der Herzstabilisator wurde in nur drei Monaten erfolgreich entwickelt. Zuvor wurden für derartige Neuentwicklungen häufig bis zu 10 Jahre benötigt. Die metallische Komponente selbst wird von ES Technology auf einer Mlab cusing von Concept Laser innerhalb von drei bis vier Stunden ausgedruckt. Sie besteht aus einem metallischen Grundkörper und mehreren Kunststoff-Saugpunkten, die mithilfe eines Vakuums angesaugt werden können. Beide Teile werden in Sandwich-Technik zusammengefügt. «Die Entwicklung der Lösung hat schätzungsweise nur etwa 15 000 Pfund gekostet. Vergleichbare herkömmliche Entwicklungen kosteten bisher über 1 Million Pfund», erklärt Berry. Richard Trimletts Ansicht nach ist es vor allem der Patient, der von den neuen Instrumenten für Herz-OPs profitiert. Er spricht von einer durchschnittlichen Rehabilitationszeit des Patienten von etwa sechs Monaten nach einem herkömmlichen chirurgischen Eingriff. «Erste Erfahrungen zeigen», so Richard Trimlett, «dass der Eingriff für Patienten deutlich angenehmer ist und dass sie sich nach nur drei bis vier Wochen schon erholt haben.»
Kooperation zwischen Chirurg und Sutrue
Das Sutrue-Team beschäftigt sich seit über 10 Jahren mit der Entwicklung von medizinischen Operationsgeräten. Eine genaue Analyse der OP-Methode ist absolut unerlässlich, damit geeignete medizinische Instrumente entwickelt werden können. Um dies zu erreichen, arbeiten Chirurgen eng mit medizinischen Beratungsexperten wie Richard Trimlett zusammen. Der Kardiologe versucht, die Spezifikationen und Wünsche in einen spezifischen Anforderungssatz zu übertragen. Mit Alex Berry von Sutrue steht ihm ein Fertigungsexperte zur Verfügung, der die Anforderungen in CAD-Designs und -Geometrien überträgt. Sutrue arbeitet seit etwa sieben Jahren mit AM-Methoden. «AM ermöglicht die Generierung von Geometrien, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht erzielt werden können. Ausserdem sind die Teile leistungsfähiger. Oder sie haben eine grössere funktionale Genauigkeit bzw. sind extrem filigran oder klein. Dies ist häufig genau das, was dem Chirurgen bisher gefehlt hat», erklärt Alex Berry.
Sutrue vertraut auf Maschinentechnologie von Concept Laser
ES Technology, der Vertriebspartner von Concept Laser in Grossbritannien, stellt die Teile für das Instrument zum Wundverschluss auf einer Mlab-cusing-Maschine mithilfe des Laser-cusing-Prozesses her. Die Maschinenlösung ist besonders für die Herstellung filigraner Teile geeignet, bei denen eine hohe Oberflächenqualität gefordert wird. Das Besondere an der kompakten Maschine ist das äusserst benutzerfreundliche Schubladen-Auszugssystem, das gleichzeitig sehr sicher ist. Dazu zählen sowohl die Baukammer mit Dosierkammer als auch der Vorratsbehälter. Materialien können so schnell gewechselt werden, ohne dass das Risiko einer Kontamination der Pulverwerkstoffe besteht. Das patentierte Schubladensystem ist in drei unterschiedlichen Bauraumgrössen erhältlich. Ausserdem ist jetzt der «grosse Bruder», die Mlab-cusing-200R-Maschine, erhältlich. Sie bietet eine Verdoppelung der Laserleistung von 100 Watt auf 200 Watt und erzielt damit eine noch bessere Produktivität. Zudem verfügt diese über einen grösseren Bauraum, wodurch das Bauvolumen um beachtliche 54 Prozent erhöht werden kann.
Beim 3D-Druck werden die Teile sehr schnell gefertigt. Die Kosten liegen bei einem Bruchteil der Aufwendungen für herkömmliche Prototypen. Die Potenziale hinsichtlich bionischem Design, Reproduzierbarkeit, Miniaturisierung und nicht zuletzt Reduzierung der Bauteile und des Montageaufwands sind ebenfalls äusserst hoch. Wenn man sich das gesamte Optimierungsspektrum bei Produktion und Produktentwicklung anschaut, kombiniert mit einer besseren Funktionalität, können medizinische Instrumente mithilfe des 3D-Drucks revolutioniert werden.
concept-laser.de