Im Jahr 2011 startete 3D4Med als Forschungsprojekt, um das Potenzial des 3D-Drucks im Bereich der Medizin zu untersuchen. In den letzten mehr als zehn Jahren hat das in Italien ansässige klinische 3D-Drucklabor der Poliklinik San Matteo in Pavia, ein Gemeinschaftsprojekt mit der Universität Pavia, ein bedeutendes Wachstum und große Erfolge bei seinen 3D-Druckanwendungen verzeichnet. Heute widmet sich das Labor dem Einsatz von 3D-Drucktechnologien für eine Vielzahl medizinischer Anwendungen, von der präoperativen Planung bis hin zur Ausbildung in chirurgischen Fachgebieten.
Einer der Ärzte, die die 3D-Drucktechnologie zur Verbesserung der Operationsplanung nutzen, ist Alessandro Raffaele, Kinderchirurg am San-Matteo-Krankenhaus, der gemeinsam mit 3D4Med an der Entwicklung von 3D-gedruckten Modellen für die Simulation und Operationsplanung in der Kinderchirurgie arbeitet.
In einer von Stratasys und 3D4Med veranstalteten und organisierten Veranstaltungsreihe mit dem Titel „3D-Druck in der klinischen Praxis“ beschrieb Raffaele die Herausforderung bei der Vorbereitung auf pädiatrische Operationen, die in kleineren anatomischen Räumen und Hohlräumen durchgeführt werden.
„Wir müssen ein Modell mit feinen Strukturen entwickeln, und mit dieser 3D-Drucktechnologie lassen sich Körperstrukturen aus verschiedenen Materialien nachbilden“, sagte Raffaele. „3D-gedruckte Modelle ermöglichen es uns, technische Fertigkeiten zu trainieren, die an lebenden Patienten nur sehr, sehr schwer zu erlernen sind.“
Die aus drei Veranstaltungen bestehende Reihe befasste sich damit, wie der 3D-Druck zu einem festen Bestandteil des Krankenhausalltags werden kann. Experten von 3D4Med erörterten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks, darunter die Unterstützung bei der Planung chirurgischer und interventioneller Eingriffe, die präoperative Schulung und Simulation, die Einwilligung nach Aufklärung sowie die Entwicklung neuer Medizinprodukte.
Professor Andrea Pietrabissa, Leiter der Abteilung für Allgemeine Chirurgie II und klinischer wissenschaftlicher Berater bei 3D4Med, wies zudem darauf hin, dass taktile 3D-gedruckte Modelle Ärzten helfen, mechanische und anatomische Informationen besser zu verstehen.
„Ich denke, der Wert des 3D-Drucks liegt in der Fähigkeit, fallspezifische Herausforderungen nachzubilden“, sagte Pietrabissa. „Die mechanischen Eigenschaften bieten ein hervorragendes Kraftrückmeldungsverhalten, das in der virtuellen Realität nicht verfügbar ist.
Bei minimalinvasiven Eingriffen, bei denen das taktile Feedback vollständig fehlt, müssen sich Chirurgen bei der Durchführung ausschließlich auf ihr Sehvermögen verlassen. Das Üben dieser Fälle mit 3D-gedruckten Modellen gibt den Ärzten frühzeitiges Feedback und trägt zur Verbesserung der Planung bei.“
Raffaele beschrieb zudem die Lern- und Trainingsmöglichkeiten für Fachärzte im Vorfeld komplexer Operationen.
„Der 3D-Druck bietet erfahrenen Chirurgen die Möglichkeit, ihre Ausbildung fortzusetzen und ihre Fähigkeiten aufrechtzuerhalten“, sagte Raffaele. „Einer der großen Vorteile von 3D-Modellen besteht darin, die Lernkurve zu verbessern. Da wir beispielsweise bei einigen Fehlbildungen nur eine geringe Fallzahl pro Jahr haben, können wir mit 3D-Modellen denselben Eingriff viele, viele Male trainieren und durchführen, sodass sich die Lernkurve in kürzerer Zeit verbessert.“
Stefania Marconi, Assistenzprofessorin am Fachbereich Bauingenieurwesen und Architektur der Universität Pavia und Koordinatorin des 3D4Med-Labors, erklärte, dass die 3D-Drucker von Stratasys für medizinische Anwendungen die erste Wahl des Labors bei der Erstellung präziser, patientenspezifischer Modelle für die Operationsplanung und -schulung seien.
„Unsere Chirurgen waren beeindruckt vom Realismus der anatomischen Modelle, sowohl hinsichtlich der morphologischen Nachbildung als auch hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften“, sagte Marconi. „Der Digital Anatomy Printer war für die Nachbildung der mechanischen Eigenschaften von Geweben von entscheidender Bedeutung, und die Einführung der Materialien GelMatrix, TissueMatrix und BoneMatrix ebnet den Weg für eine äußerst realistische Simulation.“
Gewebe, und die Einführung der Materialien GelMatrix, TissueMatrix und BoneMatrix ebnet den Weg für eine sehr realistische Simulation.“
Pietrabissa hob zudem die langjährige Partnerschaft von 3D4Med mit Stratasys sowie den Beitrag hervor, den die Technologie von Stratasys zur Entwicklung des Labors geleistet hat.
„Wir haben im Laufe der Jahre eine robuste Zusammenarbeit mit diesem Unternehmen aufgebaut, die für uns und unsere lokalen Anwender von großem Wert ist“, sagte Pietrabissa. „Der Bereich der chirurgischen Ausbildung hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt, und es entstehen neue Methoden, die von immersiven Virtual-Reality-Umgebungen über den 3D-Druck selbst bis hin zu Leichenmodellen reichen.“
Durch 3D4Med sowie die Forschung und Partnerschaften der Universität Pavia bietet die 3D-Drucktechnologie Chirurgen und Klinikern präzisere, realistische 3D-gedruckte Modelle für die präoperative Planung, die Ausbildung und die Geräteentwicklung. Das Labor erforscht weiterhin das Potenzial des 3D-Drucks, um die Gesundheitsversorgung und die Behandlungsergebnisse für Patienten zu verbessern.
