Foto: Materialise
23.03.2018

3D-Druck für die Medizin

Ein Experte beschreibt Stand und Potenziale

 

„Die additive Fertigung ist weitläufig auch als 3D-Druck bekannt und eröffnet im medizinischen Umfeld Behandlungsmöglichkeiten für Patienten und Kliniker, von denen man in der Vergangenheit nur visionär träumen konnte.“, beschreibt Martin Herzmann. Er ist Sales Manager Medical beim Spezialanbieter Materialise. „Das Material wird schichtweise aufgebaut und verfestigt, so entstehen dreidimensionale Druckergebnisse. Als Materialien werden im medizinischen 3D-Druck überwiegend biokompatible Stoffe wie Titan (Ti6Al4V), Polyetheretherketon (PEEK), Polylactide (PLA) und Polyamide (PA) verwendet.“

Vor dem Druck werden die anatomischen Daten mit Hilfe einer speziellen Software gründlich vor- und aufbereitet. Neben Implantaten, Prothesen und Orthesen lassen sich auch maßstabsgetreue anatomische Modelle sowie individualisierte Bohr- und Schnittschablonen per 3D-Drucker anfertigen. Dank virtueller 3D-Planungssoftware können Ärzte so Eingriffe im Vorfeld genau planen und sich individuell auf den Patienten sowie dessen Anatomie einstellen.

3D-gedruckte Bauteile sind laut Wissenschaftlern die Hoffnungsträger der Industrie 4.0, da sie Funktionalität, Flexibilität, Komplexität und Individualität vereinen.

Potenziale für die Medizin 

Die Personalisierte Medizin boomt. Speziell für den Patienten individuell passend gedruckte 3D-Implantate und Sägeschablonen unterstützen diesen Trend. Anatomische Modelle werden zur Planung komplexer Eingriffe herangezogen, und die erweiterte Voraus-Visualisierung (advanced visualization upfront) lässt sich für klinische Applikationen einsetzen. Der demografische Wandel mit einer immer älter werdenden Bevölkerung erfordert intelligente Lösungen für Mobilität – und somit etwa Ersatz für Hüften und Knie. Ferner werden Revisions-OPs im Bereich der Orthopädie rasant zunehmen, da die Erstimplantate in die Jahre kommen und ersetzt werden müssen. So eröffnet der 3D-Druck Behandlungsfelder, für die es in der Vergangenheit keine chirurgische Behandlungsoption gab.

Patientenspezifische Lösungen spielen also zunehmend eine wichtige Rolle in der Medizintechnik. Hier leistet der 3D-Druck einen zentralen Beitrag zur individualisierten Patientenversorgung. Aktuelle Prognosen zeigen einen Umsatzzuwachs von 28 Prozent bis zum Jahr 2022*. Der Markt für Endoprothesen wie im Bereich Schulter entwickelt sich dabei besonders stark. Die rasant steigende Bedeutung des 3D-Drucks in der Medizin spiegelt auch die Anzahl der Publikationen wider: Während 2009 auf PubMed, einem führenden Portal für medizinische Publikationen zu biomedizinischen Themen, lediglich 51 Veröffentlichungen zum 3D-Druck gelistet waren, bot das Jahr 2016 insgesamt 1.016 Publikationen dazu.

Wo stehen Forschung und klinische Umsetzung?

Seit mehr als 26 Jahren gibt es den 3D-Druck, momentan erlebt er einen neuen Aufschwung. Die Industrie forscht in etlichen Bereichen und entwickelt neue Druckmaterialien sowie 3D-Drucklösungen für chirurgische Applikationen wie die Orthopädie, Herzchirurgie, Urologie, aber auch für die non-invasive bildgebende Medizin wie Radiologie. Die klinische Forschung etabliert und verbessert neue Behandlungsmethoden mit bestehender Technik. Zudem sollen Studien den klinischen Mehrwert des 3D-Drucks beweisen. Deshalb diskutieren Experten die Studiendesigns, Vergleichsgruppen, Dokumentation und Nachverfolgung. Eine Herausforderung ist dabei die Patientenpopulation, die aufgrund der komplexen klinischen Fragestellungen im Bereich des 3D-Drucks vergleichsweise klein ist.

Je nach klinischer Applikation ist der Stand bei der klinischen bzw. therapeutischen Umsetzung unterschiedlich. Im orthopädischen-Bereich hat sich 3D-Druck mit patientenspezifischen Hüft- und Schulter-Prothesen etabliert und wächst weiter, ähnlich verhält es sich mit Osteotomie-Schablonen und individuellen Resektionsschablonen. Ferner haben sich auch im Bereich der Mund-, Kiefer-, Gesichtschirurgie (MKG) sowohl die 3D-gestützte Planung als auch die 3D-gedruckten Implantate durchgesetzt.

Der Mehrwert in der pädiatrischen Kardiologie ist heute unbestritten. Anatomische Modelle sind hier etabliert und dienen als routinemäßig genutzte Entscheidungsgrundlage. Ferner beginnen die Kliniken vermehrt, das Thema 3D-Druck in der Radiologie zu etablieren, indem sie anatomische Daten erstellen und diese im nächsten Schritt in 3D aufbereiten. Die Radiologie als klinikinterner Dienstleister für die Chirurgie und als bildgebendes Kompetenzzentrum ist ein idealer Standort, um die anatomischen Daten beispielsweise durch 3D-Druck zu veredeln. Alternativ bereiten die Endanwender, also die Chirurgen, die Daten für spezifische Eingriffe auf.

Mögliche Barrieren und Lösungen

Bisher gibt es keine Kostenübernahme für die Verwendung einer 3D-Software zur Visualisierung, Segmentierung und/oder Planung, auch die Kosten für patientenspezifische Implantate im Bereich Orthopädie, MKG und Trauma übernimmt bisher keine gesetzliche Kasse. Ferner ist mehr Aufklärung im Bereich 3D-Druck notwendig. Die Erwartungen sind entweder naiv – wenn die 3D-Drucktechnik völlig unbekannt ist – oder überzogen, insbesondere im Bereich Bioprinting und Organdruck. Um dem entgegenzusteuern, sollten Anwender und Patienten von Krankenkassen aufgeklärt werden, beispielsweise über Vorträge oder Publikationen mit Best Practice-Beispielen und Patienten-Stories.

*3D Printing Market: Global Forecast to 2022. By printer type, material type (metals, plastics, ceramics & others), material form (powder, liquid, filament), process, technology, software, service, application, vertical and geography.
Markets and Markets, April 2016 Weitere Informationen finden Sie auch unter: