Medizinische Prothesen

4 Beispiele, wie 3D-Scanner in der Medizin eingesetzt werden

| Autor / Redakteur: Artyom Yukhin / Ira Zahorsky

Mit Hilfe eines 3D-Scanners und eines 3D-Druckers lassen sich Prothesen für unterschiedliche medizinische Anwendungen herstellen. Hier die kosmetische Prothese einer Wade.
Mit Hilfe eines 3D-Scanners und eines 3D-Druckers lassen sich Prothesen für unterschiedliche medizinische Anwendungen herstellen. Hier die kosmetische Prothese einer Wade. (Bild: Artec 3D)

3D-Drucker zusammen mit einem 3D-Scanner haben sich in der Medizin etabliert. Vier Projekte zeigen, wie Technik hilft, Lebensqualität von Mensch und Tier zu verbessern.

Ein Mann läuft langsam um eine Frau herum und scannt sie mit einem Handscanner. Der Mann heißt Alexander Gorodetsky und ist ein mechanischer Designer mit viel Erfahrung. Die Frau heißt Olga, ist Extremsportlerin und hat einen schweren Unfall überstanden: einen missglückten Skydiving-Sprung.

Die Russin verletzte sich bei dem Unfall so stark, dass sie den Großteil des Muskelgewebes verlor und nun mit einem deformierten rechten Unterschenkel leben muss.

Mit Hilfe eines 3D-Scanners soll eine Prothese speziell an ihr Bein angepasst werden. Dazu scannt Alexander Gorodetsky beide Beine mit dem handgeführten 3D-Scanner „Artec Eva“. Die Prothese am verletzten Bein soll am Ende des Prozesses genauso realistisch aussehen wie das gesunde Bein, einen hohen Tragekomfort bieten und das Leben wieder lebenswerter machen. Der Scanner errechnet in Echtzeit ein hoch aufgelöstes 3D-Modell des Objektes mit bis zu 16 Bildern pro Sekunde. Anschließend kommt 3D-Modellbauer Valery Karaoglanyan ins Spiel – er modelliert die Prothese auf Basis zweier Punktwolken: dem Scan des gesunden und dem Scan des verletzten Beins. Nach Fertigstellung des 3D-Modells des Wadenmuskels wird die kosmetische Prothese mit einem 3D-Drucker erzeugt. Die ganze Geschichte zum nachlesen.

Ein zweites Gesicht aus dem 3D-Drucker

Auch im Gesicht können 3D-Scanner Gutes tun. Besonders spektakulär: Patienten erhalten vor kosmetischen Operationen beispielsweise ein naturgetreues 3D-Modell ihres neuen Gesichts. Hier kommt Dr. Avşar ins Spiel, der die AVSAR-Klinik für plastische Chirurgie in Istanbul gegründet hat. Als erster plastischer Chirurg weltweit zeigt der Türke seinen Patienten mithilfe eines 3D-Handscanners individuelle Gesichtsmasken, die das Ergebnis des Eingriffs vorwegnehmen. Mit dem 3D-Modell bekommen die Patienten ein Objekt an die Hand, das sie das Ergebnis der Operation im wahrsten Sinne des Wortes „begreifen“ lässt. Es hilft, die Möglichkeiten und Grenzen eines Eingriffs realistisch einzuschätzen. Auch die Ärzte profitieren von der Maske, die als dreidimensionales Referenzmittel dient. Vor dem 3D-Handscanner gestaltete Dr. Avşar die Masken selbst – allerdings von Hand. Eine mühsame Arbeit, die viel wertvolle Zeit kostete. Zudem fehlten den handgefertigten Modellen oft so wichtige Details wie Farbe und Textur.

3D-Druck eines Ohres als OP-Vorlage

Ein Krankenpfleger benutzt einen 3D-Handscanner, um das Ohr eines Mädchens zu scannen. Ellie leidet an einer angeborenen Fehlbildung am elastischen Knorpel des Ohres. Bei manchen von dieser Erscheinung Betroffenen kann die Ohrmuschel derart klein ausfallen, dass sie als gar nicht vorhanden erscheint. Folge: Schwerhörigkeit. Mit dem 3D-Scan des Ohres kann Ken Stewart, der Leiter des örtlichen „Ear Reconstruction Service of Scotland“ in Edinburgh, Ohrfehlbildungen mit Hilfe einer 3D-Vorlage korrigieren. Hierfür werden normalerweise beide Ohren gescannt: das gesunde und das deformierte. Im Fall von Ellie liegt allerdings eine bilaterale Mikrotie vor. Hier sind beide Ohren betroffen und es muss das Ohr eines Familienmitglieds gescannt werden.

Der 3D-Scanner erfasst zuerst die Ohrmuschel und arbeitet sich dann zum Sammeln weiterer visueller Informationen tief in den Gehörgang vor. Die Bilder werden anschließend im Rechner verschmolzen, um ein digitales Modell des Ohrs zu erstellen. Nach etwa drei Stunden Druckzeit werden die nachgebildeten Ohren aus dem 3D-Drucker entnommen, gereinigt und mit UV-Licht gehärtet. „Das Modell wird am Ende sterilisiert und direkt als Vorlage für die Nachbildung in den Operationsraum gegeben“, erklärt Ken Stewart. Vorbei sind somit die Zeiten von zweidimensionalen Pausen des normalen Ohres auf Papier als Richtschnur, um aus dem entnommenen Knorpel ein Ohr zu formen.

Eine Schnabelprothese für einen Tukan

Aber nicht nur Menschen profitieren von 3D-Scannern, sondern auch Tiere erhalten Hilfe. Grecia, ein Tukan aus Costa Rica, der von Jugendlichen misshandelt wurde und dabei Teile seines oberen Schnabels verlor, bekam dank 3D-Scanner und -Drucker einen neuen Schnabel. Durch den Verlust seines Schnabels konnte der Vogel kaum mehr Nahrung aufnehmen und musste gefüttert werden. Ohne Prothese wäre der Vogel früher oder später verhungert. Auch mental machte ihm der Verlust zu schaffen: Die Weibchen sahen ihn schief an, er fühlte sich als Außenseiter. Letztlich entschieden sich die Wissenschaftler für eine Prothese aus Nylon, die alle acht bis zwölf Wochen neu fixiert werden muss, damit sie nicht abfällt. Grecias Leben ist gerettet. Und er sonnt sich im Interesse der Damenwelt – schließlich sieht sein Schnabel anders aus als der seiner Mitbewerber.

Dieser Beitrag erschien zuerst bei unserem Partnerportal Elektronikpraxis. Verantwortlicher Redakteur: Hendrik Härter.

* Artyom Yukhin ist einer der Gründer von Artec 3D. Er rief das Unternehmen 2007 ins Leben und ist seitdem Chief Executive Officer.

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