3D-Druck

Individuelle Maske aus dem Drucker

Links der aufwendig modellierte Gipsabdruck des herkömmlichen Produktionsverfahrens, rechts das softwaregenerierte Modell Bild: Thilo Schmülgen/TH Köln
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Digitalisierung | Auf Intensivstationen ist die Passgenauigkeit einer Beatmungsmaske besonders wichtig. Bislang werden die Masken individuell nach einem Silikonabdruck des Gesichts gefertigt. Ein neues digitales Verfahren soll nun eine schnellere Produktion und eine größere Präzision bei der Anpassung ermöglichen.

Anders als bei einem Notfalleinsatz, bei dem Patientinnen und Patienten für kurze Zeit eine Standardmaske erhalten, sind in anderen medizinischen Bereichen individuell angepasste Beatmungsmasken notwendig. Auf Intensivstationen, bei neuromuskulären Erkrankungen oder einer Schlafapnoe beispielsweise, werden die Masken über einen längeren Zeitraum getragen. Sind sie nicht passgenau zur Gesichtsform, treten Leckagen auf und eine ausreichende Beatmung kann nicht sichergestellt werden.

Unter der Leitung von Prof. Dr. Alexander Boryczko entwickelten Marc Göttsche, Samuel Rothen und Isis Merit Cisneros, Studierende des Masterstudienganges Maschinenbau, ein digitales Verfahren. Dabei werden die biometrischen Daten des Gesichts eines Patienten mit einem 3D-Scanner vermessen. Aufbauend auf den daraus entstehenden Polygonnetzen erfolgt die weitere Verarbeitung aller Modelle der Gussform am Rechner in einer selbst entwickelten, digitalen Arbeitsumgebung. Das Modell der Gussform wird abschließend mit einem 3D-Drucker gedruckt, so dass im neuen Prozess lediglich die Befüllung der Gussform mit dem medizintechnisch zugelassenen Silikon und eine finale Feinbearbeitung der Beatmungsmaske manuell ausgeführt werden muss. Kooperationspartner des Projekts ist die Mülheimer Airtec Beatmungshilfen GmbH & Co. KG.
Bisher werden individuelle Beatmungsmasken manuell hergestellt. Auf das Gesicht der Patienten wird ein spezielles Abformsilikon aufgetragen. Während die Masse aushärtet, muss der Patient durch zwei in den Nasenlöchern steckende Röhrchen atmen. Die Silikonmasse wird anschließend als Negativabdruck mit Gips ausgegossen. Anschließend folgen viele Bearbeitungsschritte wie das Modellieren eines Hohlraummodells, einer Hartschale und eines Gegenstücks, bis alle Komponenten auf die individuellen Gesichtsparameter angepasst sind. Der Arbeitsaufwand des Technikers beträgt dabei mehrere Stunden.
Software ermöglicht intuitives Arbeiten bei hoher Genauigkeit
Über das Rapidmask-Verfahren entstehen die Masken nun softwaregesteuert. Dazu hat das Kölner Team eine eigene Arbeitsumgebung entwickelt, die intuitives Arbeiten bei hoher Genauigkeit ermöglicht: Für die Konfiguration einer Maske benötigt der Techniker nur noch rund 30 Minuten. Die Software basiert auf dem Programm Rhinoceros 3D und der Applikation Grasshopper. Mit ihr ist der gängige CAD-Umrechnungsweg über klassische Volumenmodelle nicht mehr notwendig. „In der entwickelten Umgebung liegt der Schwerpunkt in der Modellierung komplexer Geometrien mit Polygonnetzen und der parametrischen Variation von Netzmodellen. Als Input-Daten nutzen 3D-Drucker eben Polygonnetze und keine Volumenmodelle“, so Prof. Boryczko.
Derzeit ist es noch nicht möglich, den kompletten Arbeitsprozess zu automatisieren, das heißt über die Software direkt die fertige Silikonmaske statt einer Gussform zu drucken. Das scheitert noch am aktuellen Stand der Druckertechnologie, da für Medizinprodukte nur biokompatible Silikone zugelassen sind und diese im 3D-Druck noch nicht zuverlässig verarbeitet werden können. (su)■
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