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5 Tipps zur Optimierung Ihres Designworkflows für personalisierte Medizinprodukte

4 Min. Lesezeit

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Wenn es um das Design von Medizinprodukten, wie z. B. von Hüftimplantaten, Schädelplatten oder chirurgischen Bohrschablonen, geht, bietet 3D-Druck quasi grenzenlose Möglichkeiten. In der Praxis ist das Design von personalisierten Medizinprodukten leichter gesagt als getan. Der Designprozess ist häufig mühsam, erfordert viel Zeit und Augenmerk auf Details. Außerdem sind manchmal mehrere Iterationen zwischen Chirurg und Ingenieur nötig, um alles richtig zu machen. Deshalb kann die Optimierung des Designprozesses viele Vorteile bringen. Im heutigen Blogpost möchten wir Ihnen hierzu verschiedene Tipps geben.

1. Design vom Ziel her denken. Soll ein personalisiertes Medizinproduktkonstruiert werden, das die Anatomie exakt abbildet, ist es sinnvoll, die anatomischen Konturen (z. B. eine Segmentierung aus Mimics Medical) als Ausgangspunkt zu verwenden und den Designprozess direkt am 3D-STL-Modell zu starten. Schließlich bietet das Arbeiten mit dieser Art von speziellen 3D-Druck-Dateien den Designern gewisse Freiheitsgrade, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht erreicht werden können.

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Anders als bei herkömmlichen Produktionsverfahren wie spanender Bearbeitung, Schmieden oder Stanzen nutzen 3D-Drucker keine CAD-Dateien wie IGES als Input. Stattdessen verwenden sie STL-Dateien. Dabei handelt es sich um ein Dateiformat, das auf der Triangulation der Oberfläche basiert. Daher ist es sinnvoll, Designsoftware einzusetzen, mit der patientenindividuelle Entwürfe erstellt und gleich für den 3D-Druck optimiert werden können.

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Handelt es sich bei Ihrem aktuellen Entwurf um ein Implantat, ergeben sich weitere Vorteile daraus, 3D-Druck in Kombination mit geeigneter Software wie 3-matic Medical zu nutzen. Damit lassen sich nämlich poröse oder durchlässige Strukturen direkt auf dem Implantat entwerfen. Auf diese Weise sind keine zusätzlichen chemischen oder sonstigen unvorhersehbaren Behandlungsprozesse nötig, um eine durchlässige Oberfläche zu erhalten. Mittels poröser Strukturen lässt sich die Interaktion mit dem umgebenden Gewebe verbessern, da diese Strukturen leichter in den Knochen einwachsen und die körpereigenen mechanischen Gewebeeigenschaften1 besser nachahmen.

2. So viel Automatisierung wie möglich. Nutzen Sie Scripting-Möglichkeiten zur Automatisierung der Design-Schritte. Wenn Sie ein personalisiertes Medizinprodukt entwerfen, scheint es auf den ersten Blick widersprüchlich, einen großen Teil dieses Workflows zu automatisieren. Denn schließlich soll das Medizinprodukt ja einzigartig für jeden Patienten sein. Es zeigt sich jedoch, dass in der Regel die Hauptmerkmale des Entwurfs bei verschiedenen Patienten ähnlich sind, oder zumindest so ähnlich, dass das personalisierte Medizinprodukt (halb-)automatisch erzeugt werden kann.

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Betrachten wir ein vereinfachtes Beispiel. Wenn Sie ein personalisiertes Hüftimplantat für einen Patienten mit einem schweren Hüftpfannendefekt entwerfen, reichen im Prinzip die Form des Beckens, die gewünschte Position des Rotationszentrums, die Größe der Pfanne, der Umriss der Flansches und einige wenige Orientierungspunkte aus, um einen Basisentwurf zu erstellen. Mit den Python-API-Funktionen in 3-matic können die Flansches erstellt, die zugehörigen Kanten abgerundet und die Verbindung zur Pfanne hergestellt werden. Das alles kann automatisch durch Boolesche Operationen erfolgen. Genauso können die Schraubenlöcher anhand der Orientierungspunkte für die Positionen mit einer Schablone für die Form der Schraubenlöcher an den jeweiligen Orientierungspunkten erneut automatisch mit Booleschen Operationen erstellt werden.

Dadurch lassen sich nicht nur viele Minuten Designzeit pro Fall einsparen. Gleichzeitig wird die Konsistenz innerhalb und zwischen den Entwürfen verschiedener Teammitglieder verbessert. Das führt zu weniger menschlichen Fehlern, macht es leichter, neue Mitarbeiter zu schulen und minimiert den Aufwand für wiederkehrende Aufgaben.

3. Nutzung der neuesten, leistungsfähigsten Tools. 3-matic Medical 14 umfasst mehrere neue und verbesserte Tools, mit denen Sie Ihren Designprozess möglichst schnell und einfach gestalten können. Da es zu viele sind, um sie alle in diesem Blogpost aufzuführen, möchten wir einige beispielhaft vorstellen.

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Erstens wurde das Gittermodul komplett umgestaltet, sodass sich jetzt poröse Strukturen bei einem Entwurf deutlich benutzerfreundlicher hinzufügen und bearbeiten lassen. Das Modul ist nun skriptfähig und kann somit in einem automatisierten Prozess eingesetzt werden. Darüber hinaus steht es in der Medical-Version von 3-matic zur Verfügung. Das heißt, Sie können den personalisierten Designprozess vom Scan über die Segmentierung bis hin zum Entwurf eines porösen Implantats vollständig über eine für medizinische Zwecke zertifizierte Software starten und fertigstellen.

Zweitens wurden Python-APIs für viele vorhandene Funktionen hinzugefügt. Es gibt eine neue API-Funktion, um die Skriptausführung zu pausieren und eine Meldung anzuzeigen. Während das Meldungsfeld aktiv ist, kann weiterhin die reguläre Interaktion mit 3-matic Medical erfolgen. Das kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn eine interaktive Translation oder Rotation erforderlich ist. Die Ausführung des Skripts wird fortgesetzt, nachdem die Meldung geschlossen wurde.

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Drittens können manchmal scheinbar kleine Verbesserungen große Auswirkungen haben. Beispielsweise unterstützt die Boolesche Subtraktionsfunktion jetzt die Auswahl mehrerer Einheiten auf einmal. Somit ist das Zusammenführen vor der Subtraktion nicht mehr erforderlich. Und das sind nur einige der zahlreichen eingeführten Verbesserungen. Eine umfassende Übersicht finden Sie in den Release Notes, die auf der entsprechenden Seite zu Mimics Innovation Suite 22 verfügbar sind.

4. Für das richtige Training sorgen. Wir können nicht genug betonen, wie viel Zeit Sie bei Ihren Projekten einsparen können, wenn Sie das richtige Training für Ihre Tätigkeiten erhalten. Nehmen Sie doch einfach an einem unserer Mimics Innovation Courses in Ihrer Nähe teil, um mehr über bewährte Verfahren zu lernen. Alternativ können Sie sich auch an Ihren Anwendungsexperten vor Ort wenden, um gezielte Unterstützung zu erhalten.

5. Iterationen in der Designphase vermeiden. Beziehen Sie die Chirurgen an den kritischen Entscheidungspunkten Ihres Designprozesses mit ein. Berücksichtigen Sie Designentscheidungen, die sich auf den chirurgischen Eingriff oder das Patientenergebnis auswirken können oder die vielleicht einfach nur von den Präferenzen des Chirurgen abhängen. Machen Sie es den Chirurgen möglichst leicht, während ihrer schon sehr arbeitsintensiven täglichen Routinen Feedback zu geben, und nutzen Sie eine Sprache, die sie verstehen. Häufig funktioniert es am besten, anatomische 3D-Modelle und Medizinprodukte(mit einer Überlagerung der Bilder) zu überarbeiten. Mit dem neuen Mimics Viewer können Sie solche Modelle einem Chirurgen zur Verfügung stellen, sodass dieser sie nach Belieben intuitiv und auf seinem bevorzugten Medium überprüfen kann. Eine gute Zusammenarbeit zwischen Entwickler und Chirurg ist grundlegend, um rechtzeitig vor dem Eingriff von einem einfachen Bild zu einem gut funktionierenden Medizinprodukt zu gelangen.

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