Medizintechnik

3D-Drucker ermöglichen Titan-Implantate für die Wirbelsäule

Dank des 3D-Druck kann die Wirbelsäule durch maßgeschneiderte Zusatzkomponenten aus Titan und Kunststoff verstärkt werden. Ein elastisches Scheibenimplantat kann die Mobilität der Patienten verbessern.

Die im 3D-Druckverfahren hergestellten Implantate sollen die Wirbelsäule stützen. (Foto: Concept Laser)

Die im 3D-Druckverfahren hergestellten Implantate sollen die Wirbelsäule stützen. (Foto: Concept Laser)

Um Probleme mit der Wirbelsäule zu beheben, können technische Bauteile aus Kunststoffen oder Metallen minimalinvasiv in den Körper eingebettet werden. Diese Implantate können aus der Sicht von Patienten und Chirurgen „kleine Wunder“ in der Wirbelsäulenrekonstruktion bewirken: So kann der Patient durch kleine Eingriffe in kurzer Zeit erneut leistungsfähig werden und sich auf die Stützfunktion seiner Wirbelsäule verlassen. Hinter diesen Implantaten stecken in Design, Funktionalität und Fertigung eine Menge Know-how.

Das Unternehmen Tsunami versteht sich als Systementwickler für Wirbelsäulenimplantate. Daher werden sowohl Implantate, die die Funktionalität einer geschädigten Wirbelsäule wieder herstellen, als auch Hilfsmittel oder Instrumente, die es den Chirurgen erlauben eine Operation erfolgreich zu gestalten, angeboten.

Wirbelsäulenkäfige sind Implantate für den Niveauausgleich und zur Druckentlastung der Wirbelsäule. Diese Implantate werden üblicherweise in Verbindung mit Schrauben aus Titan minimalinvasiv eingesetzt, wenn die Bandscheiben dem Patienten Probleme bereiten. Zum Einsatz kommen nun Kunststoff-Käfige aus PEEK (Polyetheretherketone), einem Hochleistungskunststoff, welcher ausgezeichnet biokompatibel ist. Dies gilt auch für Allergiker. In der Vergangenheit waren diese Käfige aus Titan konventionell gefertigt worden, mit der Folge, dass in einzelnen Fällen das Titanbauteil die Knochenstruktur negativ beeinflusste. Grund war die gegenüber dem Knochen deutlich geringere Elastizität. PEEK hat gegenüber Titan den entscheidenden Vorteil, dass es eine dem Knochen vergleichbare. Elastizität aufweist. PEEK-Körper verursachen im MRT (Magnetresonanztomographie) zudem keine Bildartefakte und können so vom Operateur bildgebend gut lokalisiert werden.

So sieht ein Implantat aus. (Foto: Concept Laser)

So sieht ein Implantat aus. (Foto: Concept Laser)

Das generative Laserschmelzverfahren mittels LaserCUSING konnte die Vorteile bisheriger Titan- oder PEEK-Ansätze für die Anwendung „Wirbelsäulenkäfige“ zusammenführen. Ein lasergeschmolzenes Bauteil kann nun die Biokompatibilität von Titan mit der gewünschten Elastizität eines Kunststoffes in einem Bauteil abbilden. Lasergeschmolzene Wirbelsäulenkäfige haben eine komplexe Geometrie und müssen nicht nachbehandelt werden, um eine optimale Oberflächenstruktur zu gewährleisten.

Im Laserschmelzverfahren hergestellte Käfige können zudem in verschiedenen Dimensionen, die von den anatomischen Gegebenheiten des Patienten abhängen, wirtschaftlich hergestellt werden. Diese Käfige können also für den Patienten individuell gedruckt werden.

Der Operateur kann die Käfige im CT oder MRT bildgebend gut lokalisieren. Im Laserschmelzverfahren sind zudem Einzelanfertigungen bis kleine Serien wirtschaftlich zu realisieren. Besondere anatomische Gegebenheiten des Patienten können daher durch „Einzelanfertigungen nach Maß“ erfolgen, während für andere Patienten Standardlösungen ausreichen.

Als weiteren innovativen Schritt von Tsunami schildert Stefano Caselli, CEO von Tsunami Medical, sogenannte „Lobster“-Distanzhalter. Dabei handelt es sich um einen sich ausspreizenden Distanzhalter der zwischen den Bandscheiben in der operativen Wirbelsäulenrekonstruktion eingesetzt werden kann. Der von Tsunami entwickelte Mechanismus zum Aufspreizen ist ein kleines Wunderwerk der Konstruktion: Ein Getriebe mit zentraler Schnecke und seitlichen Zahnrädern, welches zwei Flügel aufspreizt

Fertigungstechnisch bemerkenswert, so Stefano Caselli, ist die Tatsache, dass alle Komponenten dieses komplexen, beweglichen Teils in mehreren Exemplaren zeitgleich entstehen können. „Das LaserCUSING bietet uns zeitliche Vorteile, Vorteile in der Kostenstruktur und ist auch, unter den Bedingungen der Reinraum-Fertigung, deutlich einfacher durchzuführen als konventionelle Fertigungsstrategien.“

Schema der komplexen Bauteile. (Grafik: Concept Laser)

Schema der komplexen Bauteile. (Grafik: Concept Laser)

Eine weitere Innovation ist die Konstruktion einer auf den Patienten anpassbaren Scheibenprothese, die als Distanzstück die Wirbelsäule ebenfalls verstärkt. Sie besteht aus einer Oberschale und einer Unterschale, die beide mit einer Doppelfeder verbunden sind. Die Schalen weisen eine Oberfläche auf, die sich ideal in die Wirbelarchitektur einpasst. Die Doppelfeder besteht aus Titan und im Kern befindet sich eine Silikonfüllung zur Dämpfung der Bewegungen der Doppelfeder. Die Scheibenprothese wird in einem Einstufen-Prozess in „einem Schuss“ mittels Laserschmelztechnik gefertigt.

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