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1-2015

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  • Medizinelektronik
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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Produktion Kreative

Produktion Kreative Geometrielösungen zur Wirbelsäulenrekonstruktion Generative Fertigungsmethoden eröffnen Innovationen der Implantattechnik aus Titan Bild 1a+b+c: Wirbelsäulenkäfige haben eine zylindrische oder quadratische Geometrie und müssen nachbehandelt werden. Sie werden im Laserschmelzverfahren hergestellt, um eine optimale Geometrie und Oberflächenstruktur zu gewährleisten Ein „starkes Rückgrat“ zählt nicht nur redensartlich zu den Tugenden. Auch unter medizinischen Aspekten ist eine gesunde Wirbelsäule sehr wesentlich für die Lebensqualität und Mobilität des Menschen. Um Probleme mit der Wirbelsäule zu beheben, werden u.a. technische Bauteile aus Kunststoffen oder Metallen minimalinvasiv in den Körper eingebettet. 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. Concept Laser informierte sich bei CEO Stefano Caselli von Tsunami Medical Srl aus Modena (I) über Trends und Produktentwicklung bei Wirbelsäulenimplantaten. 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. Zielsetzung ist es, die Wirbelsäule zu verstärken und so die Mobilität des Patienten zu gewährleisten. Bild 2: Biokompatibilität und eine auf die Anatomie abgestimmte Elastizität können von einem lasergeschmolzenen Käfig ausgezeichnet abgebildet werden Konventionelle Wirbelsäulenkäfige Wirbelsäulenkäfige (engl. spine cage) 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 ein dem Knochen vergleichbares Kompressionsverhalten bzw. Elastizität (E-Modul) aufweist. PEEK-Körper verursachen im MRT (Magnetresonanztomographie) zudem keine Bildartefakte und können so vom Operateur bildgebend gut lokalisiert werden. PEEK-Wirbelsäulenkäfige haben den Nachteil mangelnder Integration in die Knochenstruktur und nach einer längeren Verwendung müssen sie eventuell neu plaziert werden, weil sie verrutschen. Polyether etherketon ist ein hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Kunststoff, der zur Stoffgruppe der Polyaryl- 6 meditronic-journal 1/2015

Produktion Bild 3: Aufspreizender „Lobster“- Distanzhalter aus Titan, der zwischen den Bandscheiben im Rahmen einer operativen Wirbelsäulenrekonstruktion eingesetzt werden kann etherketone gehört. Seine Schmelztemperatur beträgt 335 °C. Moderne, lasergeschmolzene Wirbelsäulenkäfige Das generative Laserschmelzverfahren mittels LaserCUSING konnte die Vorteile bisheriger Titan- oder PEEK-Ansätze für die Anwendung „Wirbelsäulenkäfige“ zusammenführen und die Nachteile beider Ansätze ausschalten. Ein lasergeschmolzenes Bauteil kann nun die Biokompatibilität von Titan mit der gewünschten Elastizität eines Kunststoffes in einem Bauteil abbilden. Lasergeschmolzene Bild 6a+b: Aufbau eines „Lobster“- Distanzhalters: 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 meditronic-journal 1/2015 Bild 4: „Lobster“-Distanzhalter, dargestellt mit bildgebenden Verfahren, in der Wirbelsäule Wirbel säulenkäfige haben eine komplexe Geometrie und müssen nicht nachbehandelt werden (Bild 1a+b+c), um eine optimale Oberflächenstruktur zu gewährleisten. Der Clou dieser Lösung: Durch die Geometrie mit partiell unterschiedlichen Dichteverteilungen (eingebettete Netzstrukturen) kann die notwendige Elastizität eines Titanteils nun genauso ausgelegt werden, wie bei PEEK-Lösungen. Im Laserschmelzverfahren hergestellte Käfige können zudem in verschiedenen Dimensionen, die von den anatomischen Gegebenheiten des Patienten abhängen, wirtschaftlich hergestellt werden. Diese Käfige können also Bild 5: Mehrere „Lobster“-Distanzhalter mit allen notwendigen System- Komponenten entstehen auf der Bauplatte einer Mlab cusing R-Anlage für den Patienten individuell gedruckt werden. Stefano Caselli spricht „von einer echten Innovation, bei der die materialspezifischen Vorzüge vereint werden konnten: Biokompatibilität, also das Einbetten in die Knochenstruktur, und eine auf die Anatomie abgestimmte Elastizität können von einem lasergeschmolzenen Käfig ausgezeichnet abgebildet werden.“ (Bild 2). 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. In Zusammenarbeit mit der Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg (D) konnten in einer Klinischen Studie im März 2014 die ausgezeichneten Heilungsaussichten mit diesen Implantaten bestätigt werden. „Lobster!-Distanzhalter als bewegliche Funktionselemente zur primären Stabilisierung der Wirbelsäule Als weiteren innovativen Schritt von Tsunami schildert Stefano Caselli sogenannte „Lobster“-Distanzhalter (Bild 3+4). Dabei handelt es sich um einen sich ausspreizenden Distanzhalter der zwischen den Bandscheiben in der operativen Wirbelsäulenrekonstruktion eingesetzt werden kann (Bild 5). 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 (Bild 6a+b). Ein „Lobster“- Distanzhalter kann so mittels des Laser- 7

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