…der weltweit erste Patient, der mit einer vollständig digital gedruckten 3D-Augenprothese versorgt wird…
Augenprothesen werden in Zukunft mit 3D-Druckern hergestellt. Das Fraunhofer IGD hat eine Reihe von Technologien entwickelt, die die bisherige, rein manuelle Herstellung individueller Prothesen ablösen. Die Fraunhofer-Software Cuttlefish:Eye nutzt einen 3D-Scan der Augenhöhle und ein farbkalibriertes Foto des gesunden Auges, um das 3D-Modell des Prothesenauges zu erstellen. Der Cuttlefish® 3D-Druckertreiber von Fraunhofer wird verwendet, um das Modell auf einem Multifarb-Multimaterial-3D-Drucker zu drucken.
Eine 3D-gedruckte Augenprothese wird nicht nur in einem Bruchteil der Zeit hergestellt, die das herkömmliche Verfahren benötigt, sondern die Prothese sieht auch realistischer aus. Möglich machen dies die Algorithmen von Cuttlefish:Eye, einer Softwarelösung des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD. In enger Zusammenarbeit mit der britischen Firma Ocupeye Ltd. hat das Darmstädter Forschungsteam ein einzigartiges Verfahren entwickelt, um aus einem Scan der Augenhöhle und einem Foto des gesunden Auges ein virtuelles Modell zu erstellen. Dieses dient als zuverlässige digitale Plattform für den 3D-Druck. Die bahnbrechende Technologie zur Herstellung von Prothesen wird nun in einer klinischen Studie am Moorfields Eye Hospital in London erstmals bei Patienten eingesetzt.
Professor Mandeep Sagoo, Facharzt für Augenheilkunde in Moorfields, fügte hinzu:
“Wir sind von dem Potenzial dieses vollständig digitalen Auges begeistert. Dies war das Ergebnis der vierjährigen Entwicklung einer hochentwickelten Technologie in Zusammenarbeit mit dem Moorfields Eye Hospital, dem UCL Institute of Ophthalmology, Ocupeye Ltd und Fraunhofer. Wir hoffen, dass uns die bevorstehende klinische Studie zuverlässige Erkenntnisse über den Mehrwert dieser neuen Technologie liefern und die Vorteile für die Patienten aufzeigen wird. Die Technologie hat eindeutig das Potenzial, die Wartelisten zu verkürzen.”
Augenprothesen werden immer dann notwendig, wenn ein Auge aus gesundheitlichen Gründen operativ entfernt werden musste, z. B. infolge einer schweren Verletzung oder einer lebensbedrohlichen Krankheit wie Augenkrebs. Erkrankungen, von denen in Europa etwa eine dreiviertel Million Menschen und weltweit über acht Millionen betroffen sind. Die Methode, die Augenhöhle individuell zu vermessen und die Prothesen herzustellen, ist seit vielen Jahrzehnten weitgehend unverändert geblieben. Die invasive Abformung kann unangenehm sein und ist bei Kindern eine belastende Erfahrung, die oft eine Vollnarkose erfordert. Der anschließende handwerkliche, zeitaufwändige Herstellungsprozess führt zu einer mehrmonatigen Wartezeit und verschlimmert damit die ohnehin schon belastende Zeit für den Patienten. Das neue Verfahren, bei dem modernste 3D-Drucktechnologien zum Einsatz kommen, beschleunigt die Produktion erheblich und bietet den Patienten eine schnellere, bessere und insgesamt komfortablere Erfahrung.
Der Ersttermin für die 3D-Prothese des Patienten beginnt mit einem 2,4 Sekunden dauernden, nicht invasiven, nicht ionisierenden Scan mit einem speziell modifizierten optischen Kohärenztomographen für die Augen, der von TOMEY Japan hergestellt wird. Der medizinische Scanner wird routinemäßig in einer Krankenhausumgebung verwendet. Der resultierende Scan der Augenhöhle und das farbkalibrierte Bild des gesunden Auges werden digital an das Fraunhofer IGD übertragen. Tomey hat die Funktionen des Gerätes so optimiert, dass die Augenhöhle des entfernten Auges präzise vermessen und zusätzlich ein farbkalibriertes Foto des gesunden Auges erstellt wird. Aus diesen Daten erstellt Cuttlefish:Eye in ebenso kurzer Zeit ein 3D-Druckmodell. Angesteuert werden die Drucker über den universellen 3D-Druckertreiber Cuttlefish®, der sich durch seine Farbkonsistenz sowie die realistische Darstellung auch transparenter Materialien auszeichnet. Die Technologie des Fraunhofer IGD ist weltweit mit vielen verschiedenen Druckertypen im Einsatz. Gedruckt werden die 3D-Prothesen von der Lupburger Fit AG, die über langjährige Erfahrung in der additiven Fertigung, insbesondere im Bereich der Medizintechnik, verfügt. Nach dem Druck werden die Prothesen von einem Team erfahrener Okularisten geprüft und fertig poliert. Mit einem einzigen 3D-Drucker kann Ocupeye potenziell den jährlichen Bedarf von rund 10.000 Prothesen für den britischen Markt decken.
Gordon Bott, CEO von Ocupeye Ltd, fügte hinzu:
“Gemeinsam mit Fraunhofer haben wir die erste 3D-gedruckte Augenprothese für den Menschen entwickelt. Es gibt jetzt eine vollständige Technologie, die das Potenzial hat, die Erwartungen der Patienten an Augenprothesen neu zu definieren.”
Jeder Schritt des neuen Herstellungsverfahrens wurde strengen Qualitätskontrollen unterworfen. So ist die Cuttlefish:Eye-Software als Medizinprodukt der Klasse 1 zertifiziert. Die Materialien für den 3D-Druck wurden umfangreichen und gründlichen Biokompatibilitätstests unterzogen, bevor die britische Aufsichtsbehörde für Arzneimittel und Gesundheitsprodukte – MHRA – die Genehmigung für eine klinische Studie erteilte. Für die klinische Studie werden etwa 40 Patienten rekrutiert, die eine 3D-gedruckte Augenprothese erhalten. Sie werden im Laufe eines Jahres mehrmals von qualifiziertem Klinikpersonal untersucht und berichten über ihre Erfahrungen.
Dies ist ein wichtiger Schritt zur Verwirklichung der Vision bedürftigen Patienten routinemäßig eine realistische medizinische Augenprothese zur Verfügung zu stellen. Ermöglicht wird dies durch einen hochgradig “disruptiven” innovativen Prozess, der mit einem medizinischen Gerät für die optische Kohärenztomographie beginnt, das von Tomey Japan hergestellt wird und dessen europäischer Hauptsitz sich in Nürnberg befindet. Auf Grundlage der bereits in der Forschungs- und Entwicklungsphase gewonnenen Erkenntnisse hat Tomey die neuen Funktionalitäten als Standard in die nächste Gerätegeneration übernommen.
Potenziell könnte mit nur einem Gerät pro Klinik und dem Einsatz einer kleinen Anzahl geografisch verteilter 3D-Drucker der geschätzte Weltmarktbedarf von acht Millionen Menschen – etwa 0,1 Prozent der Weltbevölkerung – gedeckt werden.
Weiterführende Informationen:
Über den 3D-Druckertreiber Cuttlefish®: https://www.cuttlefish.de/
Über die 3D-Druck-Forschung am Fraunhofer IGD: https://www.igd.fraunhofer.de/kompetenzen/technologien/3d-druck
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Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Frau Daniela Welling
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Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die “Smart City”. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.
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