10/06/2021
Door Ad Spijkers
Een onderzoeksteam van Fraunhofer-IPA en Inomed Medizintechnik ontwikkelde kunststof onderdelen voor stereotaxische systemen in de operatiekamer.
Bij een patiënt die aan Parkinson lijdt, een hersenpacemaker gebruikt of bij een vermoeden van een hersentumor weefsel laat afnemen, kan in de operatiekamer worden behandeld met een zogeheten stereotaxisch systeem. Dit is een apparaat dat neurochirurgen gebruiken om het hoofd van hun patiënt vast te klemmen. Het dient als referentiesysteem waarmee artsen hun instrumenten precies daar kunnen positioneren waar ze hun minimaal invasieve procedure moeten uitvoeren.
Maatnauwkeurigheid is dan ook de belangrijkste eis waaraan een stereotactisch systeem moet voldoen. Aangezien de systemen worden verwerkt als herbruikbare medische hulpmiddelen, moeten ze na de procedure worden gereinigd, gedesinfecteerd en gesteriliseerd. Ze worden daarbij blootgesteld aan hoge drukken en temperaturen en aan verhoogde pH-waarden, die ze onbeschadigd moeten doorstaan.
De huidige stereotaxische systemen bevatten meestal elementen van titanium, aluminium en roestvast staal. Deze metalen hebben echter als nadeel dat ze interfereren met beeldvorming. Bij computertomografie veroorzaken metalen verstoringen in het beeld door röntgenstralen of verstrooide straling te absorberen. Er ontstaan vlekken in het beeld.
Additieve productieprocessen
De afzonderlijke onderdelen van de stereotaxische systemen zijn tot nu toe vervaardigd met behulp van bewerkingsprocessen, wat duur is en veel tijd kost. Het zijn geen producten voor eenmalig gebruik en ze moeten meer dan honderd operaties doorstaan. Stereotaxische systemen worden in kleine series vervaardigd, wat de productiekosten opdrijft.
Een onderzoeksteam van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart heeft samengewerkt met Inomed Medizintechnik in Emmendingen (bij Freiburg) om op een economische manier hoogwaardige stereotactische systemen met behulp van 3D-printen uit kunststof te produceren. Ze hebben drie mogelijke additieve productieprocessen geïdentificeerd: stereolithografie (SLA), selectief lasersinteren (SLS) en fused layer modeling (FLM).
Met alle drie processen hebben de projectpartners op testbasis individuele componenten van een stereotactisch systeem vervaardigd. Vervolgens hebben ze gekeken in hoeverre de proefafdrukken aan de eisen voor gebruik in de operatiekamer voldeden.
FLM favoriet
Fused Layer Modelling bleek het meest geschikt voor gebruik in deze toepassing. Als materiaal zijn polyetherketonen of polyetherimiden geschikt. Deze kunststoffen interfereren niet met beeldvorming. Tijdens tests werd het kunststof gezien als een transparant, lichtgrijs oppervlak en kon gemakkelijk worden onderscheiden röntgenfoto's van het bot.
De eerste stap naar hoogwaardige, maar goedkope stereotaxische systemen uit de 3D-printer is gezet. Maar er is nog een lange weg te gaan voordat serieproductie plaatsvindt. De komende twee jaar zal het onderzoeksteam de bijbehorende productietechnologie verder ontwikkelen. Tegelijkertijd wordt het productontwerp verder ontwikkeld, zodat de stereotaxische systemen additief kunnen worden geproduceerd en net zo precies en robuust zijn als hun metalen voorgangers.
De toont toont via FLM gemaakte zwaluwstaartgeleidingen zoals die in stereotaxische systemen worden gebruikt. Foto: Fraunhofer IPA