Simpath über hochrealistische 3D-gedruckte Trachealmodelle für die medizinische Simulation

Es ist allgemein bekannt, dass der 3D-Druck die Medizin erobert hat und es ermöglicht, maßgeschneiderte Modelle, von anatomischen Nachbildungen bis hin zu individuell angepassten Implantaten, herzustellen. Auch das junge Startup Simpath, welches seit seiner Gründung 2023 mit realistischen 3D-Modellen für die Anästhesie und Atemwegsmedizin beeindruckt, ist in diesem Bereich tätig. Mittels seiner modernen 3D-Drucktechnologie produziert Simpath detailgetreue, anatomische Strukturen, die das Potential haben, die medizinische Simulation, Ausbildung und Produktentwicklung grundlegend zu  zu optimieren. Im Gespräch mit dem Team von Simpath erfahren wir, wie die Modelle die Zukunft der Medizin mitgestalten sollen und wie die Trachealmodelle mittels der additiven Fertigung hergestellt werden.

3DN: Könnten Sie sich kurz vorstellen und uns erzählen, wie Sie zum 3D-Druck gekommen sind und Simpath gegründet wurde?

Unser Simpath-Team besteht aus Spezialisten in Medizin und Design, darunter die Anästhesisten James Broadbent und Jeremy Young, sowie den Industriedesignern Bernard Guy und Nicole Hone. Bevor wir Simpath gründeten, hatte jeder von uns bereits umfangreiche Erfahrungen mit dem 3D-Druck in seinen jeweiligen Fachgebieten gesammelt und war durch die akademische Welt und die Forschung mit den neuesten Technologien vertraut. Unsere früheren Arbeiten an 3D-gedruckten pädiatrischen Luftröhren und pneumatischen 4D-Drucktechniken legten den Grundstein für das, was Simpath werden sollte. Unser Team kam durch gemeinsame Projekte der Universität und des Krankenhauses zusammen, bei denen wir das Potential der Kombination unserer Fachkenntnisse erkannten.

James Broadbend (links) und Jeremy Young (rechts) sowie eine Nahaufnahme des Modells.

Simpath ist aus dem Wunsch heraus entstanden, die verfügbaren Schulungsinstrumente für die Atemwegsversorgung und das Atemwegsmanagement zu verbessern. Wir haben eine große Marktlücke bei anatomischen Modellen ausgemacht, die nicht nur visuell und taktil realistisch sind, sondern auch die dynamische Natur des menschlichen Körpers widerspiegeln. Unser Ziel ist es, interaktive Modelle zu schaffen, die die Lücke zwischen traditionellen, statischen Modellen und neuen, digitalen Simulationen schließen und eine umfassendere Lernerfahrung bieten. Ein entscheidender Vorteil für uns ist die Zusammenarbeit zwischen unseren Klinikern und Designern. Das klinische Team liefert kontextbezogenes Fachwissen, ermittelt die Bedürfnisse der Branche und führt Tests durch. In der Zwischenzeit betrachtet unser Designteam diese Anforderungen durch eine kreative Linse und setzt Ideen in greifbare Lösungen um.

3DN: An welchen Projekten arbeiten Sie derzeit und was waren die spannendsten anatomischen Modelle, die Sie bisher 3D-gedruckt haben?

Unser Team entwickelt ein pädiatrisches Modell für die CICO-Ausbildung (can’t intubate can’t oxygenate). Dazu gehören mehrere Komponenten, darunter ein fester Kopf/Hals und eine austauschbare, flexible Luftröhre, um die Wiederholung von Verfahren zu erleichtern. Außerdem verfeinern wir unser dynamisches Atemwegsmodell, um die umliegenden anatomischen Merkmale einzubeziehen und die Simulation noch realistischer zu gestalten. Unser Modell stellt eine erwachsene Luftröhre mit unvergleichlicher Realitätsnähe dar und bietet dynamische Pathologien und funktionsfähige Merkmale, die das Atemwegsmanagementtraining revolutionieren. Im Gegensatz zu statischen oder Monomaterialmodellen der grundlegenden Anatomie, bildet unsere Trachea komplexe interne Anomalien und dynamische Aktivitäten wie Aufblähung, Verengung, Blutungen und arterielle Pulsationen nach. Diese Innovation bietet ein immersives sowie interaktives Simulationserlebnis mit hohem Realismus durch visuelles und taktiles Feedback. Es ist dieses greifbare Feedback, das physischen Modellen den Vorzug vor virtuellen Simulationen gibt. 

Das dynamische Atemwegsmodell mit unterschiedichen und realitätsnahen Komponenten.

Mit unserem Modell können Praktiker komplizierte Verfahren und Notfallszenarien simulieren. Das Pumpen von Flüssigkeit durch ein winziges Loch in der Wand der Luftröhre gestaltet beispielsweise eine aktive Blutung aus einem Tumor nach. Das Design erleichtert auch präzise chirurgische Übungen, bei denen die Benutzer eine mit Flüssigkeit gefüllte Zyste erzeugen, dann einen Schnitt machen und den Inhalt absaugen können. Darüber hinaus können die Benutzer Pathologien wie eine Trachealstenose nachstellen, bei der die Innenwände der Luftröhre aufgeblasen werden können, um einen engen Kanal zu bilden.

3DN: Für welche Zwecke und von wem werden die anatomischen Modelle verwendet?

Unsere anatomischen Modelle werden in erster Linie für die chirurgische Ausbildung und die medizinische Schulung verwendet. Kliniker und Auszubildende können mit ihnen komplizierte Verfahren üben und sich auf reale Notfallszenarien vorbereiten. Sie bieten eine ethisch vertretbare Alternative, um schwierige Beobachtungs- und Operationsfähigkeiten mit bisher unerreichter Genauigkeit zu üben. Die Modelle sind auch bei Produkttests und der Entwicklung medizinischer Geräte wertvoll, wo realistische anatomische Bedingungen für die Leistungsbewertung entscheidend sind. Außerdem dienen sie als pädagogische Hilfsmittel für die Patientenberatung und unterstützen dabei, medizinische Zustände und Behandlungen auf greifbare Weise zu erklären.

Dank des Modells können unterschiedliche Notfallszenarien nachgestellt werden.

3DN: Welche Materialien und Verfahren verwenden Sie, und warum? 

Unser Designprozess fördert die Darstellung von Individualität, Alter und Zustand des Menschen. Dadurch wird die Tradition anatomischer Modelle von statischen, generischen Darstellungen zu datenbasierten Simulationen weiterentwickelt. CT-Scans und 3D-Modellierungstechniken in Rhino und ZBrush werden verwendet, um die Modelle zu entwickeln und ihre Kompatibilität mit bestehenden medizinischen Geräten sicherzustellen. Anschließend verwenden wir dann die Multimaterial-Polyjet-3D-Drucktechnologie, um naturgetreue Texturen zu erzielen.

Die Verwendung verschiedener Materialien ermöglicht es uns, die unterschiedlichen Konsistenzen der menschlichen Anatomie zu simulieren, von Weichgewebe bis Knorpel. Dynamische Merkmale werden durch pneumatische Systeme eingebracht, bei denen Luft oder Kochsalzlösung durch Luer-Lock-Anschlüsse injiziert wird. Die klinische Überprüfung ist ein wesentlicher Bestandteil unseres Designprozesses, um die Eignung des Modells für die Simulation zu gewährleisten. Unser Luftröhrenmodell kann so beispielsweise zur Darstellung von Asthma oder Bronchialverengung verwendet werden, um zu erklären, warum sich Patienten kurzatmig fühlen und welche Rolle die Therapietreue bei der Bronchodilatation spielt.

Eine Nahaufnahme des Luftröhrenmodell.

3DN: Auf welche Herausforderungen sind Sie beim 3D-Druck anatomischer Modelle gestoßen?

Eine der größten Herausforderungen besteht darin, unsere Modelle realistisch und gleichzeitig funktional zu gestalten. Im Gegensatz zu statischen Modellen müssen unsere Entwürfe dynamische Bedingungen nachbilden. Dies erfordert eine präzise Kontrolle der Materialzusammensetzung und der geometrischen Strukturen, um ein Höchstmaß an Realismus und Leistung zu erreichen. Polyjet-Materialien können außerdem empfindlich sein, insbesondere bei kleinen Maßstäben. Eine weitere Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass die Modelle langlebig sind und dem wiederholten Einsatz in einer Schulungsumgebung standhalten, ohne dabei an Realitätsnähe einzubüßen.

3DN: Haben Sie noch abschließende Worte über Ihre langfristigen Ziele? 

Auf der Grundlage unserer in Anästhesie und Intensivpflege veröffentlichten Forschungsergebnisse wollen wir chirurgische Lernpakete, Simulationsmodelle und physische Darstellungen der Anatomie entwickeln, die es Klinikern und Patienten ermöglichen, zu lernen. Neue hochauflösende, vollfarbige physische Modelle des menschlichen Körpers können Qualitäten zum Verständnis beitragen, die die aufkommenden, aber uneinheitlichen bildschirmgestützten Darstellungen ausgleichen. Wir stellen uns vor, dass Simpath ein zuverlässiger Anbieter von originalgetreuen anatomischen Modellen im Bereich der medizinischen Ausbildung wird.

Das Simpath airway 3D-Modell.

Unsere Modelle werden in Simulationszentren eine wichtige Rolle spielen und sowohl Studenten als auch fortgeschrittenen Ärzten zugute kommen. Wir sehen auch große Chancen in der Zusammenarbeit mit Medizintechnikunternehmen, um deren Produkte zu testen. Indem wir an der Spitze der 3D-Drucktechnologie bleiben und uns um ein kontinuierliches klinisches Feedback bemühen, wollen wir Innovationen in der medizinischen Ausbildung vorantreiben und letztendlich einen positiven Einfluss auf die Patientenversorgung ausüben. Um mehr über uns zu erfahren und um Kontakt mit uns zu treten, klicken Sie HIER. Mehr Informationen über die 3D-gedruckten Luftröhrenmodelle können Sie HIER einsehen.

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*Bildnachweise: Simpath