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Krankenhausverbund druckt Medizinprodukte selbst

3D-Technik flexibel nutzen

Krankenhausverbund druckt Medizinprodukte selbst

Als die Covid-19-Krise ausbrach, fehlte es vielen französischen Krankenhäusern an medizinischer Ausrüstung. Unter der Leitung eines Pariser Chirurgen wurde daraufhin eine Initiative gestartet: der 3D-Druck von medizinischem Material nach Bedarf. Für die Qualitätskontrollen wurde der Artec Space Spider 3D-Scanner eingesetzt.

Lieferung von 3D-gedruckten medizinischen Produkten (Schutzausrüstung wie Visiere) an Krankenhäuser zur Vorbereitung auf die Lockerung der Ausgangsbeschränkungen. (Bild: Dr. Roman Khonsari / Instagram) [1]

Lieferung von 3D-gedruckten medizinischen Produkten (Schutzausrüstung wie Visiere) an Krankenhäuser zur Vorbereitung auf die Lockerung der Ausgangsbeschränkungen. (Bild: Dr. Roman Khonsari / Instagram)

Als Ende des letzten Jahres im chinesischen Wuhan der erste Fall von Covid-19 auftrat – damals noch eine mysteriöse, pneumonieähnliche Erkrankung – ahnten die meisten nicht, dass bald eine Pandemie die Welt verändern würde. Schon im Januar 2020 waren mehr als 40 Menschen in China infiziert und die Krankheit hatte einen Namen: Coronavirus oder Covid-19. Im Laufe der nächsten Monate entwickelte sich daraus eine weltweite Epidemie, die nicht nur den nationalen und internationalen Reiseverkehr, sondern auch die Wirtschaft lahmlegte. Weitreichende Ausgangsbeschränkungen wurden verordnet und in den meisten Teilen der Welt nur der Verkauf grundlegender Versorgungsgüter zugelassen. In Frankreich gab es bis Mitte April mehr als 168.000 Fälle mit über 20.000 Toten und 40.000 wieder genesenen Patienten. Überall auf der Welt, und vor allem in Ländern, in denen die Zahl der Erkrankten stieg und die Krankenhausbetten knapp wurden, wurde die medizinische Versorgung wichtiger als alle anderen Versorgungsleistungen.

Aus der Not heraus geboren

Im medizinischen Bereich mangelte es an allem: an Zeit, Personal, Energie und Ressourcen. An diesem Punkt entstand eine neue Initiative, deren Hauptpfeiler die 3D-Technologie bildete: Covid3D.org. Leiter des Projekts war der Chirurg Dr. Roman Khonsari vom Pariser Krankenhausverbund APHP (Assistance Publique – Hôpitaux de Paris), die Finanzierung übernahm die Universität Paris und der Luxusmarkenkonzern Kering. Das Projekt sollte in großem Stil aufgezogen werden und innerhalb kurzer Zeit wie am Schnürchen funktionieren. Der Plan war, eine 3D-Druckerei in Paris einzurichten, in der medizinische Produkte entworfen und je nach Bedarf rasch und billig ausgedruckt werden konnten. Die Herausforderung bestand für die Beteiligten darin, dass sie bei null anfingen und juristisches Neuland betraten. Darüber hinaus war der Zeitdruck sehr hoch, denn die Zahl der Coronafälle und der Fabrikschließungen auf der ganzen Welt nahm stetig zu.

Dieses Instrument, normalerweise aus den USA importiert und jetzt Mangelware, wird bei Herzoperationen zur Führung des Fadens in chirurgische Nähte verwendet. (Bild: Covid3D.org) [2]

Dieses Instrument, normalerweise aus den USA importiert und jetzt Mangelware, wird bei Herzoperationen zur Führung des Fadens in chirurgische Nähte verwendet. (Bild: Covid3D.org)

Es wird in 100er-Losen gedruckt. Danach müssen die Bauteile die Reinigung und Qualitätskontrolle überstehen. (Bild: Dr. Roman Khonsari) [3]

Es wird in 100er-Losen gedruckt. Danach müssen die Bauteile die Reinigung und Qualitätskontrolle überstehen. (Bild: Dr. Roman Khonsari)

Nur in Krisenmodus möglich

Mit Unterstützung und Mobilisierung von 50 Ärzten, Ingenieuren, Entwicklern, Unternehmern und Akteuren aus dem öffentlichen und privaten Sektor wurde Covid3D in nur zehn Tagen aus dem Boden gestampft. „Leider gibt es keine Anleitung dafür, wie man während einer weltweiten Epidemie medizinische Produkte in 3D druckt“, sagt Dr. Khonsari. „Eine der großen Herausforderungen waren die vielen juristischen Fragen, die zu klären waren. Unter normalen Umständen wäre so ein Projekt ja gar nicht möglich gewesen. Wir mussten erst einmal den rechtlichen Rahmen für den 3D-Druck von medizinischem Zubehör schaffen.“ Die Tatsache, dass in den Pariser Krankenhäusern das Material für Corona-Fälle knapp wurde, war laut Dr. Khonsari nicht das einzige Problem. Da die Produktionsstätten in China und den USA ihren Betrieb einschränkten oder die produzierten Güter für die eigenen Länder reservierten, entstand nun ein Bedarf an medizinischen Produkten, der über den Covid-19-bedingten Bedarf hinausging. Dringend benötigt wurden beispielsweise Ventile, Intubationsmaterial, Beatmungsgeräte, Spritzenpumpen, Masken und medizinische Steckverbinder. Anzumerken ist hier, dass die gedruckten Artikel nicht unbedingt kompliziert zu fertigen sind. „Wir bauen hier keine Raumschiffteile!“, fügt Dr. Khonsari hinzu. Doch da sie für den medizinischen Einsatz gedacht sind, ist ein hohes Maß an Qualität, Präzision und Sicherheit erforderlich.

3D-Technik flexibel nutzen

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Die Designs der Produkte wurden per Scan übernommen oder von den Ingenieuren extra entworfen. Bild: Dr. Roman Khonsari) [4]

Die Designs der Produkte wurden per Scan übernommen oder von den Ingenieuren extra entworfen. Bild: Dr. Roman Khonsari)

Hochaufgelöster 3D-Scanner

Um eine submillimetergenaue Präzision zu gewährleisten, kam der hochauflösende 3D-Scanner Artec Space Spider zum Einsatz. Die Geräte wurden für die präzise Erfassung kleiner Objekte und winziger Details entwickelt und eignen sich besonders gut für Gussteile, Schlüssel, Computerkomponenten oder – wie in diesem Fall – medizinische Produkte. Durch die Blue-Light-Technologie nimmt der Space Spider auch kleine Feinheiten auf, von den Details einer Münze bis hin zu den Innen- und Außenpartien des menschlichen Ohrs. Die größte Herausforderung für das Covid3D-Team waren die rechtlichen Vorgaben. „Das war hart – wir haben Tag und Nacht an der Qualität der Drucke gearbeitet“, schildert Khonsari. Angesichts der dringlichen Lage wurden die Verordnungen, die den Druck der Medizingüter ermöglichen sollten, beschleunigt erlassen. Heute verfügt das Team über die entsprechende Zulassung, muss sich allerdings an ein striktes Verfahrensprotokoll halten. „Zunächst“, erläutert Dr. Khonsari, „müssen wir nachweisen, dass der Artikel nicht lieferbar ist und kein anderes Produkt den gleichen Zweck erfüllt.“

Zur Qualitätssicherung medizinischer Notfallgeräte kommt die Loskontrolle zum Einsatz. (Bild: Dr. Roman Khonsari / Instagram) [5]

Zur Qualitätssicherung medizinischer Notfallgeräte kommt die Loskontrolle zum Einsatz. (Bild: Dr. Roman Khonsari / Instagram)

Genau protokolliert

Ist ein Engpass nachgewiesen, kann der 3D-Druck des Artikels unter Einhaltung des vorgeschriebenen Protokolls erfolgen: Es muss nicht nur sichergestellt werden, dass der Artikel nach angemessenen Standards gefertigt wurde, sondern dass er auch die Reinigung und Qualitätskontrolle übersteht, ohne Schaden zu erleiden. Medizinische Reinigungsverfahren wie die Sterilisierung und Desinfektion beanspruchen das Material extrem stark. Artikel, die nicht auf Beständigkeit ausgerichtet sind, können beschädigt werden.

Hightech in der Abtei

In nur drei Wochen wurde ein neues System in der Abtei Port-Royal installiert, einem historischen Gebäude neben dem Hôpital Cochin. Hier produzieren sechzig 3D-Drucker rund um die Uhr verschiedene Arten medizinischer Produkte. Überwacht werden sie von fünf in Schichten arbeitenden Ingenieuren. Die Artikel werden in Losen zu 100 gedruckt. Von jedem Los wird ein Artikel eingescannt, um die Qualität zu überprüfen. Die zu druckenden 3D-Designs stammen entweder aus Scans bereits vorhandener Produkte oder werden von den Ingenieuren entworfen. Die Scans ermöglichen den Vergleich zwischen den neu gedruckten Artikeln und ihren konventionell gefertigten Vorläufern. Für den Datenvergleich werden Mehrzweck-Softwareprogramme wie Avizo, eine auf Industriedaten spezialisierte Anwendung, eingesetzt. Wenn der Scan zeigt, dass das neue Produkt den Anforderungen genügt und die Haupteigenschaften des jeweiligen Artikels aufweist, hat das Los den Qualitätstest bestanden. Ist das nicht der Fall, wird das Los weggeworfen. Für Geräte, bei denen innen gelegene Schläuche sehr präzise gedruckt werden müssen, wird neben dem 3D-Scanner auch ein CT-Scanner verwendet.

Die 3D-Druckerei befindet sich neben dem Hôpital Cochin und läuft 24 Stunden am Tag. (Bild: Stratasys 3D Printing) [6]

Die 3D-Druckerei befindet sich neben dem Hôpital Cochin und läuft 24 Stunden am Tag. (Bild: Stratasys 3D Printing)

Günstig produziert

Nachdem das Team die juristischen Hürden genommen hat und gemäß Protokoll vorgeht, ist es zuversichtlich, die Arbeit fortsetzen zu können. Da die Artikel günstig und in Serie zu produzieren sind, bietet sein Konzept eine neue Möglichkeit zum Umgang mit Notfallsituationen. Laut Sélim Amrani vom zertifizierten Artec-Partner CADvision liefert die 3D-Technologie zwar schnelle Antworten, doch die Qualität ist noch wichtiger. „In den ersten zwei Monaten wollten viele Unternehmen helfen, indem sie Gesichtsvisiere oder Ventile druckten“, berichtet Amrani. „Aber es ist nicht so einfach, diese Teile zu drucken. Man muss sehr spezielle Standards einhalten.“ Deshalb nimmt die Qualitätskontrolle durch 3D-Scans einen ganz zentralen Platz ein. „CADvision ist natürlich stolz darauf, an der Lösungsfindung zur Herstellung dieser Produkte beteiligt zu sein.“ Für Dr. Khonsari ist das nur der Anfang: „Künftig können ähnliche 3D-Drucklösungen in Kriegsgebieten oder bei weiteren Epidemien entwickelt werden“, sagt er. Das Team wurde bereits von Organisationen aus anderen Teilen Frankreichs und Europas, sogar aus Mexiko und afrikanischen Ländern angesprochen. Auch jetzt, da die Covid-19-Zahlen in Frankreich sinken und immer mehr Patienten von der Intensivstation verlegt werden können, ist das Team gerüstet. Nach Dr. Khonsari verfügt es für diese Phase über 3D-gedruckte Beatmungsmasken. Für den Fall der Aufhebung von Alltagsbeschränkungen in Frankreich stellen sich Dr. Khonsari und sein Team bereits auf einen neuen Anstieg der Krankheitsfälle ein. „Zumindest was die medizinisch notwendigen Maßnahmen angeht, können unsere Krankenhäuser auf ausreichende Produktionskapazitäten zurückgreifen“, erklärt Khonsari. „Wir sind gewappnet, falls es zu einer zweiten Krankheitswelle kommt.“