Augenprothesen aus dem 3-D-Drucker: Fraunhofer-Technologie ermöglicht neues Produktionsverfahren

Augenprothesen können in Zukunft mit 3-D-Druckern hergestellt werden. Das Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD) hat eine Reihe von Technologien entwickelt, die die bisherige rein manuelle Herstellung individueller Prothesen ablösen.

Die Fraunhofer-Software Cuttlefish:Eye nutzt einen 3-D-Scan der Augenhöhle und ein farbkalibriertes Foto des gesunden Auges, um das 3-D-Modell des Prothesenauges zu erstellen. Der Cuttlefish®-3-D-Druckertreiber von Fraunhofer wird verwendet, um das Modell auf einem Multifarb-Multimaterial-3-D-Drucker zu drucken.

“Eine 3-D-gedruckte Augenprothese wird nicht nur in einem Bruchteil der Zeit hergestellt, die das herkömmliche Verfahren benötigt, sondern die Prothese sieht auch realistischer aus”, betont das Fraunhofer IGD. Möglich machten dies die Algorithmen von Cuttlefish:Eye, einer Softwarelösung des Fraunhofer IGD. In enger Zusammenarbeit mit der britischen Firma Ocupeye Ltd. habe das Darmstädter Forschungsteam ein Verfahren entwickelt, um aus einem Scan der Augenhöhle und einem Foto des gesunden Auges ein virtuelles Modell zu erstellen. Dieses diene als “digitale Plattform” für den 3-D-Druck. Die Technologie zur Herstellung von Prothesen wird nun laut Instituts-Mitteilung in einer klinischen Studie am Moorfields Eye Hospital in London erstmals bei Patienten eingesetzt.

Prof. Mandeep Sagoo, Facharzt für Augenheilkunde am Moorfields Eye Hospital und Professor für Augenheilkunde am NIHR Biomedical Research Centre am Moorfields Eye Hospital und UCL Institute of Ophthalmology, erklärte hierzu: “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, zum Beispiel infolge einer schweren Verletzung oder einer lebensbedrohlichen Krankheit wie Augenkrebs. Erkrankungen, von denen laut Mitteilung des Fraunhofer IGD in Europa etwa 750.000 Menschen und weltweit mehr als acht Millionen betroffen sind. Die Methode, die Augenhöhle individuell zu vermessen und die Prothesen herzustellen, so heißt es, sei seit vielen Jahrzehnten weitgehend unverändert geblieben. Die invasive Abformung könne unangenehm sein und sei bei Kindern eine belastende Erfahrung, die oft eine Vollnarkose erfordere. Der anschließende handwerkliche, zeitaufwändige Herstellungsprozess führe zu einer mehrmonatigen Wartezeit und verschlimmere damit die ohnehin schon belastende Zeit für den Patienten. Das neue Verfahren, bei dem modernste 3-D-Drucktechnologien zum Einsatz kämen, beschleunige die Produktion erheblich und biete den Patienten eine schnellere, bessere und insgesamt komfortablere Erfahrung.

Der Ersttermin für die 3-D-Prothese des Patienten beginnt nach Angaben der Forscher mit einem 2,4 Sekunden dauernden, nichtinvasiven, nichtionisierenden Scan mit einem speziell modifizierten optischen Kohärenztomographen für die Augen, der von Tomey Japan hergestellt wird. Der medizinische Scanner werde routinemäßig in einer Krankenhausumgebung verwendet. Der resultierende Scan der Augenhöhle und das farbkalibrierte Bild des gesunden Auges würden dann digital an das Fraunhofer IGD übertragen. Tomey habe die Funktionen des Gerätes so optimiert, dass die Augenhöhle des entfernten Auges präzise vermessen und zusätzlich ein farbkalibriertes Foto des gesunden Auges erstellt werde. Aus diesen Daten erstelle Cuttlefish:Eye ein 3-D-Druckmodell. Angesteuert würden die Drucker über den universellen 3-D-Druckertreiber Cuttlefish®.
“Die Technologie des Fraunhofer IGD ist weltweit mit vielen verschiedenen Druckertypen im Einsatz”, betont das Institut. Gedruckt würden die 3-D-Prothesen von der Lupburger Fit AG, die über langjährige Erfahrung in der additiven Fertigung, insbesondere im Bereich der Medizintechnik, verfüge. Nach dem Druck würden die Prothesen von einem Team erfahrener Okularisten geprüft und fertig poliert. Mit einem einzigen 3-D-Drucker könne Ocupeye potenziell den jährlichen Bedarf von rund 10.000 Prothesen für den britischen Markt decken.


“Jeder Schritt des neuen Herstellungsverfahrens wurde strengen Qualitätskontrollen unterworfen. So ist die Cuttlefish:Eye-Software als Medizinprodukt der Klasse 1 zertifiziert”, teilt das Fraunhofer IGD mit. Die Materialien für den 3-D-Druck seien “umfangreichen und gründlichen Biokompatibilitätstests” unterzogen worden, bevor die britische Aufsichtsbehörde für Arzneimittel und Gesundheitsprodukte (MHRA) die Genehmigung für eine klinische Studie erteilt habe. Für die klinische Studie würden etwa 40 Patienten rekrutiert, die eine 3-D-gedruckte Augenprothese erhalten. Sie würden im Laufe eines Jahres mehrmals von qualifiziertem Klinikpersonal untersucht und über ihre Erfahrungen berichten.

“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”, erklären die Wissenschaftler. Auf Grundlage der bereits in der Forschungs- und Entwicklungsphase gewonnenen Erkenntnisse habe der Hersteller dieses Gerätes 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 3-D-Drucker der geschätzte Weltmarktbedarf von acht Millionen Menschen – etwa 0,1 Prozent der Weltbevölkerung – gedeckt werden.