3D-Druck, Bewegung

5. Juni 2023

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von Alyssa Schaechinger, Texas A&M University

Wenn Sie die Praxis eines Tierarztes betreten, erwarten Sie Fotos von pelzigen Freunden, Anatomiediagramme und einen Computer, auf dem Ihr Arzt Notizen über Ihr Haustier macht. Wenn Sie das Büro von Dr. Kate Barnes betreten, sehen Sie all dies mit einem futuristischen Touch von 3D-Druckern.

Als klinische außerordentliche Professorin an der School of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences (VMBS) der Texas A&M University, die sich auf Kleintierorthopädie spezialisiert hat, widmet sich Barnes in ihrer Forschung und klinischen Praxis am Small Animal Teaching Hospital (SATH) der VMBS dem neuesten Stand, indem sie 3D definiert Die Rolle des Druckens im Gesundheitswesen und die Implementierung der Mobilitätsbewertungstechnologie in der Veterinärmedizin im Rahmen des Gait Lab.

Der Einsatz der 3D-Drucker in Barnes' Büro zum Drucken biokompatibler Materialien bringt das VMBS an die Schwelle zur Weiterentwicklung der Veterinärmedizin. Während 3D-Modelle in der Humanmedizin häufiger eingesetzt werden, um passgenaue Ersatzteile und medizinische Geräte herzustellen, befindet sich die Praxis der Verwendung von 3D-gedruckten chirurgischen Schablonen in der Veterinärmedizin laut Barnes noch in der Entwicklungsphase.

Von besonderem Interesse für Barnes ist die Arbeit an der Implementierung von 3D-Modellen in ihre Operationsprotokolle, sowohl in der Planungsphase der Operation als auch während des eigentlichen Eingriffs.

„Mit den 3D-Druckern können wir ein paar Dinge machen“, sagte sie. „Zum einen können wir uns die Knochen mit unserer 3D-Software ansehen und eine virtuelle Operationsplanung durchführen; es ist etwas einfacher, einige der Gliedmaßen und Knochen zu beurteilen, wenn man sie in 3D betrachtet. Wir können sie auch tatsächlich ausdrucken.“ Mithilfe der Modelle können wir Deformationen und Brüche bei der Planung von Operationen beurteilen und diese Operationen mithilfe der Modelle üben.“

Eines der häufigsten Probleme, die Barnes und ihr Team bei Hunden und gelegentlich auch bei Katzen mithilfe gedruckter 3D-Modelle behandeln, sind eckige Deformationen der Gliedmaßen, ein Zustand, bei dem die Gliedmaßen nicht gerade sind. Winkelverformungen der Gliedmaßen können die Folge eines Traumas oder eines unsachgemäßen Wachstums sein und werden üblicherweise chirurgisch behandelt, indem Schnitte in den Knochen des Tieres vorgenommen werden, wodurch die deformierte Gliedmaße genau neu ausgerichtet werden kann.

Um sicherzustellen, dass der Schnitt präzise und effizient ist, können orthopädische Chirurgen von SATH 3D-Bohrschablonen drucken, bei denen es sich um maßgeschneiderte Vorlagen handelt, die mit spezieller Software während der Operationsplanungsphase entwickelt wurden. Sobald die Führungen gedruckt sind, werden sie während der Operation an einem Knochen befestigt und zeigen dem Chirurgen genau, wo und in welchem ​​Winkel er schneiden muss, um eine Deformität zu korrigieren.

Schablonen sind von Vorteil, da sie genau auf die Größe und Form jedes einzelnen Patienten zugeschnitten sind.

„Wenn Sie bereits alles geplant haben, verkürzt die Verwendung von Bohrschablonen die Operationszeit und damit das Risiko für Infektionen“, sagte Barnes. „Wenn man das Verfahren freihändig durchführt (ohne Anleitung), besteht auch eine etwas größere Tendenz, weniger genau zu sein.

„Führer helfen also bei der zeitlichen Abstimmung der Operation, helfen bei der Genauigkeit der Operation und tragen dazu bei, die Narkosezeit eines Hundes zu verkürzen“, sagte sie.

Eine der aktuellen Herausforderungen bei der stärkeren Verbreitung des 3D-Drucks ist der hohe Preis, mit dem Tierärzte konfrontiert werden, die an der Entwicklung eigener Modelle und Anleitungen interessiert sind. Dazu gehören die Kosten für Software, Drucker und biokompatible Materialien, die sicher für lebende Organismen verwendet werden können.

Glücklicherweise sind diese Ressourcen bei Texas A&M für den Einsatz bei Veterinärpatienten verfügbar, da die Vorteile die Kosten für die Ausrüstung überwiegen, und die Behandlungen werden zu einem Preis angeboten, der für die Eigentümer erschwinglich ist, sagte Barnes.

Neben dem 3D-Druck hilft Barnes zusammen mit anderen Forschern am SATH Hunden im neuen Gait Lab dabei, ihre Mobilität zu verbessern. Barnes' Arbeit im Gait Lab ist einzigartig, da sie sowohl die Forschung vorantreibt als auch den Einsatz der Motion-Tracking-Technologie in die medizinische Praxis umsetzt.

Die VMBS ist eine der wenigen Veterinärschulen und die SATH eine der wenigen Veterinärpraxen mit Zugang zu dieser Technologie, die zwei verschiedene Arten von Beurteilungen durchführt.

Die erste Methode heißt kinematische Beurteilung und ermöglicht es VMBS-Forschern, die Bewegung von Gelenken und Gliedmaßen mithilfe kleiner reflektierender Kugeln zu untersuchen. Barnes vergleicht diese Technologie, die sie derzeit nur zu Forschungszwecken verwenden, mit der Technologie, die zur Erstellung von CGI-Effekten in Filmen verwendet wird.

„Es ist die gleiche Art von Technologie“, sagte sie. „Wir können den Hunden beim Gehen kleine reflektierende Bälle anbringen, und wir haben Kameras, die ihre Bewegung aufzeichnen, damit wir sie analysieren können.“

Bei der zweiten Art der Beurteilung, der sogenannten kinetischen Beurteilung, werden mithilfe von Platten ermittelt, wie viel Gewicht ein Hund auf jedem Bein trägt. VMBS-Kliniker haben dieses Tool sowohl bei orthopädischen Patienten des SATH als auch in vielen Forschungsprojekten eingesetzt.

Die im Gait Lab erzielten Ergebnisse ermöglichen es Forschern, die Gelenkbewegung eines Hundes zu überwachen oder sogar subtile Lahmheiten zu erkennen. Wenn ein Hund aufgrund von Schmerzen ein Bein bevorzugt, können Barnes und ihr Team dies mithilfe der neuen Technologie in den Datenpunkten erkennen.

Die im Gait Lab gesammelten Daten ermöglichen es Barnes und ihren Forscherkollegen, die Mobilität eines Hundes quantitativ zu überwachen. Vor dem Einsatz dieser Technologie waren die meisten postoperativen Mobilitätsdaten subjektiv und beruhten auf der Perspektive des Forschers und Tierhalters, um den Fortschritt eines Hundes zu überwachen.

„Während der Genesung eines Hundes tritt bei Besitzern und Tierärzten der Placeboeffekt auf“, teilte Barnes mit. „Wenn wir Tiere behandeln, wollen die Menschen glauben, dass es ihnen besser geht.

„Das Gait Lab ist großartig, weil es uns eine objektive Zahl dafür gibt, wie viel Gewicht ein Hund auf seinem Bein trägt, anstatt uns nur darauf verlassen zu müssen: „Ich denke, es sieht ziemlich gut aus.“ Es hilft uns, sie im Laufe der Zeit zu verfolgen und wirklich in der Lage sein, die Auswirkungen dessen zu erkennen, was wir für sie getan haben“, sagte sie.

Da die Technologie zur kinetischen Beurteilung, die bei Patienten im Ganglabor zum Einsatz kommt, in der Regel nicht in privaten Tierarztpraxen verfügbar ist, ist Texas A&M einer der wenigen Orte im Bundesstaat, an dem Patienten ihre Vorteile erleben können; Daher haben das SATH und die im Gait Lab durchgeführte Arbeit das Potenzial, einen großen Einfluss auf die Veterinärmedizin zu haben.

Texas A&M bringt die Veterinärforschung weiterhin in die Zukunft, indem es Arbeiten wie Barnes' Forschung im 3D-Druck und im Gait Lab fördert.

Diese Technologien sind im Hinblick auf die veterinärchirurgische Technologie noch relativ neu, und Barnes ist eine der wenigen Ärzte, die ihre Karriere der Weiterentwicklung dieser Technologien widmet.

„Sie kommen in der Humanmedizin etwas häufiger vor. In der Veterinärmedizin gibt es sie immer häufiger, aber sie ist oft zeitaufwändiger“, sagte sie. „Es gibt andere Universitäten, die das machen, aber es ist definitiv etwas, das noch auf dem Vormarsch ist.“

Barnes trägt auch dazu bei, dass diese Technologien in Zukunft wachsen, indem sie ihr Wissen und ihre Erfahrungen an Studenten weitergibt.

„Ich halte einen Vortrag über 3D-Druck bei eckigen Gliedmaßendeformationen“, sagte sie. „Normalerweise schauen sich die Schüler gemeinsam die Modelle an, werfen einen Blick auf die Leitfäden, wenn wir welche haben, und sprechen über die Deformität und darüber, was wir tun werden, um sie zu korrigieren.“

Aufgrund der Arbeit von Barnes sowie anderer Innovationen in der Forschung und Patientenversorgung, die bei Texas A&M erforscht werden, wird das SATH in den kommenden Jahren viele aufregende Durchbrüche beherbergen.

Während Barnes weiterhin Pionierarbeit in dieser Bewegung leistet, blickt sie voller Spannung in die Zukunft.

„Es kommt in der Veterinärmedizin immer häufiger zum Einsatz, also werden wir hoffentlich die Gelegenheit bekommen, es noch häufiger zu nutzen“, sagte sie. „Wenn Sie irgendwelche Fälle kennen, Hunde mit krummen Beinen, schicken Sie sie rüber. Wir würden uns freuen, sie zu sehen.“

Zur Verfügung gestellt von der Texas A&M University