International Journal of Computerized Dentistry
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Int J Comput Dent 20 (2017), No. 4     15. Dec. 2017
Int J Comput Dent 19 (2016), No. 4  (26.12.2016)

Page 323-339, PubMed:28008429, Language: English/German


Applications of patient-specific 3D printing in medicine
Patientenspezifische Anwendungen von 3-D-Druck in der Medizin

Heller, Martin / Bauer, Heide-Katharina / Goetze, Elisabeth / Gielisch, Matthias / Roth, Klaus E. / Drees, Philipp / Maier, Gerrit S. / Dorweiler, Bernhard / Ghazy, Ahmed / Neufurth, Meik / Müller, Werner E. G. / Schröder, Heinz C. / Wang, Xiaohong / Vahl, Christian-Friedrich / Al-Nawas, Bilal
Already three decades ago, the potential of medical 3D printing (3DP) or rapid prototyping for improved patient treatment began to be recognized. Since then, more and more medical indications in different surgical disciplines have been improved by using this new technique. Numerous examples have demonstrated the enormous benefit of 3DP in the medical care of patients by, for example, planning complex surgical interventions preoperatively, reducing implantation steps and anesthesia times, and helping with intraoperative orientation. At the beginning of every individual 3D model, patient-specific data on the basis of computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), or ultrasound data is generated, which is then digitalized and processed using computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) software. Finally, the resulting data sets are used to generate 3D-printed models or even implants. There are a variety of different application areas in the various medical fields, eg, drill or positioning templates, or surgical guides in maxillofacial surgery, or patient-specific implants in orthopedics. Furthermore, in vascular surgery it is possible to visualize pathologies such as aortic aneurysms so as to improve the planning of surgical treatment. Although rapid prototyping of individual models and implants is already applied very successfully in regenerative medicine, most of the materials used for 3DP are not yet suitable for implantation in the body. Therefore, it will be necessary in future to develop novel therapy approaches and design new materials in order to completely reconstruct natural tissue.

Bereits vor drei Jahrzehnten hat man begonnen, das Potenzial des medizinischen 3-D-Drucks oder "Rapid Prototyping" für eine verbesserte Behandlung von Patienten zu erkennen. Seither konnten immer mehr medizinische Indikationen in unterschiedlichen chirurgischen Disziplinen durch dieses neue Verfahren verbessert werden. Zahlreiche Beispiele konnten den enormen Nutzen des 3-D-Drucks bei der medizinischen Versorgung von Patienten durch beispielsweise das präoperative Planen von komplexen Operationen, Reduktion von Implantationsschritten und Narkosezeiten oder durch Hilfestellung bei intraoperativer Orientierung zeigen. Am Anfang eines jeden individuellen 3-D-Models werden zunächst patientenspezifische Daten auf der Basis von CT, MRT oder Ultraschalldaten generiert, die anschließend mittels einer "Computer-aided design/Computer-aided manufacturing" (CAD/CAM)-Software digital bearbeitet werden. Die so erhaltenen Datensätze können verwendet werden, um schließlich dreidimensional gedruckte Modelle oder Implantate zu generieren. Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsgebieten in den unterschiedlichen medizinischen Bereichen wie beispielsweise Bohr- und Positionierungsschablonen oder chirurgische Führungen in der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie oder patientenspezifische Implantate in der Orthopädie. Des Weiteren gibt es in der Gefäßchirurgie die Möglichkeit, Pathologien wie Aortenaneurysmen mittels 3-D-Druck darzustellen, um die chirurgische Versorgung besser planen zu können. Obwohl "Rapid Prototyping" von individuellen und patientenspezifischen Modellen und Implantaten in der regenerativen Medizin bereits sehr erfolgreich angewendet wird, sind die meisten Materialien, die für den 3-D-Druck verwendet werden, noch nicht für die Implantation in den Körper geeignet. Deshalb wird es in Zukunft notwendig sein, neuartige Therapieansätze und neue Materialien zu entwickeln, um natürliche Gewebe vollständig wiederherzustellen.

Keywords: 3D printing, rapid prototyping, patient-specific, individual implants, maxillofacial surgery, orthopedics, vascular surgery
3-D-Druck, Rapid Prototyping, patientenspezifisch, individuelle Implantate, Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie, Orthopädie, Gefäßchirurgie

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