Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Patientenindividualisierte textile Implantate durch den Einsatz digitaler Prozessketten am Beispiel eines Stentgrafts für komplexe thorakale Aortenaneurysmen

Durch die stetig steigenden Patientenzahlen steigt auch die Anzahl der Patienten, welche aufgrund ihrer individuellen Anatomie oder Physiologie nicht für eine Behandlung mit Off-the-shelf (standardisierten) Produkten geeignet sind. Im Bereich der endovaskulären Behandlung von Aortenaneurysmen sind dies bspw. ca. 40 % aller Patienten bei jährlich rund 21.000 Behandlungen in Deutschland.

Eine patientenorientierte Gesundheitsversorgung macht eine Individualisierung der Medizintechnik daher unerlässlich. Aus technischer und ökonomischer Sicht steht dem die Bedingung einer wirtschaftlichen und reproduzierbaren Fertigung von Produkten mit Losgröße 1 gegenüber. Mit innovativen textilen Herstellungsverfahren wie dem Jacquard-Wirken kann diesen Anforderungen begegnet werden. Hierzu fehlen jedoch ein grundlegendes Verständnis der Wirkzusammenhänge zwischen digitalem Produktdesign, Prozessparametern und finalen Produkteigenschaften sowie entsprechende Werkzeuge zur Umsetzung dieser patientenindividualisierten Ansätze.

Ziel des Projekts ist daher die Implementierung eines automatisierten Herstellungsprozesses patientenindividualisierter textiler Implantate. Hierzu werden Ansätze der geometrischen und morphologischen Patientenindividualisierung textiler Implantatstrukturen untersucht und in eine durchgängig digitale Prozesskette eingebettet. Als Anwendungsbeispiel dienen Implantate zur Behandlung von Gefäßerkrankungen, da hier sowohl ein klinisch als auch wirtschaftlich äußerst relevantes Applikationsfeld für patientenindividualisierte Implantatstrukturen vorliegt. Derzeit beträgt die Herstellungszeit solcher patientenindividualisierter Gefäßprothesen aufgrund manueller Fertigung mehrere Wochen. Mittels der hier erzielten Ergebnisse wird die Herstellungszeit auf maximal eine Woche reduziert.

Die KMU-geprägten Textil- und Medizintechnikbranche in Deutschland kann diese klinisch notwendigen Innovationen durch die Projektergebnisse in neue Produkte der Losgröße 1 überführen.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Projekts war die Implementierung eines Herstellungsprozesses patientenindividualisierter textiler Implantate, um Patienten eine ideal auf ihre Bedürfnisse abgestimmte Therapie zu ermöglichen. Als Anwendungsbeispiel dienten Implantate zur Behandlung von Aortenaneurysmen, da hier sowohl ein klinisch als auch wirtschaftlich äußerst relevantes Applikationsfeld für patientenindividualisierte Implantatstrukturen vorliegt.

Zur Erreichung des Projektziels wurden Ansätze der geometrischen und strukturellen Patientenindividualisierung textiler Implantatstrukturen untersucht. Im Hinblick auf eine durchgängig digitale Prozesskette wurde ein datenbankgestütztes, virtuelles Modell für das Produktdesign entwickelt. Die Wirkzusammenhänge zwischen dem virtuellen Produktdesign, den Prozessparametern des Herstellungsprozesses und den resultierenden Implantateigenschaften wurden sowohl inline als auch offline ermittelt. Für die inline-Erfassung der Prozessparameter wurden geeignete Werkzeuge entwickelt und implementiert. Diese erfassten Daten wurden in die Datenbank des virtuellen Modells rückgekoppelt und somit kontinuierlich die Genauigkeit und Robustheit der patientenindividuellen Auslegung und Produktion von Implantatstrukturen verbessert. Auf diese Weise kann eine wirtschaftliche und reproduzierbare Fertigung textiler Implantate mit Losgröße 1 realisiert und somit eine optimal auf den Patienten abgestimmte Therapie ermöglicht werden.

Abschließend wurden die gewonnenen Erkenntnisse zur Erstellung eines Leitfadens für den Einsatz digitaler Prozessketten bei der Auslegung und Fertigung geometrisch und morphologisch individualisierter Textilstrukturen genutzt.