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Medizinische 3D-Technologien: Vom Scannen zum Drucken
April 2024
Wenn wir an 3D-Technologien denken, denken wir oft an den 3D-Druck, der, wie später erläutert, in den letzten Jahren rasante Fortschritte gemacht hat.
Ein manchmal übersehener Bereich der medizinischen Innovation ist jedoch das 3D-Scannen. Innovationen im Bereich des medizinischen 2D-Scannens gibt es schon seit langem, das wohl berühmteste Beispiel ist Marie Curies mobiler Röntgenwagen im Ersten Weltkrieg. Computertomographie (CT) und andere 3D-Scanverfahren gibt es ebenfalls seit langem. In den letzten Jahren jedoch hat sich das Innovationstempo beim 3D-Scannen dank der Verfügbarkeit höherer Rechenleistung und bedeutender Fortschritte in der Bildgebungstechnologie rapide erhöht.
Die in diesem Artikel untersuchte Hypothese lautet, dass angesichts der immer schneller voranschreitenden Innovationen im Bereich des medizinischen 3D-Drucks auch die Innovationen im Bereich des medizinischen 3D-Scannens intuitiv folgen werden. Dies liegt an den Vorteilen, die sich aus der Entwicklung von medizinischen Geräten oder Ausrüstungen ergeben, die auf bestimmte Patientenmerkmale oder -bedürfnisse zugeschnitten sind. Dies erfordert jedoch die Fähigkeit, diese Merkmale oder Bedürfnisse genauer zu bestimmen.
Der Aufstieg des medizinischen 3D-Drucks
Das Europäische Patentamt (EPA) veröffentlichte im September 2023 einen Bericht über die Patentlandschaft mit dem Titel “Innovation trends in additive manufacturing: Patente in 3D-Drucktechnologien”1 In diesem Bericht ermittelten die Autoren die Anzahl unabhängiger Patentfamilien, die zwischen 2001 und 2020 im Bereich der additiven Fertigung veröffentlicht wurden, und stellten fest, dass die meisten davon im Bereich Gesundheit und Medizin zu finden sind. Im Laufe von fast zwei Jahrzehnten wurden 9.665 internationale Patentfamilien veröffentlicht, wobei die Zahl ab 2013 rapide anstieg – ein Trend, der durch die erste unten stehende Grafik bestätigt wird.
Die Attraktivität des 3D-Drucks für die Medizintechnik liegt klar auf der Hand. Er bietet die Möglichkeit, maßgeschneiderte und patientenspezifische Designs zu erstellen, er erlaubt die Herstellung von Teilen mit sehr komplexen Geometrien, er ermöglicht die Gestaltung von Teilen mit mechanischen oder chemischen Eigenschaften, die sich besser in lebendes Gewebe integrieren, und er verbraucht im Allgemeinen weniger Material als Teile, die mit subtraktiver Fertigung hergestellt werden.
Während seines Aufschwungs wurde der 3D-Druck von einigen als unerschwingliche Lösung angesehen. In einer Studie des National Institute of Standards and Technology (NIST) aus dem Jahr 2016 mit dem Titel “Costs and Cost Effectiveness of Additive Manufacturing: A Literature Review and Discussion”2 stellten die Autoren fest, dass der Durchschnittspreis der additiven Fertigung zwischen 2001 und 2011 um 51 % gesunken ist.
Angesichts der gestiegenen Anforderungen in der Medizintechnik, der raschen Weiterentwicklung der 3D-Druckfunktionen und der drastisch gesunkenen Kosten ist es daher nicht verwunderlich, dass der 3D-Druck die Medizintechnikbranche im letzten Jahrzehnt revolutioniert hat.
Die Patentzahlen
Eine Möglichkeit, Trends in der technologischen Innovation zu erkennen, ist ein Blick auf die Zahl der Patentanmeldungen. Natürlich meldet nicht jeder Innovator ein Patent an, aber im Großen und Ganzen folgt die Zahl der Patentanmeldungen ähnlichen Trends wie die Innovation in demselben Technologiebereich.
Eine umfassende Bewertung dieser Trends lässt sich durch die Suche nach der Anzahl der Patentfamilien mit bestimmten technologischen Klassifizierungscodes gewinnen.
Die nachstehende Grafik zeigt zwei Patenttrends zwischen 2005 und 2023, nämlich:
- die Anzahl der Patentfamilien im Zusammenhang mit dem medizinischen 3D-Scannen.
- die Anzahl der Patentfamilien, die sich auf den medizinischen 3D-Druck beziehen.
Wie in dieser Grafik zu sehen ist, begann die Zahl der Familien mit medizinischem 3D-Druck im Jahr 2013 rapide zu steigen, was mit dem EPA-Bericht übereinstimmt. Die Zahl der Familien mit medizinischen 3D-Scannern begann nach 2015 stärker zu steigen.
Zusammenhang zwischen 3D-Druck und 3D-Scannen
Auch wenn die Innovationen in der 3D-Drucktechnologie und in der 3D-Scantechnologie höchstwahrscheinlich unabhängig voneinander stattgefunden haben, ist es interessant, nach Korrelationen zwischen den beiden Technologiebereichen zu suchen.
Ein Ausgangspunkt ist die Betrachtung der Gesamtzahl der Familien, die sich sowohl auf den medizinischen 3D-Druck als auch auf das medizinische 3D-Scannen beziehen. Diese Ergebnisse sind in der folgenden Grafik dargestellt.
Der rasche Anstieg im Vergleich zu 2013 ist zu erwarten, da der rasante Anstieg der medizinischen 3D-Druck-Familien wahrscheinlich auch einige Klassifizierungen im Zusammenhang mit 3D-Scans umfasst.
Interessanter wird es jedoch, wenn man die Anzahl der Patentfamilien, die sich sowohl auf den medizinischen 3D-Druck als auch auf das medizinische 3D-Scannen beziehen, als prozentualen Anteil an der Gesamtzahl der Patentfamilien für den medizinischen 3D-Druck darstellt. Dies ist in der folgenden Grafik dargestellt, beginnend im Jahr 2015, als alle drei vorangegangenen Trends einen raschen Anstieg verzeichneten.
Wie zu sehen ist, liegt dieser seit 2015 konstant zwischen 3 % und 5 %. Mit anderen Worten: Zwischen 3 % und 5 % der medizinischen 3D-Druck-Patentfamilien werden auch dem 3D-Scannen zugerechnet.
Schlussfolgerung
Es ist zwar unwahrscheinlich, dass Innovationen im Bereich des medizinischen 3D-Drucks direkt zu Innovationen im Bereich des 3D-Scannens führen und umgekehrt, doch zeigen diese Zahlen, dass Innovationen im Bereich des medizinischen 3D-Scannens in ähnlichem Tempo zunehmen wie Innovationen im Bereich des medizinischen 3D-Drucks.
Das ist eine gute Nachricht.
Da der medizinische 3D-Druck immer innovativer wird, bedeutet dies, dass medizinische Geräte und Ausrüstungen immer besser auf die spezifischen Bedürfnisse der Patienten zugeschnitten werden können. Es könnte jedoch eine Grenze erreicht werden, an der diese Bedürfnisse nicht genau oder effizient identifiziert werden können.
Daher könnte der Fortschritt in der medizinischen 3D-Scantechnologie dazu beitragen, dass diese Grenze nicht erreicht wird.
Referenzen
1Innovationstrends in der additiven Fertigung Patente in 3D-Drucktechnologien. (2023). Available at: https://link.epo.org/web/service-support/publications/en-additive-manufacturing-study-2023-full-study.pdf.
2Thomas, D.S. und Gilbert, S.W. (2014). Kosten und Kosteneffizienz der additiven Fertigung. Kosten und Kosteneffizienz der additiven Fertigung. Verfügbar unter https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/specialpublications/nist.sp.1176.pdf.
