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Diese empirische Bachelorarbeit beschäftigt sich mit dem Thema, wie sich die Oberfläche von verschiedenen linksventrikulären 3D-Modellen aus computertomographischen Datensätzen mit unterschiedlicher Röhrenspannung verändert und geht der Frage nach, inwiefern unterschiedliche Röhrenspannungen die Oberfläche von 3D-Modellen aus Herz CTA Phantom Datensätzen beeinflussen. Für die vorliegende Bachelorarbeit wurden Publikationen aus internationalen Datenbanken sowie Fachbücher herangezogen, welche in englischer und deutscher Sprache verfasst wurden. Die ausgewählten Publikationen beziehen sich auf die Bildverarbeitung in der Medizin. Für den empirischen Arbeitsteil wurden computertomographische Datensätze von 3D-Modellen eines linken Herzventrikels verwendet. Die Erstellung der Daten erfolgte mit der Software „Mimics v. 23“, mit der 3D-Modelle und chirurgische Planungen erstellt werden. Anschließend konnten die Ergebnisse mit der Software „3-Matic 15“ ausgewertet werden. Die Forschungsfrage wurde von der Autorin empirisch behandelt, indem das Phantom vom linken Herzventrikel mit LVAD-Implantation mit den genannten Softwares retrospektiv ausgewertet wurde. Für die Datenauswertung wurden Oberflächenvergleiche von verschiedenen linksventrikulären 3D-Modellen mit unterschiedlicher Röhrenspannung erstellt. Für die Bearbeitung der wissenschaftlichen Arbeit hat sich die Autorin für eine quantitative Forschungsmethode entschieden. Hierfür wurde eine experimentelle Untersuchung im Labor durchgeführt. Anschließend wurde eine übersichtliche Darstellung der Ergebnisse aus existierenden Datensätzen erstellt. Für die Beurteilung wurden die Bildsegmentierung, Bildverarbeitung in der Medizin, Stereolithografie und Auswerteparameter herangezogen. Weiters hat diese empirische Arbeit ergeben, welche Röhrenspannung als Aufnahmeparameter für kardiale CT-Untersuchungen geeignet ist. In der computertomographischen Bildgebung ist die Rekonstruktion von besonderer Wichtigkeit, um einerseits den Patient*innen die bestmögliche Untersuchung in der Vorgehensweise darbieten zu können und andererseits um zu verhindern, dass pathologische Strukturen übersehen werden. This empiric bachelor thesis deals with the subject of how the surface of various left-ventricular 3D-models from computer tomography records change with different tube voltages and furthermore investigates how these different tube voltages affect 3D-models from CTA heart phantom records. For this bachelor thesis publications from international data bases and specialist books written in German and English were used. Publications used in this work deal with image processing in the field of medicine. For the empirical work part computer tomography records of 3D-models of a left heart ventricle were used. The relevant data was created using the software “Mimics v. 23” which was used for crafting 3D-models and surgical planning and the software “3-Matic 15” for evaluation. The author empirically resolved the research question by retrospectively evaluating the phantom of the left heart ventricle with LVAD-implantations using said software. By means of this data evaluation surface comparisons of different left-ventricular 3D-models with different tube voltages were created. The present work deals with a quantitative research method and in the laboratory experimental research was done. Subsequently a comprehensive presentation was created from results of existing records. For the evaluation segmentation, medical image processing, stereolithography and reconstruction procedure were used. Furthermore, this empiric thesis shows which tube voltages are appropriate to be used as recording parameters. In computer-tomographic imaging reconstruction is of great importance, on the one hand for being able to offer the best possible treatment for patient and on the other hand for ensuring that pathologic structures are not being overlooked. The aim of this bachelor thesis is to figure out how the surface of a left-ventricular 3D-model correlates with various tube voltages from a computer tomographic CTA heart phantom record. As part of this scientific bachelor thesis the author deals with the subjects and comprehensively presents the results from computer tomographic records in form of a table view for the reader.

Das zentrale Thema dieser Bachelorarbeit ist der Vergleich eines primären computertomographischen-Angiographie (CTA) Datensatzes mit einem anatomisch nachgebildeten dreidimensionalen Modell. Um die Arbeit auf fundierten theoretischen Grundlagen aufzubauen, wird dem/der Leser*in ein Überblick über mögliche Segmentationstechniken sowie dem Stereolithografie (SLA) Druck gegeben. Auch erfolgen eine Auflistung und Beschreibung der verwendeten Hard- und Software, die im durchgeführten Experiment verwendet wird. Das Experiment beinhaltet die Segmentation eines Herz-CTA-Datensatzes, beginnend bei der Aortenwurzel und endend mit dem Apex des linken Ventrikels. Segmentierte Strukturen sind die Aortenwurzel, der linke Vorhof sowie der linke Ventrikel. Diese werden weiterbearbeitet und als dreidimensionales Objekt mit einer äußeren Wandstärke von 3mm mittels eines SLA-Druckers gedruckt. Nach Entfernung der Stützstrukturen und der finalen Aushärtung des Objekts, wird dieses in einer Schüssel mit Wasser platziert, um umliegendes Gewebe zu simulieren. Anschließend erfolgt ein Computertomographie (CT) Scan des gedruckten Objektes am Computertomographen der Fachhochschule Campus Wien (FHCW). Die Beantwortung der Forschungsfragen erfolgt anhand Messungen von Volumen und Distanzen des linken Ventrikels des Phantomdatensatzes. Auf Grund der weiter fortschreitenden Technik in der Medizin gerät die Herstellung von patient*innenspezifischen 3D-Modellen zur Operations-Planung oder auch zu Übungszwecken immer mehr in den Vordergrund. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Exaktheit von solch erstellten Modellen. Weiters werden im Rahmen des Experimentes auftretende Limitationen beschrieben, welche die Ergebnisse verfälschen können. The central topic of this bachelor thesis is the comparison of similarity between a primary cardiac CTA data set with an anatomically remodelled stereolithography print. The reader gets theoretical background information on possible cardiac segmentation techniques and stereolithographic printing. The hardware and software that was used in the experiment gets described. The experiment involves the segmentation of a cardiac CTA data set, starting at the aortic root and ending with the apex of the left ventricle. Segmented structures are the aortic root, the left atrium, and the left ventricle. These structures get further processed and printed as a three-dimensional object with an outer wall thickness of 3mm using an SLA printer. After removal of the support structures and final curing of the object, it is placed in a bowl of water to simulate surrounding tissue. Subsequently, a CT-scan of the printed object is performed at the computed tomography scanner of the FHCW. The research questions are answered using measurements of volume and distances of the left ventricle of the phantom data set. Due to the advancing technology in medicine, the production of patient-specific 3Dmodels for surgery planning or for training purposes is becoming more and more important. This work deals with the accuracy of such models. Furthermore, limitations occurring during the experiment are described, which can falsify the results.

Das Ziel dieser Arbeit war es, ein 3D-Modell des Myokards, unter Verwendung der Software „Mimics Innovation Suite 22“ zu erstellen und zu untersuchen, ob dieses 3D-Modell ohne innere Stützkonstruktionen und aus elastischen Resin mit einem 3D-Drucker gedruckt werden kann. Es wurde eine systematische Literaturrecherche durchgeführt, wobei Informationsquellen mit den Inhalten: „3D-Druck“, „Elastic Resin“, „Oberflächenqualität“ und „Stützkonstruktionen“, analysiert wurden. Es wurden 3D-Modelle mit den Segmentierungsmethoden: „Edit Mask“, „3D-Interpolate“ und „Multiple Slice Edit“ erstellt. Weiters wurde in das segmentierte 3D-Modell ein Abflussloch integriert, Stützstrukturen hinzugefügt und die Druckeinstellungen für den 3D-Druck vorgenommen. Das 3D-Modell wurde im Anschluss mit einem 3D-Drucker gedruckt. Es konnten Informationsquellen für die Segmentierung und den 3D-Druck des Myokards ausfindig gemacht werden. Jedoch verdeutlicht die geringe Anzahl an relevanten Quellen die Wichtigkeit zur weitergehenden Forschung über diese Technologien. The objective of this thesis was to create a 3D model of the myocardium using the software "Mimics Innovation Suite 22" and to investigate whether this 3D model can be printed with a 3D printer without internal supporting structures and made of elastic resin. A systematic literature search was carried out, whereby information sources with the following contents were analyzed: "3D printing", "Elastic Resin", "Surface quality" and "Supporting structures". 3D models were created with the segmentation methods: "Edit Mask", "3D Interpolate" and "Multiple Slice Edit". Furthermore, a drain hole was integrated into the segmented 3D model, supporting structures were added and the print settings for 3D printing were made. The 3D model was then printed with a 3D printer. In conclusion, several sources of information for segmentation and 3D printing of the myocardium have been identified. However, the low available of relevant sources underlines the importance of further research on these technologies.

In dieser Arbeit wurde ein größeres und optimiertes Abbild, des im französischen Forschungslabor „INIRA“ entwickelten „Poppy“ erschaffen. In diesem Zuge wird die Frage beantwortet, wie das Verhalten eines humanoiden Roboters bei Wachstum beeinflusst wird und welche Möglichkeiten der Optimierung bestehen. Es erfolgte die Konstruktion der unteren Extremitäten in SolidWorks, sowie dessen Berechnung. Das Fertigungsverfahren Sintern wurde in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und technischen Nutzen als Alternative zum bisher verwendeten Selektiven Lasersintern untersucht. Zu erkennen war, dass die Gewichtszunahme proportional zum Größenzuwachs sehr gering ist. Grund dafür ist eine effizientere Auslegung der Querstreben bzw. Ausnehmungen. Die Analyse der Fertigungsverfahren hat gezeigt, dass SLS für diese Arbeit sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus technischer Sicht signifikante Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Sintern bietet. In this work, a larger and optimized image of the "Poppy" developed in the French research laboratory "INIRA" was created. In this course, the question is answered, how the behavior of a humanoid robot is influenced by growth and which possibilities of optimization exist. The construction of the lower extremities in SolidWorks and its calculation were carried out. The sintering process has been studied in terms of economy and technical utility as an alternative to Selective Laser Sintering. It could be seen that the weight gain is very small in proportion to the increase in size. The reason for this is a more efficient design of the transverse struts or recesses. The analysis of the manufacturing processes has shown that SLS offers significant advantages over conventional sintering, both from an economic and technical point of view.

Die additive Fertigung (3D-Druck) wurde in den frühen 1980er Jahren entwickelt und gewann seitdem durch stetige Verbesserungen an Bedeutung. Gebiete wie die Biotechnologie, die Pharma- und die Chemieindustrie, wo besonders hohe Anforderungen an Materialien und Produkte gestellt werden, können daher erschlossen werden. Anlässlich dieses Trends wurde die vorliegende Dissertation erstellt, um Anwendungsbereiche und Entwicklungsfelder in den Bereichen Biotechnologie und Pharmaindustrie zu evaluieren, Möglichkeiten und Grenzen des 3D-Drucks aufzuzeigen und einen Beitrag zu den aktuellen Entwicklungen der additiven Fertigung in Form verschiedener Produktentwicklungen und korrespondierender Studien beizusteuern. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein additiv gefertigter und funktionaler Kolbendeckel präsentiert, welcher zur kontinuierlichen und minimal-invasiven Prozessführung von (Fed-)Batch Prozessen im Schüttelkolbenmaßstab dient. Nach Design und Fertigung wurde er erfolgreich in einer Anwendungsstudie getestet. Verschiedene additive Fertigungsmethoden sind zentraler Gegenstand der Studie und werden neben dem Fallbeispiel als Möglichkeit zur in-house Produktion von Verbrauchsmaterialien (Kamm für gelelektrophoretische Analysen) diskutiert. Der zweite Teil beschäftigt sich mit Testung und Charakterisierung von additiv verarbeiteten Biopolymeren zur Implantatentwicklung. Auf Grundlage von bildgebenden Verfahren wie MRT oder CT können die digitalen Blaupausen zur Erstellung der Implantate gewonnen werden und mittels 3D-Druck in hoher Auflösung und dem notwendigen Material gefertigt werden. Die vorliegende Arbeit betrachtet verschiedene resorbierbare Materialien hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit als Rohstoff für additiv gefertigte Implantate und evaluiert das Zellverhalten (Viabilität, Proliferation, Adhärenz, Differenzierung) verschiedener Zelltypen in Kontakt mit den Materialien. Darüber hinaus wird das Abbauverhalten der biodegradierbaren Materialien unter simulierten in-vivo Bedingungen beschrieben. Der dritte Teil der Arbeit widmet sich dem 3D-Bioprinting. Mit dieser Methode können individuell und präzise 3D-Zellstrukturen erstellt werden. Hier wurde eine neuartige Methode für extrusionsbasiertes Natriumalginat-3D-Bioprinting entwickelt, bei der der Gelationsprozess des Alginats mithilfe einer vernebelten CaCl2-Lösung induziert wird. Gegenüber bisherigen Methoden können die Inkubationsdauer und Konzentration des potentiell toxischen CaCl2 verringert werden. Über die in den einzelnen Kapiteln präsentierten Ergebnisse hinaus, zeigen die Arbeiten in Summe, welche Möglichkeiten verschiedene additive Fertigungsverfahren bieten und wie sie für biotechnologische Anwendungen genutzt werden können., The additive manufacturing (3D printing) as a new tool for creating high quality products was established in the early 1980s and emerged to a relevant production strategy since then. Crucial improvements of both 3D printing methods and material development in the past decade allow its application in highly regulated areas in biotechnology and chemical industry. This thesis relies on this trend and aims to evaluate different fields of applications, possibilities and borders of 3D printing technology. In the first section, a functional and additively manufactured shake flask lid for continuous and minimal-invasive (fed-) batch processes in shake flask scale is presented. The design and manufacturing process are described and a proof-of-concept is given. Furthermore, the additive manufacturing strategies used are scope of this part - discussing their overall applicability for in-house labware production. The second part describes with the testing and the characterization of additively manufactured biopolymer structures for implant development. Implants are highly personalized objects and additive manufacturing strategies are an interesting and efficient way to realize fast production yielding both high quality and individual products. Based on high resolution imaging methods (MRT, CT) the needed 3D information about the objects dimensions are often available already and can serve as digital blueprints for the 3D printing of implants. This part evaluates different resorbable materials in sight of their applicability as commodity material for additively manufactured implants. The cell behavior of different cell types is assessed including cell viability, proliferation, adherence and differentiation when in contact with respective material. Furthermore, the in-vitro degradation properties of the materials were evaluated under in-vivo mimicking conditions. The third part addresses 3D-bioprinting. With this technique, 3D cell cluster can be designed and manufactured. By providing the cells with an adequate extracellular matrix, this approach enhances the validity of cell assays and improves their transferability to in-vivo conditions. Here, a novel method for extrusion-based bioprinting was developed, allowing to gelate the hydrogel with a nebulized CaCl2 solution, instead of a CaCl2 solution. With this new approach, the incubation time and the concentration of the possibly cell-toxic CaCl2 to the generated object can be reduced. In addition to the research presented in the single chapters, this thesis shows the possibilities of different additive manufacturing methods in biotechnology.

Zur Herstellung von Quarzglas wurden Nanokomposite entwickelt, welche polymerisiert werden können. In einem Entbinderungs- und Sinterschritt entsteht ein transparentes Quarzglas. Die Nanokomposite können sowohl mittels Stereolithographie gefertigt aber auch mittels replikativer Verfahren strukturiert werden. Es wurden PMMA Präpolymere entwickelt, welche lithographisch in wenigen Sekunden strukturiert werden können. PFPEs wurden für die Stereolithographie etabliert.

Diese Arbeit setzt sich mit der Realisierung von additiv gefertigten Bauteilen aus dem Open Source sowie professionellen 3D-Druck Sektor, für die Verwendung im Metallgussbereich auseinander. Durch vorangehende Recherche und Vergleiche konnte der derzeitige Stand der Technik ermittelt werden, welcher wiederum eine Ausgangsbasis für die empirischen Testreihen und Untersuchungen geschaffen hat. Die Testreihen dienten zur Ermittlung der Maßhaltigkeit von gefertigten Modellen, sowie zur Ermittlung des optimalen Materials für das Fused Layer Modelling Konzept. Des Weiteren sollen die Testreihen Aufschluss über die Möglichkeiten der Oberflächenbehandlungsmethoden geben, welche bei additiv gefertigten Modellen zum Einsatz kommen können, und welches sich davon am besten für FLM gefertigte Bauteile eignet. Für direkte Vergleiche werden in der Arbeit auch andere additive Fertigungsmethoden vorgestellt und deren Druckergebnisse mit jenen des FLM verglichen. Der Schwerpunkt der Arbeit befasst sich mit der Optimierung der Open Source und professionellen FLM Technologie, als Basis für den Metallguss. Grund hierfür ist die überwiegend industrielle Verwendung der Selektiven Laser Sintern bzw. Stereolithographie Anlagen bei der Formerstellung für den Metallguss. Es soll ein alternativer weg aufgezeigt werden um die FLM Technologie für die Gussformerstellung attraktiver zu machen. Basierend auf den Daten der Testreihen wurde ein Prozess erstellt, welcher die Reproduzierbarkeit bereits erreichter Ergebnisse gewährleistet und für zukünftige Untersuchungen dienlich ist. Der Prozess, welcher als Leitfaden angesehen werden kann, ist aber nicht nur auf die FLM Anwendung beschränkt, sondern kann auch auf andere Verfahren wie z.B. die Multijet Modelling Technologie angewendet werden. This thesis deals with the realization of additive manufactured components from open source and professional 3D printers for metal casting. Preliminary research and comparisons of the current state were carried out and created a starting point for a series of empirical tests and investigations. The test was used to determine the dimensional accuracy of the manufactured models, as well as to determine the optimum material for the fused layer modelling concept. Furthermore, the series of tests are intended to provide information on the possibilities of the surface treatment methods and which is best suited for FLM-manufactured components. For direct comparisons between other additive productions methods like SLS, SLA and MJM, which are also presented and their results are compared with those of the FLM technology. The reason for this is the predominantly industrial use of selective laser sintering and stereo lithography systems for the creation of metal casts. It was shown, that the use of FLM technology is also viable to create metal casts. Based on the generated data, a process was elaborated which ensures the reproducibility of previously achieved results and is suitable for future investigations. However, the process by itself, which may be considered a guide, is not limited to the FLM application, but may be applied to other methods such as e.g. The Multijet Modelling Technology. vorgelegt von: Mario Christian Dohr Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Wien, FH Campus Wien, Masterarb., 2017

Stereolithography (STL) is a method of organ-model-production based on computed tomography scans which enables the representation of complex 3-dimensional anatomical structures. Surfaces and internal structures of organs can be produced by polymerization of UV-sensitive liquid resin using a laserbeam. In oral and maxillofacial surgery this technique is advantageous for reconstruction of severe skull defects because a more accurate preoperative planning is possible. Using recently developed software we are able to reconstruct unilateral bony defects by virtual mirror imaging of the contralateral side and production of a STL mirror model as well as the reconstruction of non-mirrorable defects by superposition. Advantages of STL are the representation of complex anatomical structures, high precision and accuracy, and the option to sterilize the models for intraoperative use. More accurate planning using this method improves postoperative results, decreases risks and shortens treatment time.