Design, fabrication, and surgical testing of the 3D-printed large-array port-system for the implantation of large epiretinal stimulators

Balcewicz, Frederic Kuba; Clusmann, Hans Rainer; Walter, Peter

doi:HT031332349

Design, fabrication, and surgical testing of the 3D-printed large-array port-system for the implantation of large epiretinal stimulators

Balcewicz, Frederic Kuba^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Frederic Kuba Balcewicz

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Walter, Peter (Thesis advisor)^RWTH* ; Clusmann, Hans Rainer (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-10-23

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-10025
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1022439/files/1022439.pdf

Einrichtungen

Klinik und Lehrstuhl für Augenheilkunde (536000-2 ; 938110)

Projekte

GRK 2610 - GRK 2610: Innovative Schnittstellen zur Retina für optimiertes künstliches Sehen - InnoRetVision (424556709) (424556709)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
3D-printing (frei) ; implantation device (frei) ; medical engineering (frei) ; ophthalmologic surgery (frei) ; port system (frei) ; retinal implants (frei) ; retinal prostheses (frei) ; vitreoretinal surgery (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Fragestellung: Bei der Behandlung von Blindheit verursachenden Netzhautdystrophien, z. B. Retinitis pigmentosa (RP), zeigten Netzhautimplantate vielversprechende Ergebnisse. Kürzlich wurden größere Geräte eingeführt, die ein erweitertes Gesichtsfeld wiederherstellen. Mit zunehmender Größe wurde die Implantationschirurgie jedoch schwieriger. In dieser Arbeit wurde ein neuartiges Implantationsgerät entwickelt, hergestellt und in Implantationsoperationen an Kaninchen- und Schweineaugen getestet. Ziel war es, eine reproduzierbare, sichere und im Vergleich zu aktueller Methodik überlegene Implantationsmethode zu demonstrieren. Methoden: Das neuartige Implantationsgerät, das 3D-gedruckte Large-Array Port-System (3D-PLAPS), wurde unter Verwendung von computergestützter Designsoftware entwickelt. Anatomische Maße von Kaninchen-, Schweine- und menschlichen Augen wurden aus anatomischen und histologischen Datenquellen gesammelt. Die 3D-PLAPS wurden 3D-gedruckt. Die Operation wurde an Schweine- sowie Kaninchenaugen durchgeführt. Das 3D-PLAPS wurde zur Implantation eines großflächigen epiretinalen Stimulators getestet, der von dieser Gruppe entwickelt wurde. Ein standardisiertes chirurgisches Verfahren wurde etabliert. Der Augeninnendruck (IOD) wurde gemessen. Ergebnisse: Das 3D-PLAPS-Implantationsgerät wurde mit einer Länge von 8,4 mm entwickelt und an die Krümmung von normal sehenden menschlichen Augen mit einem Durchmesser von 24,0 mm angepasst. Die elliptische Öffnung hat eine Länge von 7,0 mm und eine Breite von 1,0 mm an ihren breitesten Punkten. Randöffnungen für die sklerale Fixierung wurden hinzugefügt. Ein Verschlussstopfen wurde eingeführt. Design und Abmessungen wurden für Kaninchenaugen angepasst. Während der Operation verbesserte das 3D-PLAPS die Stabilität des Auges, versiegelte den Einschnitt und hielt einem erhöhten IOD stand. Es war geeignet für faltbare Stimulatoren mit einem Durchmesser von bis zu 14,0 mm. Schlussfolgerungen: Das 3D-PLAPS-Implantationsgerät zeigte die Durchführbarkeit bei der Implantation großer epiretinaler Stimulatoren und erleichtert möglicherweise auch die Neupositionierung von Stimulationsarrays in akuten Experimenten ohne die Notwendigkeit zusätzlicher chirurgischer Schritte.

Purpose: In the treatment of blindness causing retinal dystrophies, i.e., Retinitis pigmentosa (RP), retinal implants showed promising results. Recently, larger devices restoring a greater visual field were introduced. With larger size, implantation surgery became more difficult. In this study, a novel implantation device was developed, fabricated, and tested in implantation surgeries on cadaveric rabbit and porcine eyes. The goal was to demonstrate a reproducible, safe, and, in comparison, superior implantation method. Methods: The novel implantation device 3D-Printed Large-Array Port-System (3D-PLAPS) was designed using computer-aided design software. Anatomic dimensions of rabbit, pig, and human eyes were collected from anatomic and histological data sources. The 3D-PLAPS were 3D-printed. In cadaveric porcine and rabbit eyes, 3D-PLAPS was used to implant large epiretinal stimulators developed by this group. A standardized surgical procedure was established. Intraocular pressure (IOP) was measured. Results: The 3D-PLAPS implantation device was designed with a length of 8.4 mm and adapted to the curvature of normal sighted human eyes with a diameter of 24.0 mm. The elliptical aperture is 7.0 mm in length and 1.0 mm in width at its widest points. Marginal apertures for scleral fixation were added. A closing plug was introduced. Design and dimensions were adapted for rabbit eyes. During surgery, the 3D-PLAPS improved ocular stability, sealed the incision, and withstood an elevated IOP. It was suitable for foldable stimulators with a diameter of up to 14.0 mm. Conclusions: The 3D-PLAPS implantation device showed feasibility in implantation of large epiretinal stimulators and possibly also facilitates repositioning of stimulating arrays in acute experiments without the necessity for additional surgical steps.

OpenAccess:
PDF
(additional files)