In 3D-gedruckte Herznachbildungen für die bessere Planung von komplizierten Operationen.

Spezialisten der Klinik Virgen del Rocío in Sevilla drucken 3D-Nachbildungen von Herzen mit angeborenen schweren Herzfehlern, um chirurgische Eingriffe präziser vorbereiten zu können.

Jedes Herz ist einzigartig. Seine Größe, die Herzhöhlen und die Art, wie es mit den Herzkranzgefäßen verbunden ist, sind immer unterschiedlich. Deshalb ist es bei der Vorbereitung eines Eingriffs zur Behandlung einer schweren Herzerkrankung (eine Fehlbildung, die bei ca. 8 von 1000 Neugeborenen auftritt) wesentlich, die anatomischen Strukturen jedes einzelnen Patienten genau zu kennen. 

"Je mehr Details bereits vor dem Eingriff über die Form des Herzens bekannt sind, desto einfacher wird es für den Chirurgen, den Eingriff erfolgreich durchzuführen und desto geringer ist das Risiko für unvorhersehbare Komplikationen“, erklärt Gorka Gómez Ciriza. Er beteiligt sich als Forscher an der Gruppe für Technologische Innovation der Klinik Virgen del Rocío in Sevilla, die seit fünf Jahren mit 3D-Druckern arbeitet, um die Vorbereitung der chirurgischen Eingriffe zu verbessern.  

"Die größten Auswirkungen hat der Einsatz dieser Technologie in der Kinderkardiologie, insbesondere seitdem wir begonnen haben, flexibles Filament für die Herz-Nachbildungen zu verwenden. Damit werden chirurgische Eingriffe ein großes Stück weit erleichtert", ergänzt er.  Diese 3D-Nachbildungen werden ausgehend von CT-Aufnahmen und der Kernspintomographie erstellt, weshalb sie perfekt die jeweils einzigartige Form der Organe wiedergeben. Mit diesen Modellen in der Hand können sich Chirurgen viel besser auf den Eingriff im Operationssaal vorbereiten. 

Vom virtuellen Modell zum physischen Objekt

Vor dem Schritt zum 3D-Druck hat dieses Innovationsteam der Klinik bereits mit einer 3D-Bildverarbeitungssoftware gearbeitet, um die Eingriffe vorzubereiten. "2005 haben wir in der Klinik mit der Entwicklung einer Software zur virtuellen Planung der chirurgischen Eingriffe begonnen, für die wir von CT-Aufnahmen und der Kernspintomographie ausgegangen sind", erklärt er. Dieses Programm ermöglichte es ihnen, auf dem Bildschirm die innere Struktur der Organe, Knochen und anderer Strukturen, die von der Operation betroffen sind, anzuzeigen, um den Eingriff präziser vorzubereiten. 

 2011 gingen sie mit dem 3D-Druck den nächsten Schritt und begannen unter anderem mit dem Druck von Kiefer-, Schädel- und Wadenbeinmodellen.“Für die Chirurgen ist es von weitaus größerer Bedeutung, die Anatomie eines Organs des Patienten in der Hand zu halten, als sie sich auf dem Bildschirm eines Computers anzusehen”,erklärt Gorka. 

Es wurden seit 2006 bereits mehr als 1500 virtuelle Nachbildungen von tatsächlich bei Patienten  aufgetretenen Fällen erstellt und seit 2011 wurden in mehr als 400 Fällen Nachbildungen in 3D gedruckt. 

corazón impreso en BQ Witbox

Der Einzug von flexiblem Filament

Der Wendepunkt kam 2013 als sie anfingen, mit dem 3D-Drucker Witbox zu arbeiten. Erstmalig konnten sie mit flexiblen Filamenten drucken und machten so, hinsichtlich der Qualität, "einen großen Schritt vorwärts"."Dank dieser Neuerung konnten weitere Spezialgebiete wie beispielsweise die Kinderkardiologie angegangen werden, ein Bereich, in dem die größten Wirkungen erzielt werden", fügt Gorka hinzu. "Während des Eingriffs am Herzen ist der Zugang zu diesem nicht einfach. Daher ist die Vorbereitungsarbeit für den Chirurgen von entscheidender Bedeutung", erklärt er weiter.

Herz-Kreislauf-Chirurgen haben jetzt die Möglichkeit, Nachbildungen aus flexiblem Material mit den Händen anzufassen und können sich eine genauere Vorstellung davon machen, wie die einzelnen Organe beschaffen sind. "Ich habe sogar gesehen, wie sie mit den Händen das Innere des Modells, die Form und die verschiedenen Hohlräume betasten, was mit Modellen aus starrem Material nicht möglich wäre", fügt der Forscher hinzu.

Für jedes Herz ein spezifisches Modell

Seither wurden  viele Herz-Nachbildungen erstellt und in verschiedenen Krankenhäusern in Spanien und auf internationaler Ebene verwendet. Die Beweglichkeit der Modelle bietet den Chirurgen mehr Möglichkeiten bei der Untersuchung der Anatomie und bei der Vorbereitung der Operation. Diese Art der Chirurgie ist aufgrund der großen Unterschiede, die beim Organ und sogar bei der gleichen Fehlbildung auftreten, äußerst kompliziert. "Aus diesem Grund ist der 3D-Druck von großem Nutzen, da die Modelle exakt nach Maß für jeden einzelnen Patienten erstellt werden können", fügt er hinzu. 

Aus diesem Grund ist der 3D-Druck von so großem Nutzen, da die Modelle exakt nach Maß für jeden einzelnen Patienten erstellt werden können.

Seit Beginn des Investigationsprojekts "Individuelle chirurgische Planung bei komplexen angeborenen Herzfehlern über personalisierte Biomodelle in 3D", haben die Spezialisten an 40 Eingriffen bei Kindern mit schweren angeborenen Herzfehlern in mehr als 10 Kliniken weltweit teilgenommen. Seither ermöglicht die chirurgische Ablaufplanung basierend auf diesen Biomodellen von gedruckten Organen Gorka zufolge "einen Zuwachs an chirurgischer Präzision, eine Verkürzung des Eingriffs und eine höhere Erfolgsquote".

Dank dieser Erfahrungen konnten sie ihre Erfolge mit der Wissenschaftsgemeinschaft teilen: Sie haben mehr als 10 Veröffentlichungen in nationalen und internationalen wissenschaftlichen Publikationen erstellt. Wie wird der nächste Schritt aussehen? Es müssen Synergien zwischen Ingenieuren, Chirurgen und anderen Fachleuten geschafft werden, um die Erfolgsquoten der Eingriffe dank des 3D-Drucks weiter zu erhöhen.