Risikominderung bei der Gehirnchirurgie mit 3D-gedruckten Arterien

In den labyrinthartigen Korridoren des Universitätskrankenhauses von Lübeck, eines der größten von Deutschland, verlieren Besucher oft den Sinn für Zeit und Raum. Nebenan, im 3D-Drucklabor des Instituts für Neuroradiologie unter Leitung von Professor Peter Schramm, finden wir die Zukunft der Medizintechnologie. Dr. Kemmling, Mitarbeiter der Neuroradiologie und Forscher, verwendet hier hochpräzisen Stereolithographie-(SLA)-3D-Druck, um Modelle von Gehirnarterien herzustellen und so Eingriffe auf den Patienten abzustimmen und Risiken wie Gehirnschläge zu mindern.

Dank seiner jahrelangen Erfahrung in der Notfallchirurgie weiß Dr. Kemmling, dass es bei endovaskulären Eingriffen nicht nur auf die Zeit, sondern auch auf die Präzision ankommt. Millimeter entscheiden über Leben und Tod. Selbst die fortschrittlichsten Geräte funktionieren nur wie beabsichtigt, wenn sie präzise implantiert werden.

Indem Dr. Kemmling ausgehend von CT-Scans originalgetreue Nachbildungen der Gehirnarterien seiner Patienten druckt, steht ihm ein universelles Tool für Forschung und Ausbildung gleichermaßen zur Verfügung. Es handelt sich um eine kostengünstige, anatomisch korrekte Alternative zu Silikonmodellen und Tierversuchen. Seine Vision: Personalisierte Behandlungspläne für alle Patienten weltweit.

Individuell abgestimmte Behandlungen für Aneurysma-Patienten

Aneurysmen – ballonartige, blutgefüllte Wülste, die zu einer Weitung der Gehirnarterien führen – treten bei etwa drei Prozent der Bevölkerung auf. Je größer und komplexer das Aneurysma, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass es plötzlich aufplatzt und eine akute Gehirnblutung auslöst. Ein geplatztes Aneurysma führt in 30 Prozent des Fälle zum Tod des Patienten, und in weiteren 30 Prozent zu permanenten Behinderungen.

In den meisten Fällen werden Aneurysmen zufällig auf MRI- oder CT-Scans erkannt, doch nicht alle Aneurysmen müssen auch behandelt werden. Oft stellt sich die Frage: Sollte der Patient das Risiko ein er Präventivbehandlung auf sich nehmen? Oder sollte er mit dem Wissen leben, dass das Aneurysma jederzeit platzen und zu weitaus gravierenden Folgen führen kann?

Im OP-Saal: Dr. Kemmling und sein Team behandeln ein Aneurysma nach Tests mit einem 3D-gedruckten Modell.

Im OP-Saal: Dr. Kemmling und sein Team behandeln ein Aneurysma nach Tests mit einem 3D-gedruckten Modell.

Heutzutage sind präventive endovaskuläre Eingriffe mit High-Tech-Geräten wie Flussumleitern möglich, mikroskopisch kleinen Drahtnetzen, die den Blutfluss vom Aneurysma wegleiten und es damit nach und nach auflösen. Flussumleiter müssen mit Mikrometerpräzision in den feinen Gehirnarterien platziert werden. Es gibt keine zweiten Versuche: Nachdem der Umleiter sich innerhalb der Arterie ausdehnt, kann die Position nicht ohne weiteres angepasst werden.

Erfahren Sie mehr darüber, wie der 3D-Druck in der Medizin für Innovationen sorgt.

Dank Dr. Kemmlings innovativer Methode können Ärzte Nachbildungen der Gehirnarterien von Patienten erzeugen und sie verwenden, um den Eingriff mit den gleichen Werkzeugen zu üben, die ihnen auch während des endovaskulären Eingriffs zur Verfügung stehen. So können sie testen, ob der Eingriff im OP-Saal funktioniert wird.

Es hilft zudem, die Zeit im OP um bis zu 50 Prozent zu senken, von 30 – 50 Minuten ohne Übung auf 25 – 15 Minuten mit Übung am 3D-Modell.

Erfahren Sie, wie Dr. Michael Eames mithilfe eines 3D-gedruckten Modells eine minimal invasive, risikoarme Lösung für seinen Patienten entwickelt hat, anstatt ihn einer komplexen, vierstündigen Osteotomie zu unterziehen. Nebenbei sparte er etwa 5.500 USD an OP-Kosten.

3D-Modelle für die Gehirnchirurgie

Dr. Kemmling testet in seinem 3D-Labor verschiedene OP-Geräte am 3D-gedruckten Aneurysma eines Patienten.

Dr. Kemmling testet in seinem 3D-Labor verschiedene OP-Geräte am 3D-gedruckten Aneurysma eines Patienten.

„Wie wird man Neuroradiologe? Man beobachtet jahrelang andere, doch irgendwann muss man sich selbst an ein Gehirn wagen“, so Dr. Kemmling. Er erachtet die schnelle und flexible Fertigung von 3D-Modellen als absolut notwendige Lösung, um Praxiserfahrung zu sammeln.

Dr. Kemmling war einer der ersten Käufer eines Form 2 SLA-3D-Druckers in Deutschland. Er kann jetzt in zwei Tagen die Aneurysmen von acht Patienten drucken. Silikonmodelle, die im Gießverfahren hergestellt werden, haben eine Durchlaufzeit von mehreren Wochen, und verfügen nicht über dieselben anatomischen Detailgenauigkeit wie 3D-Modelle.

Die 3D-gedruckten Modelle aus Formlabs Clear Resin bieten eine Auflösung von 0,025 mm – weniger als die Dicke eines menschlichen Haares. Durch die Standardisierung dieser Methode will Dr. Kemmling Tierversuche überflüssig machen.

Dr. Kemmling verwendet Formlabs Clear Resin, um 3D-gedruckte Aneurysma-Modelle zu fertigen. Fordern Sie einen kostenlosen Probedruck aus Clear Resin an.

Dr. Kemmling kann seinen Patienten so anhand eines Modells ihres Gehirns den Eingriff erklären.

„Wenn ich Patienten sage, dass wir den Eingriff an ihrer Anatomie vorbereiten können, beruhigt sie das“, so Dr. Kemmling.

„So sieht Ihr Aneurysma aus, hier setzen wir den Eingriff an, so werden wir vorgehen. Da 3D-Drucke so günstig und leicht herzustellen sind, können die Patienten ihre Modelle sogar mit nach Hause nehmen.“

Nehmen Sie Ihre 3D-gedruckten Gehirnarterien in die Hand und mit nach Hause

Christine wurde wie so vielen ihr Aneurysma zufällig diagnostiziert, nachdem ihr ein routinemäßiger MRI-Scan abgenommen wurde, um hartnäckige Kopfschmerzen zu untersuchen. Da sie nie zuvor von Aneurysmen gehört hatte, war sie sich des Ernsts ihrer Lage nicht sofort bewusst.

Dr. Kemmling und seine Patientin Christina, die gemeinsam nach erfolgreicher Behandlung ihr 3D-gedrucktes Aneurysma begutachten.

Dr. Kemmling und seine Patientin Christina, die gemeinsam nach erfolgreicher Behandlung ihr 3D-gedrucktes Aneurysma begutachten.

„Ich geriet erst in Panik, als ich sah, wie schockiert meine Freunde waren“, so Christine.

Als Dr. Kemmling Christina das 3D-Modell zeigte, das er auf Grundlage ihres Scans gedruckt hatte, war sie überrascht, wie klein das Aneurysma war. Mithilfe des Modells erklärte Dr. Kemmling den Eingriff und führte ihn im Originalmaßstab und mit den tatsächlichen OP-Werkzeugen vor.

Christina nahm das Modell mit nach Hause und zeigte es ihren besorgten Freunden und Verwandten. Sie erklärte ihnen anhand des Modells, wo das Problem lag und wie es behandelt werden würde.

„Ich war beeindruckt vom Detailgrad; nicht einmal beim Sticken kann man so feine Details produzieren“, so Christine. „Ich informierte mich noch etwas eingehender und entschied mich dann für die Behandlung durch die Arterie.“

Die Alternative war eine klassische Chirurgie am offenen Gehirn mit einer höheren Genesungsdauer. Die endovaskuläre Behandlung der Gehirnarterie ist weniger invasiv für den Patienten, der normalerweise innerhalb weniger Tage aus dem Krankenhaus entlassen werden kann. Milius' Eingriff dauert nur etwa 30 Minuten. Es handelte sich um eine präzise und zeiteffiziente OP, für die der Arzt sich mit dem 3D-Modell vorbereitet hatte.

Die Zukunft des 3D-Drucks in der Medizin

Heute ist Christine gesund. Die jüngsten Tests haben bestätigt, dass der implantierte Flussumleiter funktioniert und ihr Aneurysma sich vollständig aufgelöst hat.

Bis heute hat Dr. Kemmling über 100 Patienten im Universitätskrankenhaus in Lübeck behandelt. Zwar sind die Patientenzahlen derzeit noch zu gering, um den langfristigen Erfolg der OP mit Alternativen zu vergleichen. Doch Dr. Kemmling kann bereits bestätigen, dass endovaskuläre Eingriffe für Gehirnaneurysmen dank Übung an 3D-gedruckten medizinischen Modellen schneller und sicherer sind.

Das Team des Instituts für Neuroradiologie veranstaltet regelmäßig Workshops im 3D-Labor und im Rahmen internationaler Kurse, wo sie ihr Wissen mit anderen Neuroradiologen teilen.

Dr. Kemmlings Arbeit hat bereits als Inspiration für weitere Einsatzszenarien des 3D-Drucks in der Medizin gedient. Eine weitere Forschungsgruppe verwendet jetzt im 3D-Labor von Dr. Kemmling gedruckte 3D-Modelle, um ein Medikament zur Blutgerinnung zu testen.

Lernen Sie in unserem kostenlosen Whitepaper, mehrere 3D-Drucker einzurichten und zu verwalten.

Dr. Kemmling ist der Meinung, dass sich 3D-Modelle und 3D-Druck leicht für verschiedenste medizinische Eingriffe anpassen lassen. Allgemein können 3D-Modelle für experimentelle Messungen verwendet werden, um zu bewerten, wie sich Geräte in den Körper einfügen und sich auf den Blutkreislauf auswirken. Damit sind sie für viele verschiedene medizinische Bereiche relevant.

3D-Arterienmodelle in verschiedenen Größen, gedruckt aus Clear Resin bei einer Auflösung von 0,025 mm.

3D-Arterienmodelle in verschiedenen Größen, gedruckt aus Clear Resin bei einer Auflösung von 0,025 mm.

Medizinische Fachkräfte greifen immer mehr auf neue Technologien zurück, um Behandlungen zu personalisieren. 3D-gedruckte medizinische Modelle sind sehr viel schneller und kostengünstiger als Silikon- und tierische Modelle und werden diese somit bald ersetzten. Jeder Arzt mit Zugang zu einem 3D-Drucklabor und dem Anspruch, jeden Patienten individuell zu behandeln, kann Dr. Kemmlings Methode replizieren.

Die ersten Schritte zum hausinternen 3D-Druck von chirurgischen Modellen

Bereit, mit dem 3D-Druck patientenindividueller Modelle zu beginnen? Laden Sie unser Whitepaper herunter und lernen Sie Schritt für Schritt den Arbeitsablauf zur Erstellung hochpräziser, taktiler Referenzmodellen für die präoperative Planung, verbesserte Patientenaufklärung, intraoperative Visualisierung und Dimensionierung medizinischer Geräte.

Vom Patientenscan zum 3D-Druck