3D-gedruckte Herzklappe hilft Chirugen bei der Vorbereitung auf Herz-OPs

Forscher am Georgia Institute of Technology in den USA arbeiten an Herzmodellen aus dem 3D-Drucker die es Chirurgen ermöglichen sollen, sich bestmöglich auf Operationen vorzubereiten. Speziell für Eingriffe bei Aortenstenose soll das Herzklappen-Modell, das auch physiologisch Eigenschaften wie die Reaktion auf Druck nachahmt, zum Einsatz kommen.

Die Aortenstenose ist ein Herzklappenfehler bei dem es zu einer Einengung des Ausflusstraktes der linken Herzkammer kommt und der unbehandelt zu Herzversagen führt. Die Herzkrankheit kann angeboren sein oder über degenerative Vorgänge im Laufe des Lebens erworben werden und meist im Alter symptomatisch werden.

Die 3D-gedruckte Modelle, die patientenspezifisch basiert auf CT-Scan-Daten erstellt werden, könnten für Chirurgen insbesondere bei minimal invasiven Eingriffen wie dem Transkatheter-Aortenklappenersatz von Nutzen sein, bei dem eine künstliche Herzklappe über einen Katheder zum Herzen geführt und implantiert wird. Einer der gravierendsten Faktoren dabei ist die Wahl der richtigen Größe und Art der künstlichen Herzklappe. Hier kommt das 3D-Modell zum Einsatz. Das patientenspezifische Herzmodell, das sich ähnlich wie die echte Herzklappe anfühlt, bewegen und dehnen lässt, erleichtert die Auswahl des richtigen Herzklappenimplantats für den Chirurgen deutlich.

Chuck Zhang, Professor an der Stewart School of Industrial and Systems Engineering erklärt:

“The issue is, everybody is different. A male will be different than a female. It’s a big challenge for the doctors to select the right type of that prosthesis for a specific patient.”

Zhen Qian, Leiter der Cardiovascular Imaging Forschung am Piedmont Heart Institute hat sich mit Georgia Tech für das Projekt zusammengeschlossen und meint, dass die 3D-gedruckten Modelle von großem Vorteil bei der Planung der Eingriffe sind:

“The results are quite encouraging. Our printed model is able to tell you before the procedure how much paravalvular leakage there will be and where it is, a good indicator for short- and long-term mortality.”

Die 3D-Modelle werden auf einem Multi-Material 3D-Drucker hergestellt und können auch Bedingungen wie Kalziumablagerungen rekonstruieren. Zhan experimentiert auch an der Einbettung von Sensoren welche die Auswirkungen der Herzklappe auf das Modell überwachen könnten.

Derzeit haben die Forscher rund ein Dutzend dieser Herzklappenmodelle hergestellt. Der nächste Schritt soll, neben weiteren Analysen, deren Integration in die Planungsphase für chirurgische Eingriffe werden.

“There is big potential for these models,” sagt Zhang. “We’re thinking in the future, this may be a standard tool for pre-surgery planning and for training new surgeons.”