Finnische Forscher nutzen 3D-Druck zur Verbesserung der Planung von Nasenoperationen

Ein Forscherteam der Universität Tampere, Finnland, hat mit einer neuen Methode zur Vorbereitung von Nasenoperationen mittels 3D-Druck experimentiert. Um festzustellen, ob der 3D-Druck die Anatomie einer Nasenhöhle und den Luftstrom durch sie realistisch wiedergeben kann, hat das Team einen Satz innerer Nasenkanäle gescannt und gedruckt. Eine umfassende Analyse der Ausdrucke hat gezeigt, dass die Technologie vielleicht als schnellere und kostengünstigere Methode zur Bewertung der Rhinomanometrie eingesetzt werden könnte.

3D-Druck wird jetzt schon für die Operationsvorbereitung bei heiklen Eingriffen verwendet. Es werden CT-Scans gemacht und anhand diesen Daten 3D-gedruckte Modelle. Den Forschern zufolge wurde der 3D-Druck jedoch noch nicht für die Modellierung innerer Nasenkanäle eingesetzt. Sie führen dies auf die relative Komplexität der Nase zurück, die es schwierig macht, die Präzision beizubehalten, die bei der Untersuchung von so etwas Empfindlichem wie Luftströmung entscheidend ist. Stattdessen werden 3D-Modelle der Nase üblicherweise in Silikon gegossen, wobei die Particle Image Velocimetry (PIV) und die Computational Fluid Dynamics (CFD) als technische Analysewerkzeuge verwendet werden. Leider ist die Herstellung und Analyse dieser Modelle ein langsamer, mühsamer und oft kostspieliger Prozess.

Das Team begann mit den Kegelstrahl-Computertomographie (CBCT)-Scans von fünf erwachsenen Patienten mit chronischer Nasenverstopfung. Die CBCT wurde aufgrund ihrer im Vergleich zu konventionellen CT-Scans relativ niedrigen Strahlendosis gewählt. Die Scandaten wurden mit MATLAB in ein 3D-druckbares Format konvertiert, das dann mit Slic3r aufbereitet wurde. Um die Maßgenauigkeit so weit wie möglich zu erhalten, wurde auf Stützen verzichtet und der gesamte Druck auf einem 3D-Drucker von Lulzbot Taz 4 mit PLA durchgeführt.

Um die Ausdrucke dann genau mit den Nasen der Patienten vergleichen zu können, wurden von allen PLA-Teilen CBCT-Scans angefertigt. Betrachtet man die Kieferhöhlenvolumina der beiden Scangruppen, so zeigten die 3D-Drucke eine leichte Abweichung von etwa 1,05 Kubikmillimetern, obwohl dies als sehr nahe am tatsächlichen Wertebereich angesehen wurde.

Schließlich wurde der Luftstromwiderstand der gedruckten Teile mit dem Luftstromwiderstand der Nasen des Patienten verglichen. Dazu wurde ein Instrument namens Rhinomanometer – ein speziell für diesen Zweck gebautes Gerät – verwendet. Die Verwendung an den Patienten war einfach, aber die gedruckten Teile erforderten etwas Einfallsreichtum, so dass die Forscher Röhren an die Rückseite der Drucke anschlossen und das andere Ende für wissenschaftliche Zwecke in ihre eigenen Nasen steckten. Bei ähnlichen Widerstandswerten in beiden Gruppen kam das Team zu dem Schluss, dass ihre bisher noch nie dagewesene Methode des 3D-Drucks von Nasenkanälen für den klinischen Einsatz sehr vielversprechend war.

Ihre Forschungsarbeit veröffentlichten sie unter dem Titel “Three-Dimensional Printing of the Nasal Cavities for Clinical Experiments” und sie ist hier kostenlos abrufbar.