University of Colorado: 3D-gedruckte Modelle helfen Chirurgen bei Brustrekonstruktionen

Dreidimensionale anatomische Modelle, die auf dem University of Colorado Anschutz Medical Campus entworfen und gedruckt wurden, helfen den Chirurgen der CU-Abteilung für Chirurgie, Brustrekonstruktionen schneller und genauer durchzuführen. Laut der Universität haben die Modelle dazu geführt, dass die OP-Zeit bei den Operationen um 45 Minuten verkürzt werden konnte.

Die von Nicholas Jacobson, einem Designforscher am CU-Innovationszentrum Inworks, erstellten 3D-gedruckten Modelle helfen speziell Chirurgen, die ein Verfahren zur Brustrekonstruktion durchführen, das als freier DIEP-Lappen bekannt ist und bei dem Haut und Fett aus dem Unterbauch zusammen mit Blutgefäßen auf die Brust übertragen werden, um die Brust wiederherzustellen.

“Der freie DIEP-Lappen ist eine Art der autologen Brustrekonstruktion. Während des Eingriffs entnehmen wir das überschüssige Gewebe des Unterbauchs auf der Grundlage spezieller Blutgefäße, die als tiefer inferiorer epigastrischer Perforator bezeichnet werden”, erklärt Christodoulos Kaoutzanis, MD, Assistenzprofessor für plastische und rekonstruktive Chirurgie. “Dieses Gefäß hat kleinere Äste, die die Haut und das Fett in dieser Region mit Blut versorgen. Bei jedem Patienten isolieren wir die am besten geeigneten Äste, die das Gewebe, das wir in den Brustkorb verlegen wollen, am besten durchbluten können.”

Diese Entscheidung wird normalerweise anhand eines CT-Scans getroffen, aber das 3D-Modell gibt den Chirurgen einen genaueren Überblick über die Anordnung der Blutgefäße und stellt ein Hilfsmittel dar, das sie sowohl vor der Operation als auch im Operationssaal verwenden können. Für jeden Patienten wird auf der Grundlage der Bildgebung ein eigenes Modell erstellt.

“Wenn man das Modell hat, kann man nicht nur den Verlauf der Gefäße in drei Dimensionen besser nachvollziehen, sondern muss auch nicht immer wieder zum Scan zurückgehen und Zeit verschwenden”, sagt Kaoutzanis. “Man kann einfach einen Blick auf das Modell werfen. Wir wollten sehen, ob wir mit dieser Methode die Dauer der Operation verkürzen können – und das sicher und effektiv.”

Zeitersparnis im OP

Das modellgestützte Verfahren hat sich seit seiner Einführung in der Chirurgischen Klinik der CU im Dezember 2021 als Erfolg erwiesen, da es die Zeit im Operationssaal um 45 Minuten verkürzt und das Operationsrisiko für die Patienten senkt.

“Wir hatten eine Studie durchgeführt, in der wir DIEP-Patienten mit freiem Lappen randomisiert entweder gar keinen Scan oder einen CT-Scan erhielten, und wir konnten zeigen, dass der CT-Scan die Operationszeit verkürzte”, sagt Dr. David Mathes, Leiter und Professor für plastische und rekonstruktive Chirurgie. “Wir stellten die Hypothese auf, dass wir mit diesen 3D-Modellen die Operationszeit weiter verkürzen könnten, indem wir eine noch bessere Planung ermöglichen.”

Jacobson, der sich auf die Erstellung von 3D-Nachbildungen der menschlichen Anatomie spezialisiert hat, ahnte, dass 3D-Modelle bei der Operation des freien DIEP-Lappens hilfreich sein würden; in Zusammenarbeit mit den Chirurgen der CU entwickelte er 12 verschiedene Modelle, bevor er schließlich die Version fand, die ihren Bedürfnissen am besten entsprach. Die Modelle werden etwa eine Woche vor der Operation erstellt und den Chirurgen am Morgen des Eingriffs zur Verfügung gestellt, damit sie sich vor der Operation mit der Anatomie des Patienten vertraut machen und den besten Weg für die Operation festlegen können. Die Patienten können die Modelle nach der Operation sogar mit nach Hause nehmen, wenn sie das möchten.

“Es ist fast so, als ob wir den CT-Scan zum Leben erwecken, wenn wir ihn in drei Dimensionen bringen”, sagt Jacobson. “Anfangs brauchte unser Team etwa 10 Stunden, um ein Modell zu erstellen. Wir haben diese Zeitspanne erheblich verkürzt, so dass wir jetzt nur noch etwa die Hälfte brauchen. Wir können das jetzt relativ schnell erledigen.”

Schulungsinstrument und weitere Anwendungen

Die 3D-Modelle sind nicht nur ein wertvolles Hilfsmittel für die Chirurgen während des Eingriffs, sondern auch ein wichtiges Schulungsinstrument für die Assistenzärzte der Chirurgie, sagt Jacobson, denn so können sie sich besser vorstellen, wie der Eingriff genau funktioniert.

“Ich höre oft von den Assistenzärzten, die diese Operation erlernen, dass das Modell sehr hilfreich ist, um zu verstehen, was vor sich geht”, sagt Jacobson. “Es gibt ihnen einen umfassenden Überblick. Viele Studenten, die jetzt hierher kommen, sind es gewohnt, Dinge in 3D zu sehen; das ist Teil ihrer Ausbildung. Das hilft ihnen wirklich.”

Nachdem sich 3D-gedruckte Modelle bei der Brustrekonstruktion bewährt haben, befassen sich Chirurgen nun auch mit ihrem Potenzial für andere Operationen, darunter Augenoperationen und geschlechtsangleichende Eingriffe.

“Wir glauben, dass dies nur die Spitze des Eisbergs dessen ist, was wir tun können”, sagt Jacobson. “Dies ist eine wunderbare Studie, um zu beweisen, dass es einen Nutzen gibt. Die Zusammenarbeit zwischen einem Designer und einem Arzt ist sehr wirkungsvoll. Es ist großartig, ihnen die Macht des Designs zu geben, um die Werkzeuge zu schaffen, die sie brauchen. Jedes Mal, wenn ich mich mit ihnen treffe, sprechen wir über einen neuen Weg, den wir einschlagen können.

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