3D-gedruckte anatomische Modelle von Neugeborenen sollen Ärzten helfen Leben zu retten

Mark Thielen, PhD Student an der technischen Universität von Eindhoven, hat 3D-gedruckte anatomische Modelle entwickelt, um den chirurgischen Erfolg bei Eingriffen an Neugeborenen zu verbessern.

In Zusammenarbeit mit 3D Hubs hat er eine lebensechte Trainingsmöglichkeit für Chirurgen geschaffen, um zukünftig einen größeren operativen Erfolg bei Neugeborenen erzielen zu können.

Gerade im Bereich der Neonatologie ist es für Ärzte sehr schwierig möglichst lebensnah an derzeit verfügbaren Modellpuppen zu üben, da diese nicht über die tatsächliche Komplexität und Haptik verfügen. Neben dem 3D-gedruckten Skelett und den wichtigsten inneren Organgen, sorgen bei den von Thielen entwickelten Modellen intelligente Sensoren für Feedback der funktionellen Organe. Dabei sorgen Messungen wie Druck und Belastung bei Übungseingriffen, wie zB Intubation oder Reanimation, für eine möglichst lebensechte Situation.

3D-Druck als am besten geeignete Technologie

Warum bei diesen Modellen gerade die 3D-Drucktechnologie soviel Erfolg verspricht, ist einerseits die Möglichkeit komplexe Strukturen zu erstellen und andererseits die Kombination von einer breite Palette an Materialien.

“Ohne 3D-Druck wäre diese Projekt nicht realisierbar gewesen. Die schiere Komplexität der menschlichen Anatomie ist mit anderen Methoden nur schwer realistisch zu rekonstruieren, ganz abgesehen von Kosten and Zeitaufwand,” sagt Mark Thielen.

Der PhD Student hat im Zuge des Projekt über 15 verschiedene Materialien und 3D-Drucktechnologie getestet, darunter Fused Deposition Modelling (FMD), Selektives Lasersintern (SLS) und Multi-Material Jetting (MJ). Nach ersten Testsdrucken am eigenen FDM-Drucker wandte er sich an das Dienstleister-Netzwerk von 3D Hubs, um größere Teile wie den Brustkorb zu drucken. Aufgrund der höheren Genauigkeit wurde dafür das SLS-Verfahren als am besten geeignete Technologie gewählt.

Innere Organe

Für die inneren Organe wurden Formen mittels PolyJet-Technologie hergestellt. Im Gegensatz zu konventionellen Verfahren, können 3D-gedruckte Formen jederzeit angepasst und verändert werden wenn nötig.

Thielen erklärt: “Aufgrund der extrem kleinen Größe der Organe von Neugeborenen und deren winzigen Details war die einzige Möglichkeit geeignete Formen herzustellen der 3D-Druck.”

Beim Material Jetting konnten außerdem verschiedene Materialien kombiniert werden. So wurden unter anderem die Teile der Form für die sehr detailreichen und funktionellen Herzklappen mit einem flexibleren Material gedruckt, um beim Entfernen der Form diese nicht zu beschädigen. So konnte das Herzmodell intakt aus der Form gelöst werden.

Das komplette Modell

Bei dem zusammengebauten Modell mit Brustkorb und Organen wird Flüssigkeit durchgepumpt. Zwei Kameras und die installierten Sensoren liefern Rückmeldungen über jeden Teilbereich der Modellpuppe während Testeingriffen. Die Flüssigkeit signalisiert dabei den Druck der ausgeübt wird.

Auch wenn sich das Modell von Thielen derzeit noch in Entwicklung befindet, sind erste Tests schon vielversprechend. Er möchte seine Forschung zukünftig nicht nur auf die Neonatologie beschränken:

“Ich glaube, dass die Weiterentwicklung dieses Projekts der medizinischen Forschung in einem breiten Anwendungsbereich helfen kann. Damit könnten potentiell realistische Patientenmodelle anderer Körperteile hergestellt werden, um medizinisches Training für Noteingriffe und Schwangerschaften deutlich zu verbessern.”