Deutsches Universitätsklinikum Mainz leistet Pionierarbeit auf dem Gebiet der chirurgischen Planung lebensrettender vaskulärer Eingriffe mit 3D-Druck

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Chirurgen der Abteilung für Kardiochirurgie und Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Mainz setzen Stratasys PolyJet 3D-Drucker ein, um den Planungsprozess des Klinikums bei komplexen, lebensrettenden gefäßchirurgischen Eingriffen auf ein ganz neues Niveau zu heben. Laut dem Universitätsklinikum hat die Verwendung von 3D-gedruckten Modellen für die chirurgische Planung eine signifikante Kostenreduzierung in der Einrichtung bei der Konstruktion und Anpassung von Implantaten bewirkt, wobei das Klinikum zudem von erheblichen Zeiteinsparungen während der Operation berichten kann, was zu einer Verbesserung der Patientenergebnisse führt.

Als international anerkanntes Center of Excellence in der Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie engagiert sich das Universitätsklinikum Mainz in der Forschung und Patientenversorgung im Bereich Herz-, Thorax- und Blutgefäße im menschlichen Körper. Das Klinikum behandelt mehrere Patienten mit lebensbedrohlichen Aortenerkrankungen, die sofortige Aufmerksamkeit und komplexe, patientenspezifische chirurgische Behandlung benötigen. Nach Ansicht von Prof. Dr. Bernhard Dorweiler, Leiter der Abteilung für Gefäßchirurgie am Universitätsklinikum Mainz, spielt die Einführung des 3D-Drucks eine entscheidende Rolle bei der Erhöhung des Standards der Patientenversorgung.

„Im Schnitt werden pro Patient mit gefäßchirurgischem Behandlungsbedarf schon mal 1.000–2.000 CT-Aufnahmen gemacht, damit die Chirurgen die Krankheit analysieren und diagnostizieren können. Dieser Prozess kann ein mehrdeutiges Ergebnis erbringen und zeitaufwendig sein, wenn die Krankheit komplex ist“, so Prof. Dr. Dorweiler. „Mit 3D-gedruckten Modellen können wir schnell die individuelle Anatomie des Patienten verstehen und die Art der Behandlung bestimmen, die für eine erfolgreiche Behandlung erforderlich ist.“

3d printing vascular surgery1 - Deutsches Universitätsklinikum Mainz leistet Pionierarbeit auf dem Gebiet der chirurgischen Planung lebensrettender vaskulärer Eingriffe mit 3D-DruckEin Beispiel dafür war ein Fall, in dem Prof. Dr. Dorweiler und sein Team von einer 53-jährigen Frau konsultiert wurden, die bereits von mehreren anderen Kliniken in und außerhalb Deutschlands abgelehnt worden war – so komplex waren ihre Krankheit und das potentielle Risiko bei einer Operation. Aufgrund einer Aortenfehlbildung in der Nähe des Herzens litt die Patientin an einem hervortretenden Blutgefäß an ihrem Hals. Da Prof. Dr. Dorweiler und sein Team die Notwendigkeit einer dringenden ärztlichen Behandlung erkannten, analysierten sie die CT-Scans, jedoch boten die Ergebnisse nicht die für eine genaue Diagnose erforderliche Klarheit.

„Beim Durchsehen der CT-Scans war es unmöglich, die Anatomie eindeutig zu visualisieren“, sagt Prof. Dr. Dorweiler. „Also beschlossen wir ein 3D-Modell zu drucken, durch das dann zum ersten Mal klar wurde, wo und wie groß das Problem war. Wir haben das Modell nicht nur verwendet, um der Patientin unsere Befunde zu erklären und so ihre Adhärenz für die geplante 3-Schritt-Operation zu erhöhen, sondern wir verwendeten es sogar als Referenz während jeder der drei Operationen, was für das erfolgreiche Ergebnis entscheidend war.“

Zeit und Geld sparen dank vorbereitender Übungen

Bis heute ist die Behandlung komplexer Aortenerkrankungen mit der endovaskulären Methode ein schwieriges Verfahren, bei dem sich Chirurgen auf einen Monitor verlassen, um ein kleines Drahtgeflechtröhrchen (Stent) durch die Arterien zu manövrieren und am betroffenen Bereich der Aorta zu implantieren. Kürzlich sahen sich Prof. Dr. Dorweiler und sein Team der Herausforderung eines sehr komplexen Falls eines Aortenbogenaneurysmas gegenüber. Da eine komplizierte Implantations-OP erforderlich war, führte das Team eine präoperative Simulation der Operation unter Verwendung eines Stent-Prototyps und eines 3D-gedruckten Aortenbogenmodells des Patienten durch. Dieser Prozess wurde seitdem in mehreren Fällen wiederholt, bei denen die Chirurgen somit in der Lage waren, im Vorfeld wiederholt eine Operation am Modell zu üben, was die korrekte Konstruktion und Anpassung des Stentimplantats beim ersten realen Versuch ermöglichte und signifikant den Zeit- und Kostenaufwand im Operationssaal reduzierte.

„Wie in aktuell veröffentlichten Studien hervorgehoben wurde, werden durch die Verwendung von 3D-gedruckten Modellen vor der Operation Einsparungen bei der Operationszeit von 5-45 Minuten erzielt“, so Prof. Dr. Dorweiler. „Die Forschungen sind noch nicht abgeschlossen, aber wenn man von einer durchschnittlichen OP-Zeit von 2–4 Stunden ausgeht, sprechen wir hier von einer Zeitersparnis von bis zu 40 %. Wenn Sie jeden Tag mit komplexen Gefäßerkrankungen zu tun haben, kann eine solche Zeitersparnis den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen.“

Zukünftige Gefäßchirurgen für den Erfolg ausbilden

Die in der deutschen medizinischen Forschung und Entwicklung führende Abteilung für Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Mainz verfügt über eine umfangreiche Ausbildungsstätte, in der der 3D-Druck integraler Bestandteil ist.

„Wir verwenden den Stratasys Eden260VS 3D-Drucker in unserer BiomaTicS-Forschungsplattform, um Modelle von Aortenanatomien aus realen Fällen zu erstellen, die wir einsetzen, um zukünftigen Gefäßchirurgen beibringen zu können, wie sie komplexe endovaskuläre Operationen erfolgreich durchführen“, sagt Prof. Dr. Dorweiler. „Mit der Möglichkeit, patientenspezifische Aortenmodelle aus transparentem Material zu drucken, können die Auszubildenden endovaskuläre Verfahren üben und komplexe Drahtführungsfertigkeiten erlernen, indem sie exakte Nachbildungen der Blutgefäße verwenden. Für das Gesundheitswesen ist es entscheidend, dass wir die Möglichkeiten des 3D-Drucks für die medizinische Schulung, Weiterbildung und Forschung einsetzen, um zukünftige Durchbrüche zu fördern.“

Rene Martin, Business Manager Healthcare EMEA bei Stratasys, fasst zusammen:

„Der bahnbrechende Einsatz des 3D-Drucks, den wir heute erlebt haben, unterstreicht, warum das Universitätsklinikum Mainz in der deutschen medizinischen Forschung und Entwicklung führend ist. Mithilfe des hochauflösenden 3D-Drucks können Ärzte und Chirurgen patientenspezifische Anatomien replizieren und so rasch lebensrettende chirurgische Eingriffe planen, praktizieren und bestimmen – nicht nur zur Verbesserung der Patientenversorgung und -ergebnisse, sondern auch zur Risikominimierung und Kostensenkung.“