Dreidimensionales Prototyping am ARTORG Center

Forschung, Schulung, klinische Anwendung – 3-D-Modelle aus dem Innovationscenter an der Murtenstrasse 50 werden in einigen Kliniken der Insel Gruppe bereits genutzt.

1 300 Gramm schwer ist es, hellrosa und eingebettet in einen Schädel aus Gips: das Silikongehirn im Erdgeschoss des ARTORG Centers für biomedizinisch-technische Forschung. Eine rote Flüssigkeit pulsiert lebensecht durch das Modellgehirn. Durch ein Loch in der Schädeldecke wird schnell klar, worin das Problem des «Patienten» besteht: Ein Aneurysma – also eine Aussackung eines Blutgefässes – bedroht die Gesundheit.
Hergestellt wurde das funktionsechte Modellgehirn mit Blutgefässen mittels verschiedener dreidimensionaler Druckverfahren in der Rapid Medical Prototyping Core Facility (RMPCF) des ARTORG. Aus Bildgebungsdaten entstand so ein Modell, mit dem angehende Neurochirurginnen und -chirurgen lernen können, wie Aneurysmen effizient und sicher operiert werden.

Vom Computertomografen zum 3-D-Modell
Hier liegt genau die Stärke der 3-D-Dienstleistung des ARTORG Centers, die seit der Einweihung der RMPCF im April 2016 offiziell angeboten wird. Direktor Prof. Dr. Stefan Weber: «Der Ausdruck an sich ist im Grunde einfach. Die eigentliche Arbeit besteht in der Bildaufbereitung von virtuellen 3-D-Modellen, die dann gedruckt werden können.»
Im multiprofessionellen Center arbeiten Ingenieure, Biowissenschaftlerinnen und Medizintechniker eng mit den Klinikern der Insel Gruppe zusammen. Durch die Kombination von verschiedenen Bilddatensätzen, aufgenommen mit und ohne Kontrastmittel, und diversen Auflösungen entsteht am Computer je nach Komplexität in mehreren Stunden bis Tagen eine 3-D-Druckvorlage. Der Ausdruck zeigt dann die Gesamtanatomie, die Grössenverhältnisse und die räumlichen Zusammenhänge des individuellen Falles.

Training und klinische Einsätze
Diese Modelle – meist aus Gips, Kunstharz und Silikon gefertigt – können Medizinerinnen und Mediziner für Schulungen und zur Operationsplanung nutzen. Neben dem Beispiel aus der Neurochirurgie planen z. B. auch die Neuroradiologen so nichtinvasive Aneurysmen-Eingriffe via Katheter.
Die Technologie spielt auch in der gemeinsamen Forschung, die das ARTORG Center mit einer ganzen Reihe von Kliniken der Insel Gruppe betreibt, eine wichtige Rolle. Beteiligt sind beispielsweise die Universitätsklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenkrankheiten (roboterassistierte Cochlea-Implantation), die Viszeral- und Thoraxchirurgie sowie die Angiologie (Planung von chirurgischen und interventionellen Eingriffen), die Radiologie und die Herzchirurgie (Optimierung von chirurgischen Eingriffen an Herzklappen).
Ein von der Schweizerischen Herzstiftung gefördertes gemeinsames Forschungsprojekt von Herzchirurgie und ARTORG hat das Ziel, schrittweise eine Datenbank von Herzfehlermodellen zu schaffen. Die Rekonstruktionen verschiedener angeborener Herzfehler sollen das Studium der komplexen Anatomie für Studierende vereinfachen, aber auch in Spezialsituationen Kinderherzexpertinnen und -experten eine verbesserte Operationsplanung ermöglichen.

Auch klinisch wird die 3-D-Technologie an der Insel Gruppe bereits routinemässig eingesetzt: Chirurginnen und Chirurgen der Schädel-, Kiefer- und Gesichtschirurgie rekonstruieren fehlende Kieferknochen mithilfe des 3-D-Druckverfahrens. In ähnlicher Weise stellen Neurochirurgen an patientenspezifischen Abdrücken Prothesen für fehlende Teile des Schädels her. Weil der «Ersatz» exakt der eigenen Anatomie entspricht, können die behandelten Patientinnen und Patienten mit einem ästhetisch verbesserten Ergebnis rechnen (vgl. folgender Artikel).

Schnittstelle zwischen Forschung und Spital
Der enge Austausch zwischen Klinikern und Vertreterinnen und Vertretern der Universität ist die Basis der erfolgreichen 3-D-Projektentwicklung des ARTORG. Auf einem einzigen Campus gelangt das «Produkt» von der Forschungsidee zur klinischen Anwendung. Im Rahmen des Aufbaus der sitem-insel AG (Swiss Institute for Translational and Entrepreneurial Medicine) wird diese Kooperation noch ausgebaut. 2017 entsteht dort eine Professur für additive Verfahren in der Medizin. Die Aktivitäten der RMPCF werden zur Intensivierung und Vertiefung mit der neuen Professur des Instituts sitem-insel verknüpft.

ARTOG Center for Biomedical Engineering Research