{{{sourceTextContent.title}}}

Einsatz des 3D-Drucks zur Behandlung komplexer struktureller Herzerkrankungen.

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Auf dem Gebiet der strukturellen Herzerkrankungen kann die sich rasch entwickelnde Technologie des 3D-Drucks einen starken Einfluss ausüben.

{{{sourceTextContent.description}}}

Einschränkungen der zweidimensionalen Bildgebung und zusätzliche Vorteile des 3D-Drucks

Die derzeitigen konventionellen kardialen Bildgebungsmodalitäten wie Echokardiographie (EKG), Herz-Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT) verwenden in erster Linie zweidimensionale (2D) Methoden, deren Interpretation viel Fachwissen und Erfahrung erfordert. Im Bereich der pädiatrischen oder angeborenen Kardiologie erfordern komplexe strukturelle Herzerkrankungen vor dem Eingriff eine präzise anatomische Abgrenzung. Betrachten Sie ein Herz, das nicht größer ist als eine Walnuss mit mehreren Ebenen abnormaler Verbindungen. Mit Hilfe von Standardmethoden der Visualisierung, sei es durch Echo, CT oder MRT, "rekonstruiert" der Dolmetscher im Wesentlichen ein dreidimensionales (3D-)Bild aus mehreren Schnitten oder streicht durch dieses komplexe Herz. Im Großen und Ganzen funktioniert diese Methode gut für das strukturell normale Herz oder für "einfache" Läsionen (1); die Herausforderungen bei der Interpretation und das Fehlerpotential sind jedoch bei Herzläsionen mittlerer oder großer Komplexität noch größer (1). Dreidimensionale Visualisierungsmethoden wie z.B. 3D-Echo, Volumen- oder Oberflächen-Rendering geben die zusätzliche Wahrnehmung von Tiefe, sind aber grundsätzlich durch 2D-Displays, auf denen sie betrachtet werden, begrenzt. Daher sind komplexe, dreidimensionale räumliche Beziehungen, wie z.B. die Wege zwischen den atrio-ventrikulären (AV) Einströmen, ventrikulären Septumdefekten (VSD) und kardialen Ausströmen, auf die Visualisierung in 2D-Ebenen beschränkt, die zur genauen Interpretation erhebliches Fachwissen und Erfahrung erfordern. Ähnliche Einschränkungen bestehen in Fällen abnormaler extrakardialer Gefäße, bei denen die genauen Beziehungen zwischen vaskulären (Arterie, Vene usw.) und nicht-vaskulären Strukturen (Atemwege, Speiseröhre usw.) wichtig zu wissen, aber bei komplexen Anomalien schwierig zu interpretieren sind.

In der gegenwärtigen Ära der multidisziplinären Versorgung sind diese Einschränkungen der 2D-Bildgebung besonders relevant. Nehmen wir einen Patienten mit komplexen kardiovaskulären Defekten, der in einem modernen medizinischen Zentrum behandelt wird. In diesem Umfeld besteht das Pflegeteam für einen solchen Patienten in der Regel aus mehreren Subspezialisten, von denen jeder sein eigenes Fachwissen und seine eigenen Erfahrungen einbringt. Innerhalb dieses Teams variiert das Verständnis für komplexe strukturelle Herzerkrankungen, entweder aufgrund des Erfahrungsniveaus (z.B. Auszubildender versus erfahrener Lehrkörper) oder des Hintergrunds (z.B. Bildgeber vs. Chirurg vs. Intensivmediziner). Während das multidisziplinäre Team für eine umfassende Versorgung der Patienten von entscheidender Bedeutung ist, machen unterschiedliche Hintergründe die genaue Kommunikation einer komplexen Diagnose zu einer Herausforderung, und es besteht die Gefahr von Fehlkommunikation und nachfolgenden medizinischen Fehlern.

In den letzten Jahren hat sich der 3D-Druck als eine bahnbrechende Technologie für die Behandlung herausgestellt, die gegenüber dem Status quo mehrere Verbesserungen bietet, darunter (2-5):

- Verbesserte Ergebnisse in der Patientenversorgung

- Lehrlingsausbildung und technische Fähigkeiten

- Beratung von Patienten und Pflegepersonal

Verbesserte prächirurgische Planung und Ergebnisse der Patientenversorgung

Der 3D-Druck erzeugt eine Replik der Anatomie des Patienten. Bei Patienten mit komplexer angeborener Herzerkrankung (KHK) ermöglicht dies ein genaues Verständnis der Anatomie des Patienten und der daraus resultierenden Physiologie. Der 3D-Druck bei KHK wurde in den letzten Jahren als Ergänzung zu herkömmlichen bildgebenden Verfahren für die Operationsplanung eingesetzt (6,7). Diese Technologie löst einige der im vorigen Abschnitt besprochenen Herausforderungen der 2D-Bildgebung, indem sie fundiertere Entscheidungen und eine präzise präoperative Planung ermöglicht. Die Modelle tragen dazu bei, etwas von dem Geheimnis komplexer anatomischer Fehlbildungen zu lüften, indem sie es den Ärzten ermöglichen, die Replik zu halten, zu inspizieren und zu manipulieren, und sie erleichtern eingehende Diskussionen innerhalb der Mitglieder des multidisziplinären Teams (8,9). Darüber hinaus ermöglichen die Modelle bessere Diskussionen mit dem Patienten und dem Pflegepersonal über die Diagnose und die therapeutischen Optionen, wie im nächsten Abschnitt erörtert.

Für die chirurgische Planung ermöglichen 3D-Modelle eine detaillierte Planung auf der Grundlage eines physischen Modells, das gehalten, im realen 3D-Raum manipuliert und zur Planung verschiedener Aspekte der Operation, einschließlich des chirurgischen Zugangs, der Inzision, der Kanülentechnik usw., untersucht werden kann.

Darüber hinaus erleichtern 3D-Modelle das Durchdenken alternativer Pläne (Plan A, Plan B usw.) und "Ausstiegsstrategien", falls/wenn intraoperative Komplikationen auftreten. Diese Art der präzisen präoperativen Planung kann zu kürzeren Operationszeiten und weniger operativen Komplikationen führen. Kürzere kardiopulmonale Bypasszeiten, Kreislaufstillstandszeiten und weniger Restläsionen, die eine erneute Intervention erfordern, sind erwünschte Ergebnisse einer präzisen präoperativen Planung anhand von 3D-Druckmodellen. Diese Verbesserungen im Operationssaal können zu einer schnelleren Genesung und einem kürzeren postoperativen Krankenhausaufenthalt führen. Der kardiale 3D-Druck ist ein im Entstehen begriffenes Feld, und derzeit gibt es nur wenige Daten, die diese vorteilhaften Ergebnisse belegen. Die Nutzung dieser Technologie nimmt jedoch zu, und mit der Zeit können die potenziellen Vorteile des 3D-Drucks in wissenschaftlichen Studien nachgewiesen werden. Solange uns noch keine Daten aus großen Ergebnisstudien vorliegen, werden die intuitive Natur des 3D-Drucks und die klinische Nachfrage von Chirurgen und Interventionisten diese Praxis bei führenden Herzprogrammen beflügeln. Wie ein Herz-Thorax-Chirurg beschrieb: "Ein gedrucktes 3D-Modell zu haben, ist wie eine dunkle Straße mit eingeschaltetem Licht entlangzugehen"

Idealfälle für den kardiovaskulären 3D-Druck

Der kardiovaskuläre 3D-Druck hat weitreichende Anwendungen, und die klinische Nutzung hängt im Wesentlichen von den Bedürfnissen der medizinischen und chirurgischen Teams ab. Wie bereits erwähnt, kann bei komplexen strukturellen Herzerkrankungen die fortschrittliche 3D-Visualisierung intrakardialer Strukturen die chirurgische Planung erheblich verbessern. Beispiele hierfür sind Patienten mit Ausflussanomalien, wie z.B. dem Doppelauslass der rechten Herzkammer (DORV). In diesen Fällen kann eine komplexe intrakardiale Schallwand oder ein arterieller Schalter erforderlich sein, um eine zweiventrikuläre Reparatur erfolgreich durchzuführen.

Zu den extrakardialen Fällen, die vom 3D-Druck profitieren, gehören Patienten mit komplexen vaskulären Läsionen. Ein Beispiel ist die Entität der Lungenatresie und multiple aorto-pulmonale Kollateralen. Bei diesen Patienten kann die präzise Visualisierung dieser anormalen Gefäße und ihrer Beziehung zu den umgebenden Strukturen (Atemwege, Venen usw.) den Chirurgen bei der Planung einer Unifokussierungsoperation unterstützen, um Komplikationen und Blutverlust zu minimieren.

Erwachsene Patienten mit einer angeborenen Herzerkrankung (ACHD), die operiert werden müssen, können von den gleichen Vorteilen einer präzisen Planung profitieren, wie sie zuvor diskutiert wurden. Darüber hinaus können Chirurgen bei dieser Patientenpopulation, die möglicherweise bereits mehrfach am Herzen operiert worden sind, mit Hilfe des 3D-Drucks die mit dem sternalen Wiedereintritt verbundenen Risiken minimieren, indem sie das Ausmass der Dissektions- und Kanülierungstechniken genau planen können. Schließlich liefert der 3D-Druck bei ACHD-Patienten hochpräzise anatomische Diagnosen, ein klarer Vorteil gegenüber der Standard-Echokardiographie, da sich die akustischen Fenster mit der Zeit verschlechtern.

Lehren aus dem 3D-Druck an unserer Institution

Die 3D-Modellierung kann ein zeit- und arbeitsintensiver Prozess sein, daher ist eine geeignete Fallauswahl entscheidend.

Die Besprechung der klinischen Prioritäten für das 3D-Modell mit dem überweisenden Anbieter ist von entscheidender Bedeutung. Zum Beispiel die Abgrenzung der intrakardialen Anatomie und des Potenzials für eine Zweikammerreparatur bei einem Patienten mit doppeltem Austritt aus der rechten Herzkammer.

Die Qualitätskontrolle ist von höchster Wichtigkeit. Daher ist die aktive Beteiligung eines Arztes mit Fachkenntnissen in der kardialen Bildgebung während der wichtigsten Schritte der 3D-Modellierung (Segmentierung, Design, Druck usw.) unerlässlich.

Eine enge Kommunikation mit dem 3D-Ingenieur, d.h. der Person, die die Segmentierung, das Design usw. durchführt, ist von entscheidender Bedeutung.

Es gibt viele verschiedene Optionen für 3D-Modelle: starr, mehrfarbig, einfarbig, halbstarr usw. Die Art des verwendeten 3D-Modells wird durch die Bedürfnisse des klinischen Teams bestimmt. Für Teams, die sich um komplexe Patienten kümmern, bietet ein Drucker, der hochauflösende Drucke in einer Vielzahl von Farben und Materialdichte erstellen kann, im Idealfall die größte Flexibilität für den 3D-Druck.

Aus praktischer Sicht ist die Anschaffung eines hochwertigen 3D-Druckers und der Software, die für den 3D-Druck in medizinischer Qualität benötigt wird, ein kostspieliges Unterfangen. Die Zusammenlegung von Subspezialitäten, die den 3D-Druck in der gesamten Einrichtung nutzen, kann eine Kostenteilung ermöglichen, um den Start eines 3D-Druckprogramms zu ermöglichen. In akademischen Zentren, die der Universität angegliedert sind, kann eine Partnerschaft mit den Ingenieurswissenschaften oder den biomedizinischen Wissenschaften auch die Möglichkeit bieten, ein 3D-Druckprogramm zu starten oder auszubauen.

Der 3D-Druck ist eine wachsende und unverzichtbare Technologie in einem modernen medizinischen Programm, das darauf abzielt, die besten klinischen Ergebnisse zu erzielen, Auszubildende auf dem neuesten Stand der Technik auszubilden und Patienten und ihren Familien eine Versorgung auf höchstem Niveau zu bieten. Gegenwärtig ist diese fortschrittliche Fähigkeit ein "Hauptunterscheidungsmerkmal", das ein medizinisches Programm auszeichnet. Mit der breiteren Einführung des 3D-Drucks in der medizinischen Praxis könnten Krankenhäuser jedoch in naher Zukunft das Fehlen eines 3D-Programms als Mangel empfinden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es ungenau sein könnte, den 3D-Druck zum jetzigen Zeitpunkt als "Welle der Zukunft" zu betrachten. Die Technologie ist für präzise Anwendungen in der komplexen medizinischen Versorgung gereift, so dass der 3D-Druck bereits angekommen ist und sich wahrscheinlich zu einem Grundbestandteil der modernen Medizin entwickeln wird.