Höhere Erfolgschancen 07.07.2014, 08:30 Uhr

Chirurgen üben Schädeloperation am 3D-Modell des Patienten

Mit Schädelmodellen aus dem 3D-Drucker können sich Ärzte zukünftig noch besser auf komplizierte Operationen vorbereiten. Damit das Modell den Maßen des Patienten entspricht, muss dieser in einen Computertomographen. Eine Software erstellt dann die Daten für den 3D-Drucker. 

Der Schädel aus dem 3D-Drucker hat die gleiche Form und Größe wie der Schädel des Patienten. Chirurgen können vor der eigentlichen Operation verschiedene Strategien erproben. 

Der Schädel aus dem 3D-Drucker hat die gleiche Form und Größe wie der Schädel des Patienten. Chirurgen können vor der eigentlichen Operation verschiedene Strategien erproben. 

Foto: Universität Bayreuth

Für die gesunde kindliche Entwicklung ist es wichtig, dass die Schädelknochen dem Gehirn jederzeit genügend Platz bieten. Bei etwa einem von 2000 Kindern hierzulande gibt es da aber ein Problem und das hat einen kompliziert klingenden Namen: Kraniosynostose. Darunter versteht man eine vorzeitige Verknöcherung der Schädelnähte, die rechtzeitig operiert werden muss.

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Ein von der Universität Bayreuth koordiniertes Verbundprojekt gibt Ärzten jetzt individuelle dreidimensionale Schädelmodelle an die Hand, die mit Hilfe des Verfahrens Rapid Prototyping in 3D ausgedruckt werden. Anhand dieser mit der Form des Kindskopfs exakt übereinstimmenden Kopie können die Ärzte verschiedene Operationsverfahren testen. Gleichzeitig können sie sich mit den jeweiligen, völlig individuellen Besonderheiten des zu operierenden Schädels vertraut machen.

Aus CT-Daten entsteht am Computer ein 3D-Modell

Es ist ein ziemlich komplexes Hightech-Verfahren, das in Bayreuth jetzt zum Einsatz kommt. Zunächst muss das Kind in den Computertomographen. Dieser ist speziell für den kindlichen Organismus ausgelegt und zeichnet sich durch eine besonders niedrige Strahlenbelastung aus. Die computertomographischen Aufnahmen und die darüber erzeugten CT-Daten werden am Rechner zur Erschaffung eines dreidimensionalen Schädelmodells benutzt.

Fallbeispiel für eine erfolgreiche Operation: Bei einem acht Monate alten Jungen aus Hamburg war die mittlere Schädelnaht vorzeitig verknöchert. Infolgedessen war die Wachstumsrichtung seines Schädels stark deformiert. Die Operation wurde mithilfe eines Schädelmodells präzise vorbereitet.

Fallbeispiel für eine erfolgreiche Operation: Bei einem acht Monate alten Jungen aus Hamburg war die mittlere Schädelnaht vorzeitig verknöchert. Infolgedessen war die Wachstumsrichtung seines Schädels stark deformiert. Die Operation wurde mithilfe eines Schädelmodells präzise vorbereitet.

Quelle: Universität Bayreuth

Damit ist es aber längst nicht getan: Zum Teil fehlt es den CT-Daten an Präzision für einen derart sensiblen operativen Eingriff. Deshalb werden solche nicht gut repräsentierten Knochenregionen in Rücksprache mit dem Arzt um weitere Informationen ergänzt. Dazu fließt patientenbezogenes Wissen der Ärzte in das Modell ein. Das individuelle Krankheitsbild des jeweiligen Kindes wird berücksichtigt, dazu sein Alter und die voraussichtliche Entwicklung seiner kranken Knochen. All das zusammen dient dann als Datengrundlage für das Schädelmodell.

3D-Drucker druckt Modell des Kinderkopfs

Wenn alle Schädeldetails korrekt sind, wird das Modell freigegeben. Dann werden die ermittelten Konstruktionsdaten an ein Steuerungsprogramm für den 3D-Drucker übermittelt. Dieser druckt in ein Pulverbett, das aus einer besonderen Gipsmischung besteht, und erstellt eine exakte Kopie des zu operierenden Kindskopfs. „Wenn das Modell schließlich fertig ist, hat es eine ähnliche Konsistenz und Farbe wie echter Knochen – eine ideale Grundlage, um Operationen daran zu planen und zu üben“, freut sich der Biologe Daniel Seitz, der das Verbundprojekt in Kooperation mit der Friedrich Baur Stiftung auf den Weg gebracht hat. Partner in diesem Verbundprojekt ist Professor Stefan Schuster vom neu gegründeten Friedrich Baur BioMed Center, das mit der Bayreuther Universität einen Kooperationsvertrag geschlossen haben.

Mit im Boot sind auch der renommierte Mund-Kiefer-Gesichtschirurg am Katholischen Kinderkrankenhaus Wilhelmsstift in Hamburg, Dr. Camilo Roldán, und der Neurochirurg Jan Gliemroth, der am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein in Lübeck tätig ist. Roldán erklärt: „Anhand der Modelle konnten wir aufwändige Operationen schneller und sicherer durchführen und teilweise sogar Verbesserungen in der Operationstechnik erarbeiten.“

Mit dem Schädelmodell haben die Chirurgen somit einen Dummy an der Hand, an dem sie zum Beispiel Halterungen und neuartige Osteosynthese-Platten, die bei der Korrektur von Schädelnähten verwendet und nach der Heilung resorbiert werden sollen, zu testen und realitätsnah erproben. Wenn mal etwas schiefgeht, ist das nicht weiter schlimm. Die Schädeldaten befinden sich ja noch im Rechner. Dann kann schnell der 3D-Drucker angeworfen und ein neues Modell des Kindskopfes erstellt werden. 

Unbehandelt entwickeln sich bei Kindern mit Kraniosynostose äußerst ungewöhnliche Schädelformen, beispielsweise ein extrem nach hinten gewölbter, sogenannter Turmschädel. Das kommt heute selbstverständlich kaum mehr vor, weil fast alle Fälle der Kraniosynostose frühzeitig erkannt werden. Dann geht es für das Kind rasch in den Operationssaal. Dort wird der Schädel geöffnet und neu zusammengefügt. Es ist klar, dass eine solche Operation dem chirurgischen Team ein hohes Maß an Präzision und Sorgfalt abverlangt.

Ein Beitrag von:

  • Detlef Stoller

    Detlef Stoller ist Diplom-Photoingenieur. Er ist Fachjournalist für Umweltfragen und schreibt für verschiedene Printmagazine, Online-Medien und TV-Formate.

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