Aus der Forschung: 3D Druck in der kardiovaskulären Medizin

Das Herstellen von patientenspezifischen 3-dimensionalen Modellen aus Bilddatensätzen kann helfen die komplexe Anatomie von Herz und Gefässen besser zu verstehen, um eine massgeschneiderte Therapie optimal zu planen.

Anhand der wissenschaftlichen Veröffentlichungen hat das Team um Prof. Christoph Gräni einer Übersichtsarbeit über die verschiedenen Produktionsverfahren, inklusive Bildgebung, Materialien, neue 3D Printing-Technologien und die Validierungsverfahren zusammengefasst (Grafik 1) und erfolgreich im renommierten Journal of the American College of Cardiology Basic to Translational Science Journal veröffentlicht (1). Computertomographie (62%) sowie Magnetresonanztomographie (12%) sind die am häufigsten verwendeten Bildgebende Verfahren um solche 3D Phantome aus Silikon oder anderen Kunststoffmaterialien zu erstellen. Am meisten wurden die 3D Modelle zur Planung einer personalisierten Therapie (51 %) (Grafik 2), zu Schulungszwecken (11 %) und zur Simulation physiologischer oder pathologischer Zustände (9 %), und eher selten zur Patientenaufklärung (1,4%) hergestellt. Die grössten Studien schätzen die erreichte anatomische Genauigkeit der Modelle auf besser als ±1mm ein. In einer zweiten Publikation konnte das Team von Christoph Gräni zeigen, dass zu den Vorteilen für Patienten eine verkürzte Interventionszeit mit dem Potenzial für eine geringere Strahlenbelastung und kürzere Beatmungszeiten gehören (2). Das modernste Druckverfahren, sogenanntes «Voxelprinting» (Grafik 3) erlaubt es, mit exakter räumlicher Genauigkeit und Kontrastauflösung, ein Herz oder Gefäss anhand von nicht-invasiven Bilder mit gleichzeitig verschiedene Materialien zu drucken. Aufgrund der graustufen in der Bildinformation wird präzise und graduell die Materialverteilungen auf kleinsten Elementen (Voxels) mit unterschiedlichen Eigenschaften und Materialdichten gedruckt und ist eine vielversprechende Technologie um komplexen Eingriffe an Herz- und Gefässpatienten zu simulieren. 

1) Illi J, Bernhard B, Nguyen C, Pilgrim T, Praz F, Gloeckler M, Windecker S, Haeberlin A, Gräni C. Translating Imaging Into 3D Printed Cardiovascular Phantoms: A Systematic Review of Applications, Technologies, and Validation. JACC Basic Transl Sci. 2022 Apr 6;7(10):1050-1062.

2) Bernhard B, Illi J, Gloeckler M, Pilgrim T, Praz F, Windecker S, Haeberlin A, Gräni C. Heart Lung Circ . 2022 Sep;31(9):1203-1218. 
 

3D Druck in der kardiovaskulären Medizin

Grafik 1: Die unterschiedlichen Schritte bei der Herstellung von patientenspezifischen 3D Modellen und deren Validierungsschritte (1).

Grafik 2: Ausgewählte patientenspezifische 3D-Modelle von Computertomographie Datensätze zur Planung von Interventionen an den Herzkranzgefässen oder der Aortenklappe (2).

Grafik 3: Anhand der Bildinformation von der nichtinvasiven Computertomographie oder Magnetresonanztomographie werden graduell verschiedene Materialien auf Voxel-Basis gedruckt (1).

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