Beth Ripley rende door de gang naar de cardioloog met een fris hart in haar handen.
Hij liet het aan hem zien, pakte het aan en begon het om te draaien, te inspecteren en te onderzoeken. De cardioloog erkende onmiddellijk dat maanden van planning moest worden weggegooid. Terug naar de tekentafel.
Het hart in kwestie was een full-size 3D-model van de werkelijke ticker van de patiënt, heet van de persen in Brigham en Women's Hospital in Boston, Massachusetts. Ripley, een radioloog, samen met de aanwezige radioloog Mike Steigner, had het model voor het cardiologieteam gemaakt nadat digitale modellen niet effectief bleken voor het visualiseren van de chirurgische aanpak. Toen de cardioloog eenmaal een model in handen kreeg op basis van de gegevens van de CT-scans, was het probleem duidelijk.
Alleen al door naar het model te kijken, realiseerde hij zich dat de aanpak van de procedure waarschijnlijk zou moeten veranderen van een minimaal invasieve katheterisatie naar een volledig open hartoperatie. In feite had zijn team een mogelijke complicatie ontweken die zonder het fysieke model niet te voorzien was.
Ripley en Tatiana Kelil, een andere radioloog van Brigham en Women's, maken deel uit van een nieuwe inspanning genaamd 3D Print For Health, die pas vijf maanden geleden is gestart. Het is een liefdeswerk, uitgevoerd in hun vrije tijd in een poging om discussies binnen de biomedische 3D-printgemeenschap te stimuleren. Ze werken ook samen met meerdere chirurgen en radiologen in Brigham en het Women's Hospital en bestuderen hoe gedetailleerde 3D-modellen van de echte anatomieën van patiënten kunnen helpen bij het verminderen van complicaties van chirurgie en behandeling, en ook het vermogen van patiënten verbeteren om hun eigen beste voorstanders te zijn.
"We wilden een plek bouwen voor patiënten en onderzoekers om ideeën te delen over hoe we 3D-printen het beste kunnen gebruiken in de geneeskunde, " zegt Ripley. "In de handen van de juiste mensen kan het een uiterst krachtig hulpmiddel zijn."
3D-scan van een hart (3D Print For Health) 
3D-scan van een beroerte in de hersenen (3D Print For Health) 
3D-scan van een nier (3D Print For Health) Het team wordt gemotiveerd door hun patiënten en de wens om een echt verschil voor hen te maken. Soms betekent dat dat de patiënt zijn ziekte of pathologie beter moet begrijpen; soms helpt het een chirurg om een strak gechoreografeerde play-by-play te ontwikkelen voor een komende procedure.
"We vroegen chirurgen wat hen 's nachts wakker hield, " zegt Kelil. “Hadden ze hulp nodig bij het visualiseren van de anatomie van een patiënt of bij het communiceren van een procedure aan een patiënt? We willen een model niet afdrukken alleen omdat het kan worden afgedrukt - het moet nut hebben. "
Brigham and Women's is niet de eerste medische instelling die op deze manier 3D-printen gebruikt. Medische toeleveringsbedrijven gebruiken 3D-geprinte anatomische modellen om betere prototypes van apparaten te ontwerpen, waaronder hartkleppen en protheses; de National Institutes of Health onderhoudt een printuitwisseling waar modellen vrij te downloaden zijn. Wat de inspanningen van het Brigham- en Vrouwenziekenhuis anders maakt, is dat ze studies ontwerpen en uitvoeren over hoe geprinte modellen voor de procedure een verschil maken bij het verminderen van operatietijd en complicaties.
Het team concentreert zich op twee procedures in samenwerking met andere artsen in Brigham en het Women's Hospital - een minimaal invasieve aortaklepvervanging en een robotondersteunde niertumorresectie waarbij elke seconde telt nadat de bloedvaten zijn vastgeklemd. Met een 3D-model van de aorta van een patiënt voorafgaand aan de operatie kunnen artsen een klep kiezen die precies past; voor een nier geeft het model chirurgen een betere visualisatie van de tumorlocatie, waardoor weefselschade door verminderde bloedtoevoer naar het orgaan tijdens chirurgie wordt geminimaliseerd.
"Met minimaal invasieve klepvervanging, kunnen interventionisten uw borst niet openen en de klep fysiek meten om te controleren of deze past, " zegt Ripley. "Momenteel is de enige manier om dat te meten met een 2D-afbeelding, maar zelfs met de beste afbeeldingen is het niet altijd eenvoudig."
In nauwe samenwerking met James Weaver en Ahmed Hosny, experts in hoge resolutie 3D-printen aan het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van de Harvard University, onderzoekt het team hoe nauwkeurig de digitale gegevens worden omgezet in fysieke modellen en hoe het beste gebruik kan worden gemaakt van bestaande scans om de blootstelling van patiënten aan onnodige extra straling te verminderen.
Tandartsen doen het al jaren. Wanneer je de kroon van een tand verliest, maken ze een vervanger; iets minder dan een perfecte pasvorm kan de omliggende tanden en het onderliggende bot beschadigen. Met 3D-printen ziet het team gepersonaliseerde geneeskunde een grote vlucht nemen.
"We zijn echt geïnteresseerd in het creëren van patiëntspecifieke behandelingen", zegt Hosny. "We willen de meest geschikte oplossing voor u creëren, en idealiter betekent dit dat u metingen uitvoert, deze naar een fabrikant van medische hulpmiddelen stuurt en iets terugkrijgt dat precies past bij elke patiënt."
En de groep denkt dat medische 3D-modellen toepassingen met veel voorkomende aandoeningen hebben, niet alleen voor zeldzame of gecompliceerde procedures.
Beth Ripley (links) en Tatiana Kelil (rechts) leggen het proces van 3D-printen van anatomische modellen uit aan deelnemers aan de National Maker Faire afgelopen weekend in Washington, DC (3D Print For Health) 
(3D-print voor gezondheid) 
(3D-print voor gezondheid) 
(3D-print voor gezondheid) 
(3D-print voor gezondheid) 
(3D-print voor gezondheid) 
(3D-print voor gezondheid) 
Kelil (uiterst links) en Ripley (tweede van links) werden vergezeld door teamgenoten James Weaver (tweede van rechts) en Ahmed Hosny (uiterst rechts), van het Wyss Institute for Biological Inspired Engineering van de Harvard University. (3D-print voor gezondheid) Ze hebben een reeks modellen gemaakt die de effecten van de "Top 10 Killers" laten zien om aan te tonen hoe 3D-afdrukken nuttig zou kunnen zijn voor het benaderen van hart- en vaatziekten, kanker, COPD, trauma, beroerte, Alzheimer, diabetes, longontsteking en griep, nierziekte en zelfmoord . Tijdens de recente National Maker Faire in Washington, DC, liepen bezoekers rond de displaytafel, pakten hersenen en voeten en harten op, terwijl Ripley, Kelil, Hosny en Weaver om beurten uitlegden over het productieproces van modellen en hun potentiële voordelen voor de gezondheidszorg.
Het team hoopt dat hun inspanningen zullen leiden tot patiëntspecifieke behandeling. Als voorbeeld verwijzen ze naar Steven Keating, een onderzoeker bij MIT, bij wie in 2014 een grote hersentumor werd vastgesteld. Keating was actief in samenwerking met Weaver en Hosny om de tumor in 3D te visualiseren, terwijl zijn chirurg, Ennio Chiocca, hen vroeg om een speciaal gestructureerde replica af te drukken.
De 3D-modellen waren ongelooflijk behulpzaam bij het helpen van Keating om de reikwijdte van de tumor beter te begrijpen en boden krachtige visuele hulpmiddelen voor het communiceren van zijn diagnose aan zijn familie, vrienden en collega-wetenschappers. Zijn ervaring heeft ook bijgedragen aan het vergroten van het bewustzijn bij het grote publiek over de educatieve kracht van biomedisch 3D-printen.
Idealiter ziet de groep een patiënt in staat om scangegevens naar een arts te brengen en een model te laten maken van dat orgaan of weefsel - voor elke procedure. Op dit moment dekken de meeste verzekeringsplannen niet de kosten van het produceren van modellen, maar Kelil zegt dat als we de hulpprogramma's voor diagnose, behandeling en kostenreductie blijven bewijzen, dit in de nabije toekomst zou kunnen veranderen. Het hart dat Ripley produceerde kost ongeveer $ 200 aan materialen en arbeid.
Als een patiënt op zijn minst geïnteresseerd is in het verkrijgen van een 3D-geprint model, moet hij meteen om de digitale afbeeldingen vragen, adviseert Ripley. Die afbeeldingen kunnen onderweg van pas komen.
"Patiënten moeten toegang hebben tot hun eigen gegevens, " zegt Kelil. "Het is hun eigen anatomie."
Joseph Madsen, universitair hoofddocent neurochirurgie aan de Harvard Medical School en directeur van het programma voor epilepsiechirurgie in het Boston Children's Hospital, profiteerde onlangs ook van een fysiek model van de hersenen van een patiënt waarop hij zou opereren. Hij was in staat om de operatie droog uit te voeren, wat een ingewikkelde vervolgprocedure was, naar het model.
"We zijn er nog niet helemaal voor routinematig gebruik bij operaties, maar we moeten er elke dag aan blijven werken", zegt Madsen. Hij denkt dat het enige tijd zal duren voordat de praktijk volwassen is.
Madsen heeft een bijzonder begrip van de wereld van 3D-modellering: als middelbare scholier was zijn allereerste laboratoriumadviseur een afgestudeerde student informatica in Utah die experimenteerde met computeranimatie. Destijds, in de vroege jaren '70, was dit een diepgaand nieuw gebruik van rekenkracht, in een tijd waarin computers nog steeds langzame kolossen waren. Bijna twee decennia later richtte Madsen's adviseur, Ed Catmull, Pixar Animation Studios op.
"Ed had de visie van 3D-objecten die kunnen worden gebruikt in entertainment, en het duurde nog steeds 20 jaar tussen dat en de productie van Toy Story ", zegt Madsen. “Wat belangrijk is, is de visie voor hoe de toepassing [van 3D-printen] zal worden gemaakt. Het is wat je ermee doet, hoe je het manipuleert. Ik ben een groot voorstander van de uitbreiding van de technologie, maar het zal heel wat doordachte evaluatie en bruikbaarheid van chirurgen vereisen. "
