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· Review-Artikel · 7 Min. · Von Philipp Henkel

Besseres Simulationstraining in der Neurochirurgie durch 3D-Druck ?

Neurochirurgie 3D-Druck

Neurochirurgie – ein komplexes und ressourcenintensives Fachgebiet

Die Neurochirurgie ist ein sich aus der Chirurgie ableitendes, eigenständiges Fachgebiet und gehört zu den komplexesten und herausforderndsten. Im Rahmen chirurgischer Eingriffe werden Schädigungen des zentralen und peripheren Nervensystems behandelt. Voraussetzung für eine erfolgreiche Behandlung des Patienten sind ein hohes Maß an technischem Fachwissen, Konzentration und Urteilsvermögen. Aus diesem Grund gehört die Facharztausbildung mit 7 Jahren zu den längsten in der Medizin. Während dieser Zeit sind die Assistenzärzte meistens bei den Versorgungseinrichtungen angestellt (1, 2). Neurochirurgische stationäre Behandlungen liegen mit Kosten von circa 25.000 US-Dollar fast 50 Prozent über den durchschnittlichen, chirurgischen stationären Behandlungen. Des Weiteren sind Fehler bei einem neurochirurgischen Eingriff für den Patienten häufig mit irreparablen Schäden verbunden. Deshalb ist ein optimales Training sowohl aus Patientenperspektive als auch aus Perspektive der stationären Versorgungseinrichtungen notwendig (3, 4). Die herkömmlichen Übungsmodelle sind Video-Vorführungen, Leichen oder Tiere (5). Allerdings sind in den letzten Jahren auch innovative Modelle zu Trainingszwecken, wie beispielsweise die Nachbildung eines Gehirns durch einen 3D-Druckmit der Einbindung von Spezialeffekten, entwickelt worden (5, 6). Daher soll die Frage beantwortet werden, ob Simulationsmodelle mit 3D-Druck eine Alternative zu den herkömmlichen Übungsmodellen in der Neurochirurgie darstellen.

3D-Druck in Verbindung mit Spezialeffekten

Auch in der Medizin setzt sich der 3D-Druck in Form von Zahnkronen, Hörgeräten oder chirurgischen Instrumenten vermehrt durch. Allein für 2021 wird ein Umsatz im medizinischen Bereich von circa 20 Milliarden US-Dollar erwartet (7, 8). Dabei stellt der 3D-Druck eine additive Fertigungsmethode dar, bei der durch computergestützte Entwürfe dreidimensionale Strukturen in mehreren Schritten konstruiert werden. Durch die Möglichkeit des Herstellens komplexer Strukturen und komplizierter Entwürfe auf Basis diverser Materialen, beispielsweise Gummi oder Kunststoff, besteht die Möglichkeit sowohl funktionsfähige Bauteile als auch Endprodukte zu produzieren. Häufig werden die 3D-Modelle in verschiedenen Segmenten gedruckt und im Anschluss zusammengesetzt (8, 9). In Verbindung mit Spezialeffektmaterialien bietet sich die Möglichkeit realistische Simulationsmodelle, wie zum Beispiel einen menschlichen Kopf für die endoskopische Drittventrikulostomie, nachzubilden. Dabei ermöglichen die Spezialeffekte lebensechte Gewebeeigenschaften darzustellen und das Gefühl und Aussehen der organischen Haut zu replizieren. Auch die für eine realistische Simulation notwendige Pulsation und der Liquor Fluss können auf diese Weise simuliert werden. Zusätzlich erhält der Anwender durch ein Endoskop mit Kamera schon während des Eingriffs ein Echtzeitfeedback, um auf Fehler reagieren zu können (5, 6).

**Kopf aus dem 3D-Drucker**

Menschlicher Kopf aus dem 3D-Drucker (6)

Kosteneinsparungspotenziale durch intensiveres Training

Der 3D-Druck in Verbindung mit Spezialeffektmaterialien hat die Vorteile der Wiederverwendbarkeit und unbegrenzten Stückzahl. Dies ist im Vergleich zu menschlichen Leichen oder Tierversuchen vorteilhaft. Zusätzlich bieten sich aufgrund der einfacheren Beschaffung, Lagerung und Portabilität Möglichkeiten für ein intensiveres Training. Dies könnte eine geringere Fehlerquote und höhere Effizienz bei den Eingriffen ermöglichen (5, 6). Assistenzärzte benötigen je nach Operation circa fünf bis fünfzehn Prozent länger als Fachärzte für einen identischen Eingriff. Bei Berücksichtigung der Operationskosten von über 15 Euro pro Minute könnten sich daher, durch eine höhere Effizienz bei den Eingriffen, Kosteneinsparungspotenziale für die stationären Versorgungseinrichtungen ergeben (10-12). Auch könnte die Attraktivität für ärztliche Nachwuchskräfte durch die verbesserten Trainingsbedingungen gesteigert werden (4-6). Gegenüber Virtual Reality Übungssimulationen bietet sich der Vorteil eines besseren haptischen Feedbacks für den Anwender und die Verwendung von realistischeren, chirurgischen Instrumenten zur Entwicklung der Hand-Augen-Koordination und Kameraführung (4-6).

Eine breite Evaluation der Effektivität dieser Modelle beim Erlernen der chirurgischen Fähigkeiten steht noch aus und stellt eine der wesentlichen, zukünftigen Herausforderungen dar. Daher sind die Auswirkungen auf die Häufigkeit von Komplikationen bislang nicht erforscht. Auch wurden die 3D-Modelle mit Spezialeffektmaterialien bisher ausschließlich für spezielle Eingriffe, wie beispielsweise endoskopische Drittventrikulostomie, entwickelt. Zusätzlich können 3D-Modelle die menschliche Anatomie aufgrund der Einzigartigkeit des Individuums nur eingeschränkt abbilden und besitzen daher ausschließlich das Potenzial als Komplement zum operativen Training eingesetzt zu werden (4-6).

Gewährleisten einer evidenzbasierten Ausbildung

Der 3D-Druck in Verbindung mit Spezialeffekten bietet die Möglichkeit einer Nachbildung des Gewebes zur Simulation von neurochirurgischen Eingriffen. Bisher entwickelte Testmodelle sind jedoch ausschließlich für spezielle Indikationen einsatzfähig. Sobald Evidenz hinsichtlich einer Effektivität der Simulationsmodelle besteht, sollten diese implementiert werden, um eine optimierte Ausbildung zu gewährleisten. Bei einer breiten Anwendung bieten sich nicht nur Vorteile in der Ausbildung, sondern auch Chancen in der Entwicklung neuer Operationsverfahren. Die 3D-Modelle könnten beispielsweise genutzt werden, um neue Operationsverfahren zu erproben oder neue Operationsinstrumente zu testen.

Quellen

  1. Rehder R, Abd-El-Barr M, Hooten K, Weinstock P, Madsen JR, Cohen AR. The role of simulation in neurosurgery. Child’s Nervous System. 2015;32(1):43-54 zum Original
  1. Ärztekammer. Gebiet Neurochirugie 2018 zum Original
  1. Yoon JS, Tang OY, Lawton MT. Volume-Cost Relationship in Neurosurgery: Analysis of 12,129,029 Admissions from the National Inpatient Sample. World Neurosurg. 2019;129:e791-e802 zum Original
  1. Oliveira LM, Figueiredo EG. Simulation Training Methods in Neurological Surgery. Asian J Neurosurg. 2019;14(2):364-70 zum Original
  1. Breimer GE, Bodani V, Looi T, Drake JM. Design and evaluation of a new synthetic brain simulator for endoscopic third ventriculostomy. J Neurosurg Pediatr. 2015;15(1):82-8 zum Original
  1. Weinstock P, Rehder R, Prabhu SP, Forbes PW, Roussin CJ, Cohen AR. Creation of a novel simulator for minimally invasive neurosurgery: fusion of 3D printing and special effects. J Neurosurg Pediatr. 2017;20(1):1-9. zum Original
  1. Deloitte. The future of Health Care 2017
  1. Pucci JU, Christophe BR, Sisti JA, Connolly ES, Jr. Three-dimensional printing: technologies, applications, and limitations in neurosurgery. Biotechnol Adv. 2017;35(5):521-9. zum Original
  1. Mironov V, Boland, T., Trusk, T., Forgacs, G., Markwald, R.R. Organ Printing: Computer-aided Jet-based 3D Tissue Engineering. Trends in Biotechnology. 2003;21(4):157-61. zum Original00033-7)
  1. Zenk K., Bader R., R. L. Einfluss der Erfahrung des Operateurs auf die Operationsdauer bei endoprothetischen Eingriffen. OUP. 2012;1(5):198-201. zum Original
  1. Heil A, Schwandt M, Schöffski O. Um einen Fachärztemangel zu vermeiden, muss sich die ärztliche Weiterbildung lohnen. Bayrisches Ärzteblatt. 2009;6/2009:290-1. zum Original
  1. Schulze C, Inan CK, Hacke C, Kaltenborn A, Gutcke A. [Time in the OR, Outcome and Surgeons‘ Experience – The Use of Patient Matched Instruments in Arthroplasty of the Knee]. Z Orthop Unfall. 2017;155(4):441-9. zum Original

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