Das von einer Gruppe von Ärzten und Ingenieuren der VinUni-Universität entwickelte Gerät ist wie ein Teleskop, das beim Kniegelenkersatz zu präzisen Ergebnissen verhilft und im Vergleich zu ähnlichen Produkten auf der Welt nur ein Zehntel kostet.
Dr. Pham Trung Hieu und seine Kollegen der VinUni 3D Lab Group, dem Zentrum für 3D-Technologieforschung in der Medizin der VinUni University, haben erfolgreich ein personalisiertes chirurgisches Navigationsgerät (PSI) entwickelt, das die Position von Gelenkersatzoperationen mit einer Genauigkeit von bis zu 98 % bestimmen kann. Die Forschung wurde kürzlich mit dem zweiten Preis der von VnExpress organisierten Wissenschaftsinitiative 2023 ausgezeichnet.
Das Gerät unterstützt Chirurgen bei der Durchführung von Knochenschnitten während der Operation gemäß dem Programmplan und trägt so dazu bei, die Präzision der künstlichen Gelenkeinsetzung zu erhöhen und so die Wirksamkeit und Sicherheit der Operation für die Patienten zu optimieren. In Vietnam wurde die Anwendung von PSI in der Gelenkersatzchirurgie bisher nicht erforscht.
BSCK II Pham Trung Hieu erhielt den zweiten Preis für sein Produkt, ein chirurgisches Führungsgerät für Kniegelenkersatz. Foto: Giang Huy
Dr. Hieu erklärte, dass bei Operationen zur Behandlung und Rekonstruktion beschädigter Knochen- und Gelenkstrukturen hochpräzise Führungshilfen erforderlich seien, da das Knochen- und Gelenksystem ein komplexes dynamisches Gleichgewichtssystem im dreidimensionalen Raum darstelle. Wird das künstliche Gelenk in einer falschen optimalen Position platziert, kann dies zu Veränderungen der Bewegungsachse des Körpers führen, die die postoperative Beweglichkeit beeinträchtigen, anhaltende Schmerzen verursachen oder die Lebensdauer des künstlichen Gelenks verkürzen.
Künstliche Gelenke und zugehörige Führungsvorrichtungen werden derzeit importiert und an den europäischen und amerikanischen Körper angepasst. Die Diskrepanz zwischen der vietnamesischen Knochenstruktur und diesen Instrumenten kann die präzise Platzierung der Implantate beeinträchtigen, die Wirksamkeit der Behandlung verringern und bei unerfahrenem Chirurgen sogar zu Komplikationen führen.
Die Verwendung anderer Positionierungssysteme wie Roboter oder Navigation ist oft zu kompliziert, verlängert die Operationszeit und erfordert extrem hohe Investitionskosten, was für die Bedingungen der Mehrheit der Bevölkerung in Vietnam nicht wirklich geeignet ist.
„Das Team entwickelte die Idee eines personalisierten chirurgischen Führungsgeräts, das mit biokompatiblen 3D-Materialien gedruckt wird und sicher mit dem Gewebe des Patienten in Kontakt kommen kann. Dabei wird Genauigkeit und Sicherheit im Vergleich zu derzeit verfügbaren Geräten bei geringeren Produktionskosten erreicht“, sagte Dr. Hieu.
Personalisiertes chirurgisches Führungsgerät bei Kniegelenkersatzoperationen. Foto: Zentrum für 3D-Technologie in der Medizin, VinUni University
Das Forschungsteam verbrachte über ein Jahr damit, die optimalen Designs zu berechnen und Hunderte von Prototypen zu testen, bevor es das endgültige PSI-Produkt entwickelte. Diese Designs wurden auf Grundlage von Knochenstrukturdaten erstellt, die aus CT- oder MRT-Scans gewonnen wurden, und so geformt, dass sie genau auf die Knochenpositionen jedes Patienten passten.
Dank dieses Geräts muss der Chirurg lediglich den zu operierenden Bereich freilegen und mithilfe von etwa zwei bis drei kleinen 3D-gedruckten Geräten die Position jeder Knochenscheibe präzise bestimmen. Zuvor musste der Chirurg etwa 30 mechanische Werkzeuge verwenden, um die Position auf komplexe Weise indirekt über andere Orientierungspunkte am Körperteil zu bestimmen.
Darüber hinaus nutzte das Team in dieser Studie 3D-Drucktechnologie, um Modelle der Kniegelenke der Patienten zu drucken. Die gedruckten anatomischen Modelle helfen Chirurgen bei der Verwendung von chirurgischen Führungsgeräten für präoperative Simulationen und dienen der Ausbildung junger Ärzte, die sich mit Gelenkersatz beschäftigen.
Daher führen die Ärzte bei jedem Fall zwei Operationen durch: Vor der Operation führen sie die Operation an einem anatomischen Modell in Kombination mit einer Führungshilfe durch und führen anschließend die eigentliche Operation am Patienten mit der dafür vorgesehenen PSI-Schneideschale durch.
Der gesamte Prozess vom Informationseingang bis zur Fertigstellung der fertigen Schnittform dauert im Durchschnitt nur 3 Tage (frühestens 2 Tage) und die Kosten betragen nur 1/10 im Vergleich zu ähnlichen Produkten auf der Welt.
Das Team hat im Vinmec- Gesundheitssystem mithilfe der 3D-Drucktechnologie für personalisierte chirurgische Führungsinstrumente fast 50 Kniegelenkersatzoperationen, 40 Hüftgelenkersatzoperationen und Hunderte weiterer Gelenkersatzoperationen und Knochenausrichtungen erfolgreich durchgeführt. Diese Technologie wird auch zur Herstellung von Nasenabdrücken für Kinder mit Gaumenspalten, anatomischen Modellen zur Personalisierung interventioneller Stents bei komplexen Herz-Kreislauf-Erkrankungen und 3D-Titan-Patch-Abdrücken für Schädelknochendefekte eingesetzt.
Eine Gruppe von Ärzten und Ingenieuren des 3D-Technologie-Forschungszentrums für Medizin der VinUni University. Foto: NVCC
Professor Dr. Tran Trung Dung, Direktor des Zentrums für Orthopädie und Sportmedizin des Vinmec Healthcare Systems, erklärte gegenüber VnExpress, dass personalisierte Behandlungen in der Medizin ein weltweiter Trend seien. Die Entwicklung chirurgischer Führungssysteme trage dazu bei, die Effizienz chirurgischer Eingriffe zu optimieren. Früher konnte ein erfahrener Chirurg die gewünschte maximale Genauigkeit bei Operationen von etwa 90 % erreichen, mit chirurgischen Führungssystemen hingegen könne die Genauigkeit bis zu 98 % erreichen. „Navigationstechnologie ist wie ein Sucher, der die Genauigkeit verbessern und so die Erfolgsquote von Operationen steigern kann“, so Professor Dung.
Professor Dung schätzte die Lösung von Dr. Hieus Team und dem VinUni 3D Lab sehr, da die neue Technologie es ermöglicht, „Zeichnungen“ mit Parametern zu erstellen, die den natürlichen anatomischen Parametern des Patienten entsprechen und für jeden Patienten präzise sind. Dadurch verkürzt sich die Operationszeit. „Die 3D-Drucktechnologie zur Erstellung personalisierter Schnittformen dient auch der Standardisierung und trägt dazu bei, Produkte zu schaffen, die in naher Zukunft in Massenproduktion gehen können und den Besonderheiten der Vietnamesen entsprechen“, sagte er.
Er fügte hinzu, dass die Herstellung chirurgischer Führungsinstrumente in Kliniken weltweit derzeit etwa drei bis sechs Wochen dauert und rund 3.000 US-Dollar kostet. Mit der neuen 3D-Drucktechnologie verkürzt sich die Zeit jedoch auf nur etwa zwei Tage, und die Kosten betragen nur wenige Millionen VND. Professor Dung hofft, dass das VinUni 3D Lab seine Produkte in der nächsten Phase für viele weitere chirurgische Anwendungen standardisieren wird, um Ärzten zu helfen, die chirurgische Effizienz zu verbessern und gleichzeitig mehr Patienten im Land von der fortschrittlichen Wissenschaft und Technologie weltweit profitieren zu lassen.
Dr. Hieu zeigte sich nach der Preisverleihung erfreut und sagte, dies sei eine Plattform für das Team gewesen, um sich auszutauschen, voneinander zu lernen und Produkte vorzustellen. Gleichzeitig hätten die hochqualifizierten Juroren ihre Meinung zur weiteren Produktverbesserung geäußert. „Ich hoffe, dass das Produkt vielen Anwendern zugänglich gemacht wird, insbesondere Patienten, die sich einer Gelenkersatzoperation oder einem orthopädischen Trauma unterziehen müssen. Es wird ein deutlich verbessertes Produkt zu einem günstigeren Preis geben“, sagte er.
In seinem zweiten Jahr möchte der Science Initiative Contest 2023 von VnExpress einen Spielplatz für alle schaffen, die sich für Wissenschaft und Technologie begeistern. Er richtet sich an professionelle und nicht-professionelle Wissenschaftler unter 40 Jahren und soll sie auf die Suche nach Initiativen, Lösungen und Kontakten bringen, um die Anwendung von Fortschritten in Wissenschaft und Technologie zu beschleunigen.
Nhu Quynh
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