Ärzte erforschen „Sucher“, um Knieersatz zu einem Zehntel des Preises importierter Produkte zu unterstützen

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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 bei Gelenkersatzoperationen mit einer Genauigkeit von bis zu 98 % steuern kann. Die Forschung hat gerade den zweiten Preis bei der von VnExpress organisierten Wissenschaftsinitiative 2023 gewonnen.

Das Gerät unterstützt Chirurgen dabei, Knochenschnitte während der Operation gemäß dem Programmplan durchzuführen. Dadurch wird die Genauigkeit der Platzierung künstlicher Gelenke erhöht und die Wirksamkeit und Sicherheit der Operation für die Patienten optimiert. 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 Navigationsgerät für den Knieersatz. Foto: Giang Huy — BSCK II Pham Trung Hieu erhielt den zweiten Preis für sein Produkt, ein chirurgisches Navigationsgerät für den Knieersatz. Foto: *Giang Huy*

Dr. Hieu erklärte, dass bei Operationen zur Behandlung und Rekonstruktion beschädigter Knochen- und Gelenkstrukturen hochpräzise Navigationshilfen 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 im Körper verkürzen.

Künstliche Gelenke und die dazugehörigen 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 unerfahrenen Chirurgen sogar zu Komplikationen führen.

Die Verwendung anderer Positionierungssysteme, wie Roboter oder Navigationssysteme, 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 im Vergleich zu derzeit verfügbaren Geräten Genauigkeit und Sicherheit bei geringeren Produktionskosten erreicht“, sagte Dr. Hieu.

Personalisiertes chirurgisches Führungsgerät bei der Kniegelenkersatzoperation. Foto: Zentrum für 3D-Technologie in der Medizin, VinUni University — Personalisiertes chirurgisches Führungsgerät bei der Kniegelenkersatzoperation. Foto: *Zentrum für 3D-Technologie in der Medizin, VinUni University*

Das Forschungsteam verbrachte mehr als 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 gescannt und an die korrekten Knochenpositionen jedes Patienten angepasst wurden.

Dank dieses Geräts muss der Chirurg lediglich den zu operierenden Bereich deutlich freilegen und mithilfe von etwa zwei bis drei kleinen 3D-gedruckten Geräten die Position jeder Knochenscheibe genau bestimmen. Zuvor musste der Chirurg etwa 30 mechanische Werkzeuge verwenden, um die Position auf komplexe Weise indirekt über andere Orientierungspunkte an der Extremität 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, präoperative Simulationen mithilfe von chirurgischen Führungsgeräten durchzuführen und junge Ärzte auszubilden, die sich mit Gelenkersatz beschäftigen.

Daher führen die Ärzte bei jedem Fall zwei Operationen durch: Vor der Operation arbeiten sie an einem anatomischen Modell in Kombination mit einer Führungshilfe 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 Schneideform dauert durchschnittlich 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 fast 50 Kniegelenkersatzoperationen, 40 Hüftgelenkersatzoperationen und Hunderte weitere 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 Technology Research Center in Medicine der VinUni University. Foto: NVCC — Eine Gruppe von Ärzten und Ingenieuren des 3D Technology Research Center in Medicine der VinUni University. Foto: *NVCC*

Professor Dr. Tran Trung Dung, Leiter des Zentrums für orthopädische Trauma- und Sportmedizin des Vinmec Healthcare Systems, erklärte gegenüber VnExpress , dass die personalisierte Behandlung in der Medizin ein weltweiter Trend sei. Die Entwicklung chirurgischer Führungsgeräte werde dabei zu einer Optimierung der Operationseffizienz beitragen. Früher konnte ein erfahrener Chirurg bei Operationen eine maximale Genauigkeit von etwa 90 % erreichen, mit chirurgischen Führungsgeräten könne die Genauigkeit jedoch bis zu 98 % erreichen. „Navigationstechnologie ist wie ein Sucher, der zur Verbesserung der Genauigkeit beitragen 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 dabei hilft, „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 Herstellung personalisierter Schnittformen dient auch der Standardisierung und trägt dazu bei, Produkte zu schaffen, die in naher Zukunft in Massenproduktion gehen können und auf die Besonderheiten der Vietnamesen zugeschnitten sind“, sagte er.

Er fügte hinzu, dass die Herstellung chirurgischer Führungsgeräte 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 VinUni 3D Lab seine Produkte in der nächsten Phase für viele weitere chirurgische Anwendungen standardisieren wird, um Ärzten zu helfen, die Effizienz chirurgischer Eingriffe zu verbessern und gleichzeitig mehr Patienten im Land von den Vorteilen der fortschrittlichen Wissenschaft und Technologie weltweit zu profitieren.

Dr. Hieu teilte nach der Preisverleihung seine Freude mit 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 geäußert, um das Produkt weiter zu verbessern. „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 angemesseneren 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.