Ekspertsykehuset

3D printing som hjelpemiddel innen kirurgi

3D printing av pasientspesifikke modeller for planlegging og hjelpemiddel under operasjon bidrar til økt kirurgisk presisjon og mindre blodtap for pasientene. I tillegg minskes tidsbruk og strålebelastning for pasienter og ansatte under operasjon. Metoden er i dag i bruk ved flere avdelinger på OUS.

Bilde av 3 D modeller
Illustrasjon: Bildet til venstre er en hul modell av et hjerte med medfødte hjertefeil som må korrigeres kirurgisk. Den oransje foten er en modell av en barnefot med fibula og tibia. Foto: IVS og Foto- og videotjenesten OUS.

Tekst av Celine Krefting, spesialingeniør, Medisinsk teknologi, Teknologi- og innovasjonsklinikken (TIK), Henrik Brun, overlege ved Barnekardiologisk seksjon, Barne- og ungdomsklinikken (BAR), Oslo universitetssykehus (OUS). Foto: Foto- og videoavdelingen OUS, Karina Rothman, MTA. 

Ortopedisk klinikk og Intervensjonssenteret (IVS) startet tidlig opp med å bestille 3D print eksternt fra utlandet. Takket være midler fra Ortopedisk klinikk, Helse Sør-Øst, Foreningen for hjertesyke barn (FFHB),  frikjøp av Celine fra Medisinsk-teknisk avdeling og prosjektmidler til Carl Joachim Svenn ved IVS, har vi fått mulighet til å etablere denne tjenesten internt.

Dette gjør at vi får bygget opp kompetanse innenfor OUS, og på sikt spare flere millioner kroner hvert år.

Bilde av Celine Krefting

Celine Krefting, spesialingeniør.

Forskjellige 3D printere gir forskjellige sluttresultat

Stefan Huhnstock og jeg, Celine, har inngått ett samarbeid for å kunne 3D printe blant annet ervervede og medfødte deformiteter. Dette er blant de mest utfordrende problemstillingene på Ortopedisk klinikk.

Ved å kjøpe en Ultimaker S5 filamentprinter med midler fra Ortopedisk klinikk, kan vi skrive ut modeller som er opp til 35 cm lange. Dette er lengden på en rørknokkel og en viktig grunn for at vi valgte akkurat denne printeren. 

3D Modellene kan printes ut i ulike plastmaterialer, slik som for eksempel PLA, TPU og polykarbonat, som alle har forskjellige bruksområder. PLA plast er det vi bruker mest, og fungerer fint for modeller. Disse kan vi blant annet skjære og plassere nagler i. På denne måten planlegger vi inngrep på en helt ny måte.

Ved IVS har vi en Formlabs Form 2 laserprinter, en Lisa Pro sinterprinter og en Prusa filamentprinter som kan skrive ut flere farger og kvaliteter i samme print. Hver printer har ulike fordeler og bruksområder som gjør at vi kan tjene både Thoraxkirurgisk-, barnekardiologisk, ansikts- og kjevekirurgisk avdeling. Carl Joachim forteller at 3D printing av ansiktsskjelett har blitt ett viktig verktøy innen avansert kjeve og ansiktskirurgi.  

Bilde av Henrik Brun og  
Overlege Henrik Brun med 3D modell av barnehjerte. Foto: OUS.

Fra medisinske bilder til ferdig modell

Før vi kan prosessere 3D bildene i ulike programvarer, må det tas enten CT- eller MR bilde av pasienten. Ved IVS eksperimenteres det i tillegg med printing fra 3D ultralydbilder av hjerteklaffer. Bildene blir overført som såkalte DICOM filer til ingeniøren sin PC der de segmenteres. At bildene segmenteres betyr at vi markerer de aktuelle områdene som er av interesse.

Hvis vi for eksempel har en pasient med et skadet kne, men CT-bildene er tatt fra hoften og ned til føttene, kan det kun være nødvendig å markere kneet. Alt det andre er unødvendig for akkurat det tilfellet og kan fjernes.

Det er viktig for oss å ha god dialog mellom ingeniører og leger da vi jobber med svært komplekse saker, eller kasus som det heter på fagspråk. Det er ikke alltid så lett å se hva som skal være med, da anatomien til for eksempel ett sykt ben ofte skiller seg veldig fra ett friskt.

Celine Krefting i operasjonssal
Stefan og Celine måler opp 3D printet modell som hjelpemiddel under operasjon. Foto: Foto- og videoavdelingen.

Segmentering av bløte organer som hjerte og lever, stiller i tillegg store krav til bildene. Derfor er det viktig å gjennomgå kasusene med legene for å få best mulig resultat. Ofte må de nøye gjennomgås av en spesialist. Etter at segmenteringsdelen er ferdig, gjøres dette om til en 3D modell som kan printe en såkalt STL fil. Denne filen kan vi, etter litt videre prosessering, legge over på en minnepinne som vi setteri printeren. Så kan 3D printingen begynne.

- Celine og Stefan er alltid på tilbudssiden og tilpasser teknikken etter mitt behov. De er fleksible og leverer 3D-print på kort varsel.

Bartek Maciej Trela, overlege Radiologi UL/AK

3D modell på operasjonsstue

En 3D printet modell gjør det mulig for kirurgen å visualisere de mest komplekse problemstillinger, og kan være et viktig hjelpemiddel for å gjennomføre avanserte rekonstruktive inngrep. Er det for eksempel et barnehjerte med et hull som skal lukkes kan vi printe hele hjertet slik at kirurgen kan se og kjenne hva som er den beste veien fram til dette hullet under operasjon.

I enkelte kasus kan det være interessant å planlegge for eksempel ortopedi digitalt. Da starter vi alltid med å speile frisk side over den syke, for å sammenlikne, korrigere og få ett inntrykk av hvordan resultatet vil bli etter operasjon. Deretter kan vi designe pasientspesifikke kutte- eller borreguider, eller for eksempel kiler. Dette er fortsatt i en utprøvingsfase, men vi har allerede utført ett kasus der også disse guidene har vært med inn på operasjonsstuen. 

- På Ortopedisk Klinikk på OUS behandles komplekse feilstillinger. Muligheten til å lage 3D-printede modeller gir oss en enda bedre mulighet til å forstå feilstillingen som skal korrigeres. Det gir økt forståelse og er nyttig i den preoperative planleggingen.

Kaare Midtgaard, overlege Ortopedisk Klinikk Ullevål

Som ett eksempel på ett ortopedisk kasus har jeg lagt ved noen bilder som forklarer hele prosessen med 3D printing med vår Ultimaker.

Bilde av 3D modeller 
Foto: Foto- og videoavdelingen, Celine Krefting.

Det første bildet viser ferdig segmentert tibia med litt av foten. Her ser man blant annet en ganske forkortning på høyrebenet. På grunn av denne forkortningen, har vi speilvendt begge bena og lagt de over hverandre. Da gjør det det lettere å se den faktiske forskjellen og kunne korrigere dette.

Deretter ser vi en 3D printet ryggrad i oransje som har en utpreget skoliose. Den blå modellen til høyre er samme tibia som på de første bildene, men som er ferdig printet og prøveoperert. Stefan har plassert en nagle gjennom hele, samt skåret den opp på samme måte som planlagt under operasjon. Da kunne han nærmere hvordan sluttresultatet ville bli.  

Teknologien utvikles stadig, og vi har begynt å  kombinere de printede modellene med ren digital planlegging. Ved Intervensjonssenteret pågår et storstilt arbeid med ren  virituell bruk av 3D modellene som hologrammer innen hjerte og leverkirurgi. Fysiske og digitale modeller kan supplere hverandre for best mulig planlegging.   

Fremtiden for 3D printede modeller på OUS

Vårt felles mål er å etablere en fullverdig medisinsk 3D print lab for å samle OUS under «ett tak». Ved å skape ett felles 3D print senter, kan alle fire lokasjoner få ett felles samlingspunkt og vi kan lage en in-house løsning for alle kirurger på OUS. På sikt kan vi gå til innkjøp av flere printere og utvide vår service.

Følg gjerne @medisinskteknologi_ous på Instagram der vi legger ut bilder av både 3D print og andre spennende prosjekter. 

Send en mail til Celine, Stefan eller Carl Joachim dersom du ønsker å vite mer om 3D printing innenfor kirurgi eller har ett kasus du ønsker å diskutere med oss.

celkre@ous-hf.no

uxhuhs@ous-hf.no

cajsve@ous-hf.no

Her kan du lese mer om Medisinteknisk avdeling i Teknologi- og innovasjonsklinikken, ved OUS.

Her kan du lese mer om Ortopedisk klinikk ved OUS.

Les mer om Intervensjonssenteret!

Les flere blogginnlegg fra Ekspertsykehuset!

 

Fant du det du lette etter?