In Zusammenarbeit mit Ärzten, Ingenieuren, 3D-Designern und Metallbearbeitungsspezialisten wurde in Pécs ein Verfahren für Thoraxchirurgie weiterentwickelt - die Patienten haben bereits die ersten erfolgreichen Operationen hinter sich.
Anpassungsschwierigkeiten bei jungen Menschen und in schwereren Fällen Lungen- und Herzschäden können durch die Entwicklungsstörung verursacht werden, die als Trichterbrust (Pectus Excavatum) bekannt ist und durch eine Mittellinienbeule im vorderen Brustkorb gekennzeichnet ist. Um diese Störung zu korrigieren werden in Ungarn jährlich mehr als zweihundert Operationen durchgeführt, unter denen ist jedes sechstausendste ein Kind. Kürzlich wurde in Pécs ein Verfahren mit 3D-Drucktechnologie entwickelt, das wesentlich kürzer dauert und weitaus weniger potenzielle Komplikationen aufweist als die vorherigen. Der Durchbruch wurde durch die nahezu beispiellose Zusammenarbeit von Ärzten, Ingenieuren, 3D-Designern und Metallbearbeitern erzielt, und es könnte eine große Chance für chirurgische Eingriffe sein, als es in die Praxis umgesetzt wird. Der Thoraxchirurg Zalán Szántó, der die neue Methode erfunden und mehrmals erfolgreich durchgeführt hat, gab uns die Einzelheiten bekannt.
Verfasst von Gábor Szabó
Wie oft kommt Entwicklungsstörung vor und welche Komplikationen verursacht oder kann sie bei den Betroffenen verursachen?
- Es ist eine Frage der subjektiven Beurteilung, ab wann jemand eine Trichterbrust hat. Einige haben ein kürzeres Brustbein und ihre Brust wird daher nach innen zur Innenseite der Brust gedrückt. Es ist häufiger bei Jungen; unter ungefähr sechstausend Geburten kommt einen Fall vor. Vielleicht sollten es eher eine anatomische Variation nennen. Es kann gefährlich sein, weil es in schwereren Fällen die Herzen und Lungen der Patienten komprimieren kann, aber die ungewöhnlich geformte Brust ist es am gefährlichsten, die im Jugendalter besonders spektakulär ist. Für eine sich entfaltende Seele ist all dies eine große Belastung; sie trauen sich nicht, sich am Strand auszuziehen oder vor anderen sich zu zeigen. In Ungarn werden etwa fünfzig erwachsenen Patienten in der Thoraxchirurgie operiert, während in der Kinderchirurgie, wo dies häufiger vorkommt, werdem jedes Jahr insgesamt etwa 200-250 Patienten operiert.
- Das ist eine ziemlich hohe Zahl. Ist eine Operation immer notwendig?
- Eine Operation ist nicht in allen Fällen erforderlich. Mit zunehmendem Alter des Kindes ist es immer weniger auffällig, aber die meisten Trichterbrüste verschwinden nicht. Leider kann der oft empfohlene Sport und das Schwimmen allein diese Störung nicht beseitigen, da wir normalerweise vor einem komplexen Problem stehen. Daher stoßen wir in erster Linie auf eine kosmetische Beschwerde, deren Korrektur das spätere Leben des Patienten erheblich erleichtern kann. Interessanterweise konnten die Eltern die damit verbundenen Schwierigkeiten oft selbst erleben, da die Krankheit eine Familienkumulation aufweist. Wenn die Erkrankung für den Patienten so psychisch anstrengend ist, dass sie im Alltag Probleme verursacht, wird eine Operation auf jeden Fall empfohlen. Wichtig ist, dass das Verfahren bis zum Ende des Ossifikationsprozesses durchgeführt wird. Bis dahin können wir eine gekrümmte, tonnenartige, normale Brustform formen, d. h., dass das "Absinken" wird nicht mehr darin sein, und was die Ausdehnung der Brust später verbessern wird. Dies kann in einem späteren Alter eine größere Bedeutung haben,
- Bis zu welchem Alter ist diese Störung operierbar?
- Der Ossifikationsprozess wird im Alter von 22-23, spätestens 25 Jahren abgeschlossen. Praktisch kann es bis zu diesem Alter gut korrigiert werden.
- Nach meinem Wissen, waren die Operation dieser Störungsarten früher ziemlich schwerwiegende Eingriffe, die für den Patienten auf komplizierte und belastende Weise durchgeführt wurden. Zurzeit wird die Brust durch Implantieren einer unter das Brustbein eingeführten Platte in die entsprechende Position angehoben. Wie belastend ist diese Intervention für den Patienten und wie kompliziert ist sie durchzuführen?
- Für den Patienten ist es viel weniger belastend als die herkömmlichen Operationen, bei denen wir längere Schnitte an der Brust durchgeführt und dann die zugehörigen Muskeln abgelöst und teilweise durch die Rippen geschnitten und zwei Platten unter das Brustbein eingeführt haben. Die neue Methode wurde von Donald Nuss, einem noch praktizierenden kanadischen Kinderchirurgen, entwickelt (er ist auch Ehrenbürger der Universität Pécs - er hat auf Einladung der Universität Pécs vor einigen Jahren einen Vortrag über Brustdeformitäten gehalten) und das alte Verfahren wird kaum mehr angewendet. Nuss hat zwei wichtige Dinge vorgenommen: Erstens hat er die Platte nicht aus dieser Mittellinieninzision implantiert. Die Mittellinienschnitte mit einem größeren Schorf - um das Brustbein herum - heilen immer viel schwieriger und langsamer als die Seitlichen. Andererseits ersetzte er diese kurzen Platten durch eine einzige längere, die er von der Seite implantiert hat. Insbesondere bei Menschen in jüngeren Alten kann die Korrektur daher viel einfacher gelöst werden. Dies revolutionierte dann diese Art der Versorgung in einem solchen Ausmaß, dass in wenigen Jahren jeder auf der ganzen Welt diese Operationstechnik verwendet hat und immer noch verwendet. Die traditionelle offene Chirurgie, benannt nach einem Chirurgen namens Ravitch, wird nur dann angewendet, wenn das Nuss-Verfahren aus irgendeinem Grund- aufgrund einer Komplikation einer früheren Operation oder eines besonders hohen Deformitätsgrades - nicht möglich ist. In unserer Klinik mussten wir seit Jahren keine solche traditionelle Operation mehr durchführen.
- Vor kurzer Zeit haben Sie zwei Operationen- auf dem neuen Verfahren basierend- durchgeführt, aber Sie haben es erheblich weiterentwickelt. Was war das Problem mit dem aktuellen Verfahren, das Sie unbedingt lösen wollten?
- Während der Korrekturoperation wurden alle Schritte des Verfahrens traditionell vom Chirurgen durchgeführt, einschließlich des Entwurfs der endgültigen Form der zu implantierenden Prothese. Dies erfordert erhebliche Konzentration und Präzision während der Operation, nicht zuletzt aus Sicht des Arztes, da diese Operation fast eine Art von technische Konstruktionsvision und Erfahrung in der Metallbearbeitung erfordert. Ich glaube, dass jede Fehlermöglichkeit auf Null reduziert werden muss.
- Damit sind wir zu der eigentlichen Neuheit gelangt, mit der diese Genauigkeit erreicht werden soll. Woraus stammt diese neue Technik?
- Anfangs entwarf ich die zu implantierenden Platten basierend auf den Brustbildern der Patienten, die im Operationssaal "nur" verfeinert werden mussten. Ich habe dehalb nicht um eine Röntgenaufnahme der Brust gebeten, sondern um eine CT-Untersuchung - es ist wichtig hinzuzufügen, dass es jetzt solche sanfte CT-Verfahren gibt, die den Körper nicht mehr belasten als eine einfache Röntgenaufnahme der Brust. Dies gibt ein genaueres Bild über die Brust und so sehen wir besser, was wir tun müssen. Ich fühlte es immer noch nicht professionell genug, obwohl es viel genauer war. Schon damals dachte ich darüber nach, wie ich Computer basierend auf dem CT-Bild einen von uns erstellten Algorithmus auf personalisierte Weise zeichnen könnte, welche perfekt passende Form und Größe der Platte in die Brust implantiert werden sollte. Es war notwendig, nicht nur das Bild der Brust des Patienten zu sehen, sondern auch seine Geometrie und Flexibilität zu erkennen.
- So kamen 3D-Designer und Ingenieure und nicht zuletzt Metallbearbeiter in die Sicht. Wie sieht der Prozess in der Praxis aus?
- Diese Methode hat vier Säulen: Der Radiologe, der das Bild der Brust erstellt und einen speziellen Algorithmus verwendet, um auch die Flexibilität der Brust zu bestimmen; der 3D-Designer, der die zu implantierende Platte basierend auf den Bildern entwirft und auch einen direkt für diesen Zweck erstellten Algorithmus verwendet; dann brauchen wir einen Hersteller - in unserem Fall Matro Kft. in Pécs - wer die Fähigkeiten und die Ausrüstung besitzt, um die Platte basierend auf den 3D-Plänen herzustellen, und schließlich gibt es uns Chirurgen, die sie implantieren. Mit den modernsten CT-Geräten, die an der Klinik für Medizinische Bildgebung der Universität Pécs erhältlich sind, ist es möglich, die erforderlichen Untersuchungen mit der geringsten Strahlenexposition durchzuführen, die selbst vom Körper unserer jungen Patienten gut vertragen wird. Das 3D-Team unserer Universität passt die Platte auf das resultierende Bild an, dessen Länge und Krümmungen die Möglichkeit bieten, den gegebenen Unterschied bestmöglich zu korrigieren. Natürlich kombiniert die für die Berechnungen verwendete Methode die Erfahrungen unserer früheren Operationen, und diese wird mit jedem Eingriff erweitert.
- Es ist nicht üblich, dass ein Hersteller oder ein Unternehmen, das sich nicht speziell auf die Herstellung von chirurgischen Kits oder Prothesen spezialisiert hat, ins Bild kommt. Wie haben Sie es gefunden?
- Matro Kft. ist eines der renommiertesten Unternehmen der Metallindustrie in Pécs und nimmt an mehreren Universitätskooperationen teil. Ich wusste, dass sie sogar ungewöhnliche Aufgaben mit einem gut vorbereiteten Team von Ingenieuren und Konstrukteuren mit großer Flexibilität lösen können. Es war beruhigend, dass wir als unerfahrener Arzt auf diesem Gebiet Professionellen mit der Aufgabe betrauen konnten. Als ich diese beiden Operationen durchführte, wollte ich nicht nur die Theorie in die Praxis umsetzen, sondern auch den gesamten Prozess Schritt für Schritt durchlaufen, und ich wollte dadruch auch die Herstellung kennenlernen. Wir kaufen das Rohmaterial nicht bei ihnen, es ist eine flache Platte aus medizinischem Spezialstahl, aber sie können es für uns mit einer Genauigkeit von einem Zehntel Millimeter formen.
- Inwiefern war dies ein interdisziplinärer Lernprozess, d. h. inwieweit sollte ein Ingenieur ein Arzt sein und inwieweit sollte ein Arzt ein Ingenieur sein?
- Ich denke, diejenigen, die es wollen und sich dazu bringen, können die Harmonie zwischen Technik und Medizin finden. Es brauchte Statik, Design, aber auch Kenntnisse in der Metallbearbeitung, damit jeder miteinander sprechen konnte, um eine Kette daraus zu machen. Der Radiologe musste seine Erfahrungen ebenfalls einbringen, ebenso wie der 3D-Designer im 3D Zentrum der Universität Pécs, der dieses Problem und die Struktur der Brust sowie den Herstellungsprozess selbst versteht. Dies kann uns viele Vorteile bringen, an die wir noch nie gedacht hätten.
- Welche Veränderungen hat dies alles für die Operation selbst mit sich gebracht, so dass die Platte in der Zwischenzeit nicht gebogen werden muss, sondern praktisch ein fertiges, personalisiertes chirurgisches Set vorhanden ist? Ich vermute es, dass es definitiv die Dauer der Operation reduziert.
- Eine solche Operation von der ersten Inzision bis zur letzten Naht dauert etwa 45-50 Minuten. Wir konnten es um etwa fünfzehn oder eher zwanzig Minuten reduzieren, weil wir uns dort nicht um die Metallbearbeitung kümmern müssen. Das heißt, wir haben es geschafft, die Dauer der Intervention um 30% zu verkürzen.
- Offensichtlich wird das Risiko schon dadurch erheblich reduziert, wenn wir nur an die unter Narkose verbrachte Zeit denken.
- Genau, und wir können absolut sicher sein, dass diese Platte zu 100% zu diesem Patienten passt, und dies verringert das Risiko von Komplikationen - die sich aus einer schlechten Dimensionierung ergeben können- aufgrund der Genauigkeit der Metallbearbeitung auf praktisch Null. Nach der Implantation wird es nicht dort drücken, wo es nicht sollte, aber es wird drücken und genau dort unterstützen, wo es nötig ist. Es wird an seinen Platz passen und genau das Ergebnis bringen, das wir zuvor in 3D entworfen haben.
- Ich weiß, dass die Erfahrung noch relativ neu ist, aber erfahren die Patienten die Ergebnisse bereits? Leiden sie zum Beispiel weniger, oder erholen sie sich schneller als diejenigen, die gemäß der vorherigen Praxis operiert wurden?
- Ich erwarte diesbezüglich keine solche Änderungen, da die Art und Zweck der Operation selbst nicht geändert wurden. Die Brust muss korrigiert werden, was offensichtlich zu Beschwerden führt, und das hängt vom Ausmaß der Abweichung ab. Ich würde eher sagen, dass wir auf diese Weise sicher sein können, dass es deshalb weh tut, weil wir die Abweichung korrigiert haben und nicht, weil die Prothese an der falschen Stelle stützt oder ihre Form nicht richtig ist. Für die Patienten besteht der eigentliche Fortschritt darin, dass sie aufgrund der Verkürzung der Operationsdauer und der Abwesenheit von Komplikationen in größerer Sicherheit sind. Und wir können mit Sicherheit sagen, dass wir die Korrektur erreicht haben, die die Brust zulässt. Darüber hinaus können auch die Grenzen der Korrektur bestimmt werden. Vielleicht ist es einfacher zu erkennen, wann bei einer signifikanten Deformität diese Art von Intervention nicht durchgeführt werden kann, da dies zu viel Schmerz- oder Frakturrisiko mit sich bringen würde. Das gesamte Verfahren ist von Anfang an personalisiert.
- Solche Operationen werden an mehreren Orten im Land durchgeführt. Ihrer Meinung, wann könnte sich das hier entwickelte Verfahren nach anderswo ausbreiten? Die Genauigkeit hängt bei dieser Metho von der Vorbereitung der Operation ab. Können Sie auch anderen Chirurgen und Patienten helfen, indem Sie das Wissen und die Erfahrung dieser Fachleute verwenden, um die Prothese eines Patienten - die das Unternehmen herstellt und in einem anderen Krankenhaus implantiert - auf der Grundlage ihrer Diagnoseberichte zu entwerfen. Kann es vorkommen?
- Ich denke, das kann sicherlich passieren, dass das Design einer solchen Korrekturplatte neben rein chirurgischen Aufgaben eine komplexe Aufgabe hat. Es muss nicht einmal Teil der Operation sein. Darüber hinaus ist es für den Chirurgen viel beruhigender, dass nach einem chirurgischen Termin und einer CT, eine angepasste Platte „automatisch“ verfügbar ist, die nur darauf wartet, implantiert zu werden. Als Chirurg würde ich mich sicherlich freuen, wenn ich nach Rücksprache mit einem jungen Mann mit einem solchen Problem, ihn in der Ambulanz zu einem CT schicken würde und das nächste Mal, wenn wir uns treffen würden, die Pplatte bereits in der Hand habe, um sie zu implantieren. Andererseits können wir mit jeden CT-Zentren kommunizieren, und die Ferndiagnose ist in der aktuellen Periode in den Vordergrund gerückt. Grundsätzlich besteht kein Hindernis darin, die Platte hier in der Universitätsklinik auf der Grundlage der Diagnoseberichte an anderer Stelle untersuchten Patienten zu entwerfen, dann die Prothese für ihn herzustellen und an den Chirurgen zu schicken.
- Natürlich werden diese Operationen aufgrund des Coronavirus ebenfalls verschoben, aber für die Betroffenen ist es ein fantastischer Fortschritt. Was wird der nächste Schritt sein?
- Zuerst: die Optimierung des von uns verwendeten Algorithmus. Es wäre großartig, wenn wir es durch künstliche Intelligenz oder große Datenbankanalysen noch weiter verbessern könnten. Wir können auch die Produktion verbessern, da das Unternehmen derzeit Platten mit einer bestimmten Länge verwendet, diese jedoch mit unterschiedlicher Länge herstellen können, oder Maschinen dafür zu entwerfen und zu bauen. Wir können auch mit ihnen zusammenarbeiten, um den Eingriff mit Hilfe der Plattenmetallbearbeitung mit noch weniger Schmerzen und noch weniger Unannehmlichkeiten zu lösen. Andere Formen oder dünnere Platten können in Frage kommen und ich kann mir sogar vorstellen, dass wir auf lange Sicht keine Platte verwenden werden, sondern ein anderes Material, das noch leichter, noch kleiner, aber genauso stark und flexibel ist. Das ist noch die Zukunft, aber wir würden in diese Richtungen gehen.
- In dieses Projekt wurden bisher viele Innovationen, viel Zeit und Arbeit einbezogen. Was wird daraus sein, wird es ein Patent oder ein Protokoll, was passiert im Allgemeinen mit einer solchen Innovation?
- Ich denke, dass der bereits erwähnte Algorithmus, der die notwendigen Parameter bestimmen kann, ein Patent sein kann. Was die Metallbearbeitung betrifft, kann ich noch nicht sagen, ob spezielle Kenntnisse erforderlich sind, die zum Patent werden könnten. Wenn wir zum Beispiel später nicht Metall verwenden, sondern einen „Schuhspanner“, der mit einer Art Biotechnologie hergestellt wird, könnten wir wieder in diese Richtung gehen. Wir können nichts Besseres über die Thoraxchirurgie sagen, als wie wir diese Prothese bisher implantiert haben. Ich glaube nicht, dass sich dort etwas verändern würde.
- Wenn dies zu einem Protokoll wird, müssen viele Fachleute mit spezifischen Kenntnissen zusammenarbeiten. Was könnte ein möglicher Weg sein? Werden die Fachleute hierherkommen, um dies zu erlernen, oder werden die chirurgischen Kits in Pécs hergestellt?
- Ich denke, beide sind mögliche Optionen. Es ist nicht unvorstellbar, dass hier das All-Inclusive-Zentrum für die Herstellung von Prothesen sein wird, in dem sie vor jeder Operation eingesetzt werden, und hier die größte Produktionslinie für Trichter-Brustkorrekturplatten in Europa wird. Ich kann mir vorstellen, dass Radiologen in Zukunft einen eingebauten Algorithmus haben werden, ein Programm, das sie verwenden werden, wenn sie einen solchen Patienten haben. In Ungarn ist es möglich, dass die Kapazität eines einzelnen Unternehmens dafür ausreicht.
- Wie hoch ist der Nutzen dieser Methode für die Gesundheit zusätzlich zu den offensichtlichen medizinischen Vorteilen?
- Kürzere Operationsdauer, Korrektur kann mit weniger Komplikationen genauer werden, sie kann aber auch dazu beitragen, die Technik des 3D-Designs bei Ärzten zu fördern. Ich bin sicher, dass durch die Vermeidung von Komplikationen und die Verkürzung und Sicherheit der Intervention die Gesamtkosten dieser Intervention verringern werden.
- Können Sie letztendlich sagen, dass Sie die Pünktlichkeit gesucht haben, und aufgrund derer Sie mit der Entwicklung begonnen haben?
- Ja, ich denke, dass wir mit der Verfeinerung der revolutionären Chirurgie von Professor Nuss diese vollständig und individuell auf die derzeit genaueste Art und Weise durchführen können. Genau dies hat diese Initiative ins Leben gerufen, aber mit den innovativen und modernen Ideen, die aus der Zusammenarbeit hervorgehen, haben wir auch den ursprünglichen Plan übertroffen. Wir sind zuversichtlich, dass dieser Schritt die Heilung und Genesung unserer Patienten weiter verbessern wird. Als Vater von zwei Kinder kann ich auch die Sorge unserer kleinen Patienten und ihrer Eltern über die Operation spüren. Vielleicht hilft sogar das Bewusstsein, dass -um die besten Ergebnisse zu erzielen - ein seriöses Team im Hintergrund arbeitet.
PTE Faculty of Engineering and Information Technology - Biomedical Engineering MSc