Projekt 01FMTHH13

ALSTER – Aneurysm-Like Synthetic Bodies for Testing Endovascular Devices in 3D Reality

Ausgangssituation und Zielsetzung

Aneurysmen sind Aussackungen der Blutgefäße, die eine Schwachstelle der Gefäßwand darstellen. Das Ziel des Verbundprojekts ALSTER der Klinik und Poliklinik für Neuroradiologische Diagnostik und Intervention am UKE und des Instituts für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik an der TUHH war die Entwicklung originalgetreuer dreidimensionale Modelle von intrakraniellen Arterien und Aneurysmen mittels additiver Fertigung, die für Tests der Device-Platzierung, der Simulation des Aneurysmadurchflusses, sowie zur Ausbildung des medizinischen Personals anwendbar sind.

Vorgehensweise und Methoden

Medizinische Bilddaten mehrerer patientenspezifischer Aneurysmen wurden akquiriert und anhand des neudefinierten Produktentstehungsprozesses aufgearbeitet und unter Anwendung der additiven Fertigung gefertigt (Bild 1). Die Fused Desposition Modelling (FDM) Produktion wurde anhand der Fertigung am HP Designjet 3D Printer evaluiert. Zur Erhöhung von Transparenz und Elastizität der Modelle wurde ein erweiterter Material- und Verfahrensvergleich durchgeführt. Die Nachbildungen der patientenspezifischen Aneurysmen wurden in ein Gesamtsystem, u.a. mit standardisiertem Aorta-Modell und pulsatiler Pumpe, integriert.

Bild 1: Produktentstehungsprozess der Blutgefäßmodelle
© Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik, Denickestraße 17, 21073 Hamburg

Bild 2: Coil-Embolisation eines Aneurysmas im Gefäßmodell

© Klinik für Neuroradiologische Diagnostik und Intervention, Martinistraße 52, 20246 Hamburg

Ergebnisse

Anhand von 10 intrakraniellen Aneurysmageometrien wurde gezeigt, dass Nachbildungen verzweigter Blutgefäße mittels additiver Fertigung direkt fertigbar sind [1]. Der Vergleich von 22 additiven Materialien und Fertigungsverfahren zeigte, dass abhängig von der Anwendung verschiedene additive Fertigungsverfahren für zerebrale Blutgefäßmodelle zu empfehlen sind [2]. Die Anwendung der Gefäßmodelle in der Angiographie wurde durch verschiedene Device-Tests, Messungen für Forschung und Flussmessung und Training zur Nachstellung realer Fälle realisiert. Im Rahmen des Projekts konnten verschiedene Behandlungsszenarien anhand der starren und elastischen Gefäßmodelle nachgestellt werden (Bild 2).

Beteiligte

Prof. Dr. med. Jens Fiehler
Klinikdirektor
Klinik und Poliklinik für Neuroradiologische Diagnostik und Intervention
UKE

Prof. Dr.-Ing. Dieter Krause
Institutsleiter
Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik
TUHH

Publikationsliste

2016

  • [2] Spallek, J.; Frölich, A.; Buhk, J.; Fiehler, J.; Krause, D.: Comparing Technologies of Additive Manufacturing for the Development of Vascular Models, Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference 2016
  • Sedlacik, J; Frölich, A.; Spallek, J.; Forkert, N; Faizy, T.; Werner, F.; Knopp, T.; Krause, D.; Fiehler, D.; Buhk, J.: Flow dynamics in a 3D printed brain aneurysm model assessed by magnetic particle imaging, magnetic resonance imaging and dynamic subtraction angiography. International Society for Magnetic Resonance in Medicine 2016 Annual Meeting 
  • Sedlacik, J; Frölich, A.; Spallek, J.; Forkert, N; Faizy, T.; Werner, F.; Knopp, T.; Krause, D.; Fiehler, D.; Buhk, J.: Flow dynamics in a 3D printed aneurysm model assessed by magnetic particle imaging. International Workshop on Magnetic Particle Imaging (IWMPI) 2016

2015

  • [1] Frölich, A.M.J.; Spallek J.; Brehmer, L.; Buhk, J.-H.; Krause, D.; Fiehler, J.; Kemmling, A.: 3D Printing of Intracranial Aneurysms Using Fused Deposition Modeling Offers Highly Accurate Replications. AJNR American Journal of Neuroradiology (2015) DOI: 10.3174/ajnr.A4486; Published online before print
  • Bericht über das Projekt ALSTER und die Entwicklung der Gefäßmodelle im Hamburger Abendblatt vom 28. Juli 2015: Modelle helfen bei Blutgefäß-OP
  • Krause, D.; Spallek, J.: 3D-Druck in der Medizin: Einführung und Anwendungsmöglichkeiten am Beispiel der Entwicklung von Aneurysmamodellen, 96. Deutscher Röntgenkongress, Hamburg (2015), RöFo – Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen, 04/2015; 187(S 01). DOI: 10.1055/s-0035-1550811
  • Fiehler, J.; Frölich, A; Buhk, J: Aneurysmasimulation – von Aneurysmen aus dem 3D-Drucker, 96. Deutscher Röntgenkongress, Hamburg (2015), RöFo – Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen, 04/2015; 187(S 02). DOI: 10.1055/s-0035-1550812

2014

  • Spallek, J.; Buhk, J.; Frölich, A; Fiehler, J; Krause, D.: ALSTER – Aneurysm Like Synthetic bodies for Testing Endovascular devices in 3D Reality. Vortrag beim 2. fmthh- Symposium, 17. November 2014, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.
  • Brehmer, L.; Frölich,A. M.; Buhk, J.; Spallek, J.; Krause, D.; Fiehler, J.; Kemmling, A.: 3D printing of intracranial aneurysms using Fused Deposition Modeling offers a high level of accuracy, 49. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Neuroradiologie, Köln, 23.-25. Oktober 2014.
  • Spallek, J.; Brehmer, L.; Frölich, A.; Kemmling, A.; Fiehler, J.; Krause, D.: Entwicklung generativ gefertigter und individualisierbarer Gefäßmodelle, Design for X, Beiträge zum 25. DfX-Symposium, Bamberg (2014), pp. 1-12.
  • Spallek, J.; Kemmling, A.; Fiehler, J.; Krause, D.: ALSTER – Aneurysm Like Synthetic bodies for Testing Endovascular devices in 3D Reality. Vortrag beim 1. fmthh- Symposium, 20. Februar 2014, TU Hamburg-Harburg.

Folgeprojekte

“ELBE-NTM” Development and Evaluation of a Patient-Based Neurointerventional Training Model
Kooperationsprojekt des Instituts für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik | TUHH und des Instituts für Mikrosystemtechnik | TUHH und der Klinik und Poliklinik für Neuroradiologische Diagnostik und Intervention | UKE. Gefördert vom BMBF mit Förderkennzeichen 031L0068A. Juni 2016 – Mai 2019.

COSY-SMILE – Completely Synthetic Stroke Model for Interventional Development and Education

Kooperationsprojekt des Instituts für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik | TUHH und der Klinik und Poliklinik für Neuroradiologische Diagnostik und Intervention | UKE aufbauend auf den Ergebnissen des Projektes ELBE-NTM. Gefördert vom BMBF mit Förderkennzeichen 031L0154A vom 01.04.2019 bis 31.03.2022 im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme „Alternativmethoden zum Tierversuch”.