.png){kind=small}
.png){kind=small}
Inleiding
De opleiding van toekomstige artsen is een belangrijke maatschappelijke uitdaging. In de chirurgie gaat het niet alleen om theoretische opleiding, maar uiteraard ook om een praktische opleiding gericht op het geleidelijk verwerven van een aantal vaardigheden. Deze vaardigheden moeten tijdens de opleiding en met de vooruitgang van de wetenschap steeds verder worden verfjind. Dit leerproces verloopt via een dagelijkse samenwerking met collega’s gedurende vele jaren voordat men zelfstandig kan werken. Maar dat alleen is niet voldoende, en praktische trainingen zijn gedurende de hele studie noodzakelijk om specifieke handelingen onder de knie te krijgen. Deze trainingen zijn des te belangrijker voor handelingen met een hoog technisch niveau, die herhaald moeten worden voordat ze voor het eerst op een patiënt worden uitgevoerd.
Daarnaast moeten we ons de fundamentele regel herinneren: “nooit de eerste keer op een patiënt”, wat noodzakelijkerwijs inhoudt dat er vooraf toegang moet zijn tot andere opleidingsmiddelen. Die bestaan in overvloed, maar de mogelijkheden zijn niet onbeperkt wanneer het gaat om het realisme van deze oefeningen. Chirurgische simulaties met een hoog realiteitsgehalte maken vandaag de dag nog steeds gebruik van menselijke lichamen die aan de wetenschap zijn geschonken of van dierproeven. Hoewel deze methoden van groot belang en nog steeds ongeëvenaard zijn voor de opleiding van toekomstige chirurgen, roepen ze in de 21e eeuw steeds meer vragen op, met name op ethisch vlak.
Er bestaan uiteraard ook inerte chirurgische leermiddelen (dat wil zeggen zonder gebruik van menselijke of dierlijke lichamen). De belangrijkste beperkingen van deze huidige systemen zijn hun lage realisme (ze bootsen de menselijke anatomie slechts gedeeltelijk na qua vorm en textuur) en het ontbreken van doorbloeding (waardoor men niet kan wennen aan het werken op levend weefsel dat kan bloeden, een cruciaal element van een echte chirurgische ingreep). Ze maken het mogelijk om bepaalde handelingen te oefenen en stappen van operaties, na te bootsen, maar blijven onvoldoende als voorbereiding op opereren zonder gebruik te maken van menselijke of dierlijke modellen.
Daarom zijn er de laatste jaren pogingen ontstaan om deze inerte simulatiesystemen te verbeteren. Eén van de onderzochte pistes is 3D-printen. Op papier biedt 3D-printen namelijk tal van voordelen, met name op het vlak van anatomisch realisme, personalisatie en gebruiksgemak.
In dat kader werken wij momenteel aan twee chirurgische simulatiemodellen die met 3D-printing zijn vervaardigd, in samenwerking met ingenieurs van de Universiteit van Lille (UFR3S) en de École Centrale de Lille: een trainingsmodel voor hechten op kunsthuid en een model voor cervico-faciale chirurgie.
Kunsthuid en trainingskubus voor hechtingen
Momenteel beschikken geneeskunde- en verpleegkundestudenten voornamelijk over siliconen kunsthuid om te leren hechten. Siliconen bootsen de mechanische eigenschappen van de huid goed na bij het hechten. De oefenmogelijkheden zijn echter beperkt in diversiteit en complexiteit, omdat siliconen in mallen gegoten moeten worden met beperkte vormmogelijkheden.
Hier biedt 3D-printing een belangrijke meerwaarde, aangezien de mogelijkheden van digitale modellering vrijwel onbeperkt zijn. In het kader van het Interreg-project hebben wij een kunsthuid ontwikkeld in drie lagen, die de echte menselijke huid nabootst (opperhuid, lederhuid en onderhuid). De dikte van elke laag kan worden aangepast om elk lichaamsdeel zo nauwkeurig mogelijk te simuleren (bijvoorbeeld: de huid van de oogleden is veel dunner dan die van de rug, wat invloed heeft op het gevoel bij het hechten).
Het belangrijkste voordeel van 3D-printen is hier dat men huidmonsters kan ontwerpen met een grote variatie aan vormen (lineaire wonden, stervormige wonden, verschillende lengtes en dieptes, reliëf…), waardoor de diversiteit van klinische situaties realistischer wordt nagebootst. Deze kunsthuid werd getest door twee groepen van tien geneeskundestudenten in hun 5e en 6e jaar tijdens een hechtingscursus in het Universitair Medisch Centrum Lille. Verschillende hechttechnieken konden zo uitgebreid worden geoefend, waardoor de studenten een volledige opleiding kregen.
Na de ontwikkeling en het testen van deze kunsthuid hebben wij een trainingskubus ontworpen. Deze bestaat uit een vaste, herbruikbare structuur waarop tot zes zijden van kunsthuid kunnen worden bevestigd. Dit vormt een complete trainingskit met verschillende oefeningen en moeilijkheidsgraden binnen één kubus. Elke zijde bevat namelijk een andere oefening (hechten van een eenvoudige wond, complexe wond, bloedvathechting…), waarvan de moeilijkheidsgraad kan worden aangepast aan het niveau van de student.
Simulator voor cervico-faciale chirurgie
Het tweede deel van ons werk richt zich op de ontwikkeling van een simulator voor hoofd- en halschirurgie. Deze tak van chirurgie is zeer breed en omvat meerdere specialismen (KNO, kaakchirurgie, vaatchirurgie…) en tal van aandoeningen. Wij richten ons hier op de opleiding in chirurgie van de halsvaten (halsslagader en haar vertakkingen, halsader).
Momenteel bestaan er weinig trainingsmiddelen voor dit type ingrepen voor studenten en jonge chirurgen. Ons doel is een trainingsmannequin te ontwerpen dat veelzijdig is, geschikt voor verschillende ingrepen, bruikbaar voor meerdere chirurgische disciplines en volledig met 3D-printen vervaardigd.
Deze mannequin is een beeld met het hoofd naar opzij gedraaid (zoals bij een echte operatie). Binnenin bevinden zich elektrische circuits, een vloeistofreservoir en een pomp om de bloedcirculatie na te bootsen. In de hals zit een uitsparing waarin een 3D-geprinte cartridge wordt geplaatst, afhankelijk van de te simuleren ingreep. De mannequin wordt vervolgens gestart en de oefening geselecteerd via een menu (waardoor het debiet van de pomp wordt aangepast aan het type bloedvat). De chirurg kan daarna zelfstandig de ingreep uitvoeren met hetzelfde materiaal als in de operatiekamer.
Wij richten ons voornamelijk op twee grote groepen ingrepen. Ten eerste de chirurgie van de halsslagaders uitgevoerd door vaatchirurgen, die betrekking heeft op atherosclerose (dat wil zeggen cholesterolafzettingen in de halsslagaders die beroertes kunnen veroorzaken, en die men manueel kan verwijderen via een opening van de slagader ter preventie van een recidief).
Ten tweede de reconstructieve cervico-faciale chirurgie met vrije micro-anastomoseflappen. Wanneer een patiënt een groot weefselverlies heeft in het gezicht of de hals (bijvoorbeeld na kanker of een ernstig ongeval), bestaan er reconstructietechnieken met vrije flappen, waarbij weefsel (huid, spier, bot…) wordt weggenomen uit een ander deel van het lichaam en vervolgens wordt getransplanteerd naar de te reconstrueren zone. Om ervoor te zorgen dat deze flap levensvatbaar is, wordt hij weggenomen met een slagader en een ader die hem van bloed voorzien, en deze twee vaten worden vervolgens verbonden met een slagader en een ader in de hals. Dit vereist een vasculaire hechting (anastomose genoemd) uitgevoerd met behulp van een microscoop of vergrootlglas vanwege de kleine diameter van deze vaten (enkele millimeters) en de fijnheid van het gebruikte hechtmateriaal. Om dit type ingreep uit te voeren is een opleiding in microchirurgie essentieel, en deze wordt momenteel voornamelijk gegeven op diermodellen, daarom werken wij aan het ontwerp van deze simulator die uitsluitend gebruik maakt van inerte materialen.
Een cruciaal punt bij dit type oefening is dat het zo realistisch mogelijk is, zodat de training relevant is voor de gebruiker. 3D-printing maakt juist een hoog realiteitsniveau mogelijk. Tijdens de CAD-fasen (Computer Aided Design), waarin de vorm van de mannequin en de inhoud worden ontworpen, hebben wij de mogelijkheid om gegevens te segmenteren uit scans van het menselijk lichaam (dat wil zeggen dat wij beelden uit een scan van de hals kunnen extraheren, in 3D modelleren en vervolgens printen). De vaten in de cartridges van de simulator zijn dus in alle opzichten identiek aan echte menselijke bloedvaten, wat een zeer realistische oefening biedt aan de student. Bovendien kan onze 3D-printer gelijktijdig verschillende soorten texturen printen in hetzelfde model (van zeer stijf tot zeer soepel). Zo kunnen wij binnen één volume verschillende anatomische structuren (bot, spier, zenuw, vaten) printen om een anatomisch lichaamsdeele zo nauwkeurig mogelijk te reconstrueren.
Er is een uitgebreid getest om in eerste instantie de juiste materialen voor de vaten te vinden. Het is namelijk van belong de juiste printinstellingen te vinden zodat deze vaten voldoende soepel zijn om de eigenschappen van het lichaam na te bootsen, maar ook voldoende stevig om gehecht te kunnen worden zonder te scheuren (aangezien de gebruikte kunststofmaterialen minder elastisch zijn dan echte bloedvaten). Na eerste tests binnen het team werden verschillende stalen geselecteerd en getest door assistenten in de kaak-en gezichts chirurgie en KNO om de best mogelijke samenstelling te bepalen. Tegelijkertijd hebben wij een eerste opleidingssessie microchirurgie georganiseerd voor deze assistenten.
De volgende stap bestond uit het ontwerpen van de simulator zelf, namelijk de modellering van de mannequin en het interne circuit met pomp en vloeistofreservoir. Dit werd gerealiseerd in samenwerking met masterstudenten van de École Centrale de Lille. Momenteel beschikken wij over een eerste functionele versie van deze simulator waarop vaten kunnen worden aangesloten en hechtingsoefeningen kunnen worden uitgevoerd, inclusief lekdichtheidstests dankzij de door de pomp gegenereerde circulatie.
De volgende stappen zullen gewijd zijn aan het ontwerpen van de 3D-geprinte cartridges, bestaande uit verschillende anatomische elementen (huid, spieren, zenuwen, bloedvaten), die een volledige chirurgische training mogelijk maken (incisie, dissectie, vasculaire hechting). Zodra het ontwerp voltooid is, zullen wij opleidingssessies organiseren voor studenten in de kaak-, gezicht-, KNO- en vaatchirurgie, die de gelegenheid zullen bieden om ons werk te testen, te evalueren en verder te verbeteren.
