Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Studerende printer kunstig kranspulsåre

Kimmie Frydenberg og Tobias Erichsen har 3D-printet en kunstig kranspulsåre med forsnævringer efter scanningsbilleder fra en hjertesyg patient. Teknologien gør det muligt for lægerne at øve sig, før de gennemfører de mest komplicerede indgreb. Foto: GotFat Productions ApS

To diplomingeniørstuderende har designet og printet en kunstig kranspulsåre med en naturtro anatomisk udformning og elasticitet. Den skal gøre det muligt for lægerne at øve sig på komplicerede hjerteindgreb.


Forsnævringer i kranspulsåren er en af de mest udbredte og alvorlige hjertesygdomme i den vestlige verden, og den rammer stadig flere mennesker. Det skyldes kalkaflejringer i en eller flere af karenes forgreninger, som kan forhindre en fri blodgennemstrømning og dermed tilførsel af ilt og næringsstoffer til hjertemusklen.

Man behandler tilstanden med en såkaldt ballonudvidelse, hvor lægerne via lysken eller armen fører et kateter med en oppustelig ballon op til hovedpulsåren og videre til problemområderne. Ballonen presser her forsnævringerne til side, så blodet igen frit kan passere, og derefter indsættes et lille net (en såkaldt stent), der kan holde kranspulsåren åben.

”Der er rigtig meget fysik og mekanik i hele den måde hjertekar-systemet fungerer på, og derfor er det meget spændende for os at koble vores ingeniørfaglighed med de konkrete medicinske problemstillinger, lægerne står med,” siger Kimmie Frydenberg, diplomingeniørstuderende i Maskinteknik, Ingeniørhøjskolen Aarhus Universitet.

Nu kan lægerne øve sig, før operation

Indgrebet er i langt de fleste tilfælde ukompliceret, men hos nogle patienter opstår der ikke bare en, men flere forsnævringer i kranspulsårens forgreningspunkter på samme tid. Det vanskeliggør lægens arbejde, fordi han eller hun rent operationelt skal føre en stent igennem en eksisterende anlagt stent.

Særligt i disse tilfælde kan det være nødvendigt for lægerne at forberede sig på indgrebet ved at studere operationscasen, og derfor har Kimmie Frydenberg sammen med sin studiekammerat Tobias Erichsen designet og printet en naturtro udgave af en menneskelig kranspulsåre.

”Nogle komplicerede sygdomstilfælde kræver en meget detaljeret kirurgisk forståelse, og den 3D-printede model kan derfor være med til at optimere behandlingsproceduren. Idéen er, at lægerne kan øve sig på den kunstige kranspulsåre, inden de går til operationsbordet og på den måde forebygge mulige komplikationer og utilsigtede hændelser,” siger Tobias Erichsen.

I dag bruger kirurgerne et cylinderformet metalrør, når de skal træne indførelse af stenter, men allerede i løbet af 2020 forventer de at tage de studerendes 3D-printede kranspulsåre i brug. 

”Vi er meget begejstrede for de studerendes arbejde. Det giver en helt anden oplevelse og erfaring, når vi kan øve os på en naturtro kranspulsåre. Vi kan mærke vævets eftergivenhed og fornemme, hvordan vi belaster det,” siger Peter Johansen, lektor, Institut for Ingeniørvidenskab.

 

”Vores print svarer meget nøjagtigt til patientens egen kranspulsåre med den samme form og de samme forkalkninger. Materialet er gennemsigtigt, så lægerne kan følge med i, hvad der sker, når de foretager indgrebet,” siger Kimmie Frydenberg. Foto: GotFat Productions ApS

3D-printet åre med forkalkninger

De to studerende har designet den kunstige kranspulsåre med udgangspunkt i en CT-scanning af en syg patient, og den er en næsten identisk kopi både med hensyn til geometri og elasticitet i både det sunde arterievæv og forsnævringerne.

”Vores print svarer meget nøjagtigt til patientens egen kranspulsåre med den samme form og de samme forkalkninger. Materialet er gennemsigtigt, så lægerne kan følge med i, hvad der sker, når de foretager indgrebet,” siger Kimmie Frydenberg.

Der ligger et stort stykke ingeniørarbejde bag den kunstige kranspulsåre med talrige materialetests og computersimuleringer. For det kræver en meget høj grad af præcision at opnå en naturlig vægtykkelse i blodkarrene med samme elasticitet under fysiologisk korrekte trykforhold, forklarer Tobias Erichsen.

”Vi har lavet en computersimulering af, hvordan et blodkar opfører sig under normale trykforhold i kranspulsåren, og vi har lagt alle materialeegenskaberne ind i et program. Det betyder, at vi i princippet snart kan printe individuelle modeller af hvert enkelte patients kranspulsåre med de specifikke placeringer af forsnævringer.”

Han understreger, at dette kræver et stykke arbejde med at reducere printtiden og optimere materialeteknologien til formålet.

”Vi håber, at det kan være med til at forbedre behandlingsprocedurerne i de mest komplicerede tilfælde, så flere patienter overlever,” siger Kimmie Frydenberg.

De to studerende har netop fremlagt deres kunstige kranspulsåre for Dansk Medicoteknisk Selskab, og de er nu inviteret til Norge for at deltage i et internationalt topmøde for hjertelæger.


Diplomingeniørstuderende Kimmie Frydenberg. Foto: GotFat Productions ApS
Diplomingeniørstuderende Tobias Erichsen. Foto: GotFat Productions ApS