Surgeons treat 53yr old woman turned down by several other hospitals due to illness complexity, with surgical 3D printed models integral to understanding the cause of the issue and best determining the type of treatment required to successfully operate

Minneapolis & Rehovot, Israel, November 15, 2017 — Stratasys Ltd. (Nasdaq:SSYS), a global leader in applied additive technology solutions, today announced that surgeons at the University of Mainz Cardiothoracic and Vascular Surgery Department are using Stratasys PolyJet 3D printing to transform the hospital’s surgical planning process for complex, life-critical vascular cases. According to the University hospital, the use of 3D printed models for surgical planning has seen a significant reduction in costs at the institution when designing and fitting implants – while the hospital reports relevant time-savings during surgery, leading to an improvement in patient outcomes.

As an internationally recognized Center of Excellence when it comes to its Cardiothoracic and Vascular Surgery, the University Hospital Mainz provides research and patient care in areas related to the heart, thorax and blood vessels in the human body. The hospital treats several patients suffering from life-threatening aortic illnesses needing immediate attention and complex, patient-specific surgical treatment. According to Prof. Dr. Bernhard Dorweiler, Head of the Department of Vascular Surgery at University Hospital Mainz, the adoption of 3D printing is playing a crucial role in elevating the standard of patient care.

“On average, CT scans with 1000-2000 images can be made per vascular-related patient case, which the surgeons use to analyze and diagnose the illness. This can be ambiguous and time-consuming when the issue is complex,” says Prof. Dr. Dorweiler. “With 3D printed models, we can quickly understand the individual patient anatomy and best determine the type of treatment required to successfully treat it.”

This was exemplified in a recent case whereby Prof. Dr. Dorweiler and his team were approached by a 53-year-old woman who had already been turned down by several other hospitals in Germany and beyond – such was the complexity around the illness and the potential risk of operation. Due to an aortic malformation close to the heart, the patient was suffering from a bulging blood vessel on her neck. Recognizing the need for urgent medical attention, Prof. Dr. Dorweiler and his team reviewed CT Scans, however the results did not provide the level of clarity required to make an accurate diagnosis.

“Looking through the CT Scans, it was impossible to clearly visualize the anatomy,” says Prof. Dr.  Dorweiler. “So we decided to 3D print a model, and it was then for the first time that it became clear what the origin and magnitude of the problem was. Not only did we use the model to explain our findings to the patient to increase her compliance for the planned 3-step operation, but we even took it into each of the three surgeries as a point of reference during operation, which was crucial to the successful outcome.”

Practice-makes-perfect approach saves time and money

To date, treatment of complex aortic illnesses with the endovascular method has been a difficult procedure, with surgeons relying on a monitor to implant a small wire-mesh tube (stent) through the arteries to be placed at the affected area of the aorta. In a recent case, Prof. Dr. Dorweiler and his team faced this challenge with a very complex case of aortic arch aneurysm. Requiring an intricate implant, the team undertook a pre-operative simulation of the surgery using a stent prototype and 3D printed aortic arch model of the patient. This process has since been repeated across several cases, with surgeons able to practice surgery on the model repeatedly ensuring the correct design and fit of the stent implant the first time – significantly reducing time and cost in the operating theatre.

“As pointed out in current published studies, there are savings in operating time of 5-45 minutes when using 3D printed models prior to surgery,” says Prof. Dr. Dorweiler. “Research is still ongoing, but if you take an average surgery time of 2-4 hours, you are looking at time savings of up to 40%. When you are dealing with complex vascular cases every day, these time-savings can be the difference between life and death.”

Training future vascular surgeons for success

At the forefront of German medical research and development, the Vascular Surgery Department at the University Hospital Mainz has an extensive training facility, in which 3D printing is integral.

“We use the Stratasys Eden260VS 3D Printer in our BiomaTicS research platform to produce models of aortic anatomies from real-life cases, so that we can use them to teach future vascular surgeons how to successfully perform complex endovascular surgeries,” says Prof. Dr. Dorweiler. “With the ability to 3D print patient-specific aortic models in clear transparent material, the trainees can practice endovascular procedures and learn difficult Wire-Skills using the accurate replicas of blood vessels. For healthcare, it is crucial that we continue to leverage the capabilities of 3D printing for medical training, education and research for future breakthrough-implementation.”

Rene Martin, Business Manager Healthcare EMEA, Stratasys, concludes: “The pioneering use of 3D printing witnessed today underpins why the University Hospital Mainz is at the forefront of German medical research and development. Leveraging high resolution 3D printing, the ability to replicate patient-specific anatomy is enabling physicians and surgeons to quickly plan, practice and determine life-saving surgical approaches – not only to improve patient care and outcomes, but also mitigate risk and reduce costs.”

Chirurgen behandeln 53-jährige Frau, die aufgrund der Komplexität ihrer Krankheit von mehreren anderen Kliniken abgelehnt wurde, mit chirurgischen 3D-gedruckten Modellen, die entscheidend zum Verständnis der Ursache des Problems und zur bestmöglichen Bestimmung der erforderlichen Behandlung für eine erfolgreiche Operation beitrugen

 Minneapolis, USA und Rehovot, Israel, 16.11.2017 — Stratasys Ltd. (Nasdaq:SSYS), ein Branchenführer für Lösungen der additiven Technologien, gibt heute bekannt, dass Chirurgen der Abteilung für Kardiochirurgie und Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Mainz Stratasys PolyJet 3D-Drucker einsetzen, um den Planungsprozess des Klinikums bei komplexen, lebensrettenden gefäßchirurgischen Eingriffen auf ein ganz neues Niveau zu heben. Laut dem Universitätsklinikum hat die Verwendung von 3D-gedruckten Modellen für die chirurgische Planung eine signifikante Kostenreduzierung in der Einrichtung bei der Konstruktion und Anpassung von Implantaten bewirkt, wobei das Klinikum zudem von erheblichen Zeiteinsparungen während der Operation berichten kann, was zu einer Verbesserung der Patientenergebnisse führt.

Als international anerkanntes Center of Excellence in der Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie engagiert sich das Universitätsklinikum Mainz in der Forschung und Patientenversorgung im Bereich Herz-, Thorax- und Blutgefäße im menschlichen Körper. Das Klinikum behandelt mehrere Patienten mit lebensbedrohlichen Aortenerkrankungen, die sofortige Aufmerksamkeit und komplexe, patientenspezifische chirurgische Behandlung benötigen. Nach Ansicht von Prof. Dr. Bernhard Dorweiler, Leiter der Abteilung für Gefäßchirurgie am Universitätsklinikum Mainz, spielt die Einführung des 3D-Drucks eine entscheidende Rolle bei der Erhöhung des Standards der Patientenversorgung.

„Im Schnitt werden pro Patient mit gefäßchirurgischem Behandlungsbedarf schon mal 1.000–2.000 CT-Aufnahmen gemacht, damit die Chirurgen die Krankheit analysieren und diagnostizieren können. Dieser Prozess kann ein mehrdeutiges Ergebnis erbringen und zeitaufwendig sein, wenn die Krankheit komplex ist“, so Prof. Dr. Dorweiler. „Mit 3D-gedruckten Modellen können wir schnell die individuelle Anatomie des Patienten verstehen und die Art der Behandlung bestimmen, die für eine erfolgreiche Behandlung erforderlich ist.“

Ein Beispiel dafür war ein Fall, in dem Prof. Dr. Dorweiler und sein Team von einer 53-jährigen Frau konsultiert wurden, die bereits von mehreren anderen Kliniken in und außerhalb Deutschlands abgelehnt worden war – so komplex waren ihre Krankheit und das potentielle Risiko bei einer Operation. Aufgrund einer Aortenfehlbildung in der Nähe des Herzens litt die Patientin an einem hervortretenden Blutgefäß an ihrem Hals. Da Prof. Dr. Dorweiler und sein Team die Notwendigkeit einer dringenden ärztlichen Behandlung erkannten, analysierten sie die CT-Scans, jedoch boten die Ergebnisse nicht die für eine genaue Diagnose erforderliche Klarheit.

„Beim Durchsehen der CT-Scans war es unmöglich, die Anatomie eindeutig zu visualisieren“, sagt Prof. Dr. Dorweiler. „Also beschlossen wir ein 3D-Modell zu drucken, durch das dann zum ersten Mal klar wurde, wo und wie groß das Problem war. Wir haben das Modell nicht nur verwendet, um der Patientin unsere Befunde zu erklären und so ihre Adhärenz für die geplante 3-Schritt-Operation zu erhöhen, sondern wir verwendeten es sogar als Referenz während jeder der drei Operationen, was für das erfolgreiche Ergebnis entscheidend war.“

Zeit und Geld sparen dank vorbereitender Übungen

Bis heute ist die Behandlung komplexer Aortenerkrankungen mit der endovaskulären Methode ein schwieriges Verfahren, bei dem sich Chirurgen auf einen Monitor verlassen, um ein kleines Drahtgeflechtröhrchen (Stent) durch die Arterien zu manövrieren und am betroffenen Bereich der Aorta zu implantieren. Kürzlich sahen sich Prof. Dr. Dorweiler und sein Team der Herausforderung eines sehr komplexen Falls eines Aortenbogenaneurysmas gegenüber. Da eine komplizierte Implantations-OP erforderlich war, führte das Team eine präoperative Simulation der Operation unter Verwendung eines Stent-Prototyps und eines 3D-gedruckten Aortenbogenmodells des Patienten durch. Dieser Prozess wurde seitdem in mehreren Fällen wiederholt, bei denen die Chirurgen somit in der Lage waren, im Vorfeld wiederholt eine Operation am Modell zu üben, was die korrekte Konstruktion und Anpassung des Stentimplantats beim ersten realen Versuch ermöglichte und signifikant den Zeit- und Kostenaufwand im Operationssaal reduzierte.

„Wie in aktuell veröffentlichten Studien hervorgehoben wurde, werden durch die Verwendung von 3D-gedruckten Modellen vor der Operation Einsparungen bei der Operationszeit von 5-45 Minuten erzielt“, so Prof. Dr. Dorweiler. „Die Forschungen sind noch nicht abgeschlossen, aber wenn man von einer durchschnittlichen OP-Zeit von 2–4 Stunden ausgeht, sprechen wir hier von einer Zeitersparnis von bis zu 40 %. Wenn Sie jeden Tag mit komplexen Gefäßerkrankungen zu tun haben, kann eine solche Zeitersparnis den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen.“

Zukünftige Gefäßchirurgen für den Erfolg ausbilden

Die in der deutschen medizinischen Forschung und Entwicklung führende Abteilung für Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Mainz verfügt über eine umfangreiche Ausbildungsstätte, in der der 3D-Druck integraler Bestandteil ist.

„Wir verwenden den Stratasys Eden260VS 3D-Drucker in unserer BiomaTicS-Forschungsplattform, um Modelle von Aortenanatomien aus realen Fällen zu erstellen, die wir einsetzen, um zukünftigen Gefäßchirurgen beibringen zu können, wie sie komplexe endovaskuläre Operationen erfolgreich durchführen“, sagt Prof. Dr. Dorweiler. „Mit der Möglichkeit, patientenspezifische Aortenmodelle aus transparentem Material zu drucken, können die Auszubildenden endovaskuläre Verfahren üben und komplexe Drahtführungsfertigkeiten erlernen, indem sie exakte Nachbildungen der Blutgefäße verwenden. Für das Gesundheitswesen ist es entscheidend, dass wir die Möglichkeiten des 3D-Drucks für die medizinische Schulung, Weiterbildung und Forschung einsetzen, um zukünftige Durchbrüche zu fördern.“

Rene Martin, Business Manager Healthcare EMEA bei Stratasys, fasst zusammen: „Der bahnbrechende Einsatz des 3D-Drucks, den wir heute erlebt haben, unterstreicht, warum das Universitätsklinikum Mainz in der deutschen medizinischen Forschung und Entwicklung führend ist. Mithilfe des hochauflösenden 3D-Drucks können Ärzte und Chirurgen patientenspezifische Anatomien replizieren und so rasch lebensrettende chirurgische Eingriffe planen, praktizieren und bestimmen – nicht nur zur Verbesserung der Patientenversorgung und -ergebnisse, sondern auch zur Risikominimierung und Kostensenkung.“