8 mei 2019

3D-geprinte baby dummy voor betere reanimatietraining

3D-geprinte baby dummy voor betere reanimatietraining

Twee miljoen: dat is wereldwijd het aantal baby’s dat jaarlijks tijdens de geboorte verstikt raakt. Een reanimatieprocedure is soms de oplossing om onherstelbare schade voor de baby te voorkomen. En voor een succesvol resultaat is een snel handelen en voorbereiden van vitaal belang. TU/e-onderzoeker Mark Thielen (Industrial Design) ontwikkelde een 3D-geprinte baby dummy, gebaseerd op een MRI-scan van een echte, pasgeboren baby. De pop is gemaakt van 3D-geprinte organen en borstbeenderen, en een nagemaakte bloedsomloop. Voor de neonatologen van Máxima MC in Veldhoven biedt de oefenpop een veel realistischer gevoel tijdens de training van de reanimatieprocedure dan de tot dan toe gebruikte pop, en als toegevoegde waarde is er de actuele signalering van vitale functies zoals bloeddruk en hartslag tijdens reanimatie.

Elk jaar sterven wereldwijd ongeveer een miljoen baby’s tijdens de bevalling als gevolg van een zuurstoftekort tijdens de geboorte. Daarnaast hebben een miljoen baby’s last van de gevolgen. Die variëren, afhankelijk van de duur van het zuurstoftekort, van kleine neurologische afwijkingen tot onherstelbare hersenbeschadiging. Directe reanimatie – het openen van de luchtweg, het ventileren van de longen en het uitvoeren van borstcompressies – kan de gevolgen van verstikking bij de geboorte tot een minimum beperken.

Mark Thielen, promovendus bij Industrial Design, TU/e

Piepende springveren
Neonatologen, gynaecologen en vroedvrouwen trainen deze vaardigheden momenteel op het gebied van reanimatiepoppen. Hoewel de huidige oefenpoppen vervangers voor het echte kind zouden moeten zijn, is er aan de binnenkant weinig gelijkenis. ‘Ze hebben een puur mechanisch ontwerp, dat geoptimaliseerd is voor massaproductie: goedkoop en onverwoestbaar’, legt Thielen uit. En een mechanische inwendige constructie, met piepende springveren en plastic platen, is zeker niet de manier waarop mensen biologisch zijn samengesteld. ‘Als artsen oefenen met het gebruik van deze oefenpoppen,’ vraagt hij zich af, ‘leren ze dan eigenlijk wel het juiste gevoel? ‘En kunnen we de kwaliteit van de training vaststellen zonder het meten van de bloed- en luchtstroom?

Pasgeborene van de printer
Voor zijn promotieproject ontwierp en bouwde Thielen een nieuwe reanimatiepop, gebaseerd op een MRI-scan van een voldragen baby. Met behulp van een 3D-printer maakte hij replica’s van de botstructuur – bestaande uit sterke, flexibele kunststoffen – en vormen van het hart, de longen, de spieren, het vet en het huidweefsel, in verschillende zachte siliconensoorten. De hele pop werd tot in het kleinste detail afgedrukt.

3D-geprinte pop (bron: Angeline Swinkels, TU/e)

Het 3D-printen van de ribbenkast was een echte uitdaging, een enorme inspanning die maanden werk vergde’, zegt Thielen. Ik heb uren en uren besteed aan het identificeren van de randen van elk bot in de MRI-beelden, stuk voor stuk. Vaak gaf het automatisch laten analyseren van de beelden door een beeldsoftware onbevredigende resultaten, dus moest ik opnieuw beginnen en alles handmatig doen’. Er werd ook veel aandacht besteed aan het 3D-printen van het hart, een model dat bestaat uit vier interne ruimtes met zelfs vier hartkleppen.

Onderverdeling van het MRI-beeld van de ribbenkast (rood) en de kraakbeenstructuur (geel) (bron: Angeline Swinkels, TU/e)

Kwaliteit van de hartmassage
Het nieuwe ontwerp bevat een verscheidenheid aan sensoren om de kwaliteit van de reanimatie te meten. De kaak bevat bijvoorbeeld positiesensoren om de opening van de luchtweg te volgen, terwijl er bloeddruk- en stromingssensoren in het hart zijn geplaatst om de effectiviteit en kwaliteit van de hartmassage te bepalen. De uiteindelijke integratie van het kunstmatige vasculaire systeem in de oefenpop vereist nog steeds verdere miniaturisering van het circulatiesysteem.

Circulatory system

Noodhulpdiensten enthousiast
De weerstand en flexibiliteit van het hart en de ribbenkast worden gemeten in de nieuwe pop en vergeleken met echte baby’s en konijnen, die qua anatomie en grootte vergelijkbaar zijn. Voor Sidarto Bambang Oetomo, kinderarts in de neonatologie gespecialiseerd in innovaties voor te vroeg geboren baby’s die lange tijd aan het Máxima MC van Veldhoven heeft gewerkt en als parttime hoogleraar aan de TU/e, is de nieuwe dummy een grote stap in de richting van een realistisch gedrag dat ‘de kwaliteit van de reanimatietrainingen’ kan verbeteren. Als de oefenpoppen op speelgoedpoppen lijken’, legt hij uit, ‘kunnen de stagiairs gemakkelijk afgeleid worden en hun concentratie verliezen, waardoor de training minder efficiënt wordt’. Dokters en verpleegkundigen van Máxima MC die deelnamen aan een sensorische studie gaven ook aan dat de realistische gevoelswaarde tijdens de reanimatie van de nieuwe oefenpop veel hoger was dan bij de huidige oefenpoppen.

Voor de allerkleinsten, die de grootste kans verdienen
De door Thielen ontwikkelde oefenpop is speciaal bedoeld voor ziekenhuizen in ontwikkelingslanden, waar de meeste voortijdige geboorten plaatsvinden. ‘Zodoende’, legt hij uit, ‘is betaalbaarheid een van de grootste voorwaarden’. Het eerste prototype van Thielen, nu ontwikkeld voor ongeveer 5000 euro, is iets duurder dan de eenvoudigere en puur mechanische alternatieven. Toch is het nog steeds een goedkoop alternatief voor de zeer geavanceerde testpoppen, die tot 50.000 euro kunnen kosten. En Thielen denkt nu al aan kortetermijnoplossingen om de kosten nog verder terug te dringen. Thielen: ‘Tegenwoordig is het verschepen van producten wereldwijd een gangbare praktijk. Ik droom ervan dat mijn 3D geprinte baby overal ter wereld geleend wordt waar nodig, en tegen een veel goedkopere huurprijs’.

Mark Thielen is promovendus bij Industrial Design aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Hij verdedigt zijn proefschrift, getiteld ‘ReVive, designing the newborn life support manikin’ op 8 mei. Zijn begeleiders zijn prof.dr.ir. L.M.G.Feijs (TU/e), prof.dr. S. Bambang Oetomo (TU/e, Máxima MC), dr.F.L.M. Delbressine (TU/e). Andere betrokken partijen zijn: IMPULS perinatology program en Eindhoven Medtech Innovation Center (e/MTIC).