Und diese Hoffnung ist nun sichtbar im Gesicht der 15-jährigen Rachel Uwimana aus Ruanda, die an einer fibrösen Dysplasie litt. Hierbei handelt es sich um eine Knochenkrankheit, in der sich narbenartiges Gewebe anstelle normaler Knochen entwickelt. Der Schädel des Mädchens und die knöcherne Orbita um ihr linkes Auge waren stark entstellt.

Dank menschlichen Mitgefühls, chirurgischer Fähigkeiten und fortschrittlicher Technologien wie der virtuellen Operationsplanung (Virtual Surgical Planning, VSP®) und dem 3D Druck von 3D Systems kann Rachel nun wieder unbeschwert lächeln und lachen – Mimik, die vor Jahren noch unmöglich schien.

Ein neuer Anfang

Rachel wurde wegen ihrer fibrösen Dysplasie zunächst in Ruanda behandelt. Die Ärzte führten dazu verschiedene Operationen durch, wobei ein Implantat eingesetzt wurde. Dieses wurde jedoch von Rachels Körper abgestoßen, und schließlich trat an der Kontaktstelle des Implantats mit der Nasenhöhle eine Infektion auf. 

Dr. Ric Bonnell, Director of Global Health am Dell Children’s Medical Center in Austin (Texas), wurde auf den Fall aufmerksam. Das Dell Children’s Medical Center gehört zu Ascension, der landesweit größten gemeinnützigen Gesundheitsorganisation in den USA. In Zusammenarbeit mit Africa New Life Ministries, einem gemeinnützigen Programm zur Unterstützung von Kindern, die medizinische Hilfe benötigen, brachte Bonnell Rachel nach Austin. 

Die erste Operation an Rachel am Dell Children's erfolgte unter der Leitung von Kraniofazialchirurg Dr. Raymond Harshbarger. Ebenfalls an der Operation beteiligt waren das 3D Systems-Team im Healthcare Technology Center aus Denver, der Neurochirurg Dr. Timothy George, der Facharzt für Infektionskrankheiten Dr. Coburn Allen und weitere Fachleute, die die Operation unterstützten.

Simulation der Operation

Dr. Harshbarger war gegenüber der virtuellen Operationsplanung von Anfang an aufgeschlossen und verwendete 3D Technologien zur Vorbereitung komplexer Operationen bereits in den frühen 2000er-Jahren. 2009 trat er seine Stelle beim heutigen 3D Systems Healthcare Technology Center an. Seitdem hat er Hunderte von Operationen mithilfe der virtuellen Operationsplanung sowie Modellen und Schablonen aus dem 3D Drucker durchgeführt.

„Rachels Zustand war sehr kompliziert“, sagt Dr. Harshbarger. „Der Einsatz der virtuellen Operationsplanung von 3D Systems ermöglichte es uns, verschiedene Vorgehensweisen auszuprobieren, bevor endgültige Entscheidungen getroffen wurden.“

Die erste Operation, die Ende März 2015 stattfand, bestand aus der Entfernung eines großen Knochenzementbereichs, der bei der Operation in Ruanda eingesetzt worden war, der Behandlung der infizierten Stirnhöhle, der Resektion der fibrösen Dysplasie, der Rekonstruktion der Weichteile mit Gewebe aus Rachels Oberschenkel und einer Skelettrekonstruktion.

Unter Verwendung von Rachels CT-Scandaten arbeitete 3D Systems gemeinsam mit Dr. Harshbarger und den übrigen Mitgliedern des Operationsteams in Webmeetings die Operationsverfahren aus. Dabei wurden die Knochenschnitte, die auf dem Operationstisch vorgenommen werden würden, digital simuliert.

Maßgeschneiderte chirurgische Instrumente

Für die erste Operation druckte 3D Systems unter Verwendung seiner ProX®-Stereolithographietechnologie ein Modell, das zeigte, wie Rachels Schädel nach der Entfernung des fremden Knochenmaterials aussehen würde. 

Ferner wurden zwei Vorlagen für Operationsschablonen erstellt: Eine unterstützte Dr. Harshbarger bei der Positionierung eines vorübergehend eingesetzten patientenspezifischen Titanimplantats zum Schutz von Rachels Augenhöhle, die andere war eine Nachbildung der Knochenwucherung, die von Rachels Schädel entfernt werden musste.

Komplexität in den Griff bekommen

Bei einer zweiten Operation, die fünf Monate nach der ersten stattfand, platzierte Dr. Harshbarger Rachels Wangen- und Stirnknochen sowie die Augenhöhle neu, um die Symmetrie des Gesichts herzustellen. Auch hierbei wurde die virtuelle Operationsplanung durch 3D Systems in Zusammenarbeit mit Dr. Harshbarger durchgeführt. Dabei entstanden 3D gedruckte Schädelmodelle, Markierungs- und Platzierungsschablonen sowie Vorlagen.

„Die Positionierungsvorlage sollte es Dr. Harshbarger ermöglichen, eine Bezugsmarkierung auf dem Knochen zu setzen, anhand derer das angepasste PEEK-Implantat wie vorgesehen platziert werden konnte“, sagt Mike Rensberger, Leiter der Abteilung VSP Reconstruction bei 3D Systems. 

PEEK steht hierbei für Polyetheretherketon, einen hochfesten Kunststoff, aus dem KLS Martin die patientenspezifischen Kranialimplantate fertigt. In Rachels Fall erstreckt sich das zweiteilige Implantat über den Schädelknochen im Stirnbereich sowie die Orbitalbereiche um die Augenhöhle und den oberen Wangenknochen.

„Die Herausforderung beim Erstellen des Implantats bestand darin, eine präzise Kontur zu schaffen, die nicht nur ästhetisch einwandfrei, sondern auch funktional zur Implantation während der Operation geeignet ist“, meint Tirth Patel, Fachmann für CT-basierte Implantationen am KLS Martin.

„3D Systems arbeitete bei der Planung der exakten Knochenbewegung eng mit Dr. Harshbarger zusammen“, ergänzt Patel. „Wir erstellten auf Basis der digitalen Dateien von 3D Systems ein individuelles Design, mit dessen Hilfe Dr. Harshbarger das Implantat perfekt positionieren konnte, um so auf der Stirn einen nahtlosen Übergang zu schaffen.“

„Das Ganze war extrem komplex, denn das Implantat musste sich beim Absenken direkt in den Wangenknochen einpassen, der seinerseits in eine neue Position verschoben worden war“, so Dr. Harshbarger. „Es gab keinerlei Fehlertoleranz. Trotzdem war die Bewegung des Wangenknochens hochpräzise, und der Anschluss an das Implantat war tadellos.“

„Die virtuelle Operationsplanung und die von 3D Systems bereitgestellten Modelle, Schablonen und Vorlagen aus dem 3D Drucker haben dieses Maß an Präzision erst möglich gemacht.“

Die zweite Operation war erfolgreich und behob die größten Probleme bei der Rekonstruktion von Rachels Schädel. Dr. Harshbarger hat vorgeschlagen, zu einem späteren Zeitpunkt kosmetische Operationen durchzuführen, um die durch die Gewebetransplantationen entstandenen Unterschiede bei der Hautfarbe zu korrigieren und Rachels Kopfhaut zu vergrößern.

Aus Hoffnungen werden Chancen

Etwa einen Monat nach der zweiten Operation wurde Rachel von Seton Healthcare, einer Mitgliedsorganisationen von Ascension, zu einer Reise in die US-Hauptstadt Washington eingeladen, wo sie der Rede von Papst Franziskus vor dem Kongress beiwohnen sollte. Sie machte diese Reise gemeinsam mit Dee Brosnan, Case Manager beim Dell Children’s Medical Center, die während Rachels Aufenthalts in Austin ihre Gastmutter war.

Passend zu Rachels Fall betonte der Papst in seiner Rede vor allem, wie viel Hoffnung internationale Kooperationen bieten würden: 

„Unsere Bemühungen müssen darauf ausgerichtet sein, wieder Hoffnung zu geben, Ungerechtigkeiten zu korrigieren, Verpflichtungen treu einzuhalten und so das Wohl von Einzelpersonen und Völkern zu fördern. Wir müssen gemeinsam und geschlossen vorangehen, in einem neuen Geist der Brüderlichkeit und Solidarität, und hingebungsvoll für das Allgemeinwohl zusammenarbeiten.“

Seit dem Frühjahr 2016 lebt Rachel bei Brosnan und besucht die International High School in Austin, um Englisch zu lernen. Sie plant, bis Juni in Austin zu bleiben und die Schule abzuschließen. Danach will sie zu ihrer Familie nach Ruanda zurückkehren – als körperlich, mental und emotional vollkommen neuer Mensch.