Onderzoek
07/04/2017

Een baby uit de printer

In zaken van leven en dood kun je maar beter goed voorbereid zijn. Promovendus Mark Thielen (Industrial Design) bouwt daarom een realistische pop vol sensoren om artsen te leren hoe ze een pasgeboren baby moeten reanimeren. Het skelet, hart en longen maakte hij met een 3D-printer op basis van MRI-scans van echte baby’s.

door Tom Jeltes

In het piepkleine laboratorium van Mark Thielen in Laplace staan twee couveuses en een reanimatietafel voor pasgeborenen - een soort aankleedtafel, voorzien van warmtelamp, monitors en beademingsapparaat. Zijn bureau ligt vol met ribbenkastjes op babyformaat in verschillende kleuren, hartjes ter grootte van een forse walnoot en longetjes van kunstrubber.

De promovendus wijst naar de pop op de reanimatietafel, die oppervlakkig maar weinig afwijkt van de poppen waar je kleuters vaak mee ziet rondsjouwen. “Daarmee oefenen artsen het reanimeren van pasgeboren baby’s. Je ziet dat de binnenkant vol zit met buizen en veren. Als je hard genoeg drukt op de borstkas, dan hoor je een klik. Dat is natuurlijk niet bijzonder realistisch: als je in het echt een klik hoort bij een reanimatie, dan is er iets goed mis!”

Al sinds hij tweedejaars student Industrial Design was, houdt deze kwestie Thielen bezig. Hoe maak je een - betaalbare - realistische reanimatiepop, waarop artsen hun levensreddende handelingen - beademing en hartmassage - optimaal kunnen oefenen? “Het begon met een project waarbij het ritme en duwdiepte van de reanimatie werd aangegeven met een metronoom. Daarvoor maten we de druk op de borstkas. Maar de druk op zich is niet van belang; het gaat erom dat je zuurstofrijk bloed van de longen naar de vitale organen krijgt. Die verplaatsing van het bloed is dus waar het eigenlijk om draait.”

Voor zijn afstuderen fabriceerde Thielen een pop voorzien van plastic buisjes met vloeistof, waarvan de stroomsnelheid wordt gemeten. Een stap vooruit, vertelt hij, omdat je ermee het effect van de hartmassage op de bloedstroom kunt simuleren en meten. “Maar het blijft een grote grijze pop van plastic en piepschuim. Daardoor blijf je zitten met de dissonantie tussen de oefening en de echte noodsituatie; dan heb je namelijk met een baby te maken die heel anders oogt en voelt.”

Toen hij de kans kreeg om als promovendus een echt realistische oefenpop te maken, greep Thielen deze dan ook met beide handen aan. Het lukte hem om via een Nijmeegse arts aan een driedimensionale MRI-scan van een pasgeboren baby te komen. “Die zijn heel zeldzaam: meestal wordt alleen het deel van het lichaam gescand waar het probleem zit.” Op basis van deze scan liet hij de botten van het kinderskelet op ware grootte printen met een 3D-printer. “Dat zijn er een paar honderd, sommige niet veel groter dan een zandkorrel. De kleinste heb ik daarom maar weggelaten - als je die laat vallen, vind je ze überhaupt niet meer terug.”

Zijn bureau ligt vol ribbenkastjes op babyformaat

Thielen laat het 3D-geprinte skeletje zien; hij heeft alle losse botjes verbonden met een ketting. “Dit was de eerste die we hebben geprint; deze was voor mij belangrijk om gevoel te krijgen voor de maten.” Op basis van een andere MRI-scan van het Máxima Medisch Centrum maakte hij ook modellen van het hart en longen: de essentiële zachte weefsels in de borstholte. Vervolgens ging hij op zoek naar materiaal met de juiste mechanische eigenschappen: cruciaal als je wilt leren hoe hard je op het borstbeen van een baby moet duwen om de borstkas ongeveer een derde in te drukken, wat nodig is voor een effectieve hartmassage.

Dat resulteerde in een hele serie ribbenkasten, de meeste geprint bij Industrial Design zelf. Een ribbenkast van relatief hard TPU-rubber printte hij via 3D Hubs, een online portal om de juiste printer te vinden voor elk 3D-ontwerp. De zachte organen printte de promovendus niet direct, maar liet hij gieten in mallen die wel weer 3D-geprint werden. “Dat is echt de enige manier om een anatomisch correct hart van rubber te maken.”

“De arts moet echt schrikken als hij de pop ziet liggen”

Volgens Thielen is maar weinig onderzoek gedaan naar de precieze mechanische eigenschappen van de borstkas van pasgeboren kinderen. “Dat ligt om begrijpelijke redenen natuurlijk heel gevoelig. Er zijn in Zuid-Afrika wel studies gedaan met konijnen. Die hebben ongeveer het juiste formaat.” Om de pop er zo realistisch mogelijk te laten uitzien en aanvoelen, heeft hij het materiaal voor de ‘huid’ besteld bij een bedrijf dat materialen maakt voor special effects in films. “Die kunnen de huid ook exact de goede kleur geven. Uiteindelijk wil ik dat een arts die gaat oefenen echt schrikt als hij de pop ziet liggen. Die emotionele respons draagt ook bij aan een betere oefening. Al moet ik zeggen dat ik bij alle trainingen met eenvoudige plastic poppen behoorlijk onder de indruk was van hoe serieus dat werd gedaan. De knop gaat dan echt om.”

Minstens zo belangrijk als hoe realistisch de pop oogt, is de feedback die hij moet leveren. Reanimatieprotocollen zijn momenteel vooral gebaseerd op ervaring en intuïtie - gecontroleerde experimenten zijn uiteraard lastig in zo’n noodsituatie. Daarom komt de reanimatiepop vol te zitten met sensoren, die de bloeddruk meten in beide helften van het hart, de vloeistofdoorstroming in de aorta en longslagader, en luchtdruk en volume van beide longen. En omdat het voor de beademing belangrijk is dat de luchtpijp vrij is, komen er ook sensoren die de buiging van de nek en hoogte van de kaak meten.

Al die sensoren moeten hun waarden draadloos laten uitlezen, zodat elke oefensessie na afloop tot in detail kan worden geanalyseerd. “Je ziet dan bijvoorbeeld of de hartmassage na een paar minuten minder krachtig wordt, en welk effect dat heeft op de bloedsomloop. En je kunt de resultaten van alle sessies met elkaar vergelijken, ook tussen artsen onderling. Dat kan een grote impact hebben op de kwaliteit van de zorg.”

Aan het eind van dit jaar moet de pop helemaal af zijn, zegt Thielen. Zijn 3D-geprinte creatie moet dan kunnen concurreren met de peperdure reanimatiepoppen die nu al op de markt zijn. “Ik denk dat je deze pop voor minder dan vijfduizend euro moet kunnen maken. Dat is belangrijk, want veel duurdere poppen schaffen ziekenhuizen niet snel aan, of worden te weinig gebruikt uit angst dat ze kapot gaan.”

Aan interesse van de media zal het niet liggen: sinds 3D Hubs eerder deze maand besloot een persbericht te wijden aan Thielens project is het een gekkenhuis: de grote Britse tabloid Daily Mail berichtte uitgebreid over zijn ‘3D-geprinte baby’, waarna onder meer De Telegraaf en talloze nationale en internationale websites volgden. “Discovery Channel Canada maakt een item en ook Scientific American is ermee bezig. Allemaal heel leuk, maar ook wel heftig. Ik wil binnenkort wel weer echt aan het werk.”