Dispositivi medici personalizzati stampati in 3D per la chirurgia cranio-maxillo-facciale ricostruttiva

18 Ott 2019

L’imaging e la stampa 3D stanno avvicinando molto il futuro dell’assistenza sanitaria rivoluzionaria. Con maggiori progressi nella tecnologia nei campi correlati, ad esempio l’intelligenza artificiale, i potenti calcoli, l’acquisizione delle immagini e i tempi di elaborazione saranno notevolmente ridotti. Inoltre, i dati di imaging medico saranno probabilmente ospitati nel cloud, liberando spazio di archiviazione locale del computer, che è sostanziale per i rendering 3D. Insieme alle immagini 2D, i modelli 3D offrono una rappresentazione più completa dello stato del paziente e sono uno strumento aggiuntivo che i neurochirurghi possono implementare per analizzare e pianificare la gestione medica per disturbi neurologici problematici.

La stampa 3D sta cambiando le dinamiche degli interventi chirurgici cranio-maxillo-facciali e sta trasformando l’impossibile in infinite possibilità. La chirurgia ricostruttiva cranio-maxillo-facciale è tuttavia un’area difficile ma in evoluzione. Inizialmente si concentra sul ripristino delle funzioni primarie e poi sulla salvaguardia delle strutture anatomiche cranio-facciali come la sincronizzazione con le caratteristiche precedenti e, naturalmente, il ripristino delle caratteristiche simmetriche. I biomodelli stampati tridimensionali (3D) sono stati ampiamente adottati in campo medico offrendo un feedback tangibile e una maggiore gratitudine alla relazione visuo-spaziale tra varie e uniche strutture anatomiche. La chirurgia ricostruttiva cranio-maxillo-facciale è stata una delle aree principali in cui implementare la tecnologia di stampa 3D nella propria pratica. La biomodellazione è stata utilizzata in disturbi congeniti, ricostruzione cranio-facciale di lesioni traumatiche, lesioni iatrogene, rimozione di tumori, chirurgia ortognatica e implantologia. La stampa 3D si è dimostrata un metodo eccellente, consente la simulazione e la pianificazione per la pre-operazione, stabilisce strumenti per la gestione intraoperatoria, riduce al minimo i tempi operatori e aumenta notevolmente i risultati bio-funzionali e visivi dell’intervento chirurgico.

Processo di sviluppo di bio-modelli 3D

Lo sviluppo di bio-modelli 3D è ciò che è diventato il nucleo della rivoluzione nelle operazioni chirurgiche di successo. Il robusto processo di produzione di bio-modelli 3D, normalmente definito reverse engineering, comprende i quattro passaggi fondamentali progressivi dichiarati:

Fase 1: generazione di dati di immagini 3D volumetriche di qualità super dell’entità anatomica mediante una qualsiasi delle due tecniche, TC o RM, entrambe le tecniche aiutano a modellare l’oggetto anatomico. Normalmente è richiesto e consigliato uno spessore di sezione TC inferiore a 1 mm.

Fase 2: l’elaborazione delle immagini 3D viene utilizzata per cogliere l’area di interesse dai tessuti adiacenti, che potrebbe richiedere due tipi di software:

Il primo software è il software di “modellazione 3D”. Interpreta i file di imaging e codifica digitale in medicina (DICOM) dalle scansioni TC/RM in un file di progettazione assistita da computer (CAD); enfatizzando le aree di interesse chirurgico.

Il secondo software è un software di “slicing 3D” che elabora il file CAD e lo divide in sottili fette di dati, il che è appropriato per la stampa 3D.

Fase 3: la preparazione e la costruzione del modello 3D vengono eseguite con uno dei due metodi:

Produzione sottrattiva: lavorazione di un blocco di materiale nel modello CAD 3D desiderato.

Produzione additiva: questo metodo è il più utilizzato. Si tratta di un’aggiunta di materiale strato per strato o possiamo dire che è la fusione degli strati nel modello desiderato.

Fase 4: la garanzia della qualità (QA) del modello 3D è importante. Questa fase verifica la precisione dimensionale e se il modello non è della qualità desiderata, viene rielaborato o viene prodotto un nuovo modello.

È fondamentale che i modelli biomedici prodotti dalla tecnologia di stampa 3D siano sottoposti a rigorosi controlli di qualità in tutte le fasi del processo di produzione.

Chirurgia della mascella e modelli facciali

Un modello della bocca di un uomo è stato imitato con l’aiuto della stampa 3D e utilizzato come prototipo per formare un modello in cera, che è stato poi indurito e infine adattato con i denti.

Un caso riguarda la rimozione della mascella superiore di un uomo indiano. La rimozione è stata eseguita a causa del cancro. A causa della rimozione delle sue parti, sia il naso che la bocca sono rimasti senza protezione ed esposti all’ambiente. La situazione è peggiorata per la persona di quarantun anni, quando a causa di una radioterapia di sei settimane, ha indotto la fibrosi da radiazioni e di conseguenza ha avuto il tetano, influenzando spietatamente la sua capacità di aprire la bocca.

Gli specialisti hanno utilizzato una scansione TC per formare una ricostruzione 3D del viso della persona. Una replica 3D della bocca della persona interessata è stata quindi stampata e utilizzata come riferimento per formare un modello in cera, che è stato poi indurito e adattato con l’adattamento dei denti. Con la protesi adattata per adattarsi comodamente alla posizione, si segnala che la deglutizione, la masticazione, il parlare e i restanti movimenti facciali della persona sono notevolmente migliorati.

Neurochirurgia e tumore cranico

L’avvento della stampa 3D, dell’imaging HD o dell’imaging 3D ha portato la migliore qualità nelle modalità di imaging nel campo della neurochirurgia. La chirurgia cerebrale marginalmente invasiva è ora diventata il segno distintivo della cura nel campo della neurochirurgia grazie all’implementazione di metodi di apertura endoscopica insieme a sistemi di imaging 3D di alta qualità che sono intraoperatori insieme ai dispositivi di stampa 3D. Tutti questi progressi hanno migliorato la qualità e la sicurezza nel campo della neurochirurgia.

Sono attualmente disponibili impianti chirurgici personalizzati e unici per il paziente che stanno rinnovando il panorama della cranioplastica e dell’interazione uomo-macchina allo stesso modo dell’istruzione chirurgica. Un modello 3D dalla stampa 3D ora funge da campione, che può addestrare i chirurghi attuali e futuri a gestire complesse malattie della base cranica insieme a tumori cerebrali maligni e benigni invasivi.

All’inizio della stampa 3D per l’implementazione medica nell’anno 2014, si è verificato un evento incredibile legato a una persona che ha salvato la vista della moglie stampando in 3D un meningioma, il suo tumore al cervello, che era complicato e le aveva aggrovigliato i nervi ottici. Il modello 3D ha convinto i medici di Pamela Shavaun Scott a impiegare un approccio mininvasivo del buco della serratura nel sopracciglio per eliminare il tumore e proteggere la vista della donna.

TS Quality può aiutare con soluzioni di imaging 3D, reverse engineering e stampa 3D

Le strutture craniche e maxillo-facciali non sono solo complicate, ma anche singolarmente uniche tra gli individui. Si dice che l’implementazione di questi modelli biomedici 3D nella chirurgia ricostruttiva sia maxillo-facciale che cranica sia molto utile nella progettazione e nello sviluppo di protesi singole e nel dimensionamento di innesti ossei. Viene anche utilizzato per la produzione di strutture per la rigenerazione ossea insieme ad altri tratti della ricerca medica e dell’istruzione.

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