Innovazione di chirurgia plastica con stampa 3D per operazioni craniomaxillofacciali

Chirurgia plastica: applicazioni specifiche per il paziente stampate in 3D per le operazioni craniomaxillofacciale

La chirurgia plastica può aiutare a migliorare la qualità della vita, specialmente quando i pazienti hanno a che fare con problemi craniofacciali: tessuti molli del viso, come naso e labbra, e ossa dello scheletro craniomaxillofacciale (CMF). Questo campo aiuta a migliorare quelle cose che ci rendono umani, come il modo in cui parliamo, guardiamo e usiamo le nostre mani. La stampa 3D viene spesso utilizzata insieme alla chirurgia plastica e, come spiegano una coppia di ricercatori nel Missouri, è un’eccellente specialità in cui definire meglio come la tecnologia viene utilizzata in chirurgia.

Alexander Y. Lin, MD e Lauren M. Yarholar, MD, con la School of Medicine dell’Università di Saint Louis e il cardinale Glennon Children’s Hospital della SSM Health , hanno pubblicato un articolo, ” Innovazione di chirurgia plastica con stampa 3D per operazioni craniomaxillofacciali “, sui quattro tipi di oggetti stampati in 3D per uso chirurgico, sottolineando la chirurgia plastica e le operazioni CMF, e la “elevata rilevanza clinica della tecnologia per tutte le potenziali procedure che utilizzano l’assistenza 3DP”.

“La chirurgia plastica ripristina qualità umane uniche come l’aspetto, il linguaggio (palato), le mani, per migliorare l’interazione con gli altri e la qualità della vita”, hanno scritto i due. “La tecnologia di stampa tridimensionale può essere applicata alle operazioni craniomaxillofacciali di Chirurgia Plastica per modificare lo scheletro osseo del cranio, del viso e delle mascelle.”

L’ospedale pediatrico accademico in cui il Dott. Lin e il Dott. Yarholar lavorano nel 2017 hanno adottato la stampa 3D interna, il che ha portato a “inversione più rapida, personalizzazione immediata e riduzione dei costi dei singoli casi dopo l’investimento originale”. Il loro gruppo ha recentemente pubblicato una recensione con “un’analisi tassonomica di modelli stampati in 3D specifici del paziente” utilizzata nelle operazioni CMF. La revisione includeva solo applicazioni di stampa 3D intraoperatoria specifiche del paziente e analizzava le ricerche attuali trovando e estraendo dati su questo argomento da articoli di riviste sottoposte a revisione paritaria.

“Ci siamo quindi concentrati sulle applicazioni cliniche specifiche degli interventi chirurgici craniomaxillofacciale, risultando in 335 pazienti che avevano dati specifici dei pazienti stampati in 3D che sono stati effettivamente tradotti per l’uso in chirurgia”, hanno scritto. “Abbiamo analizzato queste operazioni craniomaxillofacciale per trovare modelli nell’uso di 3DP per l’applicazione chirurgica diretta specifica per paziente e abbiamo scoperto quattro categorie principali di utilizzo di 3DP per interventi craniomaxillofacciali specifici del paziente.”

Applicazioni per la stampa 3D specifica per paziente in operazioni craniomaxillofacciale

Queste categorie sono state ulteriormente classificate in quattro tipi di applicazioni specifiche per il paziente stampate in 3D:

Tipo I: modelli di contorno
Tipo II: guide
Tipo III: stecche
Tipo IV: impianti
La più semplice di queste applicazioni mediche, i modelli di contorno stampati in 3D sono ricavati dai dati di imaging di un paziente. Possono essere utilizzati in quasi tutte le procedure chirurgiche che richiedono ulteriore visualizzazione e precisione e per mostrare l’anatomia nascosta di un paziente, molto utile per il fissaggio di fratture facciali pediatriche, poiché richiedono una riduzione precisa dei frammenti, piccole incisioni e una rapida inversione di tendenza.

Figura 1: il modello bianco è la mandibola ferita del paziente da una ferita da arma da fuoco. Il modello blu è stato realizzato prendendo la parte sinistra meno ferita della mandibola bianca e rispecchiandola per creare una mandibola teoricamente perfetta. Il mascellare superiore è stampato come il teschio blu per mostrare che i condili teorici della mandibola blu erano alloggiati all’interno delle articolazioni dell’ATM, indicando che aveva dimensioni e forma normali.

Ciò dimostra che la piastra di ricostruzione è pre-piegata a un modello di pre-lesione previsto stampato in 3D.

Le figure sopra sono modelli che i ricercatori hanno fabbricato sulla loro stampante 3D interna per un paziente con una frattura della mandibola sminuzzata da una ferita da arma da fuoco. Il modello della mandibola specifico del paziente è stato utilizzato per pre-piegare le placche di ricostruzione, che sono state introdotte in sala operatoria per aiutare a “fissare internamente la frattura della mandibola”. Ciò ha reso la riparazione della frattura “più veloce e più precisa”.

“La mandibola stampata in 3D (bianca) nella figura 1, è la mandibola del paziente dopo la ferita da arma da fuoco – notare il segmento a farfalla fluttuante con più frammenti più piccoli. Usando il nostro software, l’immagine non danneggiata del lato (sinistro) della mandibola è stata utilizzata per creare un’immagine speculare per sostituire la mandibola fratturata (destra) “, ha spiegato la coppia.

Le guide sono un po ‘più difficili da realizzare, perché lo spazio negativo deve essere “matematicamente caratterizzato” per adattarsi a una superficie, come l’osso; ciò richiede elaborazioni di computer e immagini più precise e complesse. Le guide stampate in 3D sono spesso utilizzate nella ricostruzione craniofacciale pediatrica, come difetti ossei irregolari trovati nel cranio. Trovare un’area del cranio per un sito donatore, creare un donatore irregolare per abbinare il difetto e scoprire che non è una misura perfetta fa perdere molto tempo. Le guide ai difetti del cranio stampate in 3D risparmiano tempo e morbilità emorragiche per questi giovani pazienti.

Vista aerea sinistra del cranio del paziente con difetto del cranio, con la guida 3DP inserita nel difetto cranico. Questa guida 3DP blu può essere utilizzata durante l’intervento chirurgico per raccogliere un innesto osseo di forma precisa.

Destra, vista da posteriore a anteriore del cranio e difetti cranici con una guida 3DP in uno dei due grandi difetti cranici. È stata utilizzata una guida 3DP separata per questo secondo, distinto difetto del cranio.

Le figure sopra “mostrano il cranio di un paziente con un grande difetto del cranio cranico della linea mediana”, che è stato stampato in 3D, insieme alla guida blu; quest’ultimo è stato realizzato con una resina in grado di resistere a temperature di deformazione durante la sterilizzazione.

Paziente con difetto craniofacciale complesso orbitale, con una guida gialla 3DP. La guida cattura la forma imprevedibile del difetto e la complessa angolazione 3D degli aspetti laterali della fronte dove si diffonde nella regione del tempio. Questa guida consente la raccolta di osso con questo angolo congruente, garantendo un innesto osseo autologo che si adatta al contorno della fronte del paziente.

Sono necessari ancora più elaborazione e ingegneria per la stampa di stecche 3D, in quanto devono “eseguire con precisione la chirurgia virtuale per tagliare virtualmente l’anatomia e spostare i pezzi nella posizione finale”. Questi sono comunemente usati per gli interventi chirurgici alla mascella, in particolare per il fissaggio sotto e i morsi eccessivi nei bambini di età compresa tra 16 e 18 anni che hanno raggiunto la maturità scheletrica, e i bambini nati con labbra leporose che hanno una faccia centrale più piccola della mascella inferiore.

“Prima delle stecche 3DP, le stecche personalizzate venivano modellate a mano con le impronte dentali trasformate in modelli dentali, su un articolatore per simulare i movimenti di chirurgia” virtuale “, e le stecche manuali venivano fatte per essere utilizzate intraoperatoriamente. Al giorno d’oggi, il laboratorio odontotecnico umido può essere sostituito da scanner dentali e stampanti 3D ”, hanno scritto i ricercatori.

Quando hai a che fare con impianti di stampa 3D biocompatibili di tipo IV, devi anche preoccuparti delle normative per i materiali utilizzati, quindi ciò richiede la maggior parte del know-how di ingegneria e informatica della scienza dei materiali. Questo è l’oggetto chirurgico stampato in 3D meno comune, “in parte a causa della raffinatezza di fabbricazione necessaria ai materiali impiantabili biopatibili 3DP”, come PEEK e polietilene poroso.

“Abbiamo applicato impianti personalizzati specifici del paziente (alcuni potrebbero essere la produzione additiva, ma esiste anche un altro campo della fresatura sottrattiva che va oltre lo scopo di questa discussione), ma solo per gravi difetti. Ad esempio, i bambini con grandi difetti craniofacciali in cui non vi è abbastanza costola del donatore o osso del donatore, saranno candidati per gli impianti ”, hanno spiegato. “Un’altra area è quella in cui i nostri pazienti con labbro lebbro-naso-palatale possono presentare un’ipoplasia mascellare così grave che ha bisogno di un avanzamento grave e abbiamo usato piastre di titanio personalizzate commerciali specifiche del paziente per la posizione virtuale finale della mascella (combinando il concetto di stecche e impianti). “

Vorresti un impianto cranico con quello?

Questi quattro tipi di applicazioni chirurgiche specifiche del paziente stampate in 3D hanno molti vantaggi: la tecnologia può simulare accuratamente i tessuti duri, il che è utile per gli interventi di ricostruzione ossea. Inoltre, la simmetria e la funzionalità sono fondamentali per il successo degli interventi chirurgici CMF, che la stampa 3D, l’elaborazione delle immagini e il software per computer possono aiutare virtualmente a modellare e simulare in anticipo.

“Una delle chiavi per il massimo beneficio per tutti questi tipi è comprendere il concetto di mirroring, trovare tessuti normali da imitare, al fine di progettare la replica più accurata specifica per il paziente”, ha scritto la coppia. “Ciò comporta l’analisi del lato controlaterale che è normale e l’utilizzo di software per acquisire l’immagine speculare, creando così qualcosa di simile a come dovrebbe apparire l’anomalia ipsilaterale.”

I ricercatori hanno scoperto che il 62% dei pazienti nella loro revisione aveva questa tecnica speculare utilizzata nei loro interventi chirurgici.

“Nonostante il rapido progresso di 3DP in medicina e chirurgia, gli studi sugli esiti di 3DP sono ancora agli inizi. Parte di questo è la mancanza di una classificazione sistematica delle tecniche utilizzate, rendendo più difficile fare studi di confronto. La chirurgia craniomaxillofacciale è una specialità ideale per studiare gli interventi chirurgici 3DP specifici per il paziente, poiché le operazioni sono ad alta intensità ossea e 3DP è attualmente più bravo a simulare i tessuti duri “, hanno concluso.

“La nostra esperienza finora con 3DP specifico per il paziente per la chirurgia è che può rendere gli interventi chirurgici più veloci, più accurati e meno invasivi con cicatrici più piccole. Ciò è particolarmente utile per i pazienti pediatrici in cui l’anatomia è più fine e più compressa, la durata dell’intervento può portare a una maggiore perdita di sangue, che è ancora più critica nei bambini. “

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