Intervista a Jasamine Coles-Black: i vantaggi dei modelli stampati in 3D nella chirurgia vascolare

Sette anni fa, l’Organizzazione mondiale della sanità ha stimato che il volume globale complessivo delle operazioni fosse di 312,9 milioni. Ciò potrebbe probabilmente significare che nella nostra vita, molti di noi andranno sotto il coltello del chirurgo, e perché non è più così spaventoso come forse all’inizio del 1900 (se hai visto il film di successo di Cinemax The Knick, sai cosa intendo), dovremmo essere grati di vivere il 21. secolo. La chirurgia è diventata più sicura, e la chirurgia estetica, la microchirurgia e molti altri interventi di tipo elettivo sono procedure abbastanza comuni e spesso indolori. Tuttavia, alcuni degli interventi più complessi hanno ancora alti tassi di mortalità. Nel tentativo di sfruttare i progressi tecnologici in corso, molti medici specialisti hanno notato che la stampa 3D può migliorare la pianificazione e l’addestramento chirurgico, il che andrà a beneficio delle procedure chirurgiche.

L’anno scorso, i chirurghi della Nuova Scozia hanno utilizzato per la prima volta un modello di cervello stampato in 3D nella pianificazione chirurgica , mentre 60 specialisti della Mayo Clinic hanno dedicato tre anni e mezzo e più di 50 sabati a praticare un trapianto di faccia molto complesso, grazie all’imaging 3D. e procedure chirurgiche virtuali. A Melbourne, in Australia, il laboratorio di stampa 3D Austin Health supporta la stampa 3D per applicazioni cliniche e gestisce un programma di ricerca attivo che esplora come la stampa 3D può essere utilizzata per l’insegnamento, la simulazione procedurale, l’educazione del paziente, la pianificazione chirurgica e gli impianti protesici. La prima struttura di questo tipo nella città più meridionale del paese, 3dMedLab è nato dopo le discussioni per un approccio più coordinato e organizzato alle risorse di stampa 3D in tutta l’Università di Melbourne e in particolare la disponibilità di questa tecnologia ai medici-ricercatori presso gli ospedali associati con la facoltà di medicina, odontoiatria e scienze della salute . Da allora hanno ampliato il numero di specializzazioni mediche e ricercatori con cui lavorano in diversi ospedali di Melbourne, nonché lo sviluppo di partnership nazionali e internazionali.

Abbiamo parlato con Jasamine Coles-Black, medico e ricercatore vascolare presso il Dipartimento di Chirurgia Vascolare presso Austin Health, a Melbourne per capire come la stampa 3D può migliorare la pianificazione chirurgica in complesse procedure endovascolari per trattare le arterie e le vene del corpo e la formazione per i residenti medici.

“La stampa 3D è l’eccitante passo successivo nella medicina personalizzata. I modelli anatomici sono realizzati su misura utilizzando le scansioni che abbiamo acquisito come parte dell’assistenza medica di un paziente. Da queste scansioni, possiamo evidenziare le parti del paziente che siamo interessati a operare e utilizzare queste immagini per realizzare un modello 3D. Da lì, può essere stampato utilizzando qualsiasi stampante 3D. Il laboratorio stampa spesso modelli di aorta malata per eseguire un intervento chirurgico di “pratica”. Abbiamo scoperto che questi modelli stampati in 3D sono di grande valore quando ci troviamo di fronte a casi difficili. Oltre a usarli per la simulazione chirurgica, possono anche essere usati per insegnare ai chirurghi tirocinanti l’anatomia e l’approccio nei casi difficili. Questi stessi modelli possono essere usati per spiegare ai pazienti la loro malattia e la procedura che stiamo proponendo loro sottopongono. Abbiamo scoperto che siamo in grado di comunicare meglio con i pazienti sulla loro malattia quando possono tenere la loro anatomia nelle loro mani “, ha spiegato Coles-Black, co-fondatore di 3DMedLab insieme a Jason Chuen, direttore del laboratorio.

Gli esperti di 3DMedLab hanno anche stampato arterie carotidee stampate in 3D (il principale vaso sanguigno nel collo che rifornisce il cervello) per aiutarle a visualizzarle prima che la squadra esegua operazioni volte a prevenire gli ictus o prima che operino sui tumori del collo che coinvolgono queste arterie. Tracie Barber, assistente professore e collaboratrice per l’Università del New South Wales, stampa 3d fistole create da chirurghi vascolari per l’accesso alla dialisi come strumento educativo per pazienti e infermieri. Inoltre, il primo modello anatomico 3D stampato in laboratorio era quello di pianificare un aneurisma aortico addominale particolarmente complesso che avrebbe potuto essere potenzialmente mortale per il paziente se non trattato. L’operazione è stata eseguita con successo da Chuen e, secondo Coles-Black, il paziente ha persino portato a casa la replica stampata in 3D del suo aneurisma, a cui è stato dato un nome!

I pazienti ospedalieri trarranno beneficio da una nuova ricerca che dimostra che la chirurgia è di gran lunga superiore se i medici eseguono stampe 3D delle parti corporee pertinenti, in modo che le persone che necessitano di operazioni ottengano un intervento chirurgico personalizzato, rendendo le procedure più veloci, i pazienti non saranno sotto anestesia per lungo tempo, permettendo la produzione di simulatori efficienti per l’allenamento endovascolare, migliorare le prestazioni chirurgiche dei residenti e la fiducia in se stessi. Coles-Black sostiene che i modelli stampati in 3D possono aiutare a comprendere il comportamento del materiale endovascolare in tre dimensioni, all’interno di un’anatomia specifica e possono essere manipolati e ispezionati direttamente, il che può aiutare a identificare alcuni dettagli che potrebbero non essere stati notati in una TC scansione. Inoltre, la stampa 3D consente una simulazione specifica per il paziente, che è più efficiente di una generica. Oggi, con servizi di stampa 3D online, comeShapeways o Materialize , avendo cura di qualsiasi progetto 3D su misura, è più facile per i medici che non hanno accesso alle stampanti 3D di esternalizzare i loro modelli anatomici stampati.

Ma anche se la stampa 3D migliora i risultati chirurgici, come un campo all’avanguardia, ci sono ancora lacune nella letteratura che devono essere riempite al fine di convalidare i benefici di questi modelli anatomici in chirurgia. Gli articoli scientifici pubblicati fino ad oggi hanno dimostrato che i chirurghi trovano i modelli stampati in 3D un progresso positivo nella pianificazione chirurgica, e abbastanza utili per formare i chirurghi più giovani. Inoltre, studi hanno dimostrato che i modelli anatomici stampati in 3D migliorano la sicurezza del pazienteriducendo il tempo di un paziente in anestesia, riducendo i tempi di intervento, i tempi di recupero e persino la perdita di sangue. Le applicazioni di produzione di modelli 3D a grandezza naturale possono avere grandi benefici anche per la comprensione da parte del paziente della loro malattia e diminuiscono la loro ansia riguardo alla procedura imminente. Modelli personalizzati stampati in 3D sono stati associati ad una maggiore comprensione da parte del paziente dell’anatomia di base, della fisiologia e della procedura chirurgica pianificata. Ciò a sua volta aiuta il paziente ad essere più soddisfatto della cura, risultando in un miglior coinvolgimento con il medico curante.

3DMedLab è dotato di molte stampanti 3D che vengono utilizzate in base alla funzione richiesta dal modello anatomico stampato in 3D. Includendo le stampanti di FormLabs, Form2 che sostiene Coles-Black è stato molto utile nella creazione di modelli trasparenti, flessibili e autoclavabili che possono essere sterilizzati e applicati nel campo operativo, e Form Cure e Form Wash . Mentre per prototipi iniziali poco costosi e per stampare modelli ossei come chirurgia ortopedica o maxillo-facciale, usano una Ultimaker S5 , per strutture complesse come le delicate ossa del viso, Coles-Black e il suo team utilizza Ultimaker PVA(alcool polivinilico) un materiale di supporto idrosolubile per la stampa 3D multiestrusione. Per produrre modelli ortopedici per dimensionare le protesi e simulare l’alesatura dell’osso, si affidano a un Objet Scholar. E ha anche accesso a un Connex 3, Makerbots e una stampante SLS in metallo attraverso l’Università di Melbourne.

Quindi quanto tempo impiega la simulazione pre-chirurgica? Come ha detto Coles-Black , dipende molto dalla procedura che viene pianificata:

“Il processo può essere rapido come piegare una piastra metallica per la chirurgia ricostruttiva facciale contro una replica stampata in 3D della mascella di un paziente al fine di risparmiare tempo durante l’intervento chirurgico, per eseguire un’intera” pratica “di una procedura, come l’introduzione di una ago e filo in un’aorta stampata in 3D a grandezza naturale, navigando nella sua anatomia e dispiegando uno stent in esso come faresti in un paziente reale. In sostanza, la forza dei modelli anatomici stampati in 3D è che ci consente di creare una replica a grandezza naturale dell’anatomia di un paziente. Fare una “pratica” prima di eseguire un intervento chirurgico su un paziente reale ci consente di pianificare e anticipare meglio gli scenari più difficili. L’anatomia di ogni individuo è unica e avere l’opportunità di praticare la procedura in anticipo ci consente di fare un piano per affrontare potenziali problemi prima di operare su un paziente. Questo migliora la velocità e la sicurezza delle nostre operazioni. A volte fare un “giro di pratica” su una replica esatta dell’anatomia di un paziente cambia anche le tecniche e le attrezzature utilizzate. “

Con una ricerca che coinvolge la stampa 3D, aneurismi dell’aorta addominale malati specifici del paziente, dilatazione della parte addominale dell’arteria principale nel corpo che ha un tasso di mortalità del 70-80% quando rotto, Coles-Black è molto interessato all’introduzione della tecnologia di stampa 3D al suo lavoro. L’uso di modelli stampati in 3D aiuta a visualizzare e tenere fisicamente l’anatomia individuale del paziente nelle loro mani, oltre a praticare riparazioni minimamente invasive prima di eseguirle sul paziente reale.

“Queste repliche delle aorta del paziente aiutano anche a guidare la nostra selezione di tecniche e attrezzature”, ha sottolineato.

Al fine di migliorare il realismo dei suoi modelli, l’esperto è alla ricerca di un materiale che “imita da vicino un’aorta reale”. Ogni mese, i medici del 3DMedLab stampano decine di modelli anatomici per aiutare nella pianificazione pre-chirurgica della chirurgia cardiotoracica , Chirurgia ortopedica, Chirurgia plastica, Chirurgia maxillo-facciale, Chirurgia del naso e della gola, Urologia, Chirurgia generale, Neurochirurgia e, naturalmente, Chirurgia vascolare. Producono anche modelli anatomici stampati in 3D per aiutare anche i veterinari nella pianificazione chirurgica; qualcosa che molti veterinari hanno tentato di fare .

“In aggiunta a questo, abbiamo stampato modelli di allenamento in 3D utilizzati dai professionisti medici per insegnare e mantenere le loro abilità procedurali”, ha detto Coles-Black. “Ad esempio, abbiamo appena stampato in 3D una grande serie di modelli di addestramento delle vie aeree richiesti da un paramedico in un ospedale di base in Medio Oriente. Riceviamo anche richieste da laboratori di ricerca che sperano di sostituire rapidamente e a basso costo parti di apparecchiature. La tecnologia di stampa 3D è in circolazione da un po ‘di tempo, ma alcuni anni fa, i medici e altri operatori sanitari hanno iniziato a utilizzarlo come parte dell’assistenza ai pazienti. Cinque anni fa, quando Jason e io fondammo 3D Med Lab, ero ancora uno studente di medicina, quindi ho sempre immaginato la stampa 3D come parte della mia pratica. Negli ultimi anni abbiamo notato un aumento nell’uso di questa tecnologia tra i medici professionisti. Certamente, il numero di richieste che il nostro laboratorio riceve sembra riflettere questo. 3D Med Lab è aperto allo spazio medico e offre ai medici di tutto il mondo la possibilità di iniziare la stampa 3D. ”

Il 3D Med Lab supporta medici e scienziati interessati a questa tecnologia, fornendo un hub centrale per lo scambio di conoscenze e idee. Grazie ai loro workshop insegnano ad altri clinici interessati ad usare la stampa 3D come parte della loro pratica. La loro prossima conferenza annuale di stampa 3D in Australia ( # 3dMed19 ) si svolgerà dal 14 al 16 novembre a Melbourne.

Come dice Coles-Black, è un campo piccolo ma in crescita, suscitando molto interesse tra gli studenti di ricerca entusiasti. Tuttavia , per interrompere davvero l’industria medica, alcuni di questi modelli richiederanno proprietà ancora più umane, quindi potrebbero passare ancora alcuni anni prima che i progressi nella tecnologia di stampa 3D consentano la stampa di prodotti multi-materiale per ottenere le proprietà meccaniche richieste, usando metodi economicamente vantaggiosi. Ma questo è un ottimo inizio per molti centri di ricerca, università e ospedali in tutto il mondo che stanno ottenendo un notevole vantaggio attraverso l’uso della produzione additiva, e certamente, più pazienti trarrebbero beneficio dal suo uso diffuso.

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