La modellazione 3D e la stampa 3D possono migliorare la diagnosi, la classificazione e la pianificazione chirurgica del THA o artroplastica totale dell’anca

La modellazione 3D e la stampa 3D possono migliorare la diagnosi, la classificazione e la pianificazione chirurgica del THA

Il sistema elettronico di presentazione online, o EPOS , è il database elettronico della European Society of Radiology per le esposizioni scientifiche. Un gruppo di ricercatori ha pubblicato in EPOS il proprio lavoro utilizzando la modellazione 3D e gli strumenti di stampa 3D per diagnosticare, classificare ed eseguire la pianificazione chirurgica per il fissaggio di fratture periprotesiche dell’acetabolo, che sono una complicanza difficile, ma comune, dell’artroplastica totale dell’anca (THA).

“Le fratture periprotesiche dell’acetabolo sono correlate ad eventi traumatici e condizioni patologiche di sottolineatura che riducono l’integrità strutturale dell’osso di supporto [1] e spesso sono associate ad allentamento asettico, osteolisi periprotesica e grave perdita ossea [2]”, hanno scritto i ricercatori.

“Le analisi basate esclusivamente sulle radiografie standard non sono adatte per rilevare in modo affidabile la stabilità residua dell’impianto e misurare l’entità della frattura e la perdita ossea pelvica [3].”

Fig. 1: (a) bacino anteriore-posteriore (AP) e (b) vista laterale delle radiografie dell’anca destra mostravano lievi segni di osteolisi periacetabolare senza evidenza di allentamento dell’impianto e frattura dell’acetabolo.

Dichiarano che quando si tratta di definire un modello di frattura, la scansione TC è “lo standard di riferimento”, il che è sicuramente il caso in cui è necessario un rendering virtuale 3D per aiutare con la pre-pianificazione chirurgica.

Il software di modellazione 3D basato su scansioni CT consente ai medici di ottenere immagini precise di “ricostruzioni tridimensionali della superficie ossea” rimuovendo virtualmente gli impianti metallici con segmentazione. Altri strumenti analitici comprendono la misurazione del rimanente osso osseo, la valutazione della stabilità dell’impianto e la caratterizzazione della frattura, e le immagini 3D possono anche essere utilizzate per stampare modelli anatomici in 3D per scopi chirurgici di pianificazione e simulazione.

I ricercatori hanno affermato che il loro articolo dimostrerebbe che la valutazione della morfologia della frattura e della qualità ossea può essere migliorata con il software di modellazione 3D e rivelerà quanto sia utile la modellizzazione 3D e la stampa 3D per il processo diagnostico della frattura periprotesica dell’acetabolo attorno al THA, oltre a rendere a grandezza naturale modelli per il templating, la simulazione e il dimensionamento dell’impianto pre-operatorio.

Fig. 2: TAC del bacino. a) la vista coronale mostra una coppa acetabolare leggermente sporgente medialmente; (b) la vista sagittale dell’anca ha rivelato una frattura della parete posteriore dell’acetabolo. La ricostruzione tridimensionale della frattura è visibile (c), ma la sua estensione è nascosta da artefatti dell’immagine.

Hanno usato il caso di una donna di 75 anni che è venuta a un pronto soccorso dopo un incidente di trauma domestico. La paziente aveva una storia di coxartrosi grave nell’anca destra, che era stata trattata un decennio prima di usare THA non cementato. I medici hanno eseguito radiografie AP del bacino e una vista della gamba incrociata dell’anca e non hanno visto segni di frattura o allentamento attorno all’acetabolo o allo stelo. Tuttavia, una “TAC del bacino con protocollo MAR” ha mostrato che la parete posteriore dell’acetabolo presentava una frattura, sebbene la coppa acetabolare non fosse spostata.

Il software Materialise Mimics è stato utilizzato per creare un modello digitale 3D del bacino basato sui dati di scansione CT. L’osso è stato differenziato dai tessuti molli circostanti e dagli impianti protesici del paziente attraverso la segmentazione.

Fig. 3: Immagini tridimensionali elaborate con software di modellazione 3D. (a, b) Bacino intero con coppa acetabolare trattenuta. I femori e lo stelo femorale sono stati rimossi durante la segmentazione. (c, d) La mappa della qualità dell’osso mostra le regioni con normale qualità dell’osso (verde) e le regioni con bassa qualità e spessore dell’osso (rosso). (e, f) Misurazioni dell’area del difetto osseo ed estensione della frattura.

“La prima fase è il limite, che comprende tutti i voxel la cui densità rientra in un intervallo specificato di valori di Hounsfield Unit (HU). Abbiamo usato una maschera con una gamma HU da 130 a 1750 per escludere gli impianti metallici e ceramici e includere sia l’osso spongioso che corticale “, hanno spiegato i ricercatori.

“La segmentazione finale, con la rimozione di tessuti molli e artefatti, è stata eseguita manualmente utilizzando strumenti aggiuntivi del software ( Fig. 3 a, b). Alla fine, sia i femori che gli impianti metallici sono stati rimossi digitalmente dalla pelvi corrispondente ed è stata creata un’immagine 3D della regione isolata di interesse (ROI). ”

Per l’acetabolo è stata utilizzata una mappa della qualità dell’osso con una sfumatura di colore, in base allo spessore osseo corticale e complessivo delle varie regioni. Le misure dell’area, della forma e della posizione spaziale della frattura sono state analizzate in seguito, insieme a “la perdita ossea acetabolare e il centro di rotazione, rispetto all’acetabolo controlaterale”.

Infine, un modello a grandezza naturale dell’intero bacino del paziente è stato stampato in 3D su un sistema Form 3L .

Fig. 4: (a) modello in plastica a grandezza naturale stampato in 3D dell’intero bacino. (b, c) Particolare della frattura della parete mediale e della colonna posteriore.

Dopo aver analizzato le immagini 3D e il modello stampato in 3D, hanno riclassificato la frattura della parete posteriore come una colonna posteriore incompleta e la frattura acetabolare della parete mediale. Inoltre, la frattura è risultata “spontanea”, con una perdita di calcio osseo inferiore al 50%. Infine, la mappa della qualità ossea ha determinato la perdita globale di osso, mostrando una scarsa qualità sia nelle pareti posteriori che mediali. Il modello stampato in 3D è stato anche utilizzato per eseguire il templating pre-op.

“La strategia di trattamento è stata scelta secondo l’algoritmo proposto da Simon et al. [14, 15, 16], che suggeriscono l’intervento di revisione acetabolare a ponte o distrazione della frattura, senza fissazione della frattura “, hanno spiegato i ricercatori.

Fig. 5: (a) radiografia AP postoperatoria del bacino e (b, c) scansione TC del bacino a 3 mesi dopo l’intervento mostra un buon posizionamento dell’impianto e completa guarigione della frattura.

Le radiografie AP effettuate sul bacino e sull’anca destra post-operatoria hanno mostrato che l’impianto era “ben posizionato e riparato”. Tre mesi dopo, è stata eseguita una TAC del bacino del paziente, che ha mostrato “integrazione ossea della coppa trabecolare” e completa guarigione della frattura “con formazione di callo”. Un modello digitale 3D realizzato utilizzando immagini DICOM lo ha confermato.

Fig.6: Ricostruzione digitale della modellazione 3D. La colonna posteriore e la parete mediale dell’acetabolo sono state restaurate.

“L’uso del software di modellazione 3D ha dimostrato che le fratture periprotesiche dell’acetabolo possono essere affrontate meglio, rispetto alla semplice radiografia e scansioni TC”, hanno concluso i ricercatori.

“Il software di modellazione 3D fornisce ulteriori strumenti di misurazione che consentono l’analisi volumetrica dei difetti ossei e la valutazione della qualità ossea.”

Be the first to comment on "La modellazione 3D e la stampa 3D possono migliorare la diagnosi, la classificazione e la pianificazione chirurgica del THA o artroplastica totale dell’anca"

Leave a comment