Mayo Clinic presenta un simulatore gratuito di chirurgia della colonna vertebrale stampata in 3D per la formazione medica

L’ attuale pandemia di COVID-19 ha richiesto una risposta senza precedenti da parte dei sistemi sanitari di tutto il mondo. E per superare l’impatto visibile causato dalla malattia, il campo medico si basa fortemente su tecnologie di stampa 3D, tendenze digitali, tele-salute, intelligenza artificiale e robotica. Se le crisi possono accelerare l’innovazione e la collaborazione, allora questa pandemia ha dimostrato che gli innovatori di una vasta gamma di settori, lavorando insieme per affrontare l’epidemia, svolgeranno un ruolo fondamentale nel consentire alle innovazioni necessarie all’umanità di avanzare.

Come parte dei loro continui sforzi per condividere le conoscenze, un team di esperti del laboratorio di stampa 3D presso il Dipartimento di Neurochirurgia della Mayo Clinic, il laboratorio BRAIN (Biotechnology Research and Innovation Neuroscience), ha creato il primo simulatore ad accesso aperto e stampato in 3D per formazione degli studenti residenti e di medicina in anatomia spinale e posizionamento della vite peduncolare.

Conosciuto anche come SpineBox, il design del simulatore può essere stampato in 3D su qualsiasi dispositivo desktop, ha un costo totale inferiore a 10 dollari, può essere diffuso ai residenti neurochirurgici e ortopedici che si allenano in chirurgia spinale per continuare la loro pratica durante l’attuale furlough operativo, e il Il file STL può essere scaricato gratuitamente dalla Galleria online di Autodesk o seguendo il collegamento qui .

I creatori di SpineBox e co-fondatori di BRAIN, William Clifton, un neurochirurgo residente presso la Mayo Clinic in Florida, e Aaron Damon, ricercatore e specialista di laboratorio presso il Simulation Center della Mayo Clinic , hanno recentemente pubblicato un articolo su Cureus che descrive la processo dietro il loro sviluppo, così come i suoi usi nell’educazione anatomica e nella formazione per il posizionamento della vite peduncolare nella regione lombare della colonna vertebrale.

Lo studio mira a fornire alle istituzioni di tutto il mondo un mezzo economico e fattibile per la simulazione della chirurgia della colonna vertebrale per i tirocinanti neurochirurgici e incoraggiare altri laboratori di prototipazione rapida a studiare mezzi innovativi per creare piattaforme chirurgiche educative. Secondo gli autori dell’articolo, la rarità dei casi e l’incidenza generale relativamente bassa di malattie neurochirurgiche, rispetto ad altre sottospecialità chirurgiche, presentano sfide per garantire che i tirocinanti abbiano un’esposizione adeguata alle procedure che possono aiutarli a diventare medici chirurgici ben addestrati.

Inoltre, quando il mondo si fermò in mezzo alla pandemia di coronavirus, gli studenti di medicina furono esclusi dalla loro formazione mentre le scuole finivano il contatto con i pazienti. Negli Stati Uniti, 90.000 studenti di medicina hanno risposto con sforzi di base per proteggere maschere, call center personale-paziente e persino fornire assistenza all’infanzia per gli operatori sanitari che devono essere in prima linea. Anche se gli studenti torneranno a scuola qualche volta quest’anno, l’attuale situazione globale ha dimostrato quanto sia importante avere accesso a strumenti di apprendimento mobili e indipendenti dalle condizioni ospedaliere.

Il recente scoppio ha diminuito molte opportunità di apprendimento neurochirurgico in tutto il mondo a causa di annullamenti della conferenza, riduzione dell’utilità della sala operatoria e politiche di quarantena. Nello studio, Clifton e Damon hanno rivelato che non esiste un design simulatore facilmente creabile e portatile per la diffusione ai tirocinanti neurochirurgici. Era qualcosa che desideravano sviluppare e condividere con la comunità medica.

I cinque coautori del documento, tra cui Clifton e Damon, insieme ai neurochirurghi della Mayo Clinic Mark Pichelmann, Eric Nottmeier e Fidel Valero-Moreno, hanno deciso di realizzare questo progetto per fornire alle istituzioni di tutto il mondo un servizio economico, facilmente disponibile modello “in-house”.

Durante lo studio, dieci SpineBox sono stati stampati con successo usando il filamento di acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS) su una stampante 3D di modellizzazione della deposizione fusa Raise3D Pro Plus (FDM). Il team ha impiegato 30 ore e $ 9,68 di materiale per stampare ogni SpineBox.

Il team ha prima acquisito una TAC anonimizzata della colonna lombare di un paziente adulto per produrre modelli vertebrali lombari che replicassero adeguatamente l’anatomia normale della superficie. La TAC è stata quindi caricata nella piattaforma open source 3D Slicer , dove sono stati selezionati individualmente cinque vertebrati lombari (L1-L5) e le articolazioni delle facce e gli spazi intervertebrali sono stati separati manualmente per produrre modelli segmentati individualmente delle vertebre lombari. Ciascuno dei cinque modelli vertebrali lombari è stato quindi convertito in un file STL e caricato nella piattaforma software CAD Meshmixer , che è stata anche utilizzata per costruire una scatola di alloggiamento virtuale per i modelli vertebrali. Il file STL SpineBox diviso è stato convertito in un codice G per essere finalmente stampato in 3D.

Al fine di migliorare l’esperienza educativa, il team ha deciso che avrebbero replicato anche la struttura dei tessuti molli creando una barriera morbida in modo che i tirocinanti medici non vedessero direttamente il modello vertebrale, fornendo un ambiente chirurgico che permettesse loro di operare in condizioni realistiche . In questo caso, hanno deciso di tagliare fogli di schiuma poliuretanica imbottita flessibile per adattarsi alle dimensioni della scatola dell’alloggiamento del simulatore (a 17,6 x 18,6 cm). Una volta completato l’assemblaggio, il simulatore molto realistico ha permesso ai tirocinanti di tagliare la schiuma con un bisturi e utilizzare divaricatori chirurgici per simulare la separazione dei tessuti molli dopo l’incisione, consentendo loro di vedere nella cavità operativa.

Come descritto nel documento, Clifton e Damon hanno già iniziato a utilizzare la progettazione CAD e la stampa 3D presso la Mayo Clinic, a Jacksonville, per costruire simulatori SpineBox, anch’essi usa e getta e in grado di replicare l’interfaccia cortico-cancellous per il posizionamento delle viti peduncolari.

L’obiettivo di apprendimento primario del simulatore era di istruire i tirocinanti neurochirurgici junior in anatomia e tecnica per il posizionamento della vite peduncolare nella colonna lombare. Come affermato nello studio, hanno già 10 modelli SpineBox stampati in 3D per l’allenamento, che sono stati utilizzati per posizionare un totale di 100 viti peduncolari in 50 livelli lombari.

La stampa 3D ha già dimostrato di essere una tecnologia in grado di fornire i mezzi per ricreare i punti chiave dell’anatomia per l’apprendimento anatomico e procedurale. Ciò è particolarmente vero nel regno della chirurgia spinale, come nel caso dei simulatori biomimetici originali dei tessuti umani di Clifton e Damon , un altro modello di addestramento che hanno sviluppato per aiutare centinaia di residenti medici a migliorare le proprie capacità. Inoltre, poiché molte istituzioni in tutto il mondo continuano ad acquisire stampanti 3D desktop, avranno bisogno di più design ad accesso aperto e di simulatori economici che non richiedono l’acquisto o un assemblaggio completo.

Il simulatore SpineBox rappresenta il risultato di molti anni di ricerca incentrata sull’innovazione nell’educazione sanitaria. Inoltre, può cambiare il modo in cui le scuole di medicina preparano i medici per le esigenze del futuro, specialmente quando gli ospedali e le procedure continuano a subire cambiamenti nell’era della pandemia.

Chiaramente impegnati nell’uso della stampa 3D per rivoluzionare il modo in cui viene insegnato ai chirurghi, Clifton e Damon continuano a sorprenderci con i loro design migliorati e la consegna gratuita di simulatori a qualsiasi istituzione in tutto il mondo che ne ha bisogno, sicuramente molti ne trarranno vantaggio nuovo sviluppo.

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