Mayo Clinic studio di fattibilità per la produzione di modelli spinali tridimensionali stampati usando polimeri termoplastici estrusi contemporaneamente

I ricercatori della Mayo Clinic ottengono risultati positivi nello studio di fattibilità di modelli spinali stampati in 3D

In ” Uno studio di fattibilità per la produzione di modelli spinali tridimensionali stampati usando polimeri termoplastici estrusi contemporaneamente “, un gruppo di ricercatori della Mayo Clinic – William Clifton, Eric Nottmeier, Aaron Damon, Conrad Dove, Selby G. Chen e Mark Pichelmann – spiegare come e perché hanno stampato i modelli 3D della colonna vertebrale per la simulazione chirurgica.

La simulazione medica può essere preziosa per i residenti in formazione, sebbene prima dell’avvento della disponibilità con la stampa 3D non ci fosse abbastanza accessibilità o possibilità; infatti, i cadaveri sono ancora considerati il ​​”gold standard” per l’addestramento con i simulatori, ma sono più costosi, richiedono molta manutenzione e sono altamente regolamentati.

Osservando la tendenza verso la creazione di simulatori che possono simulare la sensazione di penetrazione dell’osso corticale nell’osso spongioso durante la strumentazione spinale, gli autori hanno creato tre vertebre lombari e 20 modelli di vertebre C2, utilizzando una stampante 3D Ultimaker S5 con filamento PLA e PVA (alcool polivinilico ) – utilizzato per imitare l’osso spugnoso all’interno del guscio. Mentre il PVA è una plastica che tende ad essere spugnosa e solubile in acqua, generalmente non viene utilizzata nella creazione di strutture autonome e ha avuto un uso limitato. Con l’accompagnamento di PLA, tuttavia, le parti sono meno fragili e mostrano una maggiore duttilità. I ricercatori affermano che qui i due materiali sono adatti per la creazione di ossa simulate.

I ricercatori hanno riportato un buon successo con tutti i modelli. Non sono stati segnalati guasti né nell’hardware né nei materiali, ei modelli PLA / PVA si sono dimostrati superiori rispetto ai modelli di singolo materiale, e in feedback tattile, i ricercatori hanno affermato di aver rappresentato accuratamente la sensazione di strumentazione in vivo durante il sondaggio del peduncolo, toccando peduncolo e posizionamento delle viti “.

In precedenza, i materiali stampati 3D più diffusi per fabbricare l’anatomia ossea vertebrale per test e strumentazione biomeccanici sono stati utilizzati con una vasta gamma di risultati diversi:

Una varietà di resine
Acryl butadiene styrene (ABS)
Nylon
Acido polilattico (PLA)
Uretano termoplastico (TPU)
“Un altro limite della maggior parte dei modelli pubblicati in precedenza è la limitazione di una stampa di un solo materiale. La letteratura suggerisce che la riduzione della percentuale di intaso di stampa simula adeguatamente la variazione di densità dell’osso corticale nell’osso spongioso. Questi risultati sono stati quantificati per quanto riguarda il feedback degli utenti soggettivi e lo stress biomeccanico con buoni risultati “, hanno affermato i ricercatori. “Una possibile limitazione di questa tecnica di modellazione è che l’ultrastruttura della stampa non simula completamente le complesse caratteristiche delle vertebre umane.

“La forza ossea è composta da due proprietà: massa ossea o quantità di materiale, nonché qualità ossea o proprietà meccaniche del materiale. I precedenti modelli spinali hanno incorporato questi parametri individualmente, ma non collettivamente. “

I gusci stampati con materiali duali sono stati selezionati a causa delle differenze anatomiche e dei metodi di posizionamento delle strumentazioni e sono stati limitati alle sole forme lombari e cervicali. In definitiva, il metodo PLA / PVA era promettente per l’uso in entrambi i simulatori educativi e biomeccanici.

“Questo ha grandi implicazioni per l’industria della strumentazione spinale e per la formazione dei residenti. Questo concetto e il design di stampa simultanea multi-materiale utilizzando il nostro algoritmo di riempimento unico non sono stati ancora riportati nella letteratura medica “, hanno concluso i ricercatori. “Ulteriori test educativi e biomeccanici sul nostro design sono attualmente in corso per stabilire questo metodo di stampa come un nuovo standard per la modellazione biomimetica spinale.”

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