Simulazione preoperatoria utilizzando un modello di stampa 3d per il trattamento chirurgico di fratture del plateau tibiale vecchie e complesse

Un modello stampato in 3D può migliorare l’esito della chirurgia di frattura del plateau tibiale complesso?

Una complessa frattura del plateau tibiale, causata principalmente da lesioni ad alta energia, colpisce il ginocchio e generalmente significa che la persona non è in grado di camminare. Se ciò non è abbastanza difficile, possono verificarsi tutti i tipi di complicazioni se la frattura non guarisce correttamente, come deformità articolari, infezione della ferita e artrite traumatica. Se è permesso svilupparsi in una vecchia frattura, è più difficile da riparare per i chirurghi ortopedici. Quindi la pianificazione chirurgica preoperatoria è piuttosto importante. Per lo più vengono utilizzate immagini a raggi X e TC, ma è possibile utilizzare la stampa 3D per ottenere una migliore fissazione personalizzata della lastra. Quattro ricercatori dell’Henan Orthopaedic Hospital in Cina hanno ipotizzato che l’ utilizzo di un modello stampato in 3D nella simulazione preoperatoria potrebbe aiutare a migliorare i risultati della chirurgia della frattura del plateau tibiale complessa e vecchia e ridurre il tempo complessivo di operazione.

Il team ha scritto dei risultati del loro studio in un documento, ” Simulazione preoperatoria utilizzando un modello di stampa tridimensionale per il trattamento chirurgico di fratture del plateau tibiale vecchie e complesse “.

“Pertanto, lo scopo dello studio era di confrontare i risultati tra i pazienti trattati con e senza l’assistenza dei modelli stampati in 3D e di valutare la fattibilità e l’efficacia della simulazione del modello di stampa 3D per la pianificazione preoperatoria”, hanno scritto.

Ci sono molti vantaggi nell’utilizzo di modelli stampati in 3D nella simulazione preoperatoria:

Aiuta i chirurghi a comprendere la morfologia del collasso della frattura e dei frammenti per determinare il giusto approccio chirurgico
La placca corretta può essere scelta e sagomata in anticipo, insieme a lunghezza, direzione e posizione di fissaggio della vite
I chirurghi possono portare il modello in sala operatoria e utilizzarlo durante l’operazione per migliorare l’efficienza
I piani di trattamento possono essere discussi più facilmente con i pazienti e creare una migliore relazione medico-paziente

I ricercatori hanno esaminato 42 pazienti con fratture del plateau tibiale vecchio e complesso nel corso di quattro anni. Tutti avevano verificato vecchie fratture del plateau tibiale e una frattura complessa di tipo IV, V o VI e la loro pianificazione pre-operatoria era basata su un modello stampato in 3D o immagini 3D-CT.

“C’erano 27 maschi e 15 femmine con un’età media di 42,93 ± 7,69 anni (variava da 29 a 55 anni). L’indice di massa corporea media (BMI) era 23,98 ± 5,08 kg / m 2 (variava da 20,76 a 28,04 kg / m 2 ). Il ginocchio destro è stato coinvolto in 24 casi e il ginocchio sinistro in 18 casi “, hanno spiegato i ricercatori. “Diciassette pazienti sono stati causati da cadute dall’alto, 15 da incidenti stradali e dieci da altre lesioni. Il tempo medio dal ricovero in ospedale all’intervento è stato di 25,83 ± 5,15 giorni (compreso tra 21 e 40 giorni). “

Una paziente di 45 anni con una frattura del plateau tibiale vecchia e complessa. (a) Pellicola radiografica preoperatoria che mostra la frattura comminuta tibiale sinistra (tipo V). (b) immagini 3D-CT della frattura.

Sono stati divisi in due gruppi: se la loro pianificazione pre-operatoria era basata su immagini 3D-CT (gruppo di pianificazione convenzionale) o modelli di frattura con rapporto di stampa 3D (pianificazione con gruppo di stampa 3D). Per il secondo gruppo, la tibia e il fibulare sono stati scansionati “dalla parte distale della frattura alla superficie del plateau tibiale” e i dati CT sono stati importati in Materialise Mimics per costruire il modello digitale 3D.

Ricostruzione 3D della vecchia e complessa frattura del plateau tibiale nel software Mimics v10.01. (a) Vista intera dell’articolazione del ginocchio (blu, condilo femorale; altri colori rappresentano frammenti diversi di frattura del plateau tibiale). (b) Vista anteriore, (c) mediale, (d) posteriore, (e) laterale e (f) della frattura.

I modelli di frattura specifici per il paziente sono stati stampati con PLA. È stato facile vedere le caratteristiche strutturali delle fratture, che hanno aiutato a progettare il piano chirurgico, e il chirurgo ha simulato in anticipo i “passaggi per la riduzione e il fissaggio dei frammenti” sui modelli.

Modello di stampa 3D con un rapporto 1: 1 della frattura originale del plateau tibiale per la valutazione preoperatoria. (a) Viste in sezione anteriore, (b) mediale, (c) posteriore e (d).

L’orientamento, il tipo, la posizione e la lunghezza delle viti sono stati registrati dopo il fissaggio della placca sui modelli, quindi le informazioni potrebbero essere utilizzate durante l’intervento chirurgico. Anche il modello stampato in 3D della frattura originale e quello “dopo riduzione e fissazione mediante piastre e viti” sono stati utilizzati in sala operatoria.

La riduzione simulata in vitro e la fissazione della placca sono state eseguite su un modello stampato in 3D. (a) Vista anteriore del modello che mostra la fissazione della placca laterale e mediale. (b) Vista mediale che mostra la fissazione della placca mediale e posteriore.

Fig. 5: (c) Vista posteriore che mostra la fissazione posteromediale e laterale della placca. (d) Le piastre e la lunghezza delle viti sono state determinate e registrate.

La perdita di sangue, il numero di fluoroscopia e la durata sono stati registrati per tutte le operazioni; se sei interessato ai dettagli, consulta il documento di ricerca . Tutte le operazioni sono state eseguite dallo stesso team ortopedico con un medico ortopedico senior: il coautore Dr. Honglue Tan. Se necessario, innesti ossei alogeni e autogeni sono stati impiantati nei difetti ossei e le incisioni sono state chiuse dopo una “riduzione e fissazione soddisfacenti della frattura sotto fluoroscopia a raggi X del braccio”. “

La riabilitazione post-operatoria è iniziata dopo che i pazienti si sono ripresi dall’anestesia e la flessione passiva e attiva e l’estensione dell’articolazione del ginocchio sono iniziate al più presto. Due settimane dopo l’intervento, i pazienti potevano usare una stampella per aiutare a “deambulare senza carico”, e quindi, a seconda di come la loro frattura guariva, potevano iniziare un carico parziale e completo. Gli appuntamenti di follow-up si sono verificati a uno, tre, sei e dodici mesi e quindi ogni anno.

(a) Radiografia post-operatoria che mostra una soddisfacente riduzione della frattura e fissazione interna, che erano coerenti con la simulazione preoperatoria. (b) Radiografia a 14 mesi post-intervento che mostra l’unione ossea senza spostamento dell’impianto o collasso della superficie articolare. (c) Radiografia a 6 mesi dall’intervento dopo la rimozione della placca che mostra la forma e la struttura normali del plateau tibiale. (d) Questo paziente aveva una funzione del ginocchio soddisfacente con un punteggio HSS di 85.

La qualità della riduzione della frattura e le complicanze, come la scarsa guarigione dell’incisione, il fallimento dell’impianto, la trombosi venosa profonda e la non unione ossea, sono state registrate agli appuntamenti di follow-up e l’ospedale ha utilizzato un sistema di punteggio chirurgico speciale (HSS) per valutare la funzione del ginocchio; un punteggio di ≥ 85 punti è eccellente, mentre 70-84 è buono, 60-69 è giusto e ≤59 punti è scadente. Il software statistico SPSS è stato utilizzato per analizzare i risultati dello studio.

“Il tempo di operazione, la perdita di sangue e il numero di fluoroscopia durante l’operazione nella pianificazione con il gruppo di stampa 3D erano inferiori a quelli del gruppo di pianificazione convenzionale ( P  <0,01)”, hanno spiegato i ricercatori.

“Il tasso di eccellente riduzione delle fratture nella pianificazione con il gruppo di stampa 3D e il gruppo di pianificazione convenzionale era rispettivamente del 75% e 45,45% ( P  = 0,05). Il tasso di complicanze è stato del 15% nella pianificazione con il gruppo di stampa 3D e del 31,82% nel gruppo di pianificazione convenzionale. Alla valutazione di follow-up finale, il punteggio medio HSS era 86,05 ± 7,67 nella pianificazione con il gruppo di stampa 3D e 79,09 ± 6,75 nel gruppo di pianificazione convenzionale ( P  = 0,003). Il tasso di risultati eccellenti nella pianificazione con il gruppo di stampa 3D è stato del 70% e nel gruppo di pianificazione convenzionale è stato del 45,45% ( P  = 0,083). “

Questi risultati mostrano che un modello solido della frattura, stampato in 3D, specifico per il paziente, “con un rapporto uguale alla frattura effettiva”, può aiutare i chirurghi nella fase di pianificazione preoperatoria. I chirurghi che hanno partecipato a questo studio sono stati in grado di trovare e registrare con precisione “le fasi di riduzione dei frammenti, il posizionamento e il pre-rimodellamento delle placche e la misurazione della lunghezza della vite” utilizzando il modello stampato in 3D durante l’intervento chirurgico pre-operatorio simulazione. Inoltre, sono stati in grado di eseguire con successo la fissazione dei frammenti e la riduzione anatomica secondo il progetto di pianificazione pre-operatoria che hanno realizzato.

“I risultati del follow-up postoperatorio hanno anche mostrato che la superficie articolare e l’altezza del plateau sono rimaste vitali e l’eccellente tasso di funzionalità era superiore a quello del gruppo di pianificazione convenzionale”, ha affermato il team. “Nel loro insieme, i risultati suggeriscono che i modelli di frattura stampati in 3D facilitano il trattamento di fratture del plateau tibiale vecchio e complesso attraverso un approccio più accurato e personalizzato, confermando così la sua efficacia per questo tipo di frattura.”

Tuttavia, non è un piano totalmente infallibile. L’uso della stampa 3D nella pianificazione pre-operatoria non è economico e può aumentare i costi di ricovero in ospedale, e questi modelli stampati in 3D mostrano solo la forma dell’osso – senza vasi sanguigni, cartilagine o legamenti. Tuttavia, se combinato con risonanza magnetica e imaging vascolare, questo problema potrebbe essere risolto.

“In conclusione, la simulazione preoperatoria utilizzando un modello di stampa 3D può essere utile per il trattamento di fratture del plateau tibiale vecchie e complesse, che possono favorire la pianificazione preoperatoria e rendere la procedura chirurgica accurata e personalizzata. Tuttavia, la sua efficacia clinica deve essere ulteriormente valutata da uno studio prospettico randomizzato-controllato. “

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