Studio di validazione di modelli anatomici stampati in 3D utilizzando 2 stampanti PLA per la pianificazione preoperatoria nella chirurgia traumatica, uno studio sui cadaveri umani 

I chirurghi si rivolgono spesso a tecnologie innovative , come i modelli anatomici stampati in 3D , per ottenere uno sguardo più attento e dettagliato all’interno del corpo di un paziente prima di procedure complesse. In particolare, questi modelli possono aiutare i chirurghi traumatologici a determinare l’approccio migliore per il fissaggio di fratture complesse. Ma quanto sono accurati questi modelli stampati in 3D quando si tratta di abbinare l’aspetto dell’osso umano?

La precisione è molto importante quando si tratta di montare guide e piastre chirurgiche, poiché è difficile caratterizzare e analizzare queste fratture in anticipo, anche con l’aiuto delle scansioni CT. Ma un gruppo collaborativo di ricercatori olandesi ha appena completato uno studio di convalida per testare l’accuratezza dei modelli anatomici stampati in 3D per scopi di pianificazione chirurgica.

I loro risultati sono stati pubblicati in un documento dal titolo ” Studio di validazione di modelli anatomici stampati in 3D utilizzando 2 stampanti PLA per la pianificazione preoperatoria nella chirurgia traumatica, uno studio sui cadaveri umani “, sull’European Journal of Trauma and Emergency Surgery ; i coautori sono Lars Brouwers dell’ospedale Elisabeth-Tweesteden, Arno Teutelink con  l’ospedale di Bernhoven e Fiek AJB van Tilborg, Mariska AC de Jongh, Koen WW Lansink e Mike Bemelman dell’ospedale Elisabeth-Tweesteden.

“I chirurghi hanno generalmente bisogno di anni di pratica per trasformare un’immagine bidimensionale (2D) in un’immagine tridimensionale (3D) nella loro mente al fine di ottenere una corretta comprensione dei modelli di frattura. Il software CT consente tuttavia facilmente il rendering del volume di 2DCT in una ricostruzione 3D “, si legge nell’introduzione dello studio.

“La stampa 3D è diventata sempre più utilizzata nella pianificazione preoperatoria di ortopedia clinica, ortopedia traumatica e altre discipline negli ultimi dieci anni [ 2 ]. I modelli stampati in 3D sono facilmente accessibili grazie all’ampia disponibilità di tecniche di stampa 3D e stampanti 3D. La stampa 3D contribuisce a una migliore comprensione dell’approccio chirurgico, alla riduzione e alla fissazione delle fratture, specialmente nelle fratture complesse come le fratture acetabolari.

“Tuttavia, non è chiaro come un modello stampato in 3D si riferisce a un osso umano. A nostra conoscenza, non esiste letteratura che convalidi l’accuratezza dei modelli stampati in 3D in una strategia di pianificazione preoperatoria applicata a reali ossa umane. ”

La squadra ha sezionato nove cadaveri umani per acquisire tre campioni ciascuno di bacino, mano e piede e ha inserito fili di titanio Kirschner (K-) in essi per contrassegnare importanti punti di riferimento anatomici. Per convertire le scansioni TC nel formato di file DICOM in STL, il team ha utilizzato una TC Siemens Somatom Definition AS a 64 sezioni per eseguire la scansione dei campioni con uno spessore di sezione di 0,6 mm, prima di passare alla fase successiva della post-elaborazione dell’immagine. .

Modello 3D di un bacino dopo la scansione CT con tutte le misurazioni tra i cinque punti marker eseguiti sul portale Philips Intellispace.
Il software Phillips Intellispace Portal è stato utilizzato per il rendering dei dati DICOM in ricostruzioni 3D, quindi i dati sono stati digitalmente puliti e salvati come file STL, i cui punti di riferimento sono stati misurati da due revisori indipendenti che utilizzano Meshlab open source . I file sono stati quindi importati e generato il codice G, quindi i modelli sono stati stampati in 3D, in un rapporto di 1: 1, sia su Ultimaker 3 che su Makerbot Replicator Z18 utilizzando materiale PLA.

Quindi, gli osservatori indipendenti hanno misurato le distanze tra i fili K sui modelli stampati 3D e i campioni di cadavere umano, oltre a Meshlab, 2DCT e le ricostruzioni 3D. Queste distanze furono misurate una seconda volta un mese dopo, ad eccezione dei campioni, poiché questi dovevano essere smaltiti rapidamente. Oltre all’analisi dei dati degli osservatori, il team ha anche completato alcuni calcoli per fornire una panoramica delle impostazioni del processo di stampa.

Secondo lo studio, “La minima diminuzione della distanza media in millimetri è stata osservata in” il bacino stampato in 3D 1 “, – 0,3 e – 0,8% rispettivamente su Ultimaker e Makerbot rispetto al cadavere Pelvis (1) Il modello 3D di” Mano 2 “ha mostrato la maggior diminuzione, – 2,5 e – 3,2% su Ultimaker e Makerbot rispetto alla mano del cadavere (2) Le differenze più significative nelle misurazioni sono state trovate nella conversione da file 3D in una stampa 3D e tra il cadavere e 3D -printed model from the Makerbot. ”
Mano del cadavere con punti marker in K-wire in titanio accanto al modello stampato in 3D. I fili K sono visibili sul modello stampato in 3D.
Il team ha concluso che la stampa 3D può essere utilizzata per creare modelli medici accurati “adatti” alla pianificazione pre-operatoria; hanno anche determinato che Ultimaker 3 era solo un po ‘più preciso del replicatore Z18. I ricercatori raccomandano che tutti i professionisti del settore medico che utilizzano modelli stampati in 3D per la pianificazione chirurgica prima testino l’accuratezza dei propri processi di stampa 3D.

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