Come la stampa 3D supporta la chirurgia

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Il modellamento 3D delle aree anatomiche è sempre più spesso utilizzato in ambito chirurgico per consentire lo studio dettagliato dell’anatomia del singolo paziente e programmare l’intervento nel minimo dettaglio, ma anche per allenare i giovani chirurghi. In Ortopedia, questa pratica si applica soprattutto alla chirurgia oncologica, alla ricostruzione di ossa e articolazioni e all’ambito traumatologico.

Uno studio condotto presso l’Ospedale dell’Università Federale di Paraná (Brasile) ha descritto e analizzato alcuni metodi di acquisizione e processamento delle immagini CT per poi stampare in 3D e la loro applicabilità in ambito ortopedico. Negli anni il 3D printing è diventato un processo più economica e accessibile, oltre che pià accurato e preciso nel produrre biomodelli umani.

L’ideale, sottolineano gli autori dello studio, sarebbe utilizzare questa tecnologia all’interno di team multidisciplianari, con chirurghi ortopedici, ingegneri biomedici e designer. Tuttavia, soprattutto negli ospedali più piccoli, spesso è il chirurgo a occuparsi di tutto. Gli autori presentano quindi 4 casi nei quali l’uso del biomodellamento 3D ha permesso di migliorare la strategia finale di trattamento.

Nel primo caso la procedura è stata utilizzata per tratta una frattura del plafond tibiale di un soggetto di 28 anni incorso in un incidente stradale e con un politrauma severo: in questo caso, l’uso della tecnologia di stampa 3D ha aiutato i chirurghi a decidere il metodo di fissazione migliore per il soggetto, un fissatore esterno circolare, e di prevedere l’esigenza di un innesto osseo.

Nel secondo caso, un uomo di 40 anni caduto dall’alto e con un trauma assiale al ginocchio, ha sviluppato dolore e gonfiore nelle settimane successive. Una scansione CT ha permesso di evidenziare una vecchia frattura laterale al plateau del ginocchio, caratterizzata da un grande avvallamento: in questo caso, la simulazione dell’intervento ha permesso di stabilire come intervenire su questo avvallamento.

Il terzo caso riguarda un uomo di 44 anni, coinvolto in un incidente stradale qualche anno prima, con politrauma all’arto inferiore, che con il tempo ha sviluppato dolore al ginocchio. La scansione CT ha evidenziato una non unione della frattura di Hoffa precedente.

Il modello anatomico e la simulazione virtuale hanno permesso di decidere come fissare la frattura, ma anche di valutare la stabilità dell’osteosintesi finale. L’ultimo caso discusso riguarda un ventenne coinvolto in un incidente stradale e giunto al Dipartimento di Emergenza/Urgenza con una frattura del peduncolo destro di C3, una sublussazione C3-C4 e una faccetta vertebrale bloccata sul lato destro.

Il paziente non ha riportato danni neurologici: in questo caso il modello 3D ha permesso di stabilire la migliore procedura di intervento, ma anche di costruire guide personalizzate. Cosa accomuna questi 4 casi? Certamente, la necessità di avere scansione di alta qualità sulle quali basare tutti i processi successivi di modellazione e stampa 3D. Dall’acquisizione dell’immagine si passa quindi alla sua segmentazione, per poi progettare un modello 3D con un programma CAD e passare poi al file di stampa con un CAM. Gli autori scendono nel dettaglio dei programmi di segmentazione che si possono utilizzare in questo ambito, specificando che i primi 3 casi clinici riportati hanno usato il software Invesalius®, mentre il quarto il 3DSlicer®.

Nelle fasi successive, lo specialista può eliminare dal file le parti che non interessano al caso clinico, per poi progettare e stampare un modello 3D effettivamente utile e non confondente. In queste fasi, è anche importante utilizzare un algoritmo che elimina il rumore di fondo, per avere superfici lineare e non alterate di artefatti. Altri algoritmi possono essere utilizzati per lisciare le superfici. Infine, a seconda della parte che si sta stampando, si possono scegliere diversi materiali. L’ideale sarebbe stampare in dimensione reale, permettendo così di utilizzare il modello, opportunamente disinfettato, anche in sala operatoria.

(Lo studio: Mendonça CJA, Guimarães RMDR, Pontim CE, Gasoto SC, Setti JAP, Soni JF, Schneider Jr B. An Overview of 3D Anatomical Model Printing in Orthopedic Trauma Surgery. J Multidiscip Healthc. 2023;16:875-887. https://doi.org/10.2147/JMDH.S386406)