La stampa 3D corre in aiuto alle procedure chirurgiche

Il campo della medicina si sta rivoluzionando, e in questo le tecnologie ricoprono un ruolo cardine. Procedure moderne e sempre più sofisticate si stanno dimostrando utili per chirurghi e medici, a cui sono in grado di fornire una rappresentazione corretta sullo stato di salute e sulle condizioni del paziente. TS Quality fornisce servizi di bio-stampa 3D ad alta precisione, a supporto delle procedure chirurgiche più complesse e delicate.

La diagnosi personalizzata

• Minimizzazione del tempo di procedura – Insieme ad altri metodi e supporti diagnostici come intelligenza artificiale e acquisizione di immagini, i modelli 3D aiutano a ridurre il tempo totale per completare un intervento chirurgico;
• Gestione dello spazio di memoria – Le immagini acquisite da stampa 3D possono essere archiviate su cloud, senza necessità per i computer di memorizzare i dati del paziente;
• Comprensione efficace delle condizioni del paziente – Interventi chirurgici complessi (e.g., sistema nervoso e sistema cardiaco) possono essere facilitati da una comprensione migliore della condizione del paziente a monte, studiando l’area di azione in pre-intervento.

Lo sviluppo di un modello “bio” in 3D: i passaggi fondamentali

Di solito ci si riferisce al termine “prototipazione rapida” o “biomodello 3D” in riferimento al metodo di “ingegneria inversa” (reverse engineering). Si inizia con la progettazione virtuale del riferimento anatomico desiderato, proveniente da un modello o da un software CAD.

Partendo da un prototipo, si ricava il relativo modello CAD mediante il processo di reverse engineering.
Questo viene utilizzato per effettuare agevolmente la modifica di parti esistenti, lo sviluppo di nuove parti, l’analisi dimensionale e dare il via al processo produttivo.

TS Quality

Nel complesso, lo sviluppo del biomodello 3D comprende quattro passaggi:

1. Generazione di immagini volumetriche di alta qualità – Le immagini del riferimento anatomico vengono eseguite tramite risonanza magnetica (RMN) o tomografia computerizzata (TAC o CT dall’inglese). Esse sono utilizzate in campo medico per diagnosticare patologie o traumi ossei, sia delle articolazioni che di altri organi interni. Inoltre, consentono di avere informazioni tridimensionali sulla parte analizzata e sono particolarmente adatte per visualizzare la struttura e la densità dei tessuti. Tali informazioni possono essere utilizzate per ricostruire la geometria di un organo.
2. Elaborazione delle immagini 3D – Per costruire il modello di un elemento di un organo utilizzando come dati di partenza le immagini del punto precedente, occorre utilizzare diversi software. Mediante un primo software (i.e., MIMICS), i dati grezzi (immagini in formato DICOM) vengono trasformati in file già pronti per la costruzione delle linee di contorno e della superficie dell’organo di cui si vuole costruire il modello. Il tutto tramite intervento manuale su ogni “slice” (fetta del biomodello, che corrisponde a una singola immagine). Infine, prima di essere utilizzabile in applicativi per l’analisi strutturale (e.g., Nastran, Patran), il biomodello 3D ottenuto viene ulteriormente processato mediante un programma CAD (e.g., Rhinoceros).
3. Preparazione e costruzione – Ciò può avvenire tramite produzione “sottrattiva” o produzione “additiva”. Nel caso di produzione sottrattiva, si lavora un blocco di materiale nel CAD del biomodello 3D. Al contrario, nel caso più comune di produzione additiva, il materiale viene aggiunto strato per strato e quindi fuso nel modello desiderato.
4. Garanzia di qualità – In questa fase viene verificata la precisione dimensionale del modello 3D. Se non rispecchia la qualità desiderata, viene rielaborato o trasformato in un nuovo modello. È infatti fondamentale, per prodotti biomedicali, che ci sia un controllo di qualità rigoroso.

Quali sono i campi di applicazione?

Le tecniche di imaging e stampa 3D possono essere applicate a una vasta gamma di procedure medico-chirurgiche, tra cui:

• Chirurgia cranio- o maxillo-facciale;
• Chirurgia della mascella e sviluppo di modelli facciali;
• Neurochirurgia e gestione dei tumori cranici.

Chirurgia cranio- o maxillo-facciale

I biomodelli 3D si sono rivelati molto utili in questo tipo di procedure, proprio per agevolare lo studio delle complesse caratteristiche anatomiche di quest’area del corpo umano. Per citare solo alcuni esempi di applicazione, portiamo, come riferimento, la correzione di disturbi congeniti, la ricostruzione post-trauma e le lesioni iatrogene, così come la rimozione di un tumore, la chirurgia correttiva e l’implantologia.

Implementando la biomodellazione 3D, i chirurghi possono simulare e pianificare le procedure preoperatorie, stabilendo strategie per la gestione intraoperatoria al fine di ridurre i tempi operativi.

Non da ultimo, la possibilità di visualizzare i risultati della chirurgia “in anteprima” assume un ruolo di fondamentale importanza.

Chirurgia della mascella e sviluppo di modelli facciali

La stampa 3D è stata applicata, ad esempio, al rimodellamento e alla ricostruzione della mascella di un uomo indiano di 41 anni, la cui mascella superiore era stata rimossa a causa di un tumore. Inoltre, il soggetto aveva manifestato fibrosi da radiazioni e trisma dopo sei settimane di terapia radiante. A causa della rimozione della mascella e della radioterapia, l’uomo aveva perso la capacità di aprire la bocca. Per di più, sia il naso che la bocca erano esposti a rischi ambientali.

Con l’uso della CT, gli specialisti hanno progettato una ricostruzione 3D del suo viso. Questa “replica” è stata stampata e utilizzata come riferimento per la costruzione del biomodello in cera dell’area interessata, indurito in modo tale da adattarsi facilmente una volta in posizione. Il modello è stato progettato anche per adattarsi ai denti. Dopo aver applicato il modello, il paziente ha dichiarato notevoli miglioramenti alle sue capacità di parlare, masticare e deglutire.

Neurochirurgia e gestione dei tumori cranici

In questo caso servono manovre delicate e alta precisione. Nel 2014, è stato rimosso un tumore a una donna di nome Pamela Shavaun Scott, che soffriva di meningioma. Il tumore stava invadendo i nervi ottici e la paziente rischiava di perdere la vista. Utilizzando e servendosi di un biomodello 3D del meningioma, i chirurghi sono stati in grado di rimuovere il tumore impiegando un’apertura a “buco di serratura” delle dimensioni del suo sopracciglio. 

La scansione e la ricostruzione ossea con validazione di stampa 3D

La validazione dei biomodelli 3D può essere applicata anche alla ricostruzione ossea. Il processo di validazione si suddivide in tre step:

• Acquisizione immagini (input);
• Processo;
• Produzione (output).

L’input del processo comprende l’acquisizione dell’immagine ossea mediante l’utilizzo di una scansione CT, con l’aiuto di un dispositivo di acquisizione di immagini “bio” per la scansione ossea. I dati grezzi ottenuti dalla CT (in formato DICOM) vengono elaborati per realizzare la ricostruzione 3D dell’elemento osseo in studio, ottenendo quindi il file “.stl” del (bio)modello osseo, che ne approssima in maniera più precisa possibile le sembianze. Infine, il file finale viene stampato in 3D. Il risultato finale è il “prototipo rapido” dell’osso.

I servizi di TS Quality per le esigenze di bio-modellazione 3D

TSQ & E si sta impegnando per una migliore integrazione della prototipazione rapida in diversi campi della chirurgia. Il loro team ha già aiutato migliaia di chirurghi acquisendo immagini 3D ad alta risoluzione e costruendo biomodelli. Se anche tu o il tuo gruppo siete interessati a trasformare le vostre procedure chirurgiche in qualcosa di più sofisticato, potete contattare TSQ & E per ottenere il biomodello desiderato.

---

Fonti e approfondimenti

• TS Quality & Engineering – Home
• TS Quality – Stampa 3D e Rapid Prototyping