Biomodelli per il planning chirurgico delle neoplasie della testa e del colloBiomodelli per il planning chirurgico delle neoplasie della testa e del collo

Autore: Dott. Vincenzo Bonadie

Introduzione: La stampa 3D si configura come una delle più importanti innovazioni che la tecnologia ha messo a disposizione del settore biomedicale.  L’ applicabilità della stampa 3D in ambito medico è consentito dall’imaging radiologico che fornisce i dataset indispensabili a consentire l’elaborazione dedicata e la successiva stampa in 3D. La conversione di un’immagine in un modello tridimensionale ha dimostrato molteplici vantaggi e applicazioni nel settore medicale che variano dalla pianificazione e simulazione chirurgica al training pre-operatorio, dalla realizzazione di protesi impiantabili alla creazione di fantocci per la ricerca fino al miglioramento della comunicazione medico-paziente.

Obiettivi: L’ impatto di questa tecnologia ha sollevato la necessità di analisi approfondite sull’accuratezza clinica dei biomodelli. Pertanto, l’obiettivo del presente studio, è stato determinare l’accuratezza di modelli 3D di segmenti anatomici e patologici del distretto testa-collo, rispetto alle loro dimensioni reali, per scopi funzionali di planning chirurgico e di training. Proponendo un metodo che possa essere riproducibile in situ e che sia a basso costo e conforme.

Materiali e metodi: Sono stati selezionati da un repository 5 casi di imaging TC di pazienti con neoplasie che coinvolgevano il tessuto osso nel distretto testa/collo. Sono stati impiegati calibro digitale, stampante 3D a tecnologia Fused Deposition Modelling (FDM), filamento di acido polilattico (PLA), calibro cinquantesimale e software di elaborazione (Invesalius 3.1, MeshMixer, Blender, MeshLab e Makerbot). In particolare, partendo da dataset TC, sono state tracciate, con il calibro digitale, le misure delle neoplasie direttamente sulle immagini, una sul piano sagittale e due sul piano assiale. Il passaggio da immagini DICOM a modello digitale 3D è stato realizzato attraverso il software di segmentazione Invesalius 3.1. Successivamente i modelli digitali sono passati attraverso i tre diversi programmi di modellazione Meshmixer, MeshLab e Blender. Una volta elaborati, i modelli digitali anatomici e patologici sono stati esportati sul software Makerbot, su cui sono stati impostati i parametri di stampa basati sul filamento di PLA caricato all’ interno della stampante. Completate tutte le fasi, si è potuta realizzare la stampa dei modelli in tempi variabili da 11h a 40h. In ultimo, per ogni singolo modello neoplastico sono state effettuate tre misurazioni per ogni dimensione, ponendosi sugli stessi piani del riferimento digitale, utilizzando il calibro cinquantesimale.

Risultati e discussione: Sono stati realizzati complessivamente 4 biomodelli e 5 singoli segmenti neoplastici. Le analisi sono state condotte utilizzando statistiche descrittive (media e deviazione standard). Le medie delle misurazioni effettuate sono state confrontate con le misurazioni digitali e si è calcolata differenza media assoluta e differenza media relativa del segmento della neoplasia dalla misura originale. Il risultato significativo evidenziava che la differenza media assoluta tra misurazione digitale e misura del modello è di 1,6 mm, con una differenza media relativa pari a 0,5%, dimostrando un’accuratezza in linea con la letteratura, che suggerisce come cambiamenti dimensionali entro una variazione del 2% non influiscono sul successo delle applicazioni chirurgiche.

Conclusioni: considerando le difficoltà dovute a misurazioni di forme neoplastiche non geometriche, che differenziano questo lavoro dai precedenti, l’intero processo di creazione ha riprodotto fedelmente i dettagli anatomici e con buona accuratezza i segmenti patologici, rendendo tali biomodelli funzionali per l’utilizzo didattico su anatomia e patologia. A riguardo, dell’utilizzo nel planning chirurgico, il medico specialista, può orientare, basandosi sul modello, la scelta chirurgica e l’approccio di intervento migliori a seconda del suo scopo. Il metodo presentato può essere quindi proponibile come modello economicamente sostenibile, a parità di risultati ottenuti dalle attuali produzione esterne. Tuttavia, devono essere tenute in considerazione le tempistiche del processo, rispetto all’ esigenza pratica, sebbene le nuove tecnologie prevedano di ridurre i tempi.

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