Valutazione della precisione di impianti craniofacciali polimetilmetacrilati specifici per paziente rispetto agli originali stampati in 3D

I ricercatori sviluppano un flusso di lavoro per la fabbricazione ripetibile di impianti craniofacciali in PMMA

Mentre gli impianti specifici per paziente stampati in 3D (PSI) sono utili negli interventi chirurgici craniofacciali , non è sempre un’opzione pratica a causa dei costi elevati e, come afferma un team di ricerca dell’ospedale universitario svizzero di Basilea , “una mancanza di competenza”. Hanno pubblicato un documento, ” Valutazione della precisione di impianti craniofacciali polimetilmetacrilati specifici per paziente rispetto agli originali stampati in 3D “, sul loro lavoro per creare un “flusso di lavoro di fabbricazione basato su modelli semplice ed economico” che può aiutare i chirurghi a superare questi problemi e avere successo.

“Lo scopo di questo studio è di valutare l’accuratezza dei PSI ricavati dai loro modelli originali”, hanno spiegato i ricercatori.

Difetti cranici (CFD) e deformità possono causare problemi estetici, funzionali e psicologici per i pazienti. Viene eseguita una cranioplastica per migliorare lo stato neurologico di un paziente e ripristinare la funzione e la struttura dell’osso cranico mancante. Il PMMA è il materiale alloplastico più popolare per le ricostruzioni craniche, in quanto è una scelta economica, resistente allo stress funzionale ed è leggero, ma non termoconduttivo. Ma lo stampaggio intraoperatorio del PMMA può essere difficile in casi complicati che richiedono un PSI.

“Altri problemi riscontrati con il PMMA includono l’eccessivo calore generato dalla reazione esotermica che si verifica durante il processo di stampaggio, che potrebbe danneggiare i tessuti circostanti o reazioni allergiche ai monomeri. Inoltre, la tecnica di stampaggio a mano libera del PMMA è associata ad un aumento del tempo chirurgico e spesso porta a risultati cosmetici inaccettabili. Quindi, per mitigare i problemi associati alla fabbricazione di impianti a mano libera, vengono utilizzati PSI PMMA fabbricati preoperatoriamente o intraoperatoriamente (extracorporei) ”, ha scritto il team.

I modelli stampati in 3D per impianti PMMA personalizzati prefabbricati rendono il processo più semplice, sebbene non siano stati condotti molti studi per valutare la precisione dei PSI e se gli stampi in silicone sono riutilizzabili se il paziente richiede un’operazione di revisione. Ecco perché il team ha scelto di confrontare i PSI stampati in PMMA con i modelli stampati in 3D e progettati virtualmente.

Hanno scelto due casi – un CRD e un difetto temporo-orbitale (TOD) – e importato i dati DICOM dalle scansioni CT nel software Materialise Mimics. Dopo aver generato un’immagine volumetrica 3D delle anatomie del cranio e la forma complessiva dei PSI, i file sono stati smussati ed esportati in formato STL. I modelli sono stati stampati dal filamento PLA su MakerBot Replicator + e la post-elaborazione è stata completata per correggere piccole irregolarità che si sono verificate. Infine, è stato utilizzato uno scanner 3D EinScan-SP per digitalizzare i modelli stampati in 3D e i dati della nuvola di punti risultanti sono stati convertiti ed esportati in formato STL.

Venti PSI PMMA sono stati realizzati con un cemento osseo ad alta viscosità utilizzando gli stampi in silicone, dieci ciascuno per i casi CRD e TOD. Sono stati digitalizzati con tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT) e i dati CBCT DICOM sono stati segmentati ed estratti con Mimics; i dati provenienti dagli IPS di PMMA digitalizzati sono stati quindi esportati in formato STL.

Il team ha utilizzato il programma di analisi Materialise 3-matic per confrontare l’accuratezza dei modelli stampati in 3D e dei PSI PMMA.

“L’accuratezza dei PSI PMMA è stata valutata sovrapponendo i dati del file STL del modello correlato con i dati del file STL ottenuti dal gruppo di test CRD-PSI ( n = 10) o TOD-PSI ( n = 10). Per un allineamento accurato, i set di dati dei PSI CRD e TOD sono stati registrati con i corrispondenti modelli stampati in 3D. Tutte le registrazioni sono state ottenute utilizzando la funzione “Allinea”. Pertanto, sono stati eseguiti cinque punti di controllo posizionati manualmente nella registrazione n-point e una registrazione globale ”, hanno spiegato.

Hanno confrontato le differenze con una deviazione massima tollerata di ± 2 mm e le misurazioni sono state inserite in una mappa dei colori.

“Utilizzando un identico sistema di coordinate tra i set di dati, i valori quantitativi delle deviazioni sono stati calcolati automaticamente utilizzando un programma di analisi 3D rispetto ai valori del quadrante medio radice (RMS). I valori RMS descrivono i valori assoluti delle deviazioni tra due set di dati. Questo confronto tra i due set di dati comprendenti insiemi vettoriali n-dimensionali fornisce un valore misurabile della somiglianza dopo una sovrapposizione ottimale. Maggiore è il valore RMS, maggiore sarà l’errore di deviazione tra i due set di dati “, hanno spiegato i ricercatori.

L’RMS variava da 1.128 a 0.469 mm, con un RMS mediano (Quartile 1 a Quartile 3) di 0,574 (da 0,528 a 0,701) mm per gli impianti CRD. Per il TOD, l’RMS era compreso tra 1,079 e 0,630 mm con un RMS mediano (da Q1 a Q3) di 0,843 (da 0,635 a 0,943) mm.

Nel grafico del diagramma a scatole è possibile visualizzare i risultati della distribuzione quantitativa dei dati dei valori RMS per i dieci PSI nei due gruppi di test.

L’analisi della deviazione per i PSI CRD e TOD-PSI è mostrata nella mappa di calore di seguito. Le aree blu rappresentano deviazioni negative e il rosso mostra positivo. Si è verificata una leggera deviazione positiva sulla superficie esterna della regione temporale dei CRD-PSI e una leggera negazione sulla superficie interna “ai margini antero e posterolaterale”. Per i TOD-PSI, la superficie esterna della regione infra-temporale aveva una forte deviazione positiva, con un negativo sulla superficie interna al margine posterolaterale.

“Il presente studio dimostra che il processo di fabbricazione descritto di impianti PMMA stampati specifici per paziente basati su modelli stampati in 3D è altamente preciso, con una deviazione inferiore a 1 mm valutata in due diversi schemi di difetto. Ciò riflette i risultati comunemente riportati in letteratura, dove anche le imprecisioni complessive dei modelli anatomici stampati in 3D puri sono inferiori a 1 mm “, hanno scritto i ricercatori. “Pertanto, i PSI sono in gran parte coerenti con i modelli stampati in 3D in termini di precisione.”

Man mano che i trattamenti specifici per il paziente diventano più popolari nei trattamenti e nelle procedure diagnostiche, la domanda continua ad aumentare, soprattutto quando si tratta di cranioplastica. Puoi facilmente vedere la differenza tra ricostruire un difetto del cranio con un PSI stampato in 3D e farlo con un impianto prodotto manualmente. Anche dopo “un successivo utilizzo di stampi in silicone”, lo studio ha scoperto che l’accuratezza dimensionale dei PSI PMMA era a un “livello di accuratezza clinicamente accettabile”.

“I valori RMS dimostrano che, anche dopo dieci impressioni ( n = 10), il metodo di produzione non produce deviazioni clinicamente rilevanti”, hanno concluso i ricercatori. “Nel complesso, i risultati suggeriscono che il processo di fabbricazione descritto in questo studio è una tecnica esatta e riproducibile. I valori mediani di RMS per ciascuno dei due gruppi di test non hanno superato 1 mm, il che è un’accuratezza accettabile per la routine clinica nella ricostruzione craniofacciale. “

Questo flusso di lavoro è un modo preciso e ripetibile di utilizzare i PSI nelle ricostruzioni anatomiche, poiché riduce il tempo in sala operatoria, rende più disponibili i materiali comuni e può essere riutilizzato lo stampo in silicone.