ЗНАЧЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ПЕЧАТИ ПЕРЕЛОМОВ В ОРТОПЕДИЧЕСКОЙ ТРАВМАТОЛОГИИ

Аннотация. Цели: инновации, основанные на информационных технологиях, играют все более важную роль в здравоохранении. Использование 3D-печати в ортопедической клинической практике может предоставить новый инструмент для моделирования переломов и лечения, а также изменить взаимодействие между пациентом и хирургом. Мы исследовали дополнительную ценность 3D-печати в подготовке и выполнение хирургических процедур и общение с пациентами. Методология: 52 пациента со сложными суставными переломами со смещением пяточной кости, большеберцовой кости. 3D-печать в натуральную величину модели сломанной кости были получены из сканов компьютерной томографии и экспортированы в файлы, пригодные для 3D-печати. С моделями обращались хирурги-травматологи, ординаторы и пациенты, чтобы исследовать потенциал и преимущества для процедурных усовершенствований. Выводы пациентов и хирургов были записаны с использованием конкретной анкеты.

Результаты: распечатаны 3D реплики сломанного сустава, облегченно хирургическое планирование и предоперационная симуляция, а также созданы учебные и обучающие мероприятия.

Выводы: модели переломов костей, напечатанные на 3D-принтере, представляют собой значительный шаг на пути к созданию более персонализированного лекарства.

Ключевые слова: 3D-печать, перелом, стремительный прототипирование, операция, планирование, образование, информированный согласие.

Трехмерная (3D) печать является бюджетной технологии. 3D-печать модели из здоровой или гидроразрывной кости могут быть использованы в ортопедии и травматологической хирургии для изучения детальных моделей деформации и переломов, потенциально важных в хирургической практике. Наличие коммерческих 3D-принтеров привело к тому, что в ортопедической хирурги начали использовать 3D-печать для создания реплики суставной кости (запястье, локоть, большеберцовый плато, таранная, пяточная кости) для улучшения тактильного и визуального понимания перелома. Однако потенциальные преимущества 3D-печати в ортопедии и травматологии не полностью исследованы.

Технология 3D-печати может улучшить понимание пациентам своей травмы и предложить подходящую операцию в - получение информированного согласия, а также содействие в хирургический подготовке процедуры и снижение затрат. Насколько нам известно - никакие предыдущие исследования не анализировали эти аспекты в 3D-печати технологии в учебной практике. Поэтому мы предложили, что 3D-печать в ортопедии и травматологии матология может улучшить пациентам видение операции, улучшить хирургическую подготовку процесса, улучшить качество обучения и уменьшать время процедур и их расходы.

Методы

Пациенты

Были проведены исследования в одном из отделений ортопедии и травматологии Италии, с мая 2013 по апрель 2016 с переломами пяточной кости, большеберцового. Часто бывает трудно получить полное понимание характера переломов в этих местах, даже при 2D или 3D вычисленный томография (КТ), так как их место расположения в маленькой, суставной, анатомически сложной области со смещенными фрагментами. Исследование проводилось в соответствии с соответствующими инструкциями и правилами. Все пациенты принимали участие при условии информированного согласия.

Реконструкция и 3D моделирование

После обычного рентгеновского снимка все переломы были исследованы с помощью компьютерной томографии с срезами 0,625 мм (компьютерный сканер Philips ICT 256; Philips Healthcare, Бест, Нидерланды). Полученные файлы DICOM были загружены в средство просмотра Dicom OsiriX (Pixmeo! САРЛ, Бернекс, Швейцария; 2003-2016).

Были проведены "Многоплоскостная реконструкция" (аксиальная, сагиттальная, корональная) и ‘Трехмерная объемная визуализация’, а затем сломанная кость была обрезана с помощью цифрового инструмента "ножницы". Модель "Рендеринга поверхности" была создана и экспортирована в файл .stl, который был проанализирован и подготовлен для 3D-печати использование специализированного программного обеспечения (Mesh Lab, SourceForge Media, LLC dba Slashdot СМИ, Ла-Хойя, Калифорния, США). Этап постобработки иногда был необходим для создания искусственных мостов для соединения серьезно смещенных фрагментов, чтобы сохранить реалистичную целостность копии.

Модели были окончательно экспортированы в формате .obj и отправлены на 3D-принтер (HP Дизайн Jet 3D, Hewlett-Packard, Пало Альто, Калифорния, США). Затем модели были напечатаны с использованием акрилонитрила /бутадиена /стирола (ABS) и при необходимости подвергнуты автоклавированию для использования в хирургической области. Время печати было записано.

Все модели были обработаны и проверены старшими хирургами и ординаторами для предоперационного планирования и образовательного хирургического моделирования перед операцией. Как только картина перелома была понята, искусственные мосты, соединяющие смещенные фрагменты, могли быть удалены для облегчения вправления. Это позволило смоделировать необходимые маневры и последовательность, в которой фрагменты должны быть уменьшены, а также соответствующий выбор типа и размера необходимого фиксирующего устройства. Модели также были показаны пациентам, когда получили информированное согласие, чтобы улучшить их понимание характера, тяжести и прогноза их перелома, а также деталей предлагаемой операции.

В большинстве случаев хирурги использовали модели в хирургическом поле в качестве шаблона для вправления и фиксации переломов, особенно в случае малоинвазивных хирургических методов без прямого обзора места перелома.

Пациент и хирург. Обратная связь

Во всех случаях были отправлены анкеты для получения отзывов от старших хирургов, проводивших операцию, и от пациентов относительно использования моделей. Каждая форма включала пять вопросов хирургу и пять вопросов пациенту, направленных на оценку полезности и преимуществ работы с моделями по сравнению с предварительной информацией, полученной с помощью рентгеновских лучей и 2D и 3D компьютерная томография. Уровень понимания оценивался по шкале от 1 до 10 баллов. В анкете, связанной с хирургом, влияние 3D-печатной модели на процессы принятия предоперационных решений оценивались в двух отдельных разделах.

Разница в количественных данных до и после применения 3D-моделей, основанных на анкетах, была проанализирована с помощью теста Уилкоксона с подписью.

Время операции было записано и сопоставлено с продолжительностью аналогичных процедур, проведенных за предыдущие 2 года, и занесено в электронные базы данных больницы.

Анализ затрат был проведен с использованием подхода к оценке затрат, основанного на деятельности, с учетом прямых и косвенных затрат, связанных с хирургическими вмешательствами. Количество стерилизованные инструменты рассматривались как прямые затраты, а хирургическое время – как косвенные затраты.

Результаты

Пациенты и переломы

Пятьдесят два пациента участвовали в исследовании, в том числе 23 с участием суставной переломы пяточной кости, 19 с переломом большеберцового плато, и 10 с участием дистального перелома.

3D модели

Печать полноценных 3D-моделей 1:1 занимает от 4 до 12 часов, в зависимости от анатомического места их расположения (в среднем 4 часа для дистального отдела лучевой кости и 12 часов для большеберцовой кости). Средняя стоимость производства дистального перелома 40000 руб, в то время как стоимость перелома плато большеберцовой кости 70000 руб .

Хирургические процедуры

Копии переломов использовались за день до операции для тестирования наиболее подходящих этапов вправления и аппаратных средств фиксации (например, форма и размер пластины, длина винта и ориентация), что позволяло обучающимся-резидентам моделировать хирургическую процедуру непосредственно на моделях, тем самым улучшая их кривую обучения. Это учебное пособие было включено в программу университетской аспирантуры по ортопедической и травматологической хирургии.

Этот процесс гарантировал, что только предварительно выбранные фиксирующие устройства считались наиболее подходящими для конкретного перелома на основе симуляторы были созданы для окончательной операции, что уменьшило необходимость в приобретении и стерилизации широкого спектра потенциальных устройств и сэкономило время персонала операционной.

Заключение

Персонализированная медицина с использованием технологии 3D-печати, вероятно, станет важной областью исследований в будущем. 3D-печать может быть разработана, чтобы позволить врачам иметь дело с деформациями скелета, травматическими повреждениями, опухолями и врожденными заболеваниями. Использование 3D-печатных копий для челюстно-лицевой хирургии и нейрохирургии уже хорошо известно и используется во всем мире; однако применение этой технологии при травмах суставных костей менее распространено. Это несоответствие может быть связано с трудностями в организации рабочего процесса организаций, занимающихся 3D-печатью (отделение неотложной помощи, рентгенологическое и ортопедическое отделения), а также в наличии оборудования.

Компьютерная томография сначала должна быть выполнена с использованием соответствующих тонких срезов (в идеале 0,625 или 0,9 мм для переломов) для предотвращения некачественного воспроизведения. Преобразование в файл .stl должно быть выполнено сразу после компьютерной томографии с помощью компьютерной томографии или с помощью коммерческого программного обеспечения, такого как OrisiXVR, MimicsVR или HorosVR обученным персоналом, а затем отправлено непосредственно на 3D-принтер в больнице или у ближайшего поставщика услуг. Эта система должна означать, что модель может быть доступна в течение 12 часов, что позволяет использовать его для планирования и проведения ранней операции, когда это необходимо.

Профессиональные 3D-принтеры используют различные материалы для медицинских моделей, обычно ABS, полимолочную кислоту или VisiJetVR (3D-системы, Рок-Хилл, Южная Каролина, США), с возможными различными цветами для различения анатомических частей и патологий (например, кости, хрящи, гематомы). Недавно мы обнаружили, что VisiJetVR (цветной или нет) предоставляет более подробные модели переломов костей, чем другие материалы, но имеет тот недостаток, что он не может быть стерилизуется в обычном автоклаве. Белый ABS, используемый в текущем исследовании, таким образом, предлагает отличный компромисс для создания хирургических изображений в реальном размере с полным касанием. Опытные хирурги и радиологи могут счесть, что в этом новом приложении нет необходимости, учитывая их приобретенные знания о характере повреждений и высококачественных характеристиках доступных в настоящее время методов визуализации. Тем не менее, врачи, участвовавшие в текущем исследовании, сообщили о значительном улучшении предоперационной информации и навыков, а также об улучшении общего управления лечением пациента.

Кроме того, этот инструмент был принят в образовательных и учебных целях программой резидентуры Веронского университета. В свете ответов хирургов и пациентов на эти 3D-модели различные учреждение в настоящее время рассматривают возможность внедрения 3D-печатных копий в качестве обычного шага для планирования хирургического вмешательства и получения информированного согласия у пациентов с выбранными травмами. Учитывая все виды обработанных переломов, 3D-модели представляют наибольшее преимущество и выгоду в случаях с более сложными суставными и оскольчатыми переломами, обеспечивая лучшее понимание их структуры.

Кроме того, улучшенное информированное согласие также может снизить затраты, связанные с судебными разбирательствами в области медицины. Было зафиксировано сокращение времени выполнения операций с потенциальным пропорциональным косвенным воздействием на эксплуатационные расходы. По сути, экономия хирургического времени была очевидна на всех хирургических этапах, включая стерилизацию и установку инструментов, пробу и выбор наиболее подходящего фиксирующего устройства, а также использование рентгеноскопии вместо простого вправления и фиксации перелома.

Дальнейшие исследования и анализ затрат являются необходимыми для исследования систематической целесообразности использования 3D-печатных моделей в больницах.

В заключение, 3D-печатные копии суставных переломов можно считать инновационной процедурой и полезным инструментом. Это приложение представляет собой небольшой шаг на пути к внедрению персонализированной медицины и оценки медицинских технологий качество, а также потенциальное снижение затрат на здравоохранение. Прототипы, напечатанные на 3D- принтере, могут эффективно улучшить пространственное определение структуры переломов, тем самым предоставляя хирургам возможность совершенствовать свои хирургические стратегии.