L'impression 3D aide les opérations d'anévrisme cérébral

Ces dernières années, les progrès de la technologie intravasculaire ont permis de réduire le nombre d'interventions chirurgicales pour traiter les anévrismes cérébraux. Des techniques intravasculaires mini-invasives sont désormais utilisées pour la majorité des anévrismes cérébraux peu complexes. Pour les cas plus complexes et plus graves où la chirurgie intracrânienne est absolument nécessaire, on utilise des outils de guidage et de planification peropératoire imprimés en 3D afin de réduire les risques et d'améliorer les résultats. Sahin Hanalioglu, du département de neurochirurgie de l'université Hacettepe, est un neurochirurgien de premier rang qui a reconnu très tôt l'utilité des modèles imprimés en 3D pour améliorer les résultats chirurgicaux. Il a également été assisté par le professeur İlkan Tatar du département d'anatomie de l'université de Hacettepe. L'équipe de R&D et d'application de Trabtech Medical Advanced Technologies, qui possède une grande expertise en matière de modélisation anatomique, de planification et surtout d'impression 3D, a été mobilisée afin de créer des modèles 3D (en coopération avec les chirurgiens) pour de nombreux patients souffrant d'anévrismes cérébraux graves.

Problème : Dans le cas ci-dessous, un patient souffre d'un anévrisme cérébral grave. Un anévrisme est une malformation vasculaire, c'est-à-dire un renflement dans un vaisseau sanguin causé par une faiblesse de la paroi. Si un anévrisme des vaisseaux cérébraux se rompt, il peut provoquer une hémorragie cérébrale. Si un anévrisme se thrombose (lorsque des caillots sanguins bloquent les veines ou les artères), il peut également causer une embolie.

Solution: Exclure cet anévrisme de la circulation cérébrale normale. Les anévrismes sont généralement enfouis profondément dans le cerveau et, pour les atteindre, des techniques microchirurgicales sont nécessaires pour diviser soigneusement les fissures cérébrales et les couloirs naturels en disséquant tout autour. L'anévrisme est alors séparé de la circulation par des clips chirurgicaux, et la plaie est refermée. Cette procédure s'appelle le clippage.

La méthode conventionnelle comparée à l'impression 3D : généralement, les neurochirurgiens utilisent des images de CT ou d'IRM, ainsi que leurs propres connaissances anatomiques, pour imaginer la pathologie en trois dimensions. Aujourd'hui, grâce à la technologie de l'impression 3D et à la simulation 3D, ils peuvent facilement voir l'anatomie tangible à la fois sur l'écran (casque VR 3D) et sur un modèle imprimé en 3D.

La technologie de simulation visuelle en 3D a fait des progrès incroyables ces dernières années, mais pour de nombreux chirurgiens, le fait de toucher et de s'entraîner sur un modèle personnalisé peut avoir un impact positif encore plus important sur les résultats chirurgicaux. Les modèles multicouches, segmentés et entièrement intégrés de TrabTech peuvent être utiles pour les craniotomies, où les chirurgiens doivent percer le crâne et en retirer une partie pour créer une « fenêtre chirurgicale » sans endommager le tissu sous-jacent.

Ce modèle unique permet non seulement aux chirurgiens de visualiser, mais aussi de simuler l'opération. Les chirurgiens ont la possibilité de répéter l'opération et d'essayer différentes approches pour traiter la pathologie avant la date réelle afin de comprendre les avantages et les inconvénients de certaines techniques chirurgicales.

Il est important de noter que l'utilisation de modèles imprimés en 3D peut contribuer à renforcer la confiance avant une procédure complexe. « Vous n'aurez pas de surprises pendant l'opération : vous pouvez tout répéter en amont. Cela joue un rôle déterminant dans mon propre cabinet et pour de nombreux chirurgiens avec qui je m'entretiens », a déclaré M. Hanalioglu.

Autres avantages de l'impression 3D : Les modèles imprimés en 3D sont également importants pour la formation des étudiants de troisième cycle et des diplômés, ainsi que pour les patients. Il existe différentes techniques radiologiques pour obtenir des modèles extrêmement précis, telles que l'angiographie par IRM et la veinographie par tomographie volumétrique tridimensionnelle. Le problème, c'est que chaque technique peut visualiser un voire deux tissus de la structure interne du cerveau, comme par exemple les structures diencéphaliques ou les structures ventriculaires. Mais les structures cérébrales changent anatomiquement ou se déplacent lorsqu'il y a une pathologie supplémentaire comme une tumeur. « C'est pourquoi nous devons revisualiser et reconstruire la nouvelle forme du tissu normal en fonction du type de pathologie. Ces modèles sont entièrement personnalisés en fonction des maladies ou des pathologies du patient », a déclaré M. Hanalioglu.

M. Hanalioglu nous a expliqué que « parfois, dans une opération complexe, seul le chirurgien en chef sait exactement où se trouve la zone problématique. Aujourd'hui, grâce aux modèles imprimés en 3D, tout le monde, même les résidents, connaissent tous les détails de l'opération. Ils facilitent le guidage peropératoire. »

Il a poursuivi en disant que « ces modèles imprimés en 3D nous aideront à répéter l'opération avec les résidents, les étudiants et d'autres collègues. Un modèle imprimé en 3D est précieux pour la formation des étudiants en médecine, des résidents ou des jeunes neurochirurgiens, car il permet de discuter de l'opération », a déclaré M. Hanalioglu.

Comment créer des modèles 3D : TrabTech a utilisé le logiciel Materialise (Mimics) pour la segmentation des modèles. Un ingénieur biomédical utilise ce logiciel pour importer chaque fichier DICOM enregistré avec différentes techniques. Les processus de segmentation, de modélisation et de simulation seront effectués par les fonctionnalités du logiciel et le fichier final sera exporté au format STL ou OBJ. Le chirurgien peut également être impliqué dans ce processus pour aider à définir la pathologie et affiner le fichier numérique final à imprimer. Par exemple, le chirurgien peut aider à identifier une interférence entre deux vaisseaux et utiliser son expertise pour revérifier chaque modèle. Malgré la haute résolution des techniques d'imagerie, un deuxième avis toujours le bienvenu pour des systèmes aussi complexes.

La perspective du patient: Un patient de 55 ans présentant des crises suspectes a été analysé et évalué tout d'abord par imagerie cérébrale au moyen d'un scan et d'une IRM. L'imagerie cérébrale a révélé une masse de 1,5 cm dans la scissure sylvienne gauche, entre les lobes frontal et temporal du cerveau. La première hypothèse était celle d'une énorme tumeur ou d'une possibilité d'anévrisme. Après une imagerie plus poussée, il a été confirmé qu'il s'agissait d'un anévrisme géant thrombosé (plus de 2 cm). Les thrombus (caillots sanguins) petits et épais se trouvant dans un anévrisme peuvent se déplacer vers les artères distales et les bloquer. Ces blocages interrompent la circulation sanguine dans des parties importantes du cerveau, provoquant des accidents vasculaires cérébraux chez les patients.

Quand une intervention a été proposée, l'équipe médicale avait utilisé les modèles numériques des techniques d'imagerie avancées telles que la tomodensitométrie, l'imagerie par résonance magnétique, l'angiographie par résonance magnétique et l'angiographie par soustraction numérique rotationnelle en 3D, et avait discuté de la planification chirurgicale avec le patient. Dans une situation aussi grave et urgente que celle-ci, l'utilisation d'un modèle 3D peut aider le chirurgien à préparer l'intervention et à s'entraîner, ainsi qu'à aider le patient à se sentir plus à l'aise. 

Comme on peut le voir dans la simulation numérique, la couleur, les angles et les positions du modèle numérique peuvent être modifiés et l'opération finale peut être simulée. Cette image montre la relation complexe entre les prismes centraux et les vaisseaux sous-jacents. Le modèle permet aux chirurgiens de voir les principales branches sous le cerveau et la coupe simulée avant l'opération. Les informations visuelles sont ainsi facilement accessibles lorsqu'ils se préparent à l'opération, ce qui permet d'améliorer l'efficacité des procédures.

Défis et remarques: L'un des inconvénients de l'impression 3D est le temps nécessaire à la création des pièces. M. Hanalioglu nous a expliqué qu'il lui fallait plus d'un ou deux jours pour préparer et imprimer entièrement ses modèles. Ainsi, pour les cas urgents, il n'est pas toujours possible de créer des modèles en 3D.

Les chirurgiens doivent également s'assurer qu'ils disposent de l'équipement adéquat, notamment d'un scanner à haute résolution et d'une imprimante 3D de qualité.

Selon M. Hanalioglu, lorsqu'il envisage d'acheter une imprimante 3D, les principales caractéristiques qu'il prend en compte sont les suivantes :

• La capacité d'imprimer des matériaux durs et souples. En effet, ses modèles contiennent à la fois le crâne et les artères.
• La résolution des pièces est importante, car elle permet de simuler l'opération le plus fidèlement possible.
• Les coûts doivent être raisonnables pour chaque pièce.

Impression 3D, cadavres et planification chirurgicale : La plupart des médecins voient les modèles imprimés en 3D comme des outils complémentaires qui ne peuvent pas remplacer les cadavres.  Toutefois, l'analyse de cadavres présente des limites, et les institutions utilisent de plus en plus des modèles imprimés en 3D pour combler les lacunes à moindre coût.  

Si le groupe de résidents est plein, les professeurs ne peuvent pas enseigner individuellement à chaque étudiant avec des cadavres. Si le groupe de résidents est plein, les professeurs ne peuvent pas enseigner individuellement à chaque étudiant avec des cadavres. Bien entendu, en fonction du niveau des étudiants en médecine, les détails du modèle imprimé en 3D peuvent être ajustés.  Le fait de colorer les différentes parties du modèle peut être très utile aux nouveaux étudiants », a déclaré M. Hanalioglu.

Par conséquent, les modèles imprimés en 3D et les cadavres devraient être utilisés conjointement pour apporter le plus de valeur possible à l'enseignement médical.

L'avantage d'un modèle imprimé en 3D est que le cerveau est transparent et que l'anévrisme et les vaisseaux situés sous le lobe temporal et frontal du cerveau sont facilement visibles. L'importance du modèle physique imprimé en 3D se fait clairement sentir lorsque les chirurgiens ne sont pas suffisamment expérimentés pour réaliser l'opération ! Le modèle imprimé en 3D peut aider les chirurgiens inexpérimentés à mieux visualiser l'anévrisme et maîtriser la craniotomie.

Si les modèles numériques en 3D permettent d'ajuster et de segmenter virtuellement par exemple en changeant la position, il n'y a toutefois pas de retour d'information haptique. Avec un modèle imprimé en 3D, les chirurgiens peuvent obtenir différents angles du cerveau en changeant leur propre position. Mais si le modèle est endommagé ou coupé, il n'y a pas de retour en arrière possible.

Matériaux utilisés pour les modèles imprimés en 3D : Dans ce modèle imprimé en 3D, les vaisseaux cérébraux, les tissus et l'anatomie du crâne ont été obtenus par imagerie. Durable Resin a été utilisée pour imprimer les modèles osseux et Elastic 50A Resin a été utilisée pour imprimer les tissus et vaisseaux cérébraux. Les modèles ont été imprimés avec la Form 3, qui a récemment été remplacé par la nouvelle Form 3B+.

M. Hanalioglu a utilisé Elastic 50A Resin pour ses propriétés élastomériques, et sa capacité à imiter le tissu artériel est utile pour mieux simuler l'opération.  Selon lui, ces dernières années, « des améliorations ont été apportées aux matériaux. Les pièces ressemblent davantage à des artères. Il y a encore des progrès à faire, mais le rendu est bien meilleur. »

Enfin, M. Hanalioglu fait peindre ses modèles d'artères imprimés pour qu'on puisse mieux identifier les différentes parties. La possibilité de peindre un matériau souple comme Elastic 50A Resin est un autre avantage de ce matériau.