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Come la stampa 3D ha consentito un intervento chirurgico salvavita su un sarcoma spinale complesso

La pianificazione preoperatoria è molto importante per la buona riuscita di un intervento chirurgico e, di conseguenza, per garantire ai pazienti risultati ottimali. La comparsa di modelli anatomici stampati in 3D ha rivoluzionato il modo in cui i chirurghi ottengono le informazioni fondamentali necessarie prima di eseguire complesse procedure chirurgiche, portando a risultati migliori per i pazienti. Con l’aiuto di Formlabs e Axial3D, il dottor Alistair Irwin è riuscito a rimuovere con successo un tumore da una giovane paziente. 

Da cinque anni Irwin esercita come specialista in chirurgia ortopedica al Royal Victoria Infirmary di Newcastle Upon Tyne, uno dei soli quattro centri in Inghilterra specializzati nel trattamento del sarcoma spinale. Irwin si occupa di tutti gli aspetti della chirurgia spinale per adulti, incluse le tecniche microinvasive, e si è specializzato nel trattamento dei tumori spinali, tra cui i sarcomi spinali di cui andremo a parlare.

Come il team valuta i tumori

Il team di Newcastle esegue all’incirca dieci resezioni all’anno di sarcomi spinali. Si trattava di un caso su un milione: una giovane paziente di Newcastle, nel Regno Unito, aveva contratto una forma di cancro estremamente rara e aggressiva che, partendo dalla colonna vertebrale toracica e dalla parete toracica, stava invadendo velocemente la cavità  toracica anteriore e il mediastino. La biopsia aveva rivelato che si trattava di un condrosarcoma mesenchimale, un tumore che produce cartilagine, che stava rapidamente distruggendo le strutture locali e causando danni. Se lasciato crescere, le conseguenze sarebbero state catastrofiche: avrebbe iniziato a comprimere le strutture vitali (come le vene principali, le arterie e perfino la struttura del cuore) o il midollo spinale, danneggiando le funzionalità del sistema nervoso e motorio. 

I sarcomi spinali sono rari e devono essere trattati da un team altamente specializzato di oncologi, radiologi, patologi e chirurghi. In questo caso specifico, la posizione, le dimensioni e la complessità del tumore richiedevano un’equipe chirurgica composta da chirurghi plastici, pediatrici, cardiotoracici e da cardiochirurghi e neurochirurghi pediatrici. Data la complessità del tumore, la pianificazione e visualizzazione dei siti anatomici coinvolti era fondamentale.

Questo particolare tipo di tumore è solitamente trattabile solo con l’asportazione chirurgica totale. Tuttavia, a causa della giovane età della paziente e della natura aggressiva del tumore, l’equipe aveva deciso di procedere con delle sedute sperimentali di chemioterapia adiuvante sotto la supervisione dell’oncologo pediatrico. Sfortunatamente, il tumore continuava a crescere.

Al team rimanevano solo due opzioni. La prima opzione era dichiarare il tumore inoperabile per via delle dimensioni e della posizione complessa in cui si trovava (dietro al cuore, vicino ai polmoni, all’albero bronchiale, all’aorta e alla vena azygos collegate alla colonna vertebrale). La seconda opzione era rimuoverlo. 

Questi tipi di tumore vanno rimossi in una sola procedura perché, se rimossi in modo parziale, tendono a ricrescere. Quindi, l’unico modo sicuro per asportarlo era effettuare una singola resezione, lasciando un margine di sicurezza di tessuto sano intorno al tumore per essere certi della rimozione totale e corretta.

A questo punto, la difficoltà maggiore per il team era sapere con esattezza quali strutture erano coinvolte. Nemmeno le dettagliate immagini fornite da TAC e risonanza magnetica e il ricorso a un’ecografia transesofagea avevano permesso al team di accertare se il tumore avesse già attaccato il cuore o l’atrio, né se l’aorta o la vena azygos fossero coinvolte. 

Per valutare l’anatomia, uno dei chirurghi cardiotoracici aveva inserito una videocamera all’interno del torace della paziente per avere una migliore visibilità. Tuttavia, a causa delle dimensioni del tumore non era riuscito ad avere una visione precisa dell’anatomia e di strutture come il cuore e l’aorta. Tentare la resezione del tumore senza una visione completa della massa tumorale e dell’anatomia circostante era un rischio troppo grande. 

Perché l’equipe chirurgica si è rivolta alla stampa 3D

Il problema risolto dalla stampa 3D

Sia l’equipe chirurgica che la paziente e la sua famiglia erano consapevoli che si trattava di un intervento importante che comportava alti rischi, con un 50% di possibilità di causare danni neurologici gravi e paralisi e un altro 50% di possibilità che la paziente non sopravvivesse all’intervento a causa delle complicazioni intraoperatorie. Se il team aveva intenzione di procedere con l’intervento, era necessario avere il quadro completo dell’anatomia con il tumore in situ.

Il software di modellazione 3D non era in grado di dare al team il livello di sicurezza e dettaglio di cui aveva bisogno e i membri dell’equipe non sapevano ancora in che modo avrebbero eseguito la resezione. È a questo punto che sono entrati in gioco Axial3D e Formlabs.

Il team ha prodotto un modello fisico stampato in 3D a supporto delle scansioni 2D, che ha permesso di migliorare la pianificazione grazie a una migliore visualizzazione dell'anatomia della paziente. Fondamentalmente, la pianificazione con il modello 3D ha permesso ai chirurghi di rimuovere strutture come il cuore e l'aorta e ottenere una comprensione decisamente migliore dell’area circostante, un risultato impossibile da raggiungere con le radiografie.

I chirurghi sono abituati a guardare le radiografie e costruire l’immagine 3D nella loro mente. In questo caso, i chirurghi hanno utilizzato il modello 3D per guidare il loro processo decisionale, di conseguenza, era importante che il modello fosse estremamente preciso. Gli algoritmi ottimizzati di apprendimento automatico e le rigorose procedure di convalida di Axial3D, combinati alla precisione delle stampanti 3D di Formlabs, permettono ai chirurghi di ottenere regolarmente repliche micromillimetriche perfette basate sulle radiografie dei pazienti.

Data l’estensione del tumore e dei tessuti circostanti interessati, che dovevano essere visualizzati tramite stampa 3D, Axial3D ha utilizzato la Form 3BL, la nuova stampante 3D di Formlabs. Le dimensioni di questa stampante, che superano di cinque volte quelle di una stampante desktop tradizionale, hanno consentito al team di stampare l'intero busto e l'anatomia circostante della paziente, fornendo all’equipe medica una rappresentazione esatta e completa dell'anatomia della giovane.

Pianificazione preoperatoria senza congetture

Poter contare su Axial3D e Formlabs per avere simili dettagli e modelli precisi ha permesso all’equipe chirurgica di avere un'immagine molto più chiara dell'anatomia e di eliminare le congetture ben prima della resezione.

Il modello è diventato uno strumento fondamentale per aiutare il team a capire e pianificare esattamente quali costole si intersecavano con il tumore e quanto vicine alle costole o alla colonna vertebrale dovevano essere le incisioni. Potersi esercitarsi prima sul modello ha permesso al team di acquisire una visione estremamente dettagliata dell’anatomia della paziente, nonché la sicurezza necessaria per eseguire la procedura.

L’importanza di un modello fisico

“Naturalmente, siamo in grado di farti un’idea di quello che vuoi ottenere e di dove fissare i margini anche senza un modello 3D, ma con il modello di fronte a noi ci siamo sentiti molto più sicuri. Possiamo affermare con certezza che questo modo di lavorare consente una pianificazione più rapida e accurata” ha dichiarato Irwin.

“È facile da usare, efficiente e veloce. I modelli prodotti da Axial3D sono ottimi, precisi e facili da usare. È un servizio abbastanza semplice ed efficiente rispetto ad altri di questo tipo, che possono rivelarsi lunghi, costosi, e complicati. In questo caso il modello prodotto era molto intuitivo, interattivo e senza difetti, il che significa che abbiamo potuto agire velocemente. Sono rimasto davvero colpito dal modo in cui Axial3D è in grado di gestire rapidamente richieste complesse” ha affermato Irwin. 

I risultati per la paziente sono stati incredibilmente positivi. Anche se ha dovuto trascorrere un paio di settimane in ospedale dopo l’intervento, è stata dimessa senza mostrare segni di debolezza o paralisi. La perdita di sangue durante l’intervento è rimasta a livelli normali. 

Il più grande risultato ottenuto grazie modello è stata la resezione precisa del tumore (confermata da un campione patologico). Dopo aver determinato chiaramente i margini e una volta che i suoi parametri vitali si sono stabilizzati, la paziente ha potuto tornare a casa con la sua famiglia. Con l'aiuto del modello stampato in 3D è stata dimessa dal reparto oncologico con il sollievo di sapere che il team era riuscito ad asportare l'intero tumore.