纽约大学利用3D技术助力开创性双手和面部移植 

3D打印应用 /[医疗]
2021-07-31 10:58
近期,由纽约大学Longone医疗所Eduardo D.Rodriguez医生领导了一场双手与面部移植手术,证明了3D打印技术在复杂病例中的价值。从临床医生如何与团队和患者沟通,到他们如何对手术进行规划和执行,3D技术彻底改变了手术过程。

除了最复杂的病例,3D技术也越来越多地用于在日常手术中,例如下颌重建骨科手术,为患者提供更加个性化的治疗。这项新技术的加入,也使得手术规划团队正不断进步,并充分发挥潜力。

  通往手术室的后台

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在 14 个月的准备期间,Materialise临床工程师与纽约大学Longone外科医生汇聚一堂,在实验室中演练手术过程,便于制定和微调手术计划

如果将手术室视为音乐厅,那么外科医生就是在舞台上看到的摇滚明星。与任何大型演出一样,乐队需要其他音乐家和后台技术团队对声音、视觉和灯光的把控,才能确保演出的顺利进行。

在手术室环境中,我们的临床工程师团队(CLEs) 就扮演着这一角色,在手术计划过程中提供背景情况说明和相应支持。这一切都从我们接收到患者的CT图像并将其转换为3D模型开始。我们与外科医生会面,以虚拟方式规划病例并提供反馈,来帮助他们解决临床挑战,并设计解剖模型以及手术导板,为特定患者的移植提供必要的支持。
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手部移植的规划和手术导板

每一个工具都能帮助外科医生在手术室中准备和执行手术时更有信心、更高效、更精确:

解剖模型可以帮助外科医生更好地了解解剖结构,并在手术前做出最合适的决定。通过3D打印的模型给临床医生提供了更为直观的患者解剖结构,这对于改善与患者及其家人之间的沟通至关重要,对住院医师和学生在复杂医学病上的教学也很有价值。外科医生还可以在这些模型上模拟操作,并在手术过程中作为参考。

个性化手术指导将数字规划的优势带入手术室。将进行干预的确切规划位置和角度与实际手术相匹配。通过减少所需的切口和手术器具的数量,使手术过程更快结束,并且可能更具成本效益。

个性化植入物可增强外科医生所需手术结果的可预测性。临床医生可以通过3D 打印的植入物匹配患者的特定解剖结构和需求,因此临床医生能够专注于执行手术,来彻底改变患者的生活。

临床工程师(CLEs)和外科医生在手术规划方面的合作相对较晚。这样的合作也会随着3D规划技术的发展而不断进步。Materialise正是该领域的先驱者

我们的CLEs在3D工具和技术能力方面有着独一无二的专业知识,包括如何在手术室中实行3D技术。虽然您不会看到我们对患者进行实际的手术,但我们在手术规划中都积极参与了每一步的幕后工作

我们与世界各地的外科医生合作,每年处理数以千计的病例,并根据不同的手术需求提供方法建议和最适合的实践经验。

纽约大学Langone双手和面部移植案例清晰地展示了CLEs给外科医生和患者带来的好处。Materialise一直从事于移植手术,具有目前市场上独树一帜的专业度。我们认为这个案例的独特之处在于,这是我们的骨科和颅颌面骨团队第一次并肩工作。四位 Materialise临床工程师参与了这项开创性的手术,在手术前的几个月里,我们每个人都专注于我们的解剖专业领域。我们与一个由近80人组成的外科团队合作,在14个月内为11个人体解剖学实验室提供支持。每次演练期间都与六个手术团队密切合作,确保3D技术的开发和使用,在手术时间紧迫的情况下提高的效率和准确性。
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移植手术室墙上的CMF规划图

从临床工程的角度来看,移植病例的最大挑战是时间限制和供体特定解剖结构的变量。我们可以为接受者的解剖结构进行规划,但每个捐赠者的体型和解剖结构在实验室阶段和最终手术阶段会有所不同。

在这个对时间要求很高的病例手术中,我们的团队设计并打印了不同尺寸的手部移植手术导板和解剖模型,以适应任何变化。3D打印的导板允许在受者和供体上实现预先规划的骨骼切割,便于确定解剖位置获得最佳效果。还能准确引导固定移植体,已到达最佳的骨愈合情况。一旦确定了供体,我们就确定了面部移植的颅颌面(CMF)导板来与供体进行匹配。
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确定捐赠者后,我们在美国、乌克兰和马来西亚的工程团队只有不到24小时的时间来完成设计、处理导板,以匹配从捐赠者到接受者的面部移植手术。我们在美国的生产团队在手术前及时完成了导板的3D打印

根据捐赠者和接受者的CT扫描结果,我们总共为这个病例3D打印并交付了180个零件。两名团队成员在收到最终CT数据后的24小时内将导板从位于密歇根州的医疗制造工厂送到了纽约的医院。团队成员还等在手术现场,准备随时解决手术期间与技术相关的任何问题。 

在详细的规划和多次演练下,双手和面部移植手术在23小时内成功完成,比Rodriguez医生之前仅脸部的移植手术所花费的时间还要短。
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术前规划使外科医生能够虚拟地选择和定位医疗植入物,以预测最佳解剖契合度

流程中每个步骤用到的3D工具

在处理新病例时,我们会提供有关3D工具和技术的意见来帮助手术团队和患者。3D 打印的个性化工具越来越常见于常规手术中,例如用于双手和面部移植的导板。它们增强了外科医生的信心,改善了患者的治疗效果。每年有数千个病例采用了个性化导板和植入物,主要用于膝关节、肩关节和髋关节置换以及CMF重建。

手术导板可帮助外科医生准确定位、切割和钻孔,并且重新定位和固定骨骼,从而提高手术的效率。它可以使手术更快,侵入可能性更小,减少所需的切口和手术器械数量。

通过根据患者的解剖结构创建植入物,就可以调整植入物来适应患者,而不是让患者来适应植入物,从而最大限度地保留骨骼。

  结果:一个更美好、更健康的世界

作为临床工程师,当看到我们的工作对患者生活的直接影响,这种技术和专业知识结合所产生的真正价值就变得显而易见了。
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手术前后的Joe DiMeo,图片由纽约大学Langone提供

上个月的新闻发布会上,当我看到接受移植手术的Joe DiMeo分享他的故事时,被他的康复情况所震惊。听Joe谈论他如何获得第二次生命,是对我们作为临床工程师所做工作的最大鼓舞。这也是Materialise在创造更美好、更健康世界的使命下的一次杰出贡献
来源:Materialise资源库
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