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La stampa tridimensionale (3d) è una tecnologia trasformativa con una vasta gamma di applicazioni nel campo della chirurgia spinale ortopedica. Questa tesi analizza una sua applicazione in ambito didattico che prevede la produzione e l’utilizzo di simulatori 3d-printed per l’apprendimento della corretta inserzione di viti peduncolari, e la valutazione delle performance ottenute nel training chirurgico.
Molti tipi di affezione spinale vengono generalmente trattati con il posizionamento di viti, tra cui patologie discali degenerative, fratture vertebrali, esiti di infezioni, tumori spinali, scoliosi e spondilolistesi. Il trattamento con viti peduncolari rappresenta il gold standard tra le tecniche ad approccio posteriore.
L’impianto di viti peduncolari, oltre a raggiungere l’obiettivo di correzione della deformità, e ad avere un basso tasso di pseudoartrosi e di fallimenti d’impianto, qualora non vengano usate le comuni ortesi nel postoperatorio, porta a un miglioramento globale della stabilità, ripristinando l’altezza e l’allineamento vertebrale. Per raggiungere tale scopo ed avere un buon effetto terapeutico, è imperativo che la vite sia posizionata accuratamente all’interno del peduncolo, alloggiando completamente al suo interno senza aver prodotto infrazioni durante la sua inserzione.
Un tale risultato è altresì difficoltoso per l’ampia variabilità anatomica in forma, dimensioni e orientamento della struttura peduncolare; un posizionamento scorretto della vite può portare non solo al fallimento del trattamento, ma anche a danni alle strutture vascolari e nervose adiacenti, specialmente nel segmento toracico.
Sono state descritte varie tecniche d’inserzione, fra le quali si ricordano in ordine crescente di complessità quelle a mano libera (freehand), con guida fluoroscopica, con navigazione 3d e metodi robot-assistiti. La tecnica a mano libera continua però ad essere ampiamente utilizzata data la sua natura intuitiva (eyes-on-the-spine), l’efficiente sequenza chirurgica, il minore tempo operatorio, il minore ingombro della sala operatoria, la minore probabilità di contaminazione dell’equipaggiamento e la minore esposizione a radiazioni, sia del paziente che del team chirurgico.
Comunque, la tecnica freehand possiede una ripida curva d’apprendimento, dato che sia il punto d’ingresso (entry point) che la traiettoria della vite si basano su punti di repere anatomici quali la faccetta articolare superiore, il processo trasverso, la lamina, la pars interarticularis e la lamina ventrale. In pazienti con deformità spinale severa o sottoposti precedentemente a chirurgia spinale, l’anatomia spinale ossea può essere gravemente dismorfica o alterata, rendendo il riconoscimento delle strutture molto difficoltoso. In letteratura, tale tecnica riporta un tasso di errore (error rate) variabile tra il 10% e il 40%.
Grazie alla realizzazione dei simulatori fisici a partire da immagini CT/MRI appartenenti a pazienti con deformità spinali lievi, moderate ed anche gravi, il training qui proposto riesce a fornire l’esperienza operativa di setting ad alta complessità. Le immagini CT sono poi state segmentate tramite la Pipeline di segmentazione EndoCAS integrata nel software ITK-SNAP 1.5. Le strutture sono state poi prodotte in 3d tramite la stampante Stratasys Elite by Dimension, utilizzante tecnologia a deposizione fusa (FDM). L’assemblaggio è infine stato fatto manualmente per la creazione dei simulatori.
Sono stati coinvolti cinque medici specializzandi in formazione ed uno studente di Medicina e Chirurgia.
Tutti i modelli 3D ottenuti sono stati sottoposti a indagine TC immediatamente dopo il posizionamento delle viti transpeduncolari al fine di valutare l'accuratezza degli impianti.
Sui 10 simulatori realizzati sono state impiantate un totale di 98 viti transpeduncolari. I simulatori sono stati caratterizzati da sempre maggiore deformità e livello stimato di difficoltà operativa crescente; sono stati registrati inoltre i tempi di realizzazione di ogni singola procedura.