3D-printen toepassen in spinale chirurgie

Dr. Andrew Kanawati is orthopedisch en wervelkolomchirurg in het Westmead Hospital in Sydney, met een bijzondere belangstelling voor klinische en onderzoekstoepassingen van 3D-printen. Hij heeft verschillende op maat gemaakte 3D-geprinte, patiënt-specifieke wervelkolomgeleiders ontwikkeld om te helpen bij operaties. Hij gebruikt samengestelde modellen van verschillende Formlabs-materialen voor het plannen van complexe operaties. Dr. Kanawati staat aan de voorhoede van spinale chirurgische innovatie en gebruikt 3D-printen om de resultaten te verbeteren. In deze blog herhalen we enkele van de belangrijkste bevindingen van dr. Kanawati's presentatie tijdens de Formlabs User Summit.

Patiënt-specifieke anatomische modellen kunnen helpen bij operatiesimulaties, discussies binnen het team, gesprekken over de toestemming van de patiënt en de bijbehorende kosten van operaties.

3D-printen van tumoren

In het verleden werd er onderzoek gedaan naar medisch printen gericht op FDM-printers (Fused Deposition Modeling) vanwege hun lage prijs en alomtegenwoordige marktaanwezigheid in de oudere jaren. Dr. Kanawati zag echter een enorme kans om stereolithografie (SLA) te gebruiken vanwege de hoogwaardige materiaaleigenschappen van de uiteindelijke onderdelen. Deze materiaaleigenschappen, waaronder de mogelijkheid om waterdichte onderdelen te printen, betekenden dat medische onderdelen van hogere kwaliteit konden worden geprint en getest.

Op een dag onderzocht dr. Kanawati een 41-jarige patiënt die klaagde over pijn in zijn been. Bij de patiënt was op jonge leeftijd een goedaardige bottumor in zijn bekken vastgesteld, die sindsdien niet-operatief werd behandeld. Uit een nieuwe MRI- en CT-scan bleek dat de tumor naar de zijkant van de wervelkolom van de patiënt groeide. De tumor zat tegen zenuwen aan en vormde een ernstige medische uitdaging.

Elke tumor is anders, en elke patiënt is anders. Voor complexe gevallen waarbij het ruggenmerg en de zenuwen betrokken zijn, kan het onderzoeken van de menselijke anatomie in 3D het verschil betekenen tussen een geslaagde of een mislukte operatie.

Dr. Kanawati ging aan de slag met zijn Formlabs SLA-printer en Grey Resin en begon te printen. Voor een volledig model van de onderrug en de tumor werd 156 ml resin gebruikt, ter waarde van slechts 23 euro. Kanawati: "Grey Resin is het werkpaard van Formlabs. Het heeft een zeer mooie oppervlakte afwerking. Ik vind Grey Resin zeer betrouwbaar in termen van printsucces."

Het ruggengraatmodel van de patiënt werd in iets minder dan 13 uur geprint waarbij slechts 23 euro aan resin werd gebruikt.

De voordelen van 3D printen

Een fysiek 360º model van de wervelkolom en de tumor van de patiënt helpt chirurgen om fouten te verminderen en de resultaten voor de patiënt te verbeteren. De modellen helpen chirurgen de contactpunten tussen de tumor en de zenuwtakken te visualiseren en hanteren, waardoor ze meer handigheid en vertrouwen krijgen bij het opereren. Dit is een belangrijk voordeel van 3D-printen voor spinale chirurgie. Met SLA-printers in huis kunnen chirurgen binnen een dag modellen scannen, segmenteren en printen. In noodgevallen waar tijd van essentieel belang is, kan een 3D-geprint model chirurgen helpen bij hun beslissingen en hen extra vertrouwen geven.

De toegang tot een 3D-geprint model helpt bij de preoperatieve planning, waardoor Dr. Kanawati kan beoordelen of een kortere operatie mogelijk is. Minder operatietijd betekent minder spanning op het ruggenmerg zonder directe neurale schade te veroorzaken. Het geeft het team ook een beter inzicht in welke pedikels (een zeer sterke, cilindrische, anatomische brug tussen de dorsale wervelelementen en het wervellichaam) levensvatbaar zijn, en hoe de operatie het best kan worden uitgevoerd.

Zenuwen werden geprint in Elastic Resin en op het 3D-printbeen geplaatst.

Maar dr. Kanawati was nog niet klaar met het creëren van zijn patiëntenmodel. Hij tilde zijn 3D-printen naar een hoger niveau en toonde de kracht van SLA-printen voor medische toepassingen door met meerdere materialen op één machine te printen. Dr. Kanawati verwisselde zijn build tray voor een nieuwe, en begon met het maken van replica's van de zenuwen van de patiënt in Elastic Resin. Zo kon hij de zenuwen op zijn ruggengraatmodel leggen, zodat er geen verrassingen waren toen de operatie begon. Kanawati: "Tijdens de operatie gingen we via de rug van de patiënt naar binnen. Tijdens de operatie konden we de zenuwen niet zien, maar door het 3D-geprinte model wisten we precies waar ze zaten."