Tecnologia Científica

A impressão 3D pode melhorar seus cuidados médicos?
Os cirurgiões da Yale Medicine discutem como o uso dessa tecnologia está beneficiando os pacientes.
Por Kathy Katella - 23/07/2019

foto:  Robert A. Lisak
O cirurgião de mão da Yale Medicine, Adnan Prsic, imprime modelos de mãos em tamanho real para entender melhor as lesões delicadas que ele trata.

Então, você está preocupado em conseguir, digamos, um substituto do joelho. Será difícil? Vai doer?

Essas são boas perguntas. O corpo de cada paciente é único, e até mesmo os melhores cirurgiões fazem um pouco de adivinhação para tentar colocar um novo joelho da maneira mais perfeita possível. Se a colocação for mesmo um pouco fora, pode haver dor e rigidez extra, e pode demorar mais tempo a recuperar.

Mas, e se, antes de sua operação, o cirurgião pode fazer uma réplica exata das partes do seu joelho, que é o seu joelho, medida pelo seu ressonância magnética e tomografia computadorizada? Então, e se o cirurgião puder usá-lo para planejar a operação com antecedência e garantir a colocação precisa das novas partes, o que significa que você terá menos dor, uma recuperação rápida e um novo joelho que é tão bom quanto o original? Melhor, na verdade. 

Esse futuro está aqui. Alguns cirurgiões da Yale Medicine usam rotineiramente a impressão 3D (essencialmente produzindo um objeto sólido e tridimensional a partir de um modelo digital virtual) para planejar cirurgias, projetar ferramentas específicas para uma cirurgia futura e a anatomia específica do paciente, e até imprimir algumas das partes usado para substituir defeituosos no corpo.

Daniel Wiznia, MD , um cirurgião ortopédico da Yale Medicine, está vendo melhorias significativas em seus pacientes de substituição de joelho desde que ele começou a usar a impressão 3D para planejar suas operações. Ele é um dos vários médicos que fazem uso regular de uma impressora 3D na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Yale, uma máquina MakerBot que se parece com um forno de microondas. 

Vincent Wilczynski, vice-reitor da escola e diretor do Centro de Inovação e Design de Engenharia de Yale, lembra um dos primeiros médicos que visitaram o laboratório há vários anos, que usaram uma impressora para fazer um modelo de paciente de 20 anos. tumor no joelho. "Ele imprimia o tumor toda vez que o paciente entrava para ser escaneado, para que o paciente pudesse segurar o modelo 3D em suas mãos e sentir como ele estava diminuindo", diz Wilczynski.

Há mais para vir. Pesquisadores estão explorando maneiras de usar a impressão 3D para tornar os órgãos de transplante específicos de pacientes e os olhos capazes de traduzir a luz em sinais elétricos. Enquanto o uso prático dessas coisas ainda está a anos de distância, os pesquisadores recentemente imprimiram o primeiro coração vascularizado e vascularizado 3D do mundo, usando células do próprio paciente e materiais biológicos.

Aqui estão algumas maneiras que alguns médicos da Yale Medicine estão usando a impressão 3D no atendimento ao paciente agora.

Recuperação de substituição do joelho mais fácil e rápida

Se você está tendo uma substituição do joelho , a impressão 3D pode tornar sua cirurgia mais suave, diminuir a dor (que pode ser significativa após a cirurgia no joelho) e contribuir para uma recuperação mais rápida da substituição do joelho, diz o Dr. Wiznia. Com essa tecnologia, seu novo joelho pode ser implantado com mais precisão, levando a uma melhor biomecânica, para que o joelho pareça mais natural quando você se movimenta, com menos desgaste no implante, acrescenta.

"É uma questão de precisão", diz Wiznia, explicando que reduz o risco de erro em comparação com a colocação tradicional de um novo joelho. Seguindo um modelo impresso em 3D com guias de corte permite ao cirurgião realizar a cirurgia sem erros de posicionamento significativos, diz ele.

Quando ele está planejando uma cirurgia, Dr. Wiznia alimenta dados da ressonância magnética do paciente em um programa de computador, permitindo-lhe usar o software para planejar onde ele quer colocar o novo joelho, como ele quer que ele se encaixe no osso, os tamanhos de os implantes e como o joelho deve dobrar cinematicamente. Em seguida, ele converte as informações em um formato que pode ser alimentado em uma impressora 3D, para que seja personalizado imprimir instrumentos cirúrgicos. “O mais bonito é que você não precisa cortar tanto quando faz a operação”, diz ele. “Eu uso incisões menores, porque já modelei como posicionar os implantes. Há menos estiramento dos ligamentos e dos tecidos moles, então há menos dor, perda de sangue e tempo de permanência no hospital. ”

Ele prevê que os joelhos implantados dessa maneira terão uma vida útil mais longa. Ele também diz que o pré-planejamento com a impressão 3D permite que ele reduza em 20 a 25 minutos o tempo necessário para realizar uma operação no joelho. Para o paciente, isso significa menos anestesia, menos transfusões de sangue e menos tempo de torniquete, diz ele.

Planejando operações com modelos manuais em tamanho real

Você escorrega em um pedaço de gelo e cai no seu pulso, ou você fica bravo e bate na parede. Você pode quebrar um osso em sua mão dessa maneira. Adnan Prsic, MD , um cirurgião de mão, decidiu que seria mais fácil consertar esse tipo de lesão primeiro imprimindo um modelo em tamanho real de sua mão para ver melhor com o que ele e seus residentes trabalharão. Ele fez isso tantas vezes que acumulou uma coleção de mãos impressas que guarda em uma caixa em seu escritório. Feito de silicone, alguns são completos com "ossos" feitos de vários tipos de plásticos. Se você dobrar um nó em uma dessas mãos, você ouvirá um clique suave (muito parecido com as pernas de um velho corpo de boneca da Barbie). O Dr. Prsic pode “quebrar” um osso dentro da mão para simular uma lesão.

Dr. Prsic está usando as mãos impressas em 3D de duas maneiras. Uma delas é ajudar os cirurgiões a praticar uma cirurgia da mão especialmente complexa para que possam antecipar melhor os desafios. A segunda é ensinar aos residentes médicos seus ofícios - os cirurgiões de mão operam em pequenas áreas, então a precisão é a chave para poupar o osso.

Outros especialistas em mão tentaram coisas semelhantes com impressoras 3D de ponta, mas o Dr. Prsic quer que a capacidade esteja disponível para qualquer pessoa. Então, ele está fazendo as mãos na barata máquina MakerBot; Ele diz que cada um custa cerca de US $ 30, comparado a US $ 150 para fazer uma mão em uma máquina mais sofisticada. Inspirado em ser cirurgião de mão em sua terra natal, Bósnia, onde viu pessoas saindo da guerra com ferimentos terríveis nas mãos, Prsic diz que um de seus objetivos futuros é fornecer um modelo para próteses de baixo custo que serão acessíveis para pessoas em desenvolvimento. países. Ele e o colega da Yale Medicine, James Clune , estão trabalhando nisso juntos.

Diminuindo a ansiedade quando um defeito de nascença é diagnosticado

Quanto mais você puder entender sobre um defeito congênito enquanto o bebê estiver no útero, melhor você estará preparado para tratá-lo, diz Mert Ozan Bahtiyar, MD , diretor do Centro de Cuidados Fetais de Medicina de Yale . Embora atualmente não seja possível imprimir um modelo de um problema no interior do corpo, como um defeito cardíaco, ele prevê o uso de modelos 3D de problemas como fenda palatina e deformidades nas mãos. Ele acredita que isso poderia ser útil psicologicamente para pais expectantes.

Ele também imprimiu uma placenta para mostrar às mães em potencial que ele trata com a síndrome de transfusão de gêmeos para gêmeos , uma condição caracterizada por um desequilíbrio no fluxo sanguíneo devido às conexões dos vasos da placenta. "Eu mostro a eles como é a superfície da placenta e falo sobre como o procedimento é feito." 

Produzir essas peças 3D para pais expectantes é mais difícil do que criar modelos de mãos ou quadris. Os médicos usam ultra-sonografias quando realizam exames de imagem para mulheres grávidas, porque isso não prejudica o feto. Mas o software para converter o ultrassom em um formato de arquivo imprimível em 3D não é tão prontamente disponível quanto é para as tomografias computadorizadas. Assim, o Dr. Bahtiyar está trabalhando com Xenophon Papademetris, PhD, professor de Radiologia e Biomedicina e Engenharia Biomédica na Yale School of Medicine, e Praneeth Sadda, um estudante de medicina de Yale, para desenvolver o que ele precisa. Seu objetivo final é manter uma impressora 3D em seu escritório para que ele possa imprimir fotos durante as visitas do paciente.

"Quando eu diagnostico uma anomalia fetal, o próximo passo é aconselhar os pais sobre como vai ficar", diz o Dr. Bahtiyar, explicando que uma impressão 3D é mais poderosa do que um ultra-som, que fornece uma imagem em preto e branco bidimensional. com campos de cinza. “Eu não acho que isso vai mudar a forma como tratamos esses problemas. Mas a gravidez não é apenas a parte física, é emocional também, então talvez isso ajude a psique de um paciente. Talvez se eles o tocarem, sintam que está lá, isso os torna menos ansiosos. Isso tira a surpresa.

Restaurando ou ajustando para corrigir um rosto

Às vezes, cirurgiões plásticos são chamados a reposicionar um nariz ou criar uma mandíbula mais forte, seja para fins cosméticos ou para melhorar a função. Além de reposicionar partes do rosto, seu trabalho pode incluir cirurgia de reconstrução facial e manipulação óssea. Derek Steinbacher, DMD, MD , cirurgião plástico e diretor de medicina craniofacial da Yale Medicine, tem uma coleção variada de crânios, rostos e guias de corte, além de outras impressões em 3D. Um especialista líder no uso de imagens 3D e impressão em cirurgia plástica, ele usa essas técnicas para auxiliar no tratamento de casos complexos, como reconstruir seções da face ou do crânio, tratar anomalias congênitas do crânio e estética nasal, ortognática e facial. .

Ele usa a impressão 3D rotineiramente desde que chegou a Yale, quase nove anos atrás, e a usou em quase 2.000 casos. Ele diz que revolucionou essas cirurgias, levando o processo de "observação intraoperatória" para um alto nível de precisão planejada que torna seu trabalho muito mais eficiente, reproduzível e preciso.

O primeiro passo no planejamento e impressão óssea em 3D é que o paciente faça uma tomografia computadorizada da área onde ele irá operar. “Isso é convertido em uma imagem 3D virtual que pode ser manipulada - como um arquiteto que constrói algo trabalhando primeiro com um modelo 3D no espaço digital”, explica Steinbacher. “No nosso caso, analisamos e manipulamos a anatomia 3D e entramos no diagnóstico do paciente, passamos por possíveis cenários reconstrutivos, escolhemos o plano final e depois imprimimos modelos e guias.”

Rinoplastia (cirurgia plástica no nariz) é uma operação em que a abordagem é especialmente útil. “Nós olhamos para o nariz preexistente de um paciente, e podemos ver se ele está apontando para a esquerda ou para a direita, ou se é de alguma forma assimétrico. Então nós manipulamos no computador. Há alguma preferência estética e artística que entra nisso ”, diz ele. "Eu também tenho que considerar a função."

Segundo Steinbacher, “é possível, a partir da imagem 3D, imprimir um modelo do nariz ou da face com os resultados pós-operatórios reais esperados”. Ele trabalha de perto com empresas especializadas nesse tipo de impressão 3D. Ele também imprimiu peças reais para usar como implantes permanentes em um novo rosto e placas que podem ser usadas para ajudar a mover uma mandíbula. Ou, "se houver um tumor no maxilar inferior, você pode ver exatamente onde está esse tumor", diz ele. Ele compara isso com o lado oposto do rosto para ver como ele irá reconstruí-lo assim que o tumor for removido.  

Fazendo operações complexas para crianças mais seguras

Um modelo 3D levou David Frumberg, MD, um cirurgião ortopédico pediátrico, a mudar completamente a direção de uma cirurgia que ele planejou. O Dr. Frumberg realiza cirurgias complicadas para crianças pequenas com problemas como deformidades nos membros e na coluna vertebral, bem como aquelas com uma variedade de condições congênitas ou adquiridas. Ele usou raios-X, tomografia computadorizada e ressonância magnética para avaliar deformidades e lesões e para planejar uma operação antes do tempo, mas ele diz que as impressões 3D fornecem as informações mais úteis.

"Um modelo em tamanho natural dos ossos reais que eu posso segurar na minha mão, há algo sobre isso que muda tudo", diz ele. Quando ele está planejando uma cirurgia no pé, ele é capaz de orientar o pé do modelo em diferentes direções. "Eu posso ver o que aconteceria se eu mudasse uma coisa - ou cortasse de um jeito em oposição a outro durante a cirurgia".

O uso de um modelo impresso em 3D foi especialmente útil quando o Dr. Frumberg realizou uma cirurgia no pé e tornozelo em uma jovem garota de fora dos EUA com um distúrbio congênito raro que causava anormalidades extremas no alinhamento do membro. A menina não tinha acesso a cuidados médicos adequados quando criança, e como os médicos normalmente teriam tratado os problemas quando ela era pequena, não havia um roteiro claro, diz ele. "Se você está fazendo uma cirurgia neste nível de complexidade, e você realmente precisa saber onde estão todos os ossos e talvez até mesmo praticar, não há melhor maneira."

Frumberg diz que os modelos também parecem ajudar as crianças e as famílias a se sentirem melhor sobre seus procedimentos. Quando ele estava se preparando para fazer uma operação complicada no pé de outra garota, ele mostrou a ela um modelo em 3D que ele tinha impresso, e desenhou nele com um Sharpie para mostrar os vários cortes que ele faria. "Ela estava animada para a cirurgia depois que fizemos isso", disse o Dr. Frumberg. Mais tarde, ele disse, um de seus estudantes de medicina fez uma pequena impressão 3D do modelo em um chaveiro que ela poderia manter.

 

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