Skanery 3D w implantologii

Tworzenie implantów dla dzieci z deformacją uszu

Ponad 100 000 dzieci rocznie jest przyjmowanych w Królewskim Szpitalu Dziecięcym. Royal Hospital for Sick Children, znany również jako The Sick Kids., zlokalizowany w Edynburgu, został stworzony z myślą o pomocy dzieciom takim jak Elie, które cierpią na wrodzone deformacje chrząstki ucha.

Microtia

To schorzenie określane jest przez lekarzy „microtia” – medyczne określenie tłumaczone z języka hiszpańskiego, jako „nienaturalnie małe uszy”. Małżowina uszna osób z tym schorzeniem bywa tak mała, że aż niewidoczna. Ten niepełny rozwój zarówno małżowiny, jaki i przewodu słuchowego, microtia powoduje upośledzenie słuchu. 1 na 6000 dzieci rodzi się z taką wadą, co najmniej 10 młodych pacjentów ze Szkocji ma taki sam problem, jak Elie.

A powyższe dane dotyczą tylko Szkocji i to w okresie zaledwie roku, co pokazuje jak wielka jest skala problemu. Na szczęście Edynburg jest rodzinnym miastem Kena Stewarta, który oprócz tego, że posiada imponujące kwalifikacje, jest ordynatorem lokalnego oddziału Ear Reconstruction Service of Scotland. Na oddziale zajmował się rekonstrukcją uszu dla dorosłych i dzieci.

Najbardziej popularne metody odtworzenia ucha (do tej pory)

Przez wiele lat, Ken stosował różne techniki mające na celu jak najlepsze odtworzenie ucha pacjenta. Najpopularniejszą metodą jest wycięcie chrząstki z żebra, a następnie wyrzeźbienie z niej kształtu ucha. Czasami, aby zwiększyć swoje umiejętności Ken ćwiczył na różnych materiałach, takich jak wosk, silikon czy nawet jabłka. „Uwielbiam tworzyć uszy” – przyznaje w wywiadzie dla The Scotsman. W 2014 roku doktor rozpoczął testowanie nowych technologii i obróbki 3D w procedurach przedoperacyjnych. „ Innowacyjne technologie wokół nas pozwoliły mi znaleźć sposób, aby zwiększyć możliwości działania w sferze medycyny. Zespół rekonstrukcji uszu w Królewskim Szpitalu Dziecięcym jest gotowy na przyjęcie nowych technologii.” – deklaruje Ken. Chociaż Lothian NHS, do której należy Ken, poznał już możliwości skanów 3D w tworzeniu protez, to jednak nadal poszukiwano sposobu, aby poprawić jakość rekonstruowanych uszu.

To właśnie doktor Stewart zdecydował, aby zwrócić się do brytyjskiego partnera grupy Artec, firmy Patrick Thorn & Co. Jednak początkowo ten wybitny specjalista w dziedzinie rekonstrukcji był bardzo sceptycznie nastawiony co do możliwości odtwarzania uszu przy pomocy skanerów Artec. Aby udowodnić mu, że skanery 3D sprzyjają rozwojowi medycyny rekonstrukcyjnej Patrick stworzył kilka reprodukcji pokazując możliwości skanerów Artec, m.in. ich dużą rozdzielczość. W tym celu zeskanował uszy swoich sąsiadów. Następnie dokonał kilku modyfikacji w programie Leios Elaborations Scanning Software firmy EGS i finalnie zlecił wydruk elementów na drukarce 3D Roland ARM-10 3D Printer.  Zaskoczony pozytywnym rezultatem doktor Ken i jego zespół zdecydowali się na wybór skanera Artec Spider.

Skanery 3D – Artec Spider

Spider  – skaner 3D o wysokiej rozdzielczości, doskonale dostosowany do skanowania obiektów o skomplikowanej wielopoziomowej powierzchni (takich jak przewody słuchowe oraz obszar między małżowiną, a głową).

Zbiórka pieniędzy zorganizowana przez Fundację Przyjaciół Chorych Dzieci (Sick Kids Friends Foundation) umożliwiła szpitalowi zakup skanera Artec Spider w pakiecie z programem Artec Studio i drukarką 3D Roland ARM-10. Podczas jednego popołudnia zamontowano zakupiony zestaw, a następnego dnia rozpoczęto pierwsze szkolenia.

„ Zewnętrzne skanowanie 3D było dla nas nowością, a poza tym nie mogliśmy zaniedbywać naszych pacjentów, więc ciągle brakowało nam czasu. Jednak dzięki szkoleniom i sugestiom specjalistów w zakresie 3D z łatwością możemy teraz wykorzystać proces skanowania i druk 3D do naszych potrzeb. Model 3D, który wykonaliśmy jest następnie sterylizowany i obrabiany tak, aby ulepszyć jakość protezy.

Wdrożenie skanera 3D Artec Spider i używanie go w procesie rekonstrukcji uszu znacznie uprościło i usystematyzowało sam proces rekonstrukcyjny. Zaraz po wstępnych konsultacjach, pacjenci kierowani są do szpitala w celu skanu zdrowego ucha. W przypadku Eli, u której zdiagnozowano podwójną microtię (obie małżowiny uszne są niewykształcone), zeskanowano zdrowe uszy jej siostry. Czasami zdarza się, że niewykształcone uszy są skanowane jako obraz referencyjny. Podczas skanowania Artec Spider przechwytuje strukturę małżowiny, przewód słuchowy i wiele innych ważnych danych. Następnie skan 3D ucha jest wysyłany do programu Artec Studio, w którym następuje dalsza przeróbka:  błyskawiczne wyrównywanie i łączenie skanów w taki sposób, aby stworzyć imponujący model 3D skanowanego ucha.

Po trzech godzinach, kopia uszu jest przygotowywana do wyjęcia z drukarki do obmycia specjalnym płynem izopropanolem. Po kilku minutach proteza jest umieszczana pod wiązką światła UV,  aby utrwalić jej kształt. Następnie wydruk jest sterylizowany, pakowany i wysyłany do sali operacyjnej, aby służył jako szablon do rekonstrukcji uszu.

Dążenie do perfekcji

Przez ostatnie 40 dekad metody rekonstrukcji uszu rozwijały się powoli, choć stopniowo. Chirurdzy rekonstrukcyjni niezmiennie dążyli do ich udoskonalenia. Same zabiegi rozpoczęto się w 1970 roku, gdy chirurdzy zaczęli wycinać chrząstki z żebra w celu rekonstrukcji nieistniejących uszów. Wówczas za pomocą rysunków na kalkach chirurdzy dokonując licznych poprawek starali się przekształcić chrząstkę w przyszłe ucho pacjenta. Jednakże takie rysunki były tylko przybliżeniem do prawidłowej protezy. Prawidłowa i pełna rekonstrukcja uszu o odpowiednich wymiarach wymaga precyzji, której trudno sprostać opierając się wyłącznie na papierowych rysunkach. Przy pomocy zaawansowanego odtwarzania obrazów od Artec3D, chirurdzy rekonstrukcyjni mogą spać spokojnie. Bez obaw, że będą musieli korzystać z przybliżonych danych, aby odtwarzać protezy i przygotowywać implanty, zwłaszcza dla takich pacjentów jak Elie.

Obecnie zespół współpracuje z Centrum Medycyny Regeneracyjnej na Uniwersytecie w Edynburgu. Podczas badań profesor Bruno Peault i doktor Chris West z powodzeniem odizolowali ludzkie komórki macierzyste z tłuszczu. Oczyszczone komórki zostały przeanalizowane pod kątem zbieżności z bazą danych 10000 polimerów zaakceptowanych przez FDA. Dr West zidentyfikował kilka polimerów, które będą zdolne związać się z ludzką komórką macierzystą. Istnieje nadzieja, że połączenie technologii skanowania 3D inżynierii biomedycznej i zastosowania niewielkiej liposukcji pozwoli na wytworzenie idealnej repliki zdrowego ucha. Kolejnym etapem będzie możliwość umieszczenia ucha w ciele bez konieczności wycinania fragmentu żebra.

Podczas gdy nowe technologie 3D i umiejętności są rozwijane w NHS Lothian, pacjenci i  lekarze z Królewskiego Szpitala Dziecięcego oczekują jesieni 2017, gdy będą mogli się przeprowadzić do nowego domu w Małej Francji, gdzie będzie więcej możliwości pracy ze skanami 3D.

Specjalne podziękowania dla Elie i jej mamy za podzielenie się swoją historią.