Un modèle 3D complexe pour guider une chirurgie de rachis

Une patiente de 8 ans, orpheline d’Arménie, a fait l’objet d’un modèle 3D complexe de son rachis en pré-opératoire. Ce cas, publié sur le site du RSNA, présentait une forte kyphoscoliose rotative, des anomalies structurelles osseuses à plusieurs niveaux des vertèbres et des côtes et une diastématomyélie de type I, ou un «syndrome du cordon coupé».

Un cas présenté et très apprécié lors du RSNA 2016

Alors que la reconstruction 3-D de routine ne pouvait pas afficher de manière adéquate toutes les anomalies, le Dr Javin Schefflein a décrit les méthodes de production des modèles imprimés 3-D créés Mount Sinai Hospital de New York lors d'une présentation RSNA 2016. Les chercheurs ont travaillé en étroite collaboration avec l’unité de simulation neurochirurgicale de l’Hôpital Mont Sinaï. "Nous avons contacté l'équipe de neurochirurgie qui était enthousiaste à la perspective de générer un modèle physique précis pour aider à visualiser la pathologie et planifier la chirurgie", a déclaré le Dr Schefflein. 

Un modèle complexe qui nécessite un travail pluridisciplinaire

L'impression sur site 3-D peut être une aubaine pour de nombreuses applications médicales, mais la production de modèles complexes doit faire l’objet d’un travail de groupe avec les ingénieurs, les chirurgiens et les informaticiens. "La nature collaborative de cette entreprise ne peut pas être surestimée, a déclaré le Dr Schefflein. Chaque membre de l'équipe contribue à chaque projet d'impression pré-opératoire en 3-D sur lequel nous travaillons. Les utilisations de cette technologie sont illimitées et chaque fois que nous avons ajouté une discipline différente à notre collectif de modélisation, un nouveau but a émergé. ”

Une impression 3D issue d’images de scanner du rachis

Le modèle a été utilisé pour planifier une chirurgie en deux étapes, impliquant une laminectomie T12-L2, une résection de l'éperon osseux de la ligne médiane à L1, une exploration intradurale pour déconcerter la moelle épinière, une ostéotomie asymétrique de soustraction du pédicule de T1 à L1 pour redresser les courbures, ainsi qu’une fusion postérieure à long segment avec instrumentation de T2 à L5. Le modèle a également été utilisé pendant l’intervention pour aider les chirurgiens à visualiser les étapes de la procédure. Dans le laboratoire d'impression 3D dédié du Mount Sinaï Hospital, la première étape consistait à obtenir des images CT de la colonne vertébrale complète et des côtes proximales. Un modèle très complexe de la structure globale a été réalisé et a été imprimé avec une imprimante 3D à base de poudre de gypse. Le modèle fini présentait un poids et une texture très semblables aux os.

La nécessité de manipuler le modèle tout au long de l’intervention

”Même avec un logiciel avancé, une intervention humaine a été nécessaire pour modifier les instructions et produire le modèle final, ajoute le Dr Schefflein. Nos neuroradiologistes ont travaillé main dans la main avec le département de neurochirurgie pour définir ce qui devrait être inclus dans l'impression, ce qui a ensuite été expliqué aux ingénieurs informatiques du groupe de modélisation.” Les chirurgiens ont planifié la procédure en tournant physiquement le modèle imprimé pour voir les interconnexions entre les côtes collées entre elles, les vertèbres fusionnées et les connections antérieures et postérieures de l'éperon osseux, ainsi que les relations de toutes les courbes de la colonne vertébrale avec le plan du bassin.

10 heures sont nécessaires pour réaliser un tel modèle

Pendant la chirurgie, qui a été réalisée en en deux étapes, un membre du personnel chirurgical a manipulé le modèle afin que le chirurgien puisse visualiser les parties de l'anatomie de la colonne vertébrale qui n’étaient pas visibles durant la procédure. L'opération, selon le Dr Schefflein, a été un succès complet. En ce qui concerne la création du modèle lui-même, le processus a duré plus de 10 heures, pour la numérisation (10 minutes), la segmentation (trois heures), l'impression (cinq heures) et le temps de séchage / durcissement (deux à trois heures), à un coût d'environ 710 $. "Les matériaux et le travail se sont avérés moins chers que prévu, bien que le coût de démarrage d'une modélisation précise puisse être intimidant", poursuit le Dr Schefflein, ajoutant que l'imprimante de Mount Sinai coûtait environ 60 000 $.

”Trouver une politique de paiement viable est la clé, a-t-il conclu. Jusqu'à présent, les équipes de chirurgie paient les modèles générés à Mount Sinai, ce qui n'est pas une option durable. Paradoxalement, il existe déjà des codes de facturation aux États-Unis couvrant les modèles produits par des entreprises extérieures.” Le Dr Schefflein demande désormais aux radiologues de militer pour obtenir un code pour les modèles réalisés en internes.