מאמר שיטה

שתלים מותאמים אישית מודפסים תלת-ממדיים בניתוחים אורתופדיים

DOI:

10.3791/68641

⸱

5 בדצמבר 2025

 ,  ,  , 
1Emory Department of Orthopaedic Surgery, Emory University, 2Weill Cornell Medical College

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מפרט את תהליך העבודה הקליני והטכני לתכנון ויישום שתלים מודפסים בתלת-ממד מותאמים באורתופדיה, במטרה לספק פתרונות ניתוחים מותאמים אישית למטופלים עם אובדן עצם מורכב או עיוותים שבהם השתלים הסטנדרטיים אינם מספיקים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מטרת הפרוטוקול היא להציג את תהליך העבודה הקליני והטכני לשימוש בשתלים תלת-ממדיים (תלת-ממדיים) מותאמים אישית בניתוחי אורתופדיה, במיוחד במקרים של אובדן עצם מורכב או עיוותים שבהם השתלים הסטנדרטיים אינם מספקים. בעוד שהדפסת תלת-ממד זכתה ליישומים רפואיים רחבים, תפקידה באורתופדיה הוא מהפכני במיוחד עבור מטופלים עם פתולוגיות חסרות פתרונות ניתוחים קונבנציונליים. כתב יד זה מפרט את התהליך שלב אחר שלב, מהערכת המטופל הראשונית וקבלת ההחלטות ועד לעיצוב השתלים, ייצור והשתלה כירורגית. שיקולים מרכזיים כוללים בחירת מטופלים, קביעת ציפיות ברורות, ושיתוף פעולה בתכנון עם מהנדסי ביו-רפואה כדי להבטיח התאמה מיטבית ותפקוד השתלים. הפרוטוקול מדגיש את התפקיד הקריטי של הדמיית CT ברזולוציה גבוהה, עיצוב מדויק בעזרת מחשב (CAD), וטכניקות ייצור מתקדמות כגון מיזוג מיטת אבקה לשתלי מתכת. שלבי עיבוד לאחר הטיפול, כולל טיפול בחום, עיבוד פריקת חשמל וגימור משטחים, נדונים גם הם כדי להדגיש את הבטחת האיכות בייצור השתלים. למרות תוצאות מוקדמות מבטיחות ופוטנציאל לשיפור התוצאות, השימוש בשתלים מודפסים בתלת-ממד נותר מוגבל בשל עלויות התחלתיות גבוהות, חוסר בנתוני תוצאות לטווח ארוך ואופיו האישי של כל מקרה. עם זאת, היישום שלהם מציע יתרונות משמעותיים בהתאמה אישית, תכנון ניתוחי ושיקום תפקודי, ומדגיש את הצורך במחקר ושיפור מתמשך. פרוטוקול זה משמש כמדריך לרופאים השוקלים לשלב שתלים מותאמים אישית מודפסים בתלת-ממד במרפאת האורתופדיה שלהם, במטרה להרחיב את אפשרויות הטיפול למטופלים עם צרכים משחזרים מורכבים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הדפסה תלת-ממדית (תלת-ממדית) חוללה מהפכה בניתוחים אורתופדיים בכך שאפשרה יצירת מכשירים ייעודיים למטופל, שתלים מותאמים אישית ומודלים אנטומיים טרום-ניתוחיים לתכנון ניתוח. טכנולוגיה זו מאפשרת אבטיפוס מהיר והתאמה אישית, מה שמוביל בסופו של דבר לתוצאות ניתוח משופרות באמצעות תכנון טרום-ניתוחי משופר ופתרונות ניתוחים מותאמים אישית באמצעות שתלים וכלים מותאמים אישית. יישומים אלו משתרעים על תחומים רפואיים שונים ולא רק אורתופדיה 1,2. לדוגמה, בניתוחי לב-חזה, הדפסת תלת-ממד משמשת להדפסת מודלים של עורקי ריאה להכשרה כירורגית, ובתעשיית התרופות, טכנולוגיה זו משמשת ליצירת תרופות עם תכונות ספציפיות המותאמות לצרכי המטופל. יצירת מודלים אנטומיים מודפסים בתלת-ממד סייעה להבנת מצבים רפואיים מורכבים, דיוק אבחוני וסימולציות כירורגיות מכוונות1. בנוסף, הפוטנציאל להדפסת איברים – המכונה גם ביופרינטינג – הוא בלתי ניתן למדידה ויגדיר מחדש את הרפואה המודרנית.

בניתוחים אורתופדיים, טכנולוגיית ההדפסה התלת-ממדית שיפרה מאוד את היכולת לטפל במטופלים במגוון דרכים. לדוגמה, הדפסת תלת-ממד אפשרה למנתחים ליצור תותבות מותאמות אישית למטופלים עם כריתת גפיים. התאמה אישית זו של הפרוטזות משפרת את תפקוד המכשירים הללו, מה שעשוי להפחית סיבוכים ולשיפור זמני ההחלמה1. בנוסף, מודלים אנטומיים מודפסים בתלת-ממד מסייעים למנתחים בתכנון טרום-ניתוח, ומאפשרים הדמיה וסימולציה טובה יותר של הליכים מורכבים – מה שיכול לשפר את תוצאות המטופלים. עם זאת, אחד התחומים הגדולים ביותר של התקדמות באורתופדיה הוא השימוש בשתלים מודפסים תלת-ממדיים בהתאמהאישית. סקירה שפורסמה לאחרונה על תלת-ממד שהודפסה בניתוחי אורתופדיה מצאה כי שתלים מותאמים אישית במסגרת ניתוח ארתרופלסטיה ברך תיקון היו בעלי יתרונות קליניים3. למרות שזה לא נפוץ, קיימות פתולוגיות אורתופדיות מסוימות שלצערי יש להן אפשרויות ניתוח מוגבלות עם שתלים ומכשירים סטנדרטיים. מקרים אלו כוללים לעיתים אזורים של אובדן עצם גדול או רקמות רכות 1,2. שיטות הניתוח המסורתיות המשמשות לעיתים במקרים אלו נושאות סיכון גבוה לסיבוכים, שיעורי כישלון גבוהים, ואפילו כאשר הן מוצלחות, הן עדיין גורמות לנזקים תפקודיים לכל החייםעבור המטופל 1,2,4. הדפסת תלת-ממד חוללה מהפכה ביכולת של מנתחים לטפל במקרים מסוג זה וסיפקה אפשרויות ניתוח שלא היו זמינות קודם לכן. מאמר זה מדגיש את השלבים המרכזיים בתכנון וביישום הקליני של שתלים מותאמים אישית מודפסים בתלת-ממד בניתוחים אורתופדיים ודן בכמה דוגמאות למקרים.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל המידע הבריאותי המוגן אינו כלול בתמונות ובנתונים הנדונים להלן. למרות זאת, המטופלים קיבלו מידע על המחקר ועל השימוש בתמונות הקליניות שלהם. הושגה הסכמה מדעת. המחקר דבק במדיניות האתיקה של המוסד.

1. המפגש עם המטופל

  1. קבע אם הפתולוגיה של המטופל מתאימה לשתל מודפס בתלת-ממד מותאם אישית.
  2. ודא שהמטופל עומד בקריטריונים המתאימים לשימוש בשתלים מותאמים אישית.
    1. כדי לעמוד בקריטריונים המתאימים, יש לוודא שאין שתל סטנדרטי זמין מסחרית שמטפל כראוי בפתולוגיה של המטופל ויספק תוצאה פונקציונלית מיטבית עם סיכוני ניתוח נמוכים
  3. אופטימיזציה רפואית מלאה.
    1. ודא שכל המחלות הנלוות הרפואיות יציבות ומנוהלות כראוי. לדוגמה, חולי סוכרת חייבים להיות בעלי A1c נמוך, ומטופלים עם מחלות לב חייבים לעבור בדיקות לב מתאימות כדי לוודא שהם בטוחים לניתוח.
  4. ייעוץ נרחב למטופל/משפחה על שתלים תלת-ממדיים מותאמים אישית, כולל היתרונות והחסרונות שלהם.
  5. יש לבצע סריקת טומוגרפיה ממוחשבת (CT) של האיבר הניתוחי של המטופל עם פרמטרים מתאימים.
    1. אחסן את הקבצים כקבצי דימות ותקשורת דיגיטלית ברפואה (DICOM). פרמטרי סריקה קריטיים כוללים גודל פיקסל של 0.5 מ"מ או פחות ורווח פרוסות של 1.25 מ"מ או פחות. שנה את ה-kVp בין 100 ל-140, תלוי בסורק שבו משתמשים.
    2. ללכוד את כל האנטומיה הרלוונטית, כגון האנטומיה המעוותת של העצם והשדה הכירורגי הסובב בשדה הראייה של הסריקה, כולל כל כף הרגל הקדמית והנגדית, אמצע כף הרגל והאחורית עד לשוק האמצעית.

2. עיצוב השתל

  1. העבר הדמיית מטופל, כגון סריקת CT, ליצרן השתלים המותאם אישית יחד עם מידע רלוונטי (כגון צדדיות, אינדיקציה וכו'). העלו את התמונות ישירות כקבצי DICOM לפורטל המקוון של יצרני השתלים להגשת סריקת CT.
  2. המרת הדמיית מטופל מ-CT דו-ממדי למודל תלת-ממדי של האנטומיה שלפני הניתוח באמצעות סגמנטציה, שבה האנטומיה העצם מופרדת מהרקמות הרכות הסובבות בתוכנת מידול מבוססת רשת כמו Materialize Mimics.
    1. ייבא סריקות DICOM לתוכנה.
    2. יצר מסכת עצם באמצעות חלון העצם הסטנדרטי .
    3. השתמשו באלגוריתם של גידול אזור כדי לבחור אנטומיה עצם ולהפריד כל עצם למסכה משלה.
    4. הסר ידנית כל אזור לא גרמי הכלול במסכה באמצעות פונקציית עריכת המסכה .
    5. באמצעות פונקציית המסכה המפוצלת , הפרדו כל עצמות אחרות שלא הופרדו אוטומטית על ידי אלגוריתם גידול האזור.
    6. המור את המסכה לחלק באמצעות פונקציית Calculate Part .
    7. ייצא כל עצם כחלק נפרד בקובץ .stl באמצעות פונקציית הייצוא .
  3. ייבא כל קובץ .stl עצמי לתוכנת המידול מבוססת רשת.

3. הגדר את מיקום ועיצוב השתלים הראשוני בתוך תוכנת המידול מבוססת הרשת.

  1. המראה את האנטומיה הנגדית שתתאים לצד הפגוע.
  2. יישר את האנטומיה הנגדית המראה באמצעות רשת המבוססת על יישור האנטומיה הנגדית לקלקניוס הפגוע.
  3. דמיינו את הטאלוס הבריא המיושר לחלל המפרקים הלא בריא.
  4. לאידיאליזציה/להחליק את הטלוס הבריא באמצעות אלגוריתם קנייני (restor3d) ליצירת גוף השתלה הראשוני.
  5. כוונן את מיקום הטיביה והפיבולה הפגועות כדי לשקף את השינוי בגובה המפרק עם גוף השתל שנוצר מהטלוס הנגדי.
  6. קיים שיחת תכנון שתלים עם המנתח והמהנדסים כדי לבדוק את האנטומיה התלת-ממדית המקוטעת.
    1. דונו בעיוות טבעי וביישור האנטומיה הנגדית.
    2. דונו בשתל הטלר ובכל שינוי ספציפי למטופל שצריך לבצע.
    3. דונו בגודל השתלים (95%, 100%, 105% נפח).
    4. דונו באתרי חיבור רקמות רכות במידת הצורך.
  7. סיום קובץ עיצוב שתלים בסיוע מחשב (CAD) באמצעות תוכנות ייעודיות (למשל, Materialise 3-matic, SolidWorks).
    1. רימיש את השתל הטלר באמצעות תכונת remesh כדי לייעל את גודל המשולש ואת חלקות הרשת.
    2. החליק כל בליטה לא אנטומית, כגון אוסטאופיטים, באמצעות החלקה מקומית או אופציה חלקה גאוסית .
    3. מלא את חללי העצם כדי להגדיל את חוזק החומר של השתל.
    4. השתמש בכלי החלקה מקומיים כדי לוודא שמשטחי המפרקים של השתל הטלר תואמים למשטחי המפרקים הסובבים.
  8. נתחו תכונות מכניות של השתל (למשל, חוזק, שטח פנים) באמצעות ניתוח אלמנטים סופיים או חישובים אנליטיים. השווה ביצועים חזויים לעומסים פיזיולוגיים הצפויים עבור האינדיקציה הקלינית ובין מדדים שפורסמו לחומרי סגסוגת קובלט כרום מודפסים בתלת-ממד.
    1. אשר ששטח החתך של השתל מעל המינימום לחוזק החומר.

תהליך ההדפסה 4. 3D

  1. ייצא את קובץ ה-CAD הסופי של עיצוב השתל כקובץ STL מתוך תוכנת העיצוב או פורמט תואם אחר לקלט ייצור תוספתי.
  2. חיתוך
    1. ייבא את קובץ ה-STL לתוכנה המקורית של מדפסת התלת-ממד.
    2. הגדר את כיוון ההדפסה בהתבסס על האזורים האנטומיים הקריטיים הפונים להשתל, תוך הצבת משטחים מפרקיים הרחק מלוח הבנייה.
    3. יצר מבני תמיכה לפי הצורך לתכונות תלויות.
    4. התחל את תהליך החיתוך בתוך תוכנת המדפסת והמיר להוראות G-code.
  3. הדפסה תלת-ממדית של שתל
    1. לייצר שתלים המשתמשים בטכנולוגיית היתוך סלקטיבי בלייזר (SLM) או טכנולוגיית מיזוג אבקה מקבילה עם אבקת Ti-6Al-4V במיוחד-בין-תצורה נמוכה (ELI).
      הערה: אבקות רפואיות טיפוסיות בעלות התפלגות גודל חלקיקים של 15-45 מיקרון ומעובדות באטמוספירה אינרטית של ארגון עם רמותחמצן ≤ 1.2 ppm.
    2. יישם פרמטרים של סריקה שמותאמים על ידי יצרן המדפסת (למשל, 3D Systems), כולל סוג לייזר, כוח, מרווח הפתחים ועובי השכבה. ערכי דוגמאות שדווחו בספרות כוללות עובי שכבה של 30-60 מיקרון, מרווח בקיעה של 100-120 מיקרון, והספק לייזר של 150-300 וואט, כאשר הכיוון מוגדר בציר z כאשר הדבר רלוונטי.
      1. השתמש במקור חום (למשל, לייזר סיב או קרן אלקטרונים) כדי למזג באופן סלקטיבי אבקה מתכתית (גודל חלקיקים 15-45 מיקרון) באטמוספירה של ארגון אינרטית (≤ 1.2 ppm O2), וליצור את השתלה שכבה אחר שכבה על לוח הבנייה.
    3. לשלוט בפרמטרים הרלוונטיים, כולל צפיפות אנרגיית הקרן, עובי שכבת האבקה וסביבת לוח הבנייה, כדי להבטיח דיוק ממדי ושלמות מכנית.
  4. עיבוד לאחר מכן
    1. לחדד את תכונות השתלים באמצעות לחיצה איזוסטטית חמה (HIP) כדי לבטל נקבוביות שנותרה, להקל על מתחים ולשפר את המיקרו-מבנה. תנאים טיפוסיים המדווחים בספרות כוללים ~920 °C ב-1000 בר למשך 120 דקות באטמוספירה אינרטית.
      הערה: טיפולי חום חלופיים, כגון חישול, עשויים להיות מיושמים בהתאם לחומר ולעיצוב השתל.
    2. הסר שתלים מהפלטת הבנייה באמצעות עיבוד פריקה חשמלית (EDM). חותכים את שכבת הבסיס הדקה של הבנייה באמצעות סחף ניצוץ מבוקר, עם פרמטרים נבחרים למזעור נזק תרמי ושמירה על דיוק ממדי.
    3. השתמש בכלים ידניים להסרת תומכים המשמשים להדפסה (דרמל, פוליש ידני).
    4. מרחו טיפולי שטח להסרת שאריות אבקה, גופי תאורה וכיוון החספוס. לפוצץ את כל המשטחים הנקבוביים וללטש ידנית משטחים מפרקיים.
      1. לבצע אנודיזציה לפי SAE AMS 2488D Type II לשיפור עמידות לקורוזיה ותאימות ביולוגית.
  5. בצע בדיקת מימד של השתל המוגמר באמצעות מד גובה וקליפרים מכוילים. כאשר נדרש דיוק גבוה יותר, אשר את המדידות באמצעות מכונת מדידת קואורדינטות (CMM) מול מודל ה-CAD.
    1. בדקו את הגימור והנקבוביות של פני השטח בצורה ויזואלית ובמיקרוסקופיה כדי להבטיח דיוק של מבנים נקבוביים ותכונות העיבוד. אשר ערכי חספוס פני השטח (Ra) מתאימים למפרטי התכנון של אוסאואינטגרציה וממשקי אינסטרומנטציה.
    2. אמת תכונות מכניות באמצעות בדיקות שחרור הגרלה שבוצעו על דגימות דוגבון המודפסות על אותו לוח בנייה. דגימות הבדיקה עוברות בדיקות מתיחה כדי לוודא שהחוזק המכני עומד בסטנדרטים שפורסמו עבור Ti-6Al-4V ELI (או סגסוגת שתל אחרת). תיעוד מדידות ממדים של דגימות בדיקה כדי לאמת את דיוק ההדפסה.

5. הניתוח

  1. הכנה טרום-ניתוחית
    1. ראו מפגש עם מטופל (שלב 1)
    2. ערכו ייעוץ טרום-ניתוחי בנוגע לסיכונים וליתרונות של ההליך הכירורגי.
    3. קבל הסכמה מדעת לניתוח.
    4. יש לבצע הערכה טרום-ניתוחית על ידי צוות ההרדמה, במידת הצורך.
  2. הליך כירורגי (החלפת טאלוס מלאה)
    1. הנח את המטופל תחת הרדמה כללית על שולחן הניתוחים וקבע אותו לשולחן.
    2. מרח ריפוד מתאים לכל האזורים הבולטים של העצמות.
    3. הניחו חוסמת עורקים על הקצה הניתוחי.
    4. לאחר מכן, הכינו סטריליים וכיסו את הגפה הניתוחית.
    5. בצע פסק זמן ניתוחי בהתאם למדיניות בית החולים, תוך אימות המטופל הנכון, הצדדים וההליך המתאימים.
    6. ניתן אנטיביוטיקה לפני הניתוח לפי פרוטוקול בית החולים.
    7. השתמשו בגישה קדמית כדי להגיע למפרק הקרסול, תוך ניצול המרווח בין גיד ההולוציס הארוך והטיביאליס הקדמי.
    8. למשוך את חבילת הנוירווסקולר בזהירות לצד ולהגן עליה לאורך כל ההליך.
    9. זהה ופתח את קפסולת מפרק הקרסול לאורך.
    10. הסר את הטלוס הטבעי/הפגוע באמצעות להב מסור, אוסטאוטומים ורונגרים. נוקט זהירות להגנה על המשטחים המפרקיים של השוקה הרחוקה, הנאביקולר והקלנאוס.
    11. לאחר הסרת הטאלוס, יש להשתמש במידות כדי לקבוע את הגודל המתאים של השתל הטלר לשימוש.
    12. לאחר שנקבע הגודל המתאים, הניחו את השתל המודפס בתלת-ממד בגודל המתאים בקרסול. אשר מיקום מתאים עם פלואורוסקופיה תוך ניתוחית והערכה קלינית.
    13. לאחר מכן, יש להשקות ולסגור את הפצע בצורה שכבתית.
    14. מרחו תחבושות סטריליות והניחו את המטופל בסד מרופד היטב.
  3. פרוטוקול לאחר ניתוח
    1. הסרת התפרים בשבועיים-שלושה לאחר הניתוח.
    2. התחילו טיפולי נשיאת משקל בשבוע 8-12 לאחר הניתוח, בהתאם למקרה.
      הערה: נשיאת המשקל הראשונית היא במגף ומעבר לנעל רגילה במשך מספר שבועות. פיזיותרפיה היא אופציונלית אך מומלצת לאימון הליכה ושיפור הניידות.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

באופן כללי, תוצאות מייצגות לטווח ארוך עבור הדפסת תלת-ממד בניתוחים אורתופדיים מוגבלות בשל גודל המדגם הקטן והזמן הקצר שבו נעשה שימוש בהדפסת תלת-ממד ברפואה. יש נתונים מייצגים זמינים בשלב זה.

להלן שלוש דוגמאות למטופלים שטופלו בשתלים מודפסים בתלת-ממד, כאשר ניתנו להם אפשרויות חלופיות דלות למומים גדולים בעצם או לפתולוגיה הרסנית במפרקים. כל השתלים עוצבו תוך שימוש בפרוטוקול שנדון לעיל.

מטופל 1

גבר בן 43 מגיע עם היסטוריה כרונית של כאבים בקרסול שמאל. מטופל 1 סבל משבר בצוואר טלר שטופל ללא ניתוח לפני יותר מעשר שנים. צילומי רנטגן ודימות CT המוצגים באיור 1 ואיור 2 מראים נמק אווסקולרי טלארי עם טרשת משמעותית ופיצול של הטלוס. משטחי המפרקים הסמוכים שמורים היטב - אך הטלוס מראה פיצול משמעותי וטרשת התואמים לנמק אווסקולרי מתקדם בטלר. המטופלת נבדקה במוסד חיצוני והוצעה לה הליך ארתרודזיס לאיחוד מפרקי התת-טלרי והקרסול. המטופל מדווח כי נדרש טווח תנועה מלא כדי שיוכל לנעול נעליים מסוימות בעבודה, והמטופל אינו יכול לעבור מיזוג של מפרק הקרסול. בדיון עם המטופל על האפשרויות, דנו בכך שאלטרנטיבה היא טלוס מלא מותאם אישית מודפס בתלת-ממד. זו אפשרות ניתוחית יחסית חדשה ללא נתונים לטווח ארוך; עם זאת, אפשרות זו מאפשרת שימור המפרקים וטווח התנועה. דנו בהרחבה בסיכונים הכרוכים בהליך זה ובחוסר הנתונים לטווח ארוך. עם זאת, המטופל הביע בפנינו שמיזוג אינו אופציה. לאחר דיון מעמיק, המטופל בחר להמשיך עם החלפת טאלוס מלאה בהדפסה תלת-ממדית מותאמת אישית. במקרה של המטופל הזה, בחרנו להשתמש בסגסוגת טיטניום לחומר השתל. לחומר זה תכונות ביומכניות דומות לעצם הטבעית ויש לו תכונות שחיקה אופטימליות להפחתת הסיכון לנזק לסחוס הסובב.

הטאלוס מתוכנן לשקף את הטלוס הנגדי של המטופל, דבר תקין ללא מחלה. הדמיה לאחר הניתוח שהתקבלה בתורו לאחר הניתוח בשבוע 6 מוצגת באיור 3. המטופל מדווח שהוא מסתובב היטב לאחר הניתוח, ללא כאב, והראה שיפור ברמת התפקוד שלו. המטופל מדווח שטווח התנועה שלו גדל לאחר הניתוח, ויש לו כ-10 מעלות כיפוף דורסיפלקציה עם 35 מעלות כיפוף כף הרגל.

מטופל 2

אישה בת 20 שמציגה כאב ונפיחות בכף רגל שמאל, כתוצאה מגידול תא ענק ידוע בעצם המטטרסל הראשון. המטופל טופל בתחילה בצלחות והשתלת עצם – הליך הכולל גירוד הגידול והחלפתו בחומר עצם. צילומי רנטגן ודימות CT (איור 4 ואיור 5) הראו נגע ליזטי מתרחב שמרכזו במטטרסל הראשון, התואם לגידול תא ענק שהוכח בביופסיה. עקב תסמינים מתמשכים בפעילות והחמרה עם נעילת נעליים, המטופל רצה לבצע כריתה כירורגית של כל המטטרסל. היא ניסתה בעבר הליכים פחות פולשניים ומקומיים שלא עבדו. כריתה כירורגית של המטטרסל היא הליך גדול, והאתגר מגיע בשחזור האזור שנכרת.

במהלך הפגישה עם המטופלת, דנו באפשרויות שלה, שכללו החלפת עצם המטטרסל כולה בעצם מודפסת בתלת-ממד או שימוש בעצם שנקטפה מהרגל, שתהיה השתלת פיבולה. דנו בסיכונים של השתלת פיבולה, כולל תחלואה באתר השתל והסיכון הגבוה לאי-איחוד. אפשרות נוספת היא כריתה חלקית של כף הרגל, מה שלא עניין אותה. לאחר דיונים נרחבים עם המטופלת ומשפחתה במספר ביקורים, היא בחרה להמשיך עם שתל מותאם אישית מודפס בתלת-ממד. כלוב מטטרסל מותאם אישית יכול לשמור על אורך ואנטומיה של המטופל, לספק מבנה מכני עמיד יותר מאשר אוטוגרפט, ואינו נושא את תחלוקת אתר התורם הקשורה לאיסוף חופשי של פיבולה. עיצובים טרום-ניתוחיים שנוצרו באמצעות קריאת עיצוב עם מהנדסים מוצגים באיור 6. ההליך בוצע יחד עם צוות האונקולוגיה האורתופדית כדי לוודא שהכריתה בוצעה כראוי. תמונות של השתל ביום הניתוח מוצגות באיור 7. כמו מטופל 1, חומר השתל שנבחר הוא סגסוגת טיטניום, הדומה בתכונותיה הביומכאניות לעצם הקורטיקה.

לאחר הניתוח, היא נשארה ללא נושאת משקל במשך 12 שבועות בסך הכל. היא התחילה לשאת משקל בשבוע 12 עם מגף והתקדמה בהדרגה החוצה מהמגף במשך 4 חודשים. צילום רנטגן לאחר הניתוח (איור 8) שנעשה לאחר 3 חודשים לא הראה עדות לכשל חומרה עם אינטגרציה עצמית כלשהי של השתל. בביקור שנמשך 6 חודשים, היא כבר יצאה לחלוטין מהמגף והחלה בפעילויות עם השפעה נמוכה. סריקת CT שנערכה בביקור של 6 חודשים הראתה כי השתל שלה היה במגע ויציבות גרמית טובה, עם שילוב מסוים של העצם על השתל (איור 9). היא עברה יותר משנה מהניתוח והולכת ללא כאבים בנעליים רגילות.

מטופל 3

אישה בת 34 מציגה כאב כרוני בקרסול ימין מזה 7 שנים, משני לאוסטיאונקרוזיס של הטלוס ולקריסה של כיפת הטלר. צילומי הרנטגן שלה לפני הניתוח מוצגים באיור 10. היא גם הראתה עדויות לאוסטאונקרוזיס של פלפונד הטיביה והגוף הקלקניאלי עם אוסטאוארתרוזיס בולט במפרק הטיביוטאלר והסאבטאלר. בעבר סברו כי זה נגרם משני לשימוש כרוני במינון גבוה של סטרואידים במהלך אשפוז ממושך.

בסך הכל, היא הייתה מוגבלת משמעותית בפעילויות היומיומיות שלה בגלל הכאב הכרוני בקרסול ימין. היא ניסתה ניהול שמרני עם פיזיותרפיה ממושכת, שינויים בפעילות ומשככי כאבים שנרשמו על ידי רופא המשפחה שלה. דנו באפשרויות הניתוח שלה לאור התסמינים המתמשכים שלה. בהתבסס על ההדמיה שלה, דיברנו על כך שאיחוי קרסול מבודד כנראה לא יהיה אפשרות טובה עבורה, בהתחשב בקריסת הטלר שלה ובדלקת המפרקים התת-טלרית. דיברנו על כך שהפתרון הכירורגי הטוב ביותר הוא ארתרודזיס טיביוטלוקאניאלי (TTC). עם זאת, האתגר במקרה שלה הוא האובדן המשמעותי של גובה המפרק בעקבות קריסת הטלר, וגם החלל העצם הגדול שיישאר לאחר כריתת עצם הטלר הלא בריאה. ניתן לבצע השתלה מבנית באמצעות אלוגרפט ראש הירך; עם זאת, ישנם שיעורים גבוהים של שקיעת שתלים וכשל המדווחים בספרות. יתרה מזאת, קשה לוודא שנחזיר את גובהה, שכן האלוגרפט יכול להיות קשה לעיצוב נכון ואולי לא יתאים בצורה מושלמת. אפשרות נוספת היא כלוב מותאם אישית עם הדפסת תלת-ממד. הכלוב המתכתי יכול לשמור על גובה ואנטומיה ללא סיכון לשקיעת השתל, והוא מבנה חזק מבחינה מכנית. לאחר דיון מעמיק, היא בחרה להמשיך עם ארתרודזיס TTC עם מבנה כלוב מותאם אישית מודפס בתלת-ממד. שוב, הכלוב עשוי מסגסוגת טיטניום, שיש לה תכונות ביומכניות דומות לעצם. זה נבחר כדי לחקות את הסביבה הביומכנית הטבעית לצמיחת עצם בכלוב. הדמיה לאחר ניתוח לאחר 3 חודשים מוצגת באיור 11. גובה מפרק הקרסול שלה משוחזר עם השתל, ויש אינטגרציה טובה של עצמות בממשק השתל-עצם.

היא הוחזקה ללא נושאת משקל במשך 12 שבועות. לאחר מכן היא התחילה ללכת במגף ועברה להופעה בגיל 4 חודשים. עד גיל 6 חודשים, המטופלת הלכה ללא כאבים ובמעקב של שנה לא היו לה ליקויים תפקודיים בגלל הקרסול. היא כבר אינה מוגבלת על ידי הקרסול והיא פעילה הרבה יותר ממה שהייתה לפני הניתוח.

figure-results-1
איור 1: צילומי רנטגן טרום-ניתוחיים של מטופל 1. (A,B) מורטיז טרום-ניתוחי (A) וצילומי רנטגן לטרליים (B) של קרסול שמאל עבור מטופל 1. צילומי הרנטגן מראים נמק משמעותי של אווסקולר טאלר עם טרשת ופיצול של הטלוס. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-2
איור 2: CT טרום-ניתוחי של מטופל 1. (A-C) צילום CT אקסיאלי (A), סגיטלי (B) וקורונלי (C) של קרסול שמאל למטופל 1. דימות CT מראה נמק אווסקולרי טלר משמעותי עם טרשת ופיצול של הטלוס. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו. 

figure-results-3
איור 3: צילומי רנטגן לאחר ניתוח של מטופל 1. (A,B) צילומי רנטגן לאחר ניתוח AP (A) ומורטיז (B) של קרסול שמאל עבור מטופל 1 שנלקחו בתור 6 שבועות לאחר הניתוח. צילומי רנטגן שנעשו בשבוע 6 מראים יישור ומיקום נכון של שתל הטלוס. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-4
איור 4: צילומי רנטגן טרום-ניתוחיים של מטופל 2. (A,B) צילומי רנטגן נושאים משקל (AP) (A) וצילומי רנטגן צדדיים (B) של כף רגל ימין של מטופל 2 לפני הניתוח. צילומי הרנטגן מראים נגע גדול ועצמות מתפשט בעצם המטטרסל הראשון. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-5
איור 5: CT טרום-ניתוחי של מטופל 2. (A-C) חתכי CT אקסיאליים (A), סגיטליים (B) וקורונליים (C) לפני הניתוח ברגל ימין של מטופל 2. סריקת ה-CT של המטופל מראה את הנגע. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-6
איור 6: עיצובים של השתל לפני הדפסת תלת-ממד. אלו דוגמאות לשלב התכנון של השתל, שבו מהנדסים יוצרים שרטוטים של השתל באמצעות הדמיית CT של המטופל. השתל מחובר לראש המטטרסל באמצעות ברגים שמותקנים לתוך השתל. השתל מחובר לכתב היתדות המדיאלי באמצעות קיל. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-7
איור 7: תמונות קליניות של שלושת גדלי השתלים. יש שלושה גדלים מודפסים למארז, כל אחד עם 5% שונות בנפח. הסיבה לכך היא להתחשב בכל שונות תוך ניתוחית ובשונות בסריקת ה-CT ביחס לאנטומיה של המטופל עצמו. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-8
איור 8: צילומי רנטגן לאחר הניתוח של מטופל 2. (A,B) צילומי רנטגן AP (A) וצילומי רנטגן לרוחב (B) לאחר ניתוח של מטופל 2. צילומי רנטגן שנעשו שלושה חודשים לאחר הניתוח מראים את החומרה במקום המתאים עם יישור טוב ומיקום גרמי טוב בין השתל לעצם הטבעית. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-9
איור 9: CT לאחר הניתוח של מטופל 2. (A,B) סריקת CT לאחר ניתוח, סגיטל (A) והדמיה אקסיאלית (B) מדגימה יציבות של חומרה ומיקום עצם טוב בממשק העצם להשתלה, עם היווצרות עצם ואינטגרציה של השתל לעצם הטבעית. סריקת CT זו נערכה 6 חודשים לאחר הניתוח. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-10
איור 10: צילומי רנטגן טרום-ניתוחיים של מטופלת 3. (A,B) צילומי AP (A) וצילומי רנטגן טרום-ניתוחיים (B) של הקרסול הימני של מטופלת 3. למטופל יש קריסה טלרית משמעותית ודלקת מפרקים בקרסול ובמפרקים תת-טלריים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-11
איור 11: צילומי רנטגן לאחר ניתוח של מטופל 3. (A,B) צילומי רנטגן לאחר ניתוח AP (A) וצילומי צדדיים (B) של הקרסול הימני של מטופל 3. צילומי רנטגן שהתקבלו במעקב של המטופל לאחר 6 חודשים מראים שהחומרה במקומה עם מיקום עצם טוב באתרי המיזוג. גובה מפרק הקרסול שלה שוחזר. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שתלים מודפסים בתלת-ממד בהתאמה אישית בניתוחים אורתופדיים אינם נפוצים; עם זאת, התועלת שלהם בתיקים מאתגרים מוכחת במקרים הנ״ל. עבור מטופלים אלו, ללא הדפסת תלת-ממד, הפתרונות הכירורגיים מוגבלים למדי, ואפילו האפשרויות הטובות ביותר הזמינות נושאות סיכון גבוה ותוצאות פונקציונליות. ישנם שלבים חשובים רבים שיש לקחת בחשבון בתהליך עיצוב שתלים מותאמים אישית. הדבר הראשון והחשוב ביותר הוא האם המקרה מתאים לשתלים מותאמים אישית. זה דורש בחינה מעמיקה של כל האפשרויות והיתרונות והחסרונות שלהן. חשוב לשתף את המטופל והמשפחה בדיונים אלו. שתלים תלת-ממדיים מותאמים אישית הם חדשים יותר עם ספרות מוגבלת, וחיוני לחנך את המטופלים על אופיים הניסיוני.

השלב השני הקריטי ביותר בתהליך הוא עיצוב השתלים. המנתח חייב לקחת בחשבון מספר גורמים, כולל גודל השתל, הגישה הכירורגית, הכלים הנדרשים להנחת השתלים ומטרות הניתוח. זה כולל ייעוץ למנתחים בעלי ניסיון בהדפסת תלת-ממד, וגם עבודה עם מהנדסים על קריאות עיצוב ליצירת העיצוב של השתל. לאחר תחילת ייצור השתלים, יש מקום מוגבל לשינוי; לכן, שלב העיצוב הוא קריטי.

למרות הפוטנציאל המבטיח של הדפסת תלת-ממד בניתוחים אורתופדיים, נותרו מספר אתגרים. מגבלה משמעותית היא העלות הגבוהה הכרוכה בטכנולוגיה. עלות השתלים יכולה לנוע בין $14,000 ל-$20,000 עבור השתלים שלנו, בהתאם למורכבות המקרה. עם זאת, ככל שטכנולוגיית ההדפסה התלת-ממדית ממשיכה להתפתח, צפוי כי עלויות הייצור ירדו עם הזמן1. מגבלה מרכזית נוספת היא היעדר נתונים לטווח ארוך על התוצאות. מחקר רטרוספקטיבי רב-מרכזי שפורסם לאחרונה העריך את בטיחות תחליפי טלוס מודפסים בתלת-ממד לטיפול בנמק אווסקולרי4. במחקר שלהם, היו בסך הכל 15 מטופלים עם לפחות שנה של מעקב וקבעו שהתוצאות המוקדמות מבטיחות עם תוצאות טובות. אדמס ועמיתיו הראו תוצאות בטוחות דומות עם כלובים מודפסים בתלת-ממד למומים גדולים בעצם5. במחקר שלהם, הם השוו שמונה מטופלים שעברו ניתוח עם כלוב מותאם אישית לשבעה שעברו ניתוח עם עצם אלוגרפט גדולה של גופה. קדקיה ואח' העריכו את תוצאות ארתרופלסטיה כוללת של טלוס ב-22 מטופלים במשך שנתיים. הם ציינו שיפורים תפקודיים משמעותיים במעקב קצר טווח. מעניין לציין שיש כמה מחקרים שמעריכים תוצאות ארוכות טווח לאחר ניתוח ארתרופלסטיה מלאה במרכזים ביפן. בשני המחקרים הללו, הם ערכו מעקב לאחר הניתוח שנמשך מעל 10 שנים ומצאו כי מטופלים השיגו תוצאות טובות שדווחו על ידי המטופלים לאחר החלפת טלוס מלאה או החלפת גוף טלרבלבד 7,8. חשוב לציין כי השתלים הללו לא היו בהתאמה אישית או מודפסים בתלת-ממד, אלא קרמיים; לכן, נתונים אלו אינם מתורגמים להחלפות טאלוס כוללות כיום שהן מתכת ומותאמות אישית. בכל מקרה, מעניין לציין שההליך והמושג הזה קיימים כבר זמן רב, אך הם רק הופכים לפופולריים יותר בשימוש בניהול פתולוגיה טלרית חמורה. למרות שהמוקד של כתב יד זה היה מקרים בגפיים תחתונה, היישומים של הדפסת תלת-ממד באורתופדיה התרחבו לתת-תחומים רבים2. שברים ברדיוס דיסטלי מאליונייטד עלולים לגרום לתוצאות תפקודיות חמורות עבור המטופלים, והאוסטאוטומיות המתקנות הנדרשות לתיקון עיוות זה הן אתגר רב בשל מישורי התיקון הרבים שיש לקחת בחשבון. אותו הדבר נכון לגבי שברים באמה שמחלים בצורה לא נכונה, שכן יש כוחות סיבוביים שיש לקחת בחשבון. מספר מחקרים שפורסמו לאחרונה מצאו שמדריכי חיתוך מותאמים אישית ומכשירים מודפסים בתלת-ממד יכולים לסייע במקרים מאתגרים אלה של תיקון עיוותים בגפיים העליונות.

חשוב לציין שלמרות התוצאות המבטיחות של שתלים מותאמים אישית מודפסים בתלת-ממד ומכשירים, המחקרים שפורסמו לאחרונה כוללים גודל מדגם קטן מאוד עם מעקב קצרטווח 6,7,8. מעט מחקרים הראו את התוצאות לטווח ארוך של שתלים מודפסים בתלת-ממד, ונדרש מחקר נוסף כדי להעריך את עמידותם ויעילותם בטווח הארוך. חלק מזה נובע מהעובדה שהטכנולוגיה הזו יחסית חדשה ושהפתולוגיה המוזכרת להדפסת תלת-ממד אינה נפוצה. בנוסף, בשל אופיים המותאם אישית של השתלים הללו, הכללת התוצאות בין מקרים שונים היא אתגר גדול.

בכל מקרה, היתרונות הפוטנציאליים של הדפסת תלת-ממד ברורים בדוגמאות ולספרות הזמינה. אחד היתרונות המרתקים ביותר הוא היכולת לשחזר אנטומיה אנושית בדרכים ייחודיות שבעבר לא היו אפשריות. התאמה אישית מאפשרת התאמה מדויקת של שתלים למטופלים בודדים, ומאפשרת התאמה ישירה לצורך הניתוחי. עם ההתקדמות המתמשכת בהדמיית CT וטכנולוגיות הדפסת תלת-ממד, השתלים הופכים למדויקים, עמידים וחסכונייםיותר ויותר 1,2.

בסך הכל, הדפסת תלת-ממד נותרה טכנולוגיה מתפתחת במהירות, ומציעה מגוון הולך וגדל של אפשרויות בניתוחי אורתופדיה. ככל שהטכנולוגיה מתבגרת, יישומים עתידיים עשויים לכלול פיתוח מבנים מורכבים ומקושרים יותר. ככל שאנו רוכשים מיומנות בשתלים חד-עצמיים ומפרקים, הצעד ההגיוני הבא הוא לבחון יצירת שתלים מורכבים ורב-רכיביים יותר. בעוד שהשתלים הנוכחיים עושים שימוש בעיקר בסגסוגות מתכת ביוקואמטיביות, צעד משמעותי נוסף בהדפסה תלת-ממדית יכלול חידושים עתידיים בשחזור רקמות רכות, כגון ביופרינטינג ליצירת סחוס11. הדפסת תלת-ממד היא תחום טכנולוגי מרתק שמתפתח כל הזמן, ויישומה בניתוחים אורתופדיים ימשיך לגדול ולהסתגל ככל שהטכנולוגיה משתנה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין גילויים רלוונטיים או ניגודי עניינים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אין מקורות מימון נוספים להכרה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
שתל כלוב טיטניום מטטרסלירסטור3Dhttps://www.restor3d.com/שתל מותאם אישית; סגסוגת טיטניום (Ti-6Al-4V)
שתל כלוב טיטניום כדורירסטור3Dhttps://www.restor3d.com/שתל מותאם אישית; סגסוגת טיטניום (Ti-6Al-4V)
החלפת טאלוס טוטאליתרסטור3Dhttps://www.restor3d.com/שתל מותאם אישית; סגסוגת טיטניום (Ti-6Al-4V)

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wixted, C. M., Peterson, J. R., Kadakia, R. J., Adams, S. B. Three-dimensional printing in orthopaedic surgery: current applications and future developments. J Am Acad Orthop Surg Glob Res Rev. 5 (4), e20.00230-11(2021).
  2. Aimar, A., Palermo, A., Innocenti, B. The role of 3D printing in medical applications: a state of the art. J Healthc Eng. 2019, 5340616(2019).
  3. Qu, Z., Yue, J., Song, N., Li, S. Innovations in three-dimensional-printed individualized bone prosthesis materials: revolutionizing orthopedic surgery: a review. Int J Surg. 110 (10), 6748-6762 (2024).
  4. Abar, B., et al. Initial safety of total talus replacement used to treat talar avascular necrosis. Foot Ankle Int. 45 (11), 1258-1265 (2024).
  5. Steele, J. R., Kadakia, R. J., Cunningham, D. J., Dekker, T. J., Kildow, B. J., Adams, S. B. Comparison of 3D printed spherical implants versus femoral head allografts for tibiotalocalcaneal arthrodesis. J Foot Ankle Surg. 59 (6), 1167-1170 (2020).
  6. Kadakia, R. J., Akoh, C. C., Chen, J., Sharma, A., Parekh, S. G. 3D printed total talus replacement for avascular necrosis of the talus. Foot Ankle Int. 41 (12), 1529-1536 (2020).
  7. Taniguchi, A., et al. An alumina ceramic total talar prosthesis for osteonecrosis of the talus. J Bone Joint Surg Am. 97 (16), 1348-1353 (2015).
  8. Harnroongroj, T., Harnroongroj, T. The talar body prosthesis: Results at ten to thirty-six years of follow-up. J Bone Joint Surg Am. 96 (14), 1211-1218 (2014).
  9. Raad, F., Harmsen, K., Beeres, J. P., Schep, N. W. Outcome of corrective osteotomies of the distal radius using three-dimensional-printed patient-specific implants. J Hand Surg Eur Vol. , (2025).
  10. Schindele, S., Oyewale, M., Marks, M., Brodbeck, M., Herren, D. B. Three-dimensionally planned and printed patient-tailored plates for corrective osteotomies of the distal radius and forearm. J Hand Surg Am. 49 (3), 277.e1-277.e8 (2024).
  11. Pantermehl, S., et al. 3D printing for soft tissue regeneration and applications in medicine. Biomedicines. 9 (4), 336(2021).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

3D Printed ImplantsCustom ImplantsOrthopaedic SurgeryImplant DesignComputer Aided DesignPowder Bed FusionCT ImagingSurgical PlanningBone ReconstructionBiomedical Engineering
הסרטון יגיע בקרוב

מאמרים קשורים