Implantes Tridimensionais Impressos Personalizados em Cirurgia Ortopédica

Resumo

Este protocolo descreve o fluxo de trabalho clínico e técnico para projetar e implementar implantes personalizados impressos em 3D em cirurgia ortopédica, com o objetivo de fornecer soluções cirúrgicas personalizadas para pacientes com perda óssea complexa ou deformidades onde implantes padrão são insuficientes.

Resumo

O objetivo deste protocolo é delinear o fluxo de trabalho clínico e técnico para o uso de implantes tridimensionais (3D) personalizados impressos em cirurgia ortopédica, especialmente em casos de perda óssea complexa ou deformidade onde implantes padrão são insuficientes. Embora a impressão 3D tenha ganhado amplas aplicações médicas, seu papel na ortopedia é especialmente transformador para pacientes com patologias que carecem de soluções cirúrgicas convencionais. Este manuscrito detalha o processo passo a passo, desde a avaliação inicial do paciente e tomada de decisão até o design, fabricação e implantação cirúrgica. Considerações-chave incluem a seleção do paciente, o estabelecimento de expectativas claras e o envolvimento em projetos colaborativos com engenheiros biomédicos para garantir o ajuste e a funcionalidade ideais do implante. O protocolo enfatiza o papel fundamental da imagem computorizada de alta resolução, do design assistido por computador (CAD) preciso e de técnicas avançadas de fabricação, como a fusão em leito de pó para implantes metálicos. Etapas de pós-processamento, incluindo tratamento térmico, usinagem por descarga elétrica e acabamento superficial, também são discutidas para destacar a garantia de qualidade na produção de implantes. Apesar dos resultados iniciais promissores e do potencial para melhorias, o uso de implantes impressos em 3D permanece limitado devido aos custos iniciais elevados, à falta de dados de resultados de longo prazo e à natureza individualizada de cada caso. No entanto, sua aplicação oferece vantagens significativas em customização, planejamento cirúrgico e restauração funcional, ressaltando a necessidade de pesquisa e aprimoramento contínuos. Esse protocolo serve como um guia para profissionais que consideram a integração de implantes personalizados impressos em 3D em sua prática ortopédica, visando expandir as possibilidades de tratamento para pacientes com necessidades reconstrutivas complexas.

Introdução

A impressão tridimensional (3D) revolucionou a cirurgia ortopédica ao permitir a criação de instrumentos específicos para cada paciente, implantes personalizados e modelos anatômicos pré-operatórios para planejamento cirúrgico. Essa tecnologia permite prototipagem rápida e personalização, levando a resultados cirúrgicos aprimorados por meio de melhor planejamento pré-operatório e soluções cirúrgicas personalizadas com implantes e instrumentos personalizados. Essas aplicações abrangem várias áreas médicas e não apenas^{ortopedia 1,2}. Por exemplo, em cirurgia cardiotorácica, a impressão 3D é usada para imprimir modelos de artérias pulmonares para treinamento cirúrgico, e na indústria farmacêutica, essa tecnologia é usada para criar medicamentos com propriedades específicas adaptadas às necessidades do paciente. A geração de modelos anatômicos impressos em 3D ajudou na compreensão de condições médicas complexas, precisão diagnóstica e simulações cirúrgicas^{direcionadas 1}. Além disso, o potencial da impressão de órgãos – também chamada de bioimpressão – é imensurável e redefinirá a medicina moderna.

Na cirurgia ortopédica, a tecnologia de impressão 3D melhorou muito a capacidade de cuidar dos pacientes de diversas maneiras. Por exemplo, a impressão 3D permitiu que cirurgiões criassem próteses personalizadas para pacientes com amputações de membros. Essa personalização das próteses aprimora a função desses dispositivos, potencialmente reduzindo complicações e melhorando os tempos de recuperação¹. Além disso, modelos anatômicos impressos em 3D auxiliam os cirurgiões no planejamento pré-operatório, permitindo melhor visualização e simulação de procedimentos complexos – o que pode melhorar os resultados dos pacientes. No entanto, uma das maiores áreas de avanço em ortopedia tem sido a utilidade de implantes personalizados impressos em 3D¹. Uma revisão recentemente publicada sobre impressão 3D em cirurgia ortopédica constatou que implantes personalizados no contexto da artroplastia de revisão do joelho trouxeram benefícios^{clínicos 3}. Embora não sejam comuns, existem certas patologias ortopédicas que, infelizmente, têm opções cirúrgicas limitadas para manejo com implantes e instrumentação padrão. Esses casos frequentemente envolvem áreas de perda óssea grande ou de tecidos^{moles 1,2}. Os métodos cirúrgicos tradicionais frequentemente utilizados nesses casos apresentam altos riscos de complicações, altas taxas de falha e, mesmo quando bem-sucedidos, frequentemente ainda apresentam prejuízos funcionais ao longo da vida para o paciente ^1,2,4. A impressão 3D revolucionou a capacidade dos cirurgiões de lidar com esse tipo de caso e ofereceu opções cirúrgicas que antes não estavam disponíveis. Este manuscrito destaca as etapas principais envolvidas no design e aplicação clínica de implantes personalizados impressos em 3D em cirurgia ortopédica e discute alguns exemplos de casos.

Protocolo

Todas as informações de saúde protegidas estão excluídas das imagens e dados discutidos abaixo. De qualquer forma, os pacientes foram informados sobre o estudo e o uso de suas imagens clínicas. Foi obtido consentimento informado. O estudo seguiu a política de ética da instituição.

1. O atendimento ao paciente

1. Determine se a patologia do paciente é adequada para um implante personalizado impresso em 3D.
2. Garanta que o paciente atenda aos critérios adequados para o uso de implantes personalizados.
   1. Para atender aos critérios adequados, certifique-se de que não exista um implante padrão comercialmente disponível que trate adequadamente a patologia do paciente e ofereça um resultado funcional ideal com baixos riscos cirúrgicos
3. Otimização médica completa.
   1. Garanta que todas as comorbidades médicas estejam estáveis e adequadamente gerenciadas. Por exemplo, pacientes com diabetes devem apresentar A1c baixo, e pacientes com doença cardíaca devem realizar exames cardíacos adequados para garantir que estejam seguros para a cirurgia.
4. Oriente paciente/família extensivamente sobre implantes 3D personalizados, incluindo seus benefícios e suas desvantagens financeiras.
5. Obtenha uma tomografia computadorizada (TC) da extremidade operatória do paciente com parâmetros apropriados.
   1. Armazene os arquivos como arquivos de Imagem Digital e Comunicações em Medicina (DICOM). Parâmetros críticos de varredura incluem tamanho de pixel de 0,5 mm ou menos e espaçamento de fatia de 1,25 mm ou menos. Varie o kVp entre 100 e 140, dependendo do scanner usado.
   2. Capture toda a anatomia relevante, como deformação da anatomia óssea e do campo cirúrgico ao redor, no campo de visão do exame, incluindo todo o antepé, médio e traseiro do pé afetados e contralaterais até a tíbia média.

2. Design do implante

1. Transfira imagens do paciente, como uma tomografia computadorizada, para o fabricante personalizado do implante junto com informações relevantes (ou seja, lateralidade, indicação, etc.). Envie as imagens diretamente como arquivos DICOM para o portal online dos fabricantes de implantes para envio da tomografia computadorizada.
2. Converter imagens de pacientes de fatias de tomografia computorizada 2D para um modelo 3D da anatomia pré-operatória por segmentação, onde a anatomia óssea é separada do tecido mole ao redor em um software de modelagem baseado em malha, como o Materialize Mimics.
   1. Importar as varreduras DICOM para o software.
   2. Gerar uma máscara óssea usando a janela óssea padrão .
   3. Use um algoritmo de crescimento de regiões para selecionar a anatomia óssea e separar cada osso em sua própria máscara.
   4. Remova manualmente quaisquer regiões não ósseas incluídas na máscara usando a função de editar máscara .
   5. Usando a função de máscara dividida , separe quaisquer outros ossos que não tenham sido automaticamente separados pelo algoritmo de crescimento regional.
   6. Converta a máscara em uma peça usando a função Calcular Peça .
   7. Exporte cada osso como uma parte individual em um arquivo .stl usando a função de exportação .
3. Importe cada arquivo .stl osseado para o software de modelagem baseado em malha.

3. Configurar o posicionamento e o design inicial do implante dentro do software de modelagem baseada em malha.

1. Espelhe a anatomia contralateral para corresponder ao lado afetado.
2. Alinhe a anatomia contralateral espelhada usando uma malha baseada no alinhamento do contralateral ao calcaneu afetado.
3. Visualize o talus saudável alinhado ao espaço articular não saudável.
4. Idealize/suavize o talus saudável usando um algoritmo proprietário (restor3d) para criar o corpo inicial do implante.
5. Ajuste a posição da tíbia e fíbula afetadas para refletir a mudança na altura da articulação com o corpo do implante formado pelo tálus contralateral.
6. Realize uma chamada de design de implante com o cirurgião e os engenheiros para revisar a anatomia segmentada em 3D.
   1. Discuta deformidade nativa e alinhamento da anatomia contralateral.
   2. Discuta o implante tálar e quaisquer mudanças específicas de cada paciente que precisem ser feitas.
   3. Discuta o tamanho do implante (95%, 100%, 105% de volume).
   4. Converse sobre os locais de fixação de tecidos moles, se necessário.
7. Finalize o projeto do implante em design assistido por computador (CAD) usando software especializado (por exemplo, Materialise 3-matic, SolidWorks).
   1. Remalhe o implante talar usando um recurso de remalha para otimizar o tamanho do triângulo e a suavidade da malha.
   2. Suavize qualquer proeminência não anatômica, como osteófitos, usando suavização local ou uma opção lisa gaussiana .
   3. Preencha as cavidades ósseas para aumentar a resistência do material do implante.
   4. Use ferramentas locais de suavização para garantir que as superfícies articulares do implante tálar correspondam às superfícies articulares ao redor.
8. Analise propriedades mecânicas do implante (por exemplo, resistência, área de superfície) usando análise por elementos finitos ou cálculos analíticos. Compare o desempenho previsto com as cargas fisiológicas esperadas para a indicação clínica e com os benchmarks publicados para materiais de liga de cromo cobalto impressos em 3D.
   1. Confirme que a área da seção transversal do implante está acima do mínimo para resistência do material.

4. 3D Processo de impressão

1. Exporte o arquivo CAD finalizado do projeto do implante como um arquivo STL do software de projeto ou outro formato compatível para entrada de manufatura aditiva.
2. Cortar
   1. Importe o arquivo STL para o software nativo da impressora 3D.
   2. Defina a orientação da impressão com base nas regiões anatômicas críticas do implante, posicionando superfícies articulares afastadas da placa de construção.
   3. Gerar estruturas de suporte conforme necessário para características salientes.
   4. Inicie o processo de fatiamento no software da impressora e converta para instruções G-code.
3. Impressão 3D de um implante
   1. Fabricar implantes usando fusão seletiva a laser (SLM) ou tecnologia equivalente de fusão em cama de pó com pó Ti-6Al-4V extra-baixo intersticial (ELI).
      NOTA: Pós típicos de grau médico têm distribuição de partículas de 15-45 μm e são processados sob uma atmosfera de argônio inerte com níveis de_O2 mantidos ≤ 1,2 ppm.
   2. Aplique parâmetros de varredura otimizados pelo fabricante da impressora (por exemplo, Sistemas 3D), incluindo tipo de laser, potência, espaçamento das hastilhas e espessura da camada. Exemplos de valores relatados na literatura incluem espessura de camada de 30-60 μm, espaçamento das escotilhas de 100-120 μm e potência do laser de 150-300 W, com orientação definida no eixo z quando aplicável.
      1. Utilize uma fonte de calor (por exemplo, laser de fibra ou feixe de elétrons) para fundir seletivamente pó metálico (tamanho de partícula 15-45 μm) em uma atmosfera de argônio inerte (≤ 1,2 ppm_O2), formando o implante camada por camada na placa de construção.
   3. Controle parâmetros relevantes, incluindo densidade de energia do feixe, espessura da camada de pólvora e ambiente da placa de construção, para garantir precisão dimensional e integridade mecânica.
4. Pós-processamento
   1. Refinar as propriedades do implante usando prensagem isostática quente (HIP) para eliminar porosidade residual, aliviar o estresse e melhorar a microestrutura. Condições típicas relatadas na literatura incluem ~920 °C a 1000 bar por 120 minutos em atmosfera inerte.
      NOTA: Tratamentos térmicos alternativos, como o recozimento, podem ser aplicados dependendo do material e do design do implante.
   2. Remova os implantes da placa de construção usando usinagem por descarga elétrica (EDM). Corte a fina camada base da construção usando erosão controlada por faísca, com parâmetros selecionados para minimizar danos térmicos e manter a precisão dimensional.
   3. Use ferramentas manuais para remover suportes usados para impressão (dremels, polidor manual).
   4. Aplique tratamentos superficiais para remover resíduos de pó, acessórios e ajuste a rugosidade. Jatear todas as superfícies porosas e polir manualmente as superfícies articulares.
      1. Realizar anodização de acordo com a SAE AMS 2488D Tipo II para aumentar a resistência à corrosão e a biocompatibilidade.
5. Realize a inspeção dimensional do implante finalizado usando um medidor de altura e pinças calibradas. Quando for necessária maior precisão, confirme as medições com uma máquina de medição de coordenadas (CMM) em relação ao modelo CAD.
   1. Inspecionar o acabamento superficial e a porosidade visualmente e por microscopia para garantir a precisão das estruturas porosas e das características de usinagem. Confirme que os valores de rugosidade da superfície (Ra) estão dentro das especificações de projeto para interface de osseointegração e instrumentação.
   2. Verifique as propriedades mecânicas por meio de testes de liberação de lote realizados em amostras de osso de cão impressas na mesma placa de construção. Amostras de teste passam por testes de tração para confirmar que a resistência mecânica atende aos parâmetros publicados para Ti-6Al-4V ELI (ou outra liga implantada). Registre medições dimensionais de amostras de teste para validar a precisão da impressão.

5. A cirurgia

1. Avaliação pré-operatória
   1. Veja o atendimento ao paciente (passo 1)
   2. Realize aconselhamento pré-operatório sobre os riscos e benefícios do procedimento cirúrgico.
   3. Obtenha consentimento informado para o procedimento cirúrgico.
   4. Realize uma avaliação pré-operatória pela equipe de anestesia, se necessário.
2. Procedimento cirúrgico (Substituição Total do Talus)
   1. Coloque o paciente sob anestesia geral na mesa de cirurgia e prenda-o à mesa.
   2. Aplique o acolchoamento adequado em todas as áreas de proeminência óssea.
   3. Aplique um torniquete na extremidade operadora.
   4. Depois, prepare e coloque a extremidade operatória em forma de tratamento estéril.
   5. Realize um tempo cirúrgico de castigo conforme a política do hospital, confirmando o paciente adequado, a lateralidade e o procedimento.
   6. Administrar antibióticos pré-operatórios conforme protocolo hospitalar.
   7. Use uma abordagem anterior para acessar a articulação do tornozelo, utilizando o intervalo entre os tendões do extensor do hallucis longo e do tibial anterior.
   8. Retraa lateralmente o feixe neurovascular com cuidado e proteja-o durante todo o procedimento.
   9. Identifique e abra longitudinalmente a cápsula da articulação do tornozelo.
   10. Retire o táliso avascular/danificado nativo utilizando lâmina de serra, osteótomos e ronguers. Há cuidado para proteger as superfícies articulares da tíbia distal, navicular e calcaneus.
   11. Após a remoção do talus, utilize os medidores para determinar o tamanho adequado do implante talar a ser utilizado.
   12. Depois de determinar o tamanho adequado, coloque o implante impresso em 3D de tamanho adequado no tornozelo. Confirme a colocação adequada com fluoroscopia intraoperatória e avaliação clínica.
   13. Depois, irrige e feche a ferida de forma em camadas.
   14. Aplique curativos estéreis e coloque o paciente em uma tala bem acolchoada.
3. Protocolo pós-operatório
   1. Remova os pontos entre 2 e 3 semanas após a cirurgia.
   2. Comece as sessões de apoio de peso entre 8 e 12 semanas após a cirurgia, dependendo do caso.
      NOTA: O apoio inicial é em uma bota e a transição para um tênis comum ao longo de várias semanas. Fisioterapia é opcional, mas recomendada para treino de marcha e aprimoramento da mobilidade.

Resultados

Geralmente, os resultados representativos de longo prazo para impressão 3D em cirurgia ortopédica são limitados devido ao pequeno tamanho da amostra e ao curto período de tempo que a impressão 3D na medicina tem sido utilizada. Existem alguns dados representativos disponíveis no momento.

Abaixo estão três exemplos de pacientes tratados com implantes impressos em 3D, recebendo opções alternativas escassas para grandes defeitos ósseos ou patologia articular destrutiva. Os implantes foram todos projetados utilizando o protocolo mencionado acima.

Paciente 1

Um homem de 43 anos apresenta histórico crônico de dor no tornozelo esquerdo. O paciente 1 sofreu uma fratura no pescoço talar que havia sido tratada não operatório há mais de dez anos. Radiografias e tomografias computorizadas mostradas nas Figuras 1 e 2 demonstram necrose avascular tálar com esclerose significativa e fragmentação do talus. As superfícies articulares adjacentes estão bem preservadas – mas o táliso apresenta fragmentação significativa e esclerose consistentes com necrose avascular talar avançada. O paciente foi atendido em uma instalação externa e recebeu um procedimento de artrodese para fundir as articulações subtalar e tornozelo. O paciente relata que é necessária uma amplitude total de movimento para poder usar certos sapatos no trabalho, e que o paciente não pode ter uma fusão da articulação do tornozelo. Ao discutir as opções com o paciente, discutimos que uma alternativa é um talus total impresso em 3D personalizado. Esta é uma opção cirúrgica relativamente mais recente, sem dados de longo prazo; no entanto, essa opção permite preservar suas articulações e amplitude de movimento. Discutimos extensivamente os riscos associados a esse procedimento e a falta de dados de longo prazo. No entanto, o paciente nos disse que a fusão não é uma opção. Após longa discussão, o paciente optou por prosseguir com uma substituição total do talus personalizada impressa em 3D. No caso deste paciente, optamos por usar uma liga de titânio como material do implante. Esse material possui propriedades biomecânicas semelhantes ao osso nativo e possui propriedades de desgaste ideais para diminuir o risco de danos à cartilagem ao redor.

O talus é projetado para espelhar o táliso contralateral do paciente, o que é normal sem doença. Imagens pós-operatórias obtidas em sua consulta pós-operatória às 6 semanas estão mostradas na Figura 3. O paciente relata que está caminhando bem no pós-operatório, sem dor, e que apresentou melhorias em seu nível funcional. O paciente relata que sua amplitude de movimento aumentou no pós-operatório, e ele apresenta aproximadamente 10 graus de dorsiflexão com 35 graus de flexão plantar.

Paciente 2

Uma mulher de 20 anos apresentando dor no pé esquerdo e inchaço secundários a um tumor conhecido de células gigantes do primeiro metatarso. O paciente foi inicialmente tratado com pireteria e enxerto ósseo – um procedimento que envolve raspar o tumor e substituí-lo por material ósseo. Radiografias e tomografia computadorizada (Figuras 4 e Figuras 5) demonstraram uma lesão lítica expansil centrada no primeiro metatarso, compatível com tumor de células gigantes comprovado por biópsia. Devido aos sintomas persistentes com a atividade e à agravação do uso do calçado, o paciente desejava prosseguir com a resseção cirúrgica de todo o metatarso. Ela já havia tentado procedimentos menos invasivos e locais no passado que não funcionaram. A resseção cirúrgica do metatarso é um procedimento grande, e o desafio vem da reconstrução da área ressecada.

Durante a consulta com a paciente, discutimos suas opções, que incluíam substituir todo o osso metatarsiano por um osso impresso em 3D ou usar osso coletado da perna, que seria um autoenxerto de fíbula. Discutimos os riscos do enxerto de fíbula, incluindo morbidade no local do enxerto e alto risco de não união. Outra opção é uma amputação parcial do pé, que ela não estava interessada. Após extensas conversas com a paciente e sua família durante várias visitas, ela optou por realizar um implante personalizado impresso em 3D. Uma gaiola metatarsiana personalizada pode manter o comprimento e a anatomia do paciente, fornecer uma estrutura mecanicamente mais robusta do que o autoenxerto e não carrega a morbidade do local doador associada à colheita livre de fíbula. Projetos pré-operatórios criados por meio da chamada de projeto com engenheiros são mostrados na Figura 6. Esse procedimento foi realizado com a equipe de oncologia ortopédica para garantir que a resseção fosse realizada adequadamente. Fotos do implante no dia da cirurgia são mostradas na Figura 7. Assim como o paciente 1, o material do implante escolhido é uma liga de titânio, que possui propriedades biomecânicas semelhantes ao osso cortical.

Após a operação, ela ficou sem apoiar peso por um total de 12 semanas. Ela começou a apoiar peso às 12 semanas usando uma bota e foi saindo gradualmente da bota aos 4 meses. A imagem pós-operatória de raio-X (Figura 8) obtida aos 3 meses não demonstrou evidência de falha de hardware com alguma integração óssea do implante. Na visita de 6 meses, ela já tinha abandonado completamente a bota e começado suas atividades de baixo impacto. Uma tomografia obtida na consulta de 6 meses demonstrou que o implante apresentava bom contato ósseo e estabilidade, com alguma integração do osso ao implante (Figura 9). Ela já faz mais de um ano desde a cirurgia e anda sem dor com sapatos normais.

Paciente 3

Uma mulher de 34 anos apresenta 7 anos de dor crônica no tornozelo direito secundária à osteonecrose do talus e ao subsequente colapso da cúpula tálar. Suas radiografias pré-operatórias são mostradas na Figura 10. Ela também demonstrou evidências de osteonecrose do plafond tibial e do corpo calcâneo com osteoartrose marcada das articulações tibiotalar e subtalar. Acreditava-se que isso fosse secundário ao uso crônico de esteroides em doses altas durante hospitalizações prolongadas no passado.

No geral, ela estava significativamente limitada em suas atividades diárias devido à dor crônica no tornozelo direito. Ela tentou o manejo conservador com fisioterapia prolongada, modificações de atividade e medicamentos para dor prescritos por seu médico de atenção primária. Discutimos as opções cirúrgicas dela, considerando os sintomas persistentes. Com base nas imagens dela, discutimos que uma fusão isolada do tornozelo provavelmente não seria uma boa opção para ela, dado o colapso do tálar e a artrite subtalar. Discutimos que a melhor solução cirúrgica é a artrodese tibiotalocalcaneal (TTC). No entanto, o desafio no caso dela é a perda significativa de altura da articulação devido ao colapso do tálar, mas também o grande vazio ósseo que permanecerá após a excisão do osso tálar não saudável. Enxertos estruturais podem ser realizados usando um aloenxástico de cabeça femoral; No entanto, há altas taxas de subsidência e falha do enxerto relatadas na literatura. Além disso, é desafiador garantir que restauremos sua altura, pois o aloenxerto pode ser difícil de moldar adequadamente e pode não se encaixar perfeitamente. Outra opção é uma gaiola personalizada impressa em 3D. A gaiola metálica pode manter altura e anatomia sem risco de subsidência do enxerto e é uma construção mecanicamente resistente. Após extensa discussão, ela optou por prosseguir com uma artrodese TTC com uma construção personalizada de gaiola impressa em 3D. Novamente, a gaiola é feita de uma liga de titânio, que possui propriedades biomecânicas semelhantes ao osso. Isso é escolhido para imitar o ambiente biomecânico natural para o crescimento ósseo na gaiola. Imagens pós-operatórias feitas aos 3 meses são mostradas na Figura 11. A altura da articulação do tornozelo é restaurada com o implante, e há uma boa integração óssea na interface entre implante e osso.

Ela ficou sem apoiar peso por 12 semanas. Ela então começou a andar com uma bota e passou a ser um programa aos 4 meses. Aos 6 meses, a paciente já caminhava sem dor e, ao acompanhamento de 1 ano, não apresentava déficits funcionais devido ao tornozelo. Ela não está mais limitada pelo tornozelo e está muito mais ativa do que era antes da operação.

Figura 1: Radiografias pré-operatórias do Paciente 1. (A,B) Radiografias pré-operatórias (A) e laterais (B) do tornozelo esquerdo para o Paciente 1. Radiografias demonstram necrose avascular tálar significativa com esclerose e fragmentação do tálus. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 2: Tomografia pré-operatória do Paciente 1. (A-C) Exame de tomografia axial (A), sagital (B) e coronal (C) do tornozelo esquerdo para o Paciente 1. Imagens por tomografia computorizada demonstram necrose avascular tálar significativa com esclerose e fragmentação do tálus. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura. 

Figura 3: Radiografias pós-operatórias do Paciente 1. (A,B) Radiografias pós-operatórias AP (A) e mortise (B) do tornozelo esquerdo para o Paciente 1 feitas 6 semanas após a consulta. Radiografias feitas às 6 semanas demonstram alinhamento e posicionamento adequados do implante de talus. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 4: Radiografias pré-operatórias do Paciente 2. (A,B) Radiografias pré-operatórias com suporte de peso do pé direito do Paciente 2. Radiografias demonstram uma grande lesão expansila óssea do primeiro metatarso. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 5: Tomada computográfica pré-operatória do Paciente 2. (A-C) Cortes axiales (A), sagitais (B) e coronais (C) do pé direito do Paciente 2. A tomografia computadorizada do paciente demonstra a lesão. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 6: Desenhos do implante antes da impressão 3D. Estes são exemplos da fase de projeto do implante, onde engenheiros criam esquemas do implante usando a tomografia computorizada do paciente. O implante é fixado à cabeça do metatarso com parafusos que são inseridos no implante. O implante é fixado ao cuneiforme medial com uma quilha. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 7: Imagens clínicas dos três tamanhos de implante. Há três tamanhos impressos para o estojo, cada um com 5% de variação no volume. O motivo disso é levar em conta qualquer variação e variação intraoperatória na tomografia em relação à anatomia real do paciente. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 8: Radiografias pós-operatórias do Paciente 2. (A,B) Radiografias pós-operatórias AP (A) e Lateral (B) do Paciente 2. Radiografias feitas três meses após a cirurgia demonstram o equipamento no local apropriado, com bom alinhamento e boa posição óssea entre o implante e o osso nativo. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 9: Tomografia pós-operatória do Paciente 2. (A,B) A tomografia computorizada pós-operatória sagital (A) e axial (B) demonstra hardware estável e boa aposição óssea na interface do osso com o implante, com formação óssea e integração do implante ao osso nativo. Essa tomografia foi feita 6 meses após a cirurgia. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 10: Radiografias pré-operatórias do Paciente 3. (A,B) Radiografias pré-operatórias AP (A) e lateral (B) do tornozelo direito do Paciente 3. O paciente apresenta colapso tálar significativo e artrite no tornozelo e na articulação subtalar. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 11: Radiografias pós-operatórias do Paciente 3. (A,B) Radiografias pós-operatórias AP (A) e lateral (B) do tornozelo direito do Paciente 3. Radiografias obtidas no acompanhamento de 6 meses do paciente demonstram que o equipamento está no lugar com boa aposição óssea nos locais de fusão. A altura da articulação do tornozelo dela foi restaurada. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Discussão

Implantes personalizados impressos em 3D em cirurgia ortopédica não são comuns; no entanto, sua utilidade em casos desafiadores é demonstrada nos casos acima. Para esses pacientes, sem impressão 3D, as soluções cirúrgicas são bastante limitadas, e mesmo as melhores opções disponíveis apresentam alto risco e consequências funcionais. Existem muitos passos importantes a serem considerados no processo de criação de implantes personalizados. A primeira e mais importante é se o estojo é adequado para implantes personalizados. Isso envolve uma consideração cuidadosa de todas as alternativas e seus prós e contras. É importante envolver o paciente e a família nessas discussões. Implantes 3D personalizados são mais recentes e têm literatura limitada, e é fundamental educar os pacientes sobre sua natureza experimental.

A segunda etapa mais crítica do processo é o design do implante. O cirurgião deve considerar vários fatores, incluindo o tamanho do implante, a abordagem cirúrgica, a instrumentação necessária para a colocação do implante e os objetivos cirúrgicos. Isso envolve aconselhar cirurgiões com experiência em impressão 3D, mas também trabalhar com engenheiros em chamadas de design para criar o design do implante. Uma vez iniciada a produção do implante, há espaço limitado para modificações; Portanto, a fase de design é crucial.

Apesar do potencial promissor da impressão 3D na cirurgia ortopédica, vários desafios permanecem. Uma limitação significativa é o alto custo associado à tecnologia. Os implantes podem variar de $14.000 a $20.000 para nossos implantes, dependendo da complexidade do caso. No entanto, à medida que a tecnologia de impressão 3D continua a evoluir, espera-se que os custos de produção diminuam com o^{tempo 1}. Outra limitação importante é a falta de dados de longo prazo sobre os resultados. Um estudo retrospectivo multicêntrico recentemente publicado avaliou a segurança dos substitutos do tálus impressos em 3D para o tratamento da necrose^{avascular 4}. No estudo, eles tiveram um total de 15 pacientes com pelo menos 1 ano de acompanhamento e determinaram que os resultados iniciais eram promissores e positivos. Adams et al. demonstraram resultados seguros semelhantes com gaiolas impressas em 3D para defeitos ósseos^{grandes 5}. No estudo, compararam oito pacientes que passaram por cirurgia com uma gaiola personalizada com sete que passaram por cirurgia com osso aloenxerto de cadáver grande. Kadakia et ^al.6 avaliaram os desfechos da artroplastia total do talus em 22 pacientes ao longo de um período de 2 anos. Eles observaram melhorias funcionais significativas com acompanhamento de curto prazo. Curiosamente, existem alguns estudos avaliando os desfechos a longo prazo após a artroplastia total do talus em centros no Japão. Nesses dois estudos, eles têm acompanhamento pós-operatório de mais de 10 anos e constataram que os pacientes apresentaram bons resultados relatados após uma substituição total do talus ou apenas uma substituição do corpo^{talar 7,8}. É importante notar que esses implantes não eram personalizados nem impressos em 3D, e eram cerâmicos; Assim, esses dados não se traduzem para substituições totais atuais de talus que sejam de metal e personalizadas. De qualquer forma, é interessante notar que esse procedimento e conceito existem há bastante tempo, mas estão se tornando cada vez mais populares para o manejo de patologias graves do tálar. Embora o foco deste manuscrito tenha sido casos de membros inferiores, as aplicações da impressão 3D em ortopedia se expandiram para muitas^{subespecialidades 2}. Fraturas distal do rádio malunidas podem ter consequências funcionais graves para os pacientes, e as osteotomias corretivas necessárias para corrigir essa deformidade são muito desafiadoras devido aos muitos planos de correção que devem ser levados em consideração. O mesmo pode ser dito para fraturas no antebraço que cicatrizam incorretamente, pois existem forças de rotação que devem ser consideradas. Vários estudos publicados recentemente descobriram que guias e instrumentos personalizados impressos em 3D podem ajudar nesses casos desafiadores de correção de deformidade nos membros^superiores.

É importante notar que, apesar dos resultados promissores dos implantes e instrumentação personalizados impressos em 3D, os estudos mais recentes apresentam tamanhos de amostra muito pequenos, com acompanhamento de curto^{prazo 6,7,8}. Poucos estudos demonstraram os resultados a longo prazo dos implantes impressos em 3D, e mais pesquisas são necessárias para avaliar sua durabilidade e eficácia a longo prazo. Parte disso pode ser atribuída ao fato de que essa tecnologia é relativamente nova e a patologia indicada para impressão 3D não é comum. Além disso, devido à natureza altamente personalizável desses implantes, generalizar resultados para diferentes casos é muito desafiador.

De qualquer forma, os potenciais benefícios da impressão 3D são evidentes com os exemplos acima e a literatura disponível. Uma das vantagens mais impressionantes é a capacidade de replicar a anatomia humana de maneiras únicas que antes eram impossíveis. A personalização permite que os implantes sejam personalizados com precisão para cada paciente, possibilitando uma correspondência direta à necessidade cirúrgica. Com os avanços contínuos em tecnologias de imagem por tomografia computadorizada e impressão 3D, os implantes estão se tornando cada vez mais precisos, duráveis e^{econômicos 1,2}.

No geral, a impressão 3D continua sendo uma tecnologia em rápido desenvolvimento, oferecendo uma gama crescente de possibilidades na cirurgia ortopédica. À medida que a tecnologia amadurece, aplicações futuras podem incluir o desenvolvimento de estruturas mais intrincadas e interconectadas. À medida que adquirimos proficiência com implantes de osso único e articulações, o próximo passo lógico é explorar a criação de implantes mais complexos e multicomponentes. Embora os implantes atuais utilizem predominantemente ligas metálicas biocompatíveis, outro grande passo na impressão 3D incluiria inovações futuras em reconstrução de tecidos moles, como a bioimpressão para criar cartilagem¹¹. A impressão 3D é um campo tecnológico empolgante que está em constante evolução, e sua aplicação na cirurgia ortopédica continuará a crescer e se adaptar à medida que essa tecnologia muda.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Implante de gaiola de titânio metatarsal	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Implante personalizado; Liga de Titânio (Ti-6Al-4V)
Implante de gaiola de titânio esférico	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Implante personalizado; Liga de Titânio (Ti-6Al-4V)
Substituição Total do Talus	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Implante personalizado; Liga de Titânio (Ti-6Al-4V)