Autori
Vlad CIOBOTARU, Cliniques des Franciscaines Nîmes
Unité d’exploration des cardiopathies valvulaires et structurelles Nîmes, Hop Privé Les Franciscaines, France CEO 3DHeartModeling
Interesul comunității cardiologice pentru tipărirea 3d este în creștere, fapt dovedit în ultimii ani de numărul exponențial de publicații în acest domeniu.
Tehnologia 3D printing, percepută inițial ca un instrument didactic ce îmbunătățea considerabil comunicarea dintre cardiologi și radiologi, dar și dialogul cu pacientul mai ales în ceea ce privea cardiopatiile complexe, începe să ocupe un loc din ce în ce mai important în strategia decizională a procedurilor invazive percutanate sau a celor chirurgicale.
Procesul de planificare a intervenției este ameliorat de contribuția esențială pe care o poate aduce imprimarea 3D, în special prin vizualizarea globală a structurilor cardiace, dar și prin oportunitatea unică de a efectua simulări și testări ale protezelor pe inimile pacienților, anterior intervenției propriu-zise.
O recenzie din 2018 admite că imprimarea 3D deschide noi perspective și oportunități în cardiologia intervențională și chirurgicală. Mai mult, tehnologia 3D printing are capacitatea de a crește standardele de îngrijire medicală și de a individualiza abordarea terapeutică a pacientului.
Procesul de obținere a unui model de imprimare 3D necesită o tehnologie importantă: la bază se află o calitate foarte bună a imaginii cel mai frecvent furnizată de computer tomograf ( precizăm că RM-ul sau ecografia furnizează, de asemenea, un substrat imagistic pentru obiecte imprimabile).
Imaginea trebuie să aibă o rezoluție foarte bună (<0,7 mm) având grijă ca artefactele dinamice, respiratorii sau metalice să fie eliminate. Un prim pas îl reprezintă segmentarea țesutului cardiac cu ajutorul unui soft automatic ca ISP Philips, ce deține, deja de ceva vreme, în consola de procesare a imaginilor, un model de printing 3D numit 3D modeling.
Segmentarea este etapa esențială și necesită o ajustare manuală a softului automat, activitate care presupune o expertiză aprofundată de anatomie cardiologică cu scopul de a delimita structura de interes și regiunea înconjurătoare.
Acest pas este urmat de transformarea într-un fișier STL și modelarea acestuia fie offline prin intermediul unor alte aplicații industriale utilizate la producerea de piese 3D, fie cu ajutorul unui software furnizat direct de unele companii de imagistică ca de exemplu Philips. În definitiv, realizarea diferitelor straturi de grosimi specifice sau asamblarea diferitelor părți anatomice se face în acest moment, urmată apoi de modificarea piesei anatomice astfel încât să corespundă operației prevăzute pe inimă (realizarea unor ferestre sau orificii de acces etc). rezultă deci o piesă reprezentând un model anatomic îmbunătățit, adaptat la intervenția planificată asupra pacientului (de aici și importanța cunoașterii timpilor de operare).
Următoarea etapă constă în imprimarea propriu-zisă. Acest pas poate dura între 12 și 24 de ore. Pentru realizarea acestui proces, mai multe tehnologii sunt disponibile în prezent, fiecare cu avantajele și dezavantajele sale, variind de la procese industriale utilizate pentru industria aeronautică sau auto, până la procese mai simple, însă mult mai puțin robuste și mai puțin precise în ceea ce privește detaliile, promovate ca imprimante 3D accesibile, numite „de birou”.
Astfel sunt folosite tehnici de stereolitografie, fotopolimerizare, polyjet (imprimare cu jeturi de depunere multiplă), depunere de filament din material plastic ( filament termoplastic), sinterizare de pulberii cu laser, fiecare dintre aceste tehnici utilizând diferite materii prime: rășină, lichid, fotopolimer, pulberi. Aceste materiale sunt caracterizate de proprietăți ca elasticitatea sau rezistența la tracțiune, proprietăți care diferă în funcție de fiecare proces de prelucrare.
Nu există un singur proces standardizat, deoarece nici unul dintre cele enumerate nu satisface ansamblul de nevoi ale cardiologiei intervenționale, și prin urmare, de aici derivă importanța crucială a cunoașterii materialelor, scopul fiind de a-l alege pe cel mai în măsură să poată simula caracteristicile țesutului ales, și să permită deformări adaptate la testarea dispozitivelor in vitro.
Aceasta este principala limită tehnologică a utilizării la scară largă a imprimării 3D și justifică interesul firmelor specializate precum Matérialise în Belgia sau 3DHeartModeling în Franța. Cea de-a doua limită este reprezentată de finanțarea modelelor, care ating sume de minimum 300 de euro, uneori chiar mai mult în funcție de complexitatea modelului solicitat. Utilizarea medicală a imprimării 3D implică un set extrem de amănunțit de specificații referitoare la rezoluția detaliilor, precizia reproducerii între imagine și piesa tipărită și, bineînteles, o asemănare a comportamentului materialului cu țesutul cardiac în ipoteza în care modelul tipărit urmează a servi pentru testarea protezelor cardiace.
Domeniul de aplicare a imprimării 3D este vast, incluzând bolile cardiace congenitale, valvulopatiile aortice (TAVI sau valvă în valvă) sau mitrale (valve in MAC), protetice (închidere leak-urilor paraprotetice) și structurale (închidere defectului ventricular sau închidere auriculului stâng – Left Atrial Appendage Occlusion).
Un exemplu este reprezentat de înlocuirea percutanată a valvei pulmonare, care rămâne o intervenție delicată din punct de vedere tehnic, în special în absența unei căi chirurgicale preexistente (cale „nativă”). În aceste situații, calea pulmonară poate fi în prealabil stentată („prestentare”).
Diametrul exterior maximum admis pentru tratarea patologiei drepte este în prezent de 28 mm. Măsurarea cu precizie a tractului pulmonar este absolut necesară pentru a evalua fezabilitatea înlocuirii per cutanate a valvei pulmonare și a prestentării, în condițiile în care calea pulmonară poate prezenta grade diferite de dilatare, deformări neregulate complexe și o distensibilitate specifică fiecărui pacient. Mai mult, există un factor de șansă dependent de deplierea și interacțiunea dintre proteză și tractul pulmonar specific geometriei complexe, toate acestea condiționând fezabilitatea înlocuirii valvulare.
Utilizarea imprimării 3D specifice face posibilă simularea acestor intervenții pentru a reduce considerabil sau chiar anula factorul de șansă. Pe o serie personală de 15 pacienți care au suferit o intervenție de înlocuire valvulară pulmonară, simularea pe modelele obținute prin imprimare 3D a făcut posibilă identificarea în proporție de 100% a procedurilor complexe la risc, evaluare care nu a a fost posibilă printr-o analiză standard a imaginilor scanografice și ecografice.
Aplicabilitatea imprimării 3D în ghidarea procedurilor complexe, cum ar fi închiderea percutanată a leak-urilor paraprotetice, a fost evidențiată recent la ultimul congres TVT (Transcatheter Valve Therapies). Scopul planificării procedurii este acela de a anticipa poziția protezei ținând cont de tipul, dimensiunea și forma acesteia dar și de toate constrângerile anatomice cauzate de structurile învecinate.
Anticiparea procedurilor are multe de câștigat din utilizarea imprimării 3D, în special prin simularea implantării protezelor de diferite dimensiuni cu scopul de a aprecia ocluzia și absența interferenței cu foițele protetice. Registrul observațional francez „FFPP-Print” aflat în desfășurare pune în evidență acest beneficiu prin demonstrarea scurtării timpilor operatori, a reducerii semnificative a numărului de proteze utilizate pentru fiecare pacient și prezicerii complicațiilor protetice. (Chicago TVT 2019).
În afara procedurile complexe, imprimarea 3D își poate găsi utilitatea în anticiparea unor complicații rare dar grave survenite în cursul intervențiilor frecvente, ca TAVI. Studiile arată clar că rata morbimortalității este mai mică decât cea a intervenției chirurgicale convenționale pentru pacienții cu risc crescut sau intermediar, dar acest risc trebuie analizat individual pentru fiecare pacient în parte. Un exemplu este anticiparea riscului de obstrucție coronariană după introducerea protezei, care deși este rară, rămâne o complicație severă cu o mortalitate ridicată, complicație insuficient predictibilă pe criterii scanografice. Exemplul prezentat în figura 5 arată modul în care imprimarea 3D face posibilă evaluarea clară a acestui risc bazându-ne pe simularea reală, metodă care permite reorientarea pacientului către intervenția chirurgicală convențională.
Existența leak-urilor periprotetice post-TAVI reprezintă o complicație aflată în prezent sub control. Cu toate acestea, calcificările importante sau în „bulging” pot fi o sursă majoră de leak-uri periprotetice. Evaluarea spațiului periprotetic prin intermediul imprimării 3D care simulează țesutul aortic, permite o predicție cantitativă a localizării și a importanței leak-ului. Acest lucru poate influența tipul și dimensiunea protezei implantate la un pacient dat.
Progresul utilizării imprimării 3D în practica cardiologică va trebui să treacă neapărat prin dezvoltarea și perfecționarea materialelor care simulează proprietățile țesuturilor cardiace, prin dezvoltarea unui soft de segmentare fină și inteligentă a structurilor cardiace și, în final, prin validare pe scară largă a beneficiilor imprimării 3D de către studii multicentrice.
Un prim studiu global de acest gen este format din registrul francez LAA-Print care a inclus 230 de pacienți din 15 centre din Franța, cu scopul de a evalua utilizarea pre procedurală a modelului de imprimare 3D cu scopul de a corecta și prezice complicațiile din timpul procedurile de închidere a auriculului stâng. Echilibrul economic trebuie luat în considerare odată cu reducerea eșecurilor procedurale și a complicațiilor costisitoare. Rezultatele foarte pozitive ale acestui registru au fost prezentate JESFC 2019 și TVT și vor fi completate la ESC 2019.
În concluzie, cardiologia intervențională se dezvoltă și se diversifică considerabil, iar anticiparea rămâne cheia procedurilor de succes. Modelele de imprimare 3D cu materiale care imită caracteristicile țesutului prin integrarea tuturor datelor anatomice individuale care influențează gestul intervențional și accesul de neegalat la testare și simulare a procedurilor înainte de realizarea lor in situ, va aduce probabil o îmbunătățire a îngrijirii medicale.
Această publicaţie reprezintă o sursă de informare pentru medicii cardiologi. Daca sunteți pacient, retineți că aceste informații nu pot substitui un consult medical. Pentru întrebări despre sănătatea dumneavoastră, tratament şi alte aspecte ale îngrijirii, discutaţi cu medicul de familie sau cu un medic specialist.