דעות

עתיד האורתופדיה: מודלים ושתלים המודפסים בתלת-ממד לפי החולה

הטכנולוגיה החדשה מאפשרת בניית מודלים תלת מימדיים של העצם והגידול, תוך הערכת מיקום הגידול ותכנון כריתתו בדיוק מרבי, השגת גבולות כריתה חופשיים מגידול ושיפור משמעותי של הפרוגנוזה לחזרה מקומית של הגידול

למרות שטכנולוגיית הדפסת התלת-ממד קיימת כבר כשני עשורים, רק בשנים האחרונות מתקיים מחקר אינטנסיבי בהקשר לחומרים ביו-קומפטביליים והחל להיעשות שימוש ביתרונות טכנולוגיה זו בעולם הרפואה בכלל והכירורגיה בפרט.

כיום ניתן להפיק מודלים תלת מימדיים ממוחשבים בתוכנות הממירות קבצי הדמיה מסוג DICOM. בתהליך זה ניתן לבודד רקמות מתוך CT ו-MRI ולהציגן בויזואליזציה תלת מימדית. מודלים אלה ניתנים להדפסה במדפסות תלת מימד מחומרים וצבעים שונים ובדרגות שקיפות שונות, כך שכירורג יכול לקבל מודל ממוחשב ופיזי של חולה ספציפי, ממנו הוא יכול להסיק על הבעיה הכירורגית בהקשר האנטומי המדובר, לתכנן ולהתכונן לניתוח בצורה מיטבית.1

"תכנון קדם-ניתוחי מדויק להסרת גידול מהעצם וייצור של מכשור תוך ניתוחי מותאם חולה מאפשרים כריתה מדויקת ומצמצמים משמעותית את טווח הטעות הכירורגית האנושית"

האתגר הכירורגי הגדול ביותר באורתופדיה אונקולוגית הוא כריתת גידולי עצם ממאירים בגבולות חופשיים מגידול. זהו התנאי הראשוני למניעת חזרה מקומית של הגידול ולהפחתת התקדמות המחלה כתוצאה מהתפשטות גרורתית. קיים קושי רב בתכנון הכריתה הכירורגית באמצעי ההדמיה הקיימים, על אחת כמה וכמה באזורים אנטומיים מורכבים כמו האגן ובהמשך לכך, קיים קושי רב ביישום מדויק של תכנון הניתוח המקורי.

דיוק הכריתה בילדים (האוכלוסיה העיקרית עם גידולי עצם ראשוניים) הוא בעל חשיבות ניכרת, שכן השלד בילדים נמצא עדיין בצמיחה, וגידולים ממאירים הממוקמים בסמיכות למפרקים וללוחיות צמיחה מהווים אתגר כירורגי גדול בניסיון לשמר את פוטנציאל הצמיחה של הגפה ואת תפקוד המפרק הנטיבי של הילד.

2כיצד פועלת הטכנולוגיה החדשה לטובת העניין? הטכנולוגיה מאפשרת בניית מודלים תלת מימדיים של העצם והגידול, תוך הערכת מיקום הגידול ותכנון כריתתו בדיוק מרבי, השגת גבולות כריתה חופשיים מגידול ושיפור משמעותי של הפרוגנוזה לחזרה מקומית של הגידול.

לרשות המנתח עומד מודל תלת-ממדי ממוחשב, שעליו הוא יכול לתכנן את קווי הכריתה הכירורגית, ולהעביר את התכנית למדפסת תלת מימד המייצרת לכל מטופל ומטופל מכשור תוך ניתוחי בהתאמה אישית. באופן כזה אפשר לבצע כריתות מדויקות ולחסוך במסת עצם, ובאזורים בהם הגידול סמוך למפרקים, לבצע בבטחה שימור מפרקים, רקונסטרוקציה של החסר בעצם בלבד ללא החלפת מפרקים, ולהוריד שיעור הכנסת מגה-משתלים בעיקר בילדים ובנערים, שאצלם שכיחות הסרקומות גבוהה באופן יחסי. מיותר לציין ששיעור הסיבוכים הנובעים ממגה-משתלים ירד, אגב כך, באופן משמעותי.

תכנון קדם-ניתוחי מדויק להסרת גידול מהעצם וייצור של מכשור תוך ניתוחי מותאם חולה (PSI- Patient Specific Instrument) מאפשרים, אם כן, לכירורג לבצע כריתה מדויקת, מצמצמים משמעותית את טווח הטעות הכירורגית האנושית ומגדילים את הסיכוי לכריתה מדויקת עם גבולות אונקולוגיים חופשיים, בעיקר באזורים אנטומיים מורכבים כגון האגן ובסמוך למפרקים. עוד יש לציין כי המודלים והמכשור מודפסים מחומרים שיכולים לעבור סטריליזציה לפני השימוש בעת הניתוח.3

"כחלק משלב היישום הקליני של המחקר, בוצעו בחודשים האחרונים, במחלקה הארצית לאורתופדיה אונקולוגית, במרכז הרפואי איכילוב, מספר ניתוחים מוצלחים בשילוב טכנולוגיה זו"

אחת הבעיות המרכזיות במודל העבודה הנוכחי, נעוצה בעובדה שהכירורג אינו מעורב בתכנון הניתוח בצורה מספקת והתקשורת עימו הינה לרוב דו מימדית (צילומי מס). דבר זה גורר טעויות וחוסר דיוק ואינו מנצל את הפוטנציאל הגלום בטכנולוגיה.

אחד התוצרים החשובים של הפרויקט ב"איכילוב" לפיתוח טכנולוגיית תלת מימד חדשנית בתכנון וניהול ניתוחי סרקומות, הוא יצירת פלטפורמה אינטרנטית אינטראקטיבית לכירורג, המאפשרת קבלת מודל תלת מימדי דינאמי ויישום כלים תכנוניים פשוטים המאפשרים ויזואליזציה של מישורי כריתה, הזזת פרגמנטים, הוספת אמצעי קיבועי (כגון פלטות) וכדומה. באופן כזה, הפלטפורמה מחזירה לכירורג את השליטה והאחריות להבנת ותכנון המקרה.

4כחלק משלב היישום הקליני של המחקר, בוצעו בחודשים האחרונים, במחלקה הארצית לאורתופדיה אונקולוגית, במרכז הרפואי איכילוב, מספר ניתוחים מוצלחים בשילוב טכנולוגיה זו בחולי סרקומה ראשונית של העצם.

הן המודל הממוחשב והן המכשור הניתוחי המותאם חולה מודפסים במדפסות תלת מימד והם מאפשרים לכירורגים להתכונן, לבצע את הניתוח "על יבש" טרם הכריתה האמיתית, ויתרה מכך, לא רק להגיע לתוצאות מדויקות ולגבולות כריתה מדויקים, אלא אף מאפשרים למנתח לזהות מבעוד מועד מגבלות ומכשולים פוטנציאליים למהלך הניתוח. כך יכול המנתח לשנות ולתקן את מהלך הניתוח בהתאם, ורמת המוכנות של הצוות המנתח עולה בעשרות מונים.

סקירת הספרות מראה שימוש הולך ומתרחב בטכנולוגיית תלת מימד בכירורגיה אורתופדית בתחומיה השונים: טראומה ושברים מורכבים, תיקון דפורמציות, החלפת מפרקי ירך וברך. בתיקוני דפורמציות וטראומה ניתן להבין באופן אינטואיטיבי כיצד טכנולוגיה זו נותנת כלים תכנוניים שאינם קיימים היום לכירורג, אבל גם בניתוחים אלקטיביים כגון החלפות מפרקים, הוכח בעבודות נרחבות כי השימוש בתכנון תלת מימדי ומכשור מותאם חולה מביא לתוצאות כירורגיות טובות יותר עם קיצור זמן ניתוחי ותוצאות תפקודיות טובות יותר בעבור החולים (גם אם בשימוש במשתל סטנדרטי).

מטרה נוספת של הפרויקט היא לפתח כלים לשחזור חוסרי העצם לאחר כריתת הגידולים. באותה תוכנה ניתן יהיה לתכנן את צורת השחזור של העצם בשיטות שונות, כגון: שתל עצם עצמוני, שתל עצם מבנק העצם, שתל מתכתי. המכנה המשותף לכל אלה יהיה תכנון קדם ניתוחי מדויק בבנייתו על ידי תוכנת התלת מימד. כשמדובר בשתלי עצם, ניתן יהיה להגיע לחיתוך מדויק של אותו חסר ולהשלמת החסר כפאזל, באמצעות אותו מכשור PSI.

באשר למתכות, כבר כיום קיימות מדפסות תלת מימד המדפיסות שתלי מתכת בתחומים כירורגיים שונים. תחום מחקר זה מתפתח בצורה מהירה בעשור האחרון. כיום ניתן להדפיס בתלת מימד במתכות כגון טיטניום וקובלט-כרום. התוצרים עדיין אינם מספקים, אך אין ספק שזהו העתיד בעולם האורתופדי בכלל ובשתלי האורתופדיה האונקולוגית בפרט.

5

המאמר נכתב על ידי: ד"ר שלמה דדיה, מומחה בכיר במחלקה הארצית לאורתופדיה אונקולוגית במרכז הרפואי "איכילוב" ומנהל פרויקט ב-MSK Lab - אוניברסיטת Imperial College London, ובשיתוף צוות המחלקה הארצית לאורתופדיה אונקולוגית, המרכז הרפואי "איכילוב": פרופ' י.קולנדר, ד"ר י. גורצ'ק, ד"ר א.שטרנהיים, ד"ר י.ביקלס, ד"ר א.סגל.

נושאים קשורים:  דעות,  מחקר,  הדפסה בתלת-ממד,  המרכז הרפואי איכילוב-תל אביב
תגובות
12.03.2016, 08:49

יפה מאד ! מציע לבדוק התאמה לעבודה עם Liquidmetal.
זו חברה שמייצרת כמה סגסוגות מתכת עם תכונות פיזיות ייחודיות
החומר נבדק להבנתי כעת על ידי CoNextions Medical (טכנולוגיות גידים).
http://liquidmetal.com/properties/properties