Quando Mark Weimer si è ripreso dal dolore della medicazione dopo un intervento di chirurgia vertebrale di notevole entità, non ha pensato a come si sentisse ma a quello che non sentiva affatto: il dolore ai muscoli quadricipiti che si irradiavano dalla zona lombare e che l'hanno afflitto per un anno e mezzo.

Il sollievo è arrivato grazie all'operazione di successo di 15 ore del dott. George Frey che ha combinato la sua metodologia vincente per l'instradamento delle viti pediculari con l'imaging 3D e le tecnologie di stampa d'avanguardia di 3D Systems.

Collaborazione per il beneficio del paziente

Il dott. Frey e sua moglie Heidi dirigono il Mighty Oak Medical a Englewood, Colorado (USA). La tecnologia FIREFLY® brevettata dell'azienda fornisce un metodo più semplice e rapido per posizionare accuratamente viti pediculari per riparazioni vertebrali mentre si naviga attorno all'anatomia interessata, ad esempio la colonna vertebrale, i nervi e i vasi sanguigni.

Fin dal principio, Mighty Oak ha collaborato con il team sanitario di 3D Systems nei pressi di Littleton, Colorado (USA).

"Avevamo bisogno di un partner di stampa 3D che fosse rinomato per la qualità, l'affidabilità e la competenza nell'ambito dei dispositivi medici", afferma Heidi Frey. "3D Systems si è rivelato un partner eccezionale da tutti i punti di vista: collaborativo, sollecito e orientato all'eccellenza".

3D Systems offre una serie di soluzioni sanitarie di precisione end-to-end, tra cui simulatori di realtà virtuale, modelli anatomici stampati in 3D e strumenti e guide chirurgiche specifici per il paziente. Inoltre, l'azienda produce dispositivi medici stampati in 3D di precisione.

Dalla fine degli anni '90, 3D Systems collabora con fornitori di dispositivi medici che rappresentano un'ampia gamma di interventi che abbraccia pressoché ogni aspetto dell'anatomia umana. L'azienda ha sviluppato soluzioni personalizzate per oltre 100.000 interventi chirurgici.

3D printed spine reference model used in the surgery
A personalized anatomical model printed on a 3D Systems SLA (stereolithography) ProX 800 3D printer was used for reference during Mark Weimer's spinal operation.

Il percorso di un campione

Il dott. Frey è rimasto in contatto con Mark Weimer tramite il neurochirurgo che ha trattato Weimer fin dall'inizio dell'intervento, dopo una caduta da un'impalcatura che lo ha lasciato parzialmente paralizzato (nel 1984). In seguito, Weimer si è sottoposto a un ulteriore intervento di fusione vertebrale nel 2001 per rimediare alla perdita di forza muscolare nel braccio destro.

In seguito al suo infortunio e all'intervento chirurgico iniziale, Weimer ha sfruttato una borsa di studio in ambito informatico per diventare un esperto IT in data warehouse. Inoltre, ha continuato a coltivare la sua passione per l'hockey, partecipando a un programma di hockey su slittino in Colorado nel 1996.

Weimer ha fatto parte della squadra di hockey su slittino nazionale 2000 a Lake Placid, luogo della famosa vittoria "Miracle on Ice" (Miracolo sul ghiaccio) del team di hockey statunitense contro la Russia nelle Olimpiadi invernali del 1980. Nel 2010, è stato capitano della squadra che ha vinto il campionato Sled Classic Championship sponsorizzato dalla Lega nazionale di hockey (NHL), mentre l'anno seguente è stato il protagonista della squadra Colorado Avalanche che ha vinto il campionato nazionale di hockey su slittino paralimpico del 2011 sponsorizzato da USA Hockey.

Weimer si è ritirato dopo aver fatto un goal e un assist nel campionato del 2011. Ha iniziato ad allenare giocatori di hockey su slittino e si è mantenuto in forma grazie all'hand-bike. I suoi successi nell'hockey sono stati riconosciuti dalla sua inclusione nel Colorado Adaptive Sports Foundation Hall of Fame nel 2012.

Mark Weimer ha vinto diversi campionati paralimpici di hockey su slittino prima del suo ingresso nel Colorado Adaptive Sports Foundation Hall of Fame.
Mark Weimer ha vinto diversi campionati paralimpici di hockey su slittino prima del suo ingresso nel Colorado Adaptive Sports Foundation Hall of Fame.

Un caso complicato

Fin dal suo incidente, Weimer ha sempre sofferto di lievi dolori vertebrali e ai nervi ma, a fine 2014, ha iniziato ad avvertire un forte dolore ai muscoli quadricipiti, associati a problemi intestinali e vescicali. Il suo neurochirurgo gli ha chiesto di consultare il dott. Frey per un approfondimento.

"Con il trascorrere degli anni, la fusione vertebrale di Mark e la sua condizione neurologica hanno causato il deterioramento delle vertebre e dei dischi rimanenti sotto la fusione", spiega il dott. Frey. "Questo problema ha provocato un'ulteriore compressione dei nervi e della colonna vertebrale, all'origine del forte dolore neuropatico".

La preparazione dell'intervento chirurgico è iniziata con una scansione TC della colonna vertebrale di Weimer. I risultati sono stati inviati a 3D Systems che ha eseguito una segmentazione dei dati per estrarre una rappresentazione 3D dell'anatomia vertebrale di Weimer.

Il caso di Weimer era più complesso rispetto alla maggior parte delle procedure chirurgiche vertebrali, in base a quanto confermato dal dott. Frey e Chris Beaudreau, direttore dei servizi medici di 3D Systems.

"Nel caso di Mark si è verificata una crescita ossea sulle aste inserite durante il precedente intervento", afferma il dott. Frey. "Sebbene le aste fossero state rimosse, qualsiasi rottura dell'osso circostante potrebbe aver influito sul posizionamento delle guide FIREFLY. Pertanto, è stato necessario ricorrere a un'accurata pianificazione per lavorare in prossimità dell'anatomia".

"A causa dei precedenti interventi chirurgici cui si è sottoposto, sono stati rilevati diversi artefatti nella scansione TC che richiedevano un'elaborazione delle immagini mediche decisamente estesa per eseguire il rendering dell'area anatomica di interesse nei modelli digitali tridimensionali", afferma Beaudreau. "Inoltre, dal momento che si trattava di una procedura chirurgica vertebrale estesa, invece della modellazione di due o tre vertebre, è stato necessario trattare nove vertebre, l'osso sacro alla base della colonna vertebrale ed entrambe le anche".

Confronto del modello anatomico
Il rendering mostra guide personalizzate, specifiche per il paziente, per il posizionamento della vite che consente al chirurgo di evitare in tutta sicurezza l'anatomia vertebrale complessa e vitale. In totale, per l'intervento di Mark Weimer sono state realizzate 10 guide, ognuna di esse progettata per uno specifico corpo vertebrale. Dopo aver posizionato le guide, è possibile inserire le viti in maniera molto precisa.

L'immagine sulla sinistra mostra le guide chirurgiche in posizione sull'anatomia del paziente, prima del fissaggio del dispositivo.

L'immagine sulla destra mostra la posizione post-operatoria del dispositivo vertebrale.

Stampa 3D dall'origine

3D Systems ha inviato i modelli 3D dell'anatomia vertebrale di Weimer a Mighty Oak Medical, che li ha utilizzati per progettare la traiettoria di ciascuna vite peduncolare e preparare le guide stampate in 3D che avrebbero definito il corretto posizionamento delle viti sulla colonna vertebrale di Weimer.

Utilizzando il design FIREFLY, 3D Systems ha stampato guide per viti pediculari per ogni vertebra che richiedeva un intervento. Inoltre, è stato stampato un modello osseo anatomico per la pianificazione pre-chirurgica e per avere un riferimento in sala operatoria.

Le guide chirurgiche e i modelli ossei sono stati stampati su un sistema con stereolitografia (SLA) 3D Systems ProX® 800, noto per la costruzione di parti con uniformità delle superfici, risoluzione feature, definizione dei bordi e tolleranze di massimo livello.

La tecnologia SLA è stata inventata dal cofondatore di 3D Systems, Chuck Hull, nel 1983. L'azienda continua a innovare nell'ambito della tecnologia, riducendo i costi e offrendo nel contempo velocità, capacità, precisione e semplicità di impiego sempre maggiori.

ProX 800 offre un'ampia scelta di materiali per la più vasta gamma di applicazioni e casi di utilizzo. Per le guide delle viti e il modello di riferimento di Weimer, 3D Systems ha utilizzato un materiale in plastica e un processo convalidato che consente la sterilizzazione delle parti da utilizzare direttamente in sala operatoria.
 

Successo dell'intervento chirurgico e recupero

Il dott. Frey ha operato Mark Weimer presso un centro medico svedese a Englewood il 22 luglio 2016. Quando Weimer ha ripreso coscienza, i dolori che avvertiva di recente erano spariti, mentre il dolore che provava in passato si era ridotto notevolmente.

"Mark si sta attualmente sottoponendo a una rigorosa procedura riabilitativa e si sta riprendendo bene dall'intervento di fusione", afferma il dott. Frey, che prevede circa un anno di tempo per il recupero.

All'età di 63 anni, Weimer continua a lavorare nel settore IT e a praticare l'hand-bike nel tempo libero. Inoltre, si diverte a guardare i suoi nipoti di 9 e 13 anni, che hanno preso il suo posto sul ghiaccio come campioni di nuova generazione.