Lisa Lattanza, MD , Presidente e Professora Ensign de Ortopedia e Reabilitação, realizou o primeiro caso cirúrgico 3D totalmente interno em Yale.

Lattanza realizou o primeiro transplante de cotovelo do mundo antes de ingressar na Yale School of Medicine como presidente em 2019 . Há muito tempo ela mantém metas ambiciosas para combinar sua experiência de renome mundial em planejamento cirúrgico 3D com inovações emergentes em tecnologia 3D para estabelecer Yale como um destino para cuidados ortopédicos.

O primeiro procedimento cirúrgico 3D personalizado e personalizado reparou uma consolidação viciosa do rádio distal, que é causada quando um antebraço quebrado cicatriza incorretamente, resultando em ossos desalinhados ou deformados. Lattanza trabalhou ao lado de uma equipe de Yale para desenvolver um plano cirúrgico 3D para o paciente, guias cirúrgicas personalizadas impressas em 3D e modelos anatomicamente precisos da estrutura óssea impressos em 3D. Ao utilizar software avançado de imagem com modelagem e impressão 3D, Lattanza conseguiu identificar os melhores resultados possíveis por meio de uma abordagem cirúrgica não padronizada, sem a necessidade de fazer uma incisão. Este último empreendimento representa a sinergia sempre convergente entre a ortopedia e a engenharia, e também está criando novas oportunidades na medicina personalizada.

“A cirurgia ortopédica é voltada para a funcionalidade e para o retorno dos pacientes à vida normal e, para esse fim, 'tamanho único' não é mais uma frase que se aplica a nós”, disse Lattanza. “Nossa prioridade é compreender completamente cada paciente e desenvolver um plano de cuidados baseado em suas necessidades específicas, objetivos de longo prazo e resultados alcançáveis. Como cada pessoa tem uma anatomia única, com padrões e funções de movimento individualizados, bem como lesões únicas, os procedimentos cirúrgicos 3D são adaptados especificamente para cada paciente.”

Os cirurgiões são frequentemente encarregados de revisar imagens bidimensionais, como raios X, o que deixa espaço considerável para interpretação no que se refere ao grau e à direção da deformidade. As inovações no planejamento cirúrgico 3D estão permitindo que cirurgiões como Lattanza forneçam cuidados incomparáveis a pacientes que sofrem de lesões ou problemas congênitos que não cicatrizaram adequadamente, causando dor e disfunção musculoesquelética.

Usando software especializado, os engenheiros podem converter imagens de tomografia computadorizada ou ressonância magnética em anatomia digital 3D. Os cirurgiões podem planejar suas cirurgias usando esses modelos digitais antes de fazer um corte, tornando a operação mais segura e eficiente. Embora esta tecnologia seja um divisor de águas, o cirurgião ainda precisa contar com seu treinamento e experiência para executar o plano com eficácia. Essa tecnologia também pode ser vital no reparo de cirurgias anteriores que não resolveram o problema do paciente.

Os modelos digitais detalhados permitem que os cirurgiões identifiquem diversas condições, categorizando-as em tipos e subconjuntos, o que permite uma intervenção cirúrgica muito mais precisa. Ao usar esta tecnologia 3D antes da oncologia pediátrica, adulta, musculoesquelética e outros casos, a cirurgia pode ser otimizada para o melhor resultado possível.

Planejar cirurgias usando modelagem computacional 3D antes mesmo de entrar na sala de cirurgia é um enorme benefício para os médicos e permite que os cirurgiões entendam de forma abrangente cada caso para que possam planejar qual abordagem ou permutação de cada procedimento é mais apropriada. Em alguns casos, novas abordagens e técnicas são utilizadas com base nas informações obtidas no planeamento.

Além do planejamento 3D, cirurgiões, médicos e pesquisadores de Yale agora podem utilizar o 3D Collaborative for Medical Innovation (3DC), baseado no Departamento de Ortopedia e Reabilitação, para criar modelos e ferramentas impressos em 3D específicos para pacientes. Essas impressões anatômicas precisas permitem que os cirurgiões manipulem fisicamente as porções exatas do osso que verão na sala de cirurgia e oferecem uma referência tátil sobre como os guias e gabaritos cirúrgicos se encaixarão antecipadamente, o que pode ser extraordinariamente útil em casos de deformidades complexas.

A diretora do programa 3DC e engenheira-chefe, Alyssa Glennon, passou mais da última década trabalhando com alguns dos cirurgiões ortopédicos mais proeminentes do mundo para criar planos cirúrgicos virtuais em 3D e instrumentação específica do paciente para uso em cirurgias de extremidades superiores e inferiores. Ela explicou mais sobre como esta nova iniciativa está trazendo tecnologias 3D avançadas para Yale.

“Nosso principal objetivo é apoiar nossos médicos e seus casos, trazendo conhecimento de engenharia para seu planejamento cirúrgico e tecnologias como impressão 3D, inteligência artificial e realidade virtual para a sala de cirurgia”, disse Glennon. “Com nossa equipe interna 3DC, oferecemos soluções específicas para pacientes onde e quando necessário. Isto leva a benefícios como tempos de operação reduzidos, fluoroscopia intraoperatório reduzida, precisão aprimorada, consistência aprimorada, complicações minimizadas, custos reduzidos para o hospital e melhores resultados para os pacientes, entre outros.”

Nossos cirurgiões normalmente trabalharam com terceiros no passado para projetar planos cirúrgicos ou componentes de impressão personalizados para serem usados em cirurgias com base na anatomia única do paciente. No entanto, isso muitas vezes seria limitado pela patologia do paciente, prazos desafiadores e requisitos para comunicação e vias de entrega mais complicadas. O objetivo do 3DC é oferecer esses mesmos serviços e muito mais aqui mesmo em Yale.

“Com um laboratório interno, temos muito mais opções”, acrescentou Glennon. “Como o 3DC fica dentro da Escola de Medicina de Yale, estamos próximos aos médicos e às salas de cirurgia. Podemos fazer mudanças rápidas com base no feedback em tempo real dos médicos e podemos trabalhar com prazos de entrega mais rápidos, já que nenhuma remessa é necessária. Também podemos atender mais tipos de patologias e faixas etárias de pacientes, contornando quaisquer limitações de terceiros. Podemos ter uma equipe de engenharia presente na sala de cirurgia no momento da cirurgia ou estarmos a poucos passos de distância.”

O paciente submetido ao primeiro procedimento de Lattanza apresentou uma lesão no antebraço que levou ao comprometimento funcional do punho, perda de força, redução da amplitude de movimento, dor e problemas estéticos. As consolidações viciosas geralmente ocorrem devido à imobilização inadequada, má redução da fratura ou condições médicas subjacentes que afetam o processo de cicatrização óssea.

O procedimento cirúrgico mais comum para reparar uma consolidação viciosa é chamado de osteotomia. Durante a operação, o cirurgião cortará os ossos afetados e os moverá para uma posição melhor e os manterá no lugar com uma placa e parafusos destinados a manter o antebraço estável enquanto ele cicatriza. No passado, estes casos eram corrigidos “à mão livre”, utilizando o melhor julgamento do cirurgião e raios X para reposicionar o osso. No entanto, o realinhamento em todos os três planos da deformidade não é possível apenas com base nas radiografias. Agora, com o uso do planejamento 3D, a deformidade e a anatomia podem ser corrigidas exatamente como eram antes da lesão.

Para isso, o engenheiro e o cirurgião colaboram para revisar o caso e planejar juntos no computador. Este processo envolve o uso da anatomia exclusiva do paciente a partir de imagens de tomografia computadorizada. O braço saudável e espelhado é sobreposto ao lado cirúrgico para analisar de forma abrangente a deformidade e compará-la com a anatomia saudável.

O cirurgião se concentra na anatomia, na compreensão da função e no que deve ser corrigido, bem como na abordagem cirúrgica e no hardware envolvido. O engenheiro faz o processamento da tomografia computadorizada ou ressonância magnética, além da análise 3D, e recomenda o tipo e local da osteotomia para corrigir a deformidade, além de simular virtualmente a osteotomia e a colocação das ferragens para aprovação do cirurgião.

Para este primeiro caso, Lattanza e Glennon discutiram as possíveis estratégias de correção e colaboraram para finalizar o plano pré-cirúrgico personalizado. Glennon então projetou e imprimiu em 3D gabaritos e guias cirúrgicos específicos do paciente e criou modelos anatômicos impressos em 3D dos ossos do braço do paciente, que Lattanza foi capaz de examinar, manipular e consultar posteriormente durante a cirurgia.

A cirurgia foi realizada em abril. Primeiro, o rádio, que é o osso do antebraço que vai do lado do polegar do pulso até o cotovelo, foi corrigido e revestido com base no plano, e depois a ulna - o outro osso longo do antebraço - foi ajustada para garantir que a articulação do punho foi totalmente restaurado.

Embora o 3DC seja especializado no suporte a casos clínicos, engenheiros como Glennon podem colaborar em outros projetos na medicina. Os serviços de engenharia do 3DC incluem segmentação de dados de imagens médicas, criação e/ou modificação de modelos anatômicos digitais e análise 3D de tais modelos, projeto auxiliado por computador (CAD) de dispositivos médicos e/ou dispositivos de teste, preparação e/ou implantação de 3D modelos digitais em realidade estendida, impressão 3D e outras tarefas semelhantes.

“Queremos oferecer a melhor experiência possível ao paciente através do 3DC, ao mesmo tempo que permitimos que os cirurgiões alcancem o que parece impossível”, disse Glennon. “Com a tecnologia em constante evolução, estamos numa posição única para ajudar os médicos a adaptarem-se rapidamente para que todos beneficiem – e mais importante ainda, os pacientes.”

“Os cirurgiões são como pilotos de corrida, conduzindo o caso e conduzindo a cirurgia até a linha de chegada para o paciente”, acrescentou Glennon. “No entanto, vencer uma corrida requer apoio para capacitar os pilotos a fazerem o que fazem de melhor. A engenharia faz parte da equipe de pit da equipe de saúde.”

“Ajudamos os médicos a visualizar a patologia, oferecemos novas perspectivas e análises aprofundadas sobre planos cirúrgicos, agilizamos a cirurgia para garantir que as operações decorrem sem problemas e inovamos em dispositivos médicos para melhorar as experiências tanto para os cirurgiões como para os seus pacientes”, continuou ela. “Reconhecemos que cada corpo é diferente e, ao trazer tecnologia como esta para o hospital, equipamos as nossas equipas de saúde com o que necessitam para personalizar cada caso para melhor se adequar ao indivíduo.”

Até o momento, o 3DC apoiou cinco casos cirúrgicos ortopédicos envolvendo extremidades superiores e inferiores. Glennon também está em discussões com cirurgia plástica, radioterapia oncológica e outros departamentos sobre as muitas oportunidades de trazer engenharia e tecnologia para apoiar a eficácia do cirurgião e o atendimento ao paciente.

Impulsionado pelos rápidos avanços tecnológicos na impressão 3D e nas técnicas avançadas de visualização de imagens, o atendimento personalizado ao paciente está rapidamente se tornando popular na medicina. Serviços de engenharia internos dedicados podem reduzir os tempos de produção, apoiar iniciativas de inovação únicas e reduzir os custos globais para os sistemas de saúde.

Existem também usos incalculáveis para sessões de treinamento, oportunidades educacionais e maior convergência com inteligência artificial e realidade aumentada para continuar a desenvolver os conjuntos de habilidades de cirurgiões emergentes e experientes.

Embora este caso cirúrgico represente o primeiro do tipo em Yale, o trabalho está bem encaminhado para desenvolver este nicho de profissionais de engenharia médica capazes de apoiar os sistemas de saúde. Por meio de uma colaboração entre a Escola de Medicina de Yale, a Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Yale e o Departamento de Ortopedia e Reabilitação, Yale criou o primeiro mestrado do país em medicina personalizada e engenharia aplicada em 2022, concebido por Lattanza e Glennon com a colaboração e trabalho árduo de Daniel Wiznia, MD, professor associado de ortopedia e reabilitação; e Steven Tommassini, PhD, cientista pesquisador do departamento.

O programa de graduação avançada de um ano está treinando a próxima geração de engenheiros, cientistas da computação e profissionais médicos no uso de novas tecnologias em medicina e imagens 3D. Ao entrar no seu terceiro ano letivo neste outono, dezenas de estudantes aprenderam como desenvolver e aplicar tecnologia 3D para abordar condições cirúrgicas e médicas, com o objetivo de personalizar tratamentos de saúde para melhorar os resultados clínicos.

“Essa tecnologia nos permite tratar cada paciente como um indivíduo para formular um plano de tratamento, seja um plano cirúrgico ou um plano médico elaborado especificamente para aquele indivíduo, em vez de algo mais amplo ou geral”, disse Lattanza. “É também uma poderosa ferramenta de aprendizagem e pesquisa que quebra suposições que fizemos sobre vários problemas ortopédicos quando só podíamos vê-los e estudá-los em duas dimensões”.

“Há várias maneiras pelas quais isso afetará o atendimento ao paciente, seja no aspecto da impressão celular 3D ou na cirurgia individualizada. Também poderia levar a projetos que envolveriam melhores maneiras de educar os alunos que passam pela faculdade de medicina ou pela engenharia em termos de acesso à anatomia tridimensional.”