Přizpůsobené kostní aloštěpy pomocí 3D tisku (3D-MALF 2)

Studie je dvojitě zaslepená randomizovaná klinická studie a směřuje k dosažení srovnání geometrie a použití na operačním sále mezi ručně modelovanými kostními štěpy a kostními štěpy modelovanými pomocí CAD technik a přizpůsobených řezných vodítek realizovaných pomocí 3D tisku.

Kromě toho budou sledovány dva další cíle: (1) provést předběžnou analýzu managementu a výrobních nákladů přizpůsobených kostních štěpů a procesu generování pomocí VSP a 3D tisku modelů a pomůcek pro chirurgické zákroky, jako jsou sterilizovatelné PSI a GSI ; (2) k léčbě dětských pacientů trpících vrozenými malformacemi, které vyžadují komplexní multiplanární, multifokální a/nebo multisegmentální operaci korekce kosti plánující zákrok pomocí VSP a implantaci kostních štěpů vyrobených BTM s pomocí sterilizovatelných PSI vyrobených 3D tiskem.

Studie zahrnuje vytvoření klinicko-chirurgické cesty, rozdělené do různých na sebe navazujících kroků realizovaných částečně pomocí PED-IOR, pomocí BTM-IOR, DIN-UNIBO a diagnostické a intervenční radiologie (RAD-IOR).

Proces začíná výběrem pacienta pro studii PED-IOR. Po klinickém hodnocení pacienta a definici základní patologie a deformity, která má být léčena, pokud pacient splňuje kritéria pro zařazení, je identifikována hypotéza léčby a volba chirurgické techniky. Poté je cesta znázorněna pacientovi a rodině, také za účelem získání písemného informovaného souhlasu.

Jakmile je pacient zapsán, cesta zahrnuje radiologickou studii pacienta pomocí RAD-IOR. Jak vyžaduje běžná klinická praxe, kostní segmenty budou nejprve vyšetřeny panoramatickým rentgenem s případnými komparativy kontralaterální končetiny, poté bude provedeno předoperační CT vyšetření při velmi nízké dávce záření.

Diagnostická zobrazovací data léčených pacientů a kostních segmentů, která musí být zpracována z banky, budou uchovávána na počítači podnikové sítě a pseudoanonymizována podle aktuálních firemních postupů v souladu s aktuálními ustanoveními zákona o ochraně citlivé údaje (GDPR 2016/679). Zobrazovací data jsou zejména přejmenována pomocí jedinečného PatientID pro každého pacienta (soubor, který spojuje jméno pacienta s PatientID, bude chráněn heslem a bude uložen v podnikové síti). Pseudoanonymizované radiografické snímky budou segmentovány pomocí PED-IOR na počítači v nemocniční síti, čímž se získá soubor ve „Standard Triangulation Language“ (STL) pojmenovaný pomocí PatientID. Segmentace předoperačního CT bude získána pomocí pracovního postupu ověřeného námi pro klinické a chirurgické použití: soubor DICOM je zpracován a převeden pomocí softwaru s otevřeným zdrojovým kódem (3D-Slicer 4.11 nebo podobný software s bezplatnou licencí) na STL soubor, jehož formátový soubor je zcela anonymní a umožňuje trojrozměrné zobrazení dat. Soubor je nyní připraven k odeslání do DIN-UNIBO k realizaci chirurgické simulace, trojrozměrného plánování, 3D tisku modelů a PSI podle pokynů chirurga.

Trojrozměrné chirurgické plánování se provádí na souboru STL prostřednictvím nepřetržitého porovnávání mezi technikem DIN-UNIBO a chirurgem IRCCS-IOR. Chirurg předpokládá a navrhuje možné korekce, které je třeba provést, a také návrh PSI, který bude simulován na počítači pomocí open source nebo s akademickým licenčním softwarem pro návrh a trojrozměrné modelování, jako je Blender 2.8 nebo podobný. Inženýři zajistí „vykreslení“ plánované korekce a PSI, které budou tvořit základ pro přípravu modelů, štěpů a PSI/GSI, pokud to schválí chirurg.

Jakmile je definováno plánování a navrženy modely a PSI, inženýři DIN-UNIBO přistoupí k vypracování konkrétních zpráv s podrobnostmi o zásahu. Dále se budou zabývat 3D tiskem modelů a PSI technologií již ověřenou a aktuálně používanou na našem pracovišti pro provádění komplexních osteotomií. Konkrétně jsou modely převedeny na tiskový kód G-code (Ultimaker Cura v 4.13.1 nebo podobný) a poté 3D vytištěny v kyselině polylaktické při vysoké teplotě (HTPLA) pomocí vhodně nastavené 3D tiskárny. Celý proces již byl námi ověřen a umožňuje výrobu modelů a řezacích vodítek, které lze sterilizovat současnými modely autoklávu přítomnými v ústavu při 134 °C po dobu 50 minut.

Geometrie štěpu bude definována podle chirurgického plánování. Kostní tkáně, ze kterých budou štěpy odebrány, jsou odebírány dárci kadaveru, ošetřovány a skladovány v souladu se směrnicemi „Minimální organizační, strukturální a technologické požadavky Ústavu tkání na kvalitu a bezpečnost při dárcovství, odběru, kontrole , zpracování, konzervace, skladování a distribuce lidských tkání a buněk „Národního transplantačního centra. Muskuloskeletální tkáně distribuované BTM, bez ohledu na prováděné zpracování, jsou vždy zahrnuty do běžné klinické praxe, protože jsou z právního hlediska klasifikovány jako transplantace a nikoli jako zdravotnické prostředky.

V této fázi bude rovněž stanoven způsob výroby homologního kostního štěpu na základě randomizačních kritérií. Po virtuálním plánování operace se extrapolují hlavní míry navrženého štěpu. Konkrétně budou definovány dvě skupiny: Standardní skupina a GSI skupina.

Pro Standard Group, DIN-UNIBO extrapoluje z návrhu štěpu hlavní míry (délka, šířka, výška, tvar) a zašle dvourozměrný výkres štěpu do BTM k ručnímu zpracování. Operátoři provedou zpracování podle rutinních postupů a na základě obdržených informací získají požadovaný štěp.

Pro skupinu GSI poskytuje kostní banka řadu CT kostních segmentů z těch, které jsou k dispozici pro zpracování. Tyto kostní segmenty jsou rekonstruovány a porovnány s plánem, aby se nalezla nejlepší trojrozměrná shoda mezi plánovaným kostním štěpem a dostupnými segmenty, případně přizpůsobením plánu VSP na základě vybraného štěpu. Následně DIN-UNIBO navrhne modely a vodítka GSI řezání a vytiskne je 3D a následně je zašle do BTM-IOR spolu s označením segmentu ke zpracování. BTM-IOR provede sterilizaci GSI, která bude použita při zpracování štěpu v čistých prostorách. Segmenty budou opracovány oscilační pilou s použitím přizpůsobených modelů a řezných vodítek (GSI).

Získané štěpy, bez ohledu na skupinu, do které patří, budou sterilně zabaleny podle standardních postupů BTM-IOR, včetně pouze indikace směru implantátu, aby operatér neměl žádnou indikaci o způsobu přípravy . Operace bude provedena podle stanoveného předoperačního plánování s použitím štěpu a PSI vyrobeného pro konkrétní případ.

Aby bylo možné získat srovnání velikosti a tvaru mezi plánovaným štěpem a štěpem vyrobeným v čisté místnosti, musí být na počítači k dispozici jeho trojrozměrná rekonstrukce. Vzhledem k tomu, že BTM-IOR musí zaručit sterilitu štěpu a že technologie 3D skenování vhodné pro použití v čistých prostorách nejsou v současné době v IOR k dispozici, bude realizováno CT skenování zabalených štěpů, protože obal je téměř radiotransparentní. CT skeny budou prováděny vložením štěpů do protokolu skenování tkáně banky, a proto nejsou nutné žádné další zdroje k provedení tohoto postupu pomocí IOR. CT vyšetření štěpů bude prováděno na zařízení GE Revolution 64 Slice Dual Energy as tloušťkou vrstvy menší než 1 mm, aby byla k dispozici data umožňující spolehlivá měření a trojrozměrné rekonstrukce. CT snímky štěpu budou použity pro 3D rekonstrukci, která bude využita k extrakci hlavních měření pomocí CAD softwaru. Tato měření jsou klinicky nejvýznamnější a budou porovnána se stejnými měřeními plánovaného štěpu.

Navíc dostupnost geometrie implantovaného štěpu také umožňuje provádět analýzu objemových rozdílů pomocí softwaru pro porovnávání mračna bodů, jako je Meshlab nebo CloudCompare. Jako doplňková kontrola správné výroby štěpu podle harmonogramu budou hlavní rozměry štěpu ještě změřeny v čistém prostoru sterilním měřidlom, bezprostředně po zpracování a před balením.

Studium bude trvat čtyři roky od jeho schválení. Sledování je stanoveno na jeden rok. V průběhu prvních tří let studie bude probíhat zápis a provádění intervencí, přičemž poslední rok je určen pro uzavření sledování posledních léčených pacientů.

Shromážděná data budou analyzována pomocí SPSS v. 22. Bude vypracována předběžná analýza a popisná zpráva k vyjádření: geometrických rozdílů mezi plánovaným a realizovaným štěpem; demografické a klinické proměnné pacientů; typ deformity, umístění a stupeň naměřené na panoramatických rentgenových snímcích a CT, porovnáním s kontralaterální končetinou (nebo s běžnými fyziologickými parametry populace v případě oboustranné deformity); stupeň a charakteristika plánované korekce pomocí VSP; metody, načasování, náklady a problémy související s přípravou VSP, výběr štěpu, který má být zpracován, zpracování přizpůsobeného kostního štěpu, tisk instrumentace (jako jsou vodítka řezání), operační časy, krevní ztráty, jakékoli intra- operační a perioperační komplikace, problémy související s řezáním vodítek a kostními štěpy; korekce dosažená při pooperační kontrole; klinicko-funkční výsledek po jednom roce sledování (přesnost získané pooperační korekce ve srovnání s plánováním pomocí analýzy spolehlivosti).

K popisu studijních proměnných budou použity frekvence, průměry, mediány, mezikvartilové rozsahy a standardní odchylky. Rozdíly mezi skupinami budou hodnoceny pomocí chí-kvadrát testu pro kategorické proměnné a t-Studentova testu nebo Mann-Whitneyho U testu pro nezávislé výběry pro spojité proměnné.

Před podpisem souhlasu nebude prováděn žádný sběr dat a procedura/analýza. Citlivé údaje zpracuje v souladu s platnou legislativou vedoucí studie. Kromě toho mohou účastníci kdykoli odvolat svůj souhlas s účastí bez jakýchkoli následků. Ochrana osobních údajů poskytnutých subjekty bude probíhat podle aktuální legislativy o ochraně osobních údajů. V souladu s mezinárodní legislativou na ochranu údajů budou přijata tato opatření: papírový materiál bude uložen ve vyhrazených skříňkách, které jsou uzamčené a nepřístupné neoprávněným osobám; v koordinačním centru IRCCS Istituto Ortopedico Rizzoli budou všechna data uložena v digitálním formátu v SC Ortopedia e Traumatologia Pediatrica s přístupem povoleným pouze s heslem.

Všichni zahrnutí pacienti budou označeni číselným kódem pro pseudoanonymizaci citlivých pacientů. Údaje budou výzkumným pracovníkem uchovávány po dobu nezbytnou pro vědeckou produkci. Aby byla zaručena důvěrnost údajů z klinických hodnocení, jak to vyžaduje platná národní a evropská legislativa, budou údaje přístupné pouze předkladateli studie a jím určeným osobám pro účely monitorování/auditních postupů, zkoušejícímu a spolupracovníkům, Etické komisi centru, kde se výzkum provádí, a příslušným zdravotnickým úřadům. Zkoušející a Ústav umožní přístup k údajům a zdrojové dokumentaci pro monitorování, audit, přezkoumání Etickou komisí a kontroly ze strany Zdravotního úřadu, avšak zachová důvěrnost osobních údajů v souladu s platnou legislativou.