Индивидуальные костные аллотрансплантаты с помощью 3D-печати (3D-MALF 2)

Исследование представляет собой двойное слепое рандомизированное клиническое испытание и направлено на сравнение геометрии и использования в операционной между костными трансплантатами, смоделированными вручную, и костными трансплантатами, смоделированными с использованием методов САПР и индивидуальных направляющих для резки, реализованных с помощью 3D-печати.

Кроме того, будут преследоваться две другие цели: (1) провести предварительный анализ затрат на управление и производство индивидуальных костных трансплантатов и процесса генерации с использованием VSP и 3D-печати моделей и вспомогательных средств для хирургических вмешательств, таких как стерилизуемые PSI и GSI. ; (2) для лечения детей с врожденными пороками развития, требующих проведения сложных многоплоскостных, мультифокальных и/или мультисегментарных операций по коррекции костной ткани, планирования вмешательства с использованием ВСП и имплантации костных трансплантатов производства БТМ с помощью стерилизуемых ФСИ, изготовленных методом 3D-печати.

Исследование включает в себя создание клинико-хирургического пути, разделенного на различные последовательные этапы, реализованные частично с помощью PED-IOR, BTM-IOR, DIN-UNIBO и диагностической и интервенционной радиологии (RAD-IOR).

Процесс начинается с отбора пациента для исследования методом PED-IOR. После клинической оценки пациента и определения основной патологии и деформации, подлежащих лечению, если пациент соответствует критериям включения, определяется гипотеза лечения и выбор хирургической техники. Затем пациенту и его семье демонстрируется путь, также с целью получения письменного информированного согласия.

После того, как пациент зачислен, путь включает рентгенологическое исследование пациента с помощью RAD-IOR. Как требует обычная клиническая практика, костные сегменты сначала исследуют с помощью панорамного рентгена с любыми сравнительными изображениями контралатеральной конечности, затем проводят предоперационную компьютерную томографию при очень низкой дозе облучения.

Данные диагностической визуализации пролеченных пациентов и костных сегментов, которые должны быть обработаны из банка, будут храниться на сетевом компьютере компании и псевдоанонимизироваться в соответствии с текущими процедурами компании в соответствии с последними положениями закона о защите конфиденциальные данные (GDPR 2016/679). В частности, данные визуализации переименовываются с использованием уникального идентификатора пациента для каждого пациента (файл, связывающий имя пациента с идентификатором пациента, будет защищен паролем и хранится в сети компании). Псевдоанонимизированные рентгенографические изображения будут сегментированы с помощью PED-IOR на компьютере в сети больницы, получив файл на «стандартном языке триангуляции» (STL) с именем PatientID. Сегментация предоперационной КТ будет получена с использованием рабочего процесса, утвержденного нами для клинического и хирургического использования: файл DICOM обрабатывается и преобразуется с помощью программного обеспечения с открытым исходным кодом (3D-Slicer 4.11 или аналогичного программного обеспечения со свободной лицензией) в STL. файл, формат которого является полностью анонимным и позволяет отображать данные в трехмерном виде. Теперь файл готов к отправке в DIN-UNIBO для проведения хирургического моделирования, трехмерного планирования, 3D-печати моделей и PSI в соответствии с инструкциями хирурга.

Трехмерное хирургическое планирование выполняется в файле STL посредством непрерывного сравнения между инженером DIN-UNIBO и хирургом IRCCS-IOR. Хирург выдвигает гипотезу и предлагает возможные исправления, которые необходимо внести, а также дизайн PSI, который будет смоделирован на компьютере с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом или с академическими лицензиями для проектирования и трехмерного моделирования, такого как Blender 2.8 или аналогичный. Инженеры обеспечат «визуализацию» запланированной коррекции и PSI, которые станут основой для подготовки моделей, трансплантатов и PSI/GSI, если они одобрены хирургом.

После определения планирования и разработки моделей и PSI инженеры DIN-UNIBO приступят к составлению конкретных отчетов с подробным описанием вмешательства. Они также будут заниматься 3D-печатью моделей и PSI с использованием уже проверенной технологии, которая в настоящее время используется в нашем отделении для выполнения сложных остеотомий. В частности, модели преобразуются в код печати G-кода (Ultimaker Cura v 4.13.1 или аналогичный), а затем печатаются на 3D-принтере из высокотемпературной полимолочной кислоты (HTPLA) с использованием 3D-принтера с соответствующей настройкой. Весь процесс уже был нами проверен и позволяет производить модели и направляющие для резки, которые можно стерилизовать с помощью существующих моделей автоклавов, имеющихся в институте, при температуре 134 ° C в течение 50 минут.

Геометрия трансплантата будет определена в соответствии с хирургическим планом. Костные ткани, из которых будут получены трансплантаты, берут от трупного донора, обрабатывают и хранят с соблюдением методических указаний «Минимальные организационные, структурные и технологические требования институтов тканей к качеству и безопасности при донорстве, закупке, контроле». , обработка, консервация, хранение и распространение тканей и клеток человека» Национального центра трансплантологии. Скелетно-мышечные ткани, распространяемые BTM, независимо от выполняемой обработки, всегда включаются в обычную клиническую практику, поскольку они юридически классифицируются как трансплантаты, а не как медицинские устройства.

На этом этапе также будет назначен метод производства гомологичного костного трансплантата на основе критериев рандомизации. После виртуального планирования операции экстраполируются основные параметры спроектированного трансплантата. В частности, будут определены две группы: стандартная группа и группа GSI.

Для стандартной группы DIN-UNIBO экстраполирует из проекта трансплантата основные размеры (длина, ширина, высота, форма) и отправит двухмерный чертеж трансплантата в BTM для ручной обработки. Операторы будут выполнять обработку в соответствии с рутинными процедурами, получая необходимый трансплантат на основе полученной информации.

Для группы GSI костный банк предоставляет серию КТ костных сегментов из доступных для обработки. Эти костные сегменты реконструируются и сравниваются с планом, чтобы найти наилучшее трехмерное соответствие между запланированным костным трансплантатом и доступными сегментами, возможно, адаптируя график VSP на основе выбранного трансплантата. Впоследствии DIN-UNIBO спроектирует модели и направляющие для резки GSI и напечатает их на 3D-принтере, а затем отправит их в BTM-IOR вместе с указанием обрабатываемого сегмента. BTM-IOR выполнит стерилизацию GSI, который будет использоваться в чистой комнате для обработки трансплантата. Сегменты будут обрабатываться вибрационной пилой с использованием индивидуальных моделей и направляющих для резки (GSI).

Полученные трансплантаты, независимо от того, к какой группе они принадлежат, будут стерильно упакованы в соответствии со стандартными процедурами BTM-IOR, включая только указание направления импланта, чтобы не давать никаких указаний хирургу о способе препарирования. . Операция будет проводиться в соответствии с установленным предоперационным планом с использованием трансплантата и PSI, изготовленных для конкретного случая.

Для сравнения размера и формы планируемого трансплантата и трансплантата, изготовленного в чистой комнате, на компьютере должна быть доступна трехмерная реконструкция последнего. Поскольку BTM-IOR должен гарантировать стерильность трансплантата, а технологии 3D-сканирования, подходящие для использования в чистых помещениях, в настоящее время недоступны в IOR, будет реализовано КТ-сканирование упакованных графтов, поскольку упаковка почти радиопрозрачна. КТ-сканирование будет выполняться с вставкой трансплантатов в протокол сканирования тканей банка, поэтому для выполнения этой процедуры IOR не требуются дополнительные ресурсы. КТ-исследования трансплантатов будут выполняться на оборудовании GE Revolution 64 Slice Dual Energy с толщиной слоя менее 1 мм, чтобы иметь данные, позволяющие проводить надежные измерения и трехмерные реконструкции. КТ-изображения трансплантата будут использоваться для 3D-реконструкции, которая будет использоваться для извлечения основных измерений с помощью программного обеспечения САПР. Эти измерения являются наиболее клинически значимыми и будут сравниваться с такими же измерениями планируемого трансплантата.

Кроме того, наличие геометрии имплантированного трансплантата также позволяет выполнять объемный анализ различий с использованием программного обеспечения для сравнения облаков точек, такого как Meshlab или CloudCompare. В качестве дополнительной проверки правильности изготовления трансплантата по графику основные размеры трансплантата по-прежнему будут измеряться в чистом помещении стерильным манометром, сразу после обработки и перед упаковкой.

Продолжительность исследования составит четыре года с момента его утверждения. Срок наблюдения установлен в один год. В течение первых трех лет исследования будет происходить зачисление и выполнение вмешательств, а последний год предназначен для завершения наблюдения за последними пролеченными пациентами.

Собранные данные будут проанализированы с использованием SPSS v. 22. Предварительный анализ и описательный отчет будут составлены для выражения: геометрических различий между запланированным и реализованным трансплантатом; демографические и клинические параметры пациентов; тип, локализация и степень деформации по данным панорамных рентгенограмм и КТ в сравнении с контрлатеральной конечностью (или с общепопуляционными физиологическими параметрами при двусторонней деформации); степень и характеристики планируемой коррекции с помощью ВСП; методы, сроки, затраты и проблемы, связанные с подготовкой VSP, выбором трансплантата для обработки, обработкой индивидуального костного трансплантата, печатью инструментов (таких как направляющие для резки), временем операции, кровопотерей, любыми интра- операционные и периоперационные осложнения, проблемы, связанные с нарезкой шаблонов и костной пластикой; коррекция, полученная при послеоперационном контроле; клинико-функциональный результат через год наблюдения (точность полученной послеоперационной коррекции по сравнению с планированием посредством анализа достоверности).

Для описания переменных исследования будут использоваться частоты, средние значения, медианы, межквартильные размахи и стандартные отклонения. Различия между группами будут оцениваться с использованием критерия хи-квадрат для категориальных переменных и t-критерия Стьюдента или U-критерия Манна-Уитни для независимых выборок для непрерывных переменных.

Сбор данных и процедура/анализ не будут проводиться до подписания согласия. Конфиденциальные данные будут обрабатываться в соответствии с действующим законодательством руководителем исследования. Кроме того, участники могут отозвать свое согласие на участие в любое время без каких-либо последствий. Защита персональных данных, предоставленных субъектами, будет осуществляться в соответствии с действующим законодательством о защите персональных данных. В соответствии с международным законодательством о защите данных будут приняты следующие меры: бумажные материалы будут храниться в специальных шкафчиках, которые запираются и недоступны для посторонних лиц; в координационном центре IRCCS Istituto Ortopedico Rizzoli все данные будут храниться в цифровом формате в SC Ortopedia e Traumatologia Pediatrica с доступом, разрешенным только с помощью пароля.

Все включенные пациенты будут идентифицированы числовым кодом для обеспечения псевдоанонимности. Данные будут храниться исследователем в течение времени, необходимого для научного производства. Чтобы гарантировать конфиденциальность данных клинических испытаний, как того требует применимое национальное и европейское законодательство, данные будут доступны только организатору исследования и назначенным им лицам, для процедур мониторинга/аудита, исследователю и сотрудникам, Комитету по этике центр, в котором проводится исследование, и в соответствующие органы здравоохранения. Исследователь и Институт разрешат доступ к данным и исходной документации для мониторинга, аудита, рассмотрения Комитетом по этике и проверок Органом здравоохранения, но сохраняя конфиденциальность персональных данных в соответствии с действующим законодательством.