A impressão 3D pode permitir um melhor planejamento para implantes de disco cervical

Usando uma tomografia computadorizada de uma coluna, os pesquisadores criaram uma réplica impressa em 3D da coluna que poderia permitir cirurgias aprimoradas para implantes de disco cervical em pacientes com doença degenerativa do disco, de acordo com pesquisa publicada recentemente em Sensors . Pesquisadores liderados por Maohua Lin, PhD, da Florida Atlantic University (FAU), modificaram esta réplica da coluna para incluir um implante de disco artificial e um conjunto de sensores magnéticos macios e flexíveis. Os algoritmos de inteligência artificial (IA) foram capazes de detectar com precisão as cargas aplicadas e as posturas da coluna após a réplica da coluna ser manipulada por um braço robótico.

Ao usar essa abordagem para criar uma coluna "gêmea" personalizada, os cirurgiões podem visualizar e comparar os efeitos potenciais de diferentes intervenções cirúrgicas antes da cirurgia. "Além disso, o novo sistema pode ajudar a determinar se um dispositivo restrito, semiconstrangido ou irrestrito pode ser o mais adequado ou até mesmo um dispositivo de fusão", disse o autor sênior Dr. Frank Vrionis, do Marcus Neuroscience Institute da Baptist Health. "Após a cirurgia, a réplica da coluna também pode nos ajudar a estimar se há movimento suficiente no nível operado e possivelmente nos ajudar a determinar se precisamos alterar o programa de reabilitação para evitar calcificação e subsequente perda do movimento pretendido".

Os implantes de disco cervical são frequentemente usados ​​para tratar a doença degenerativa do disco, mas os cirurgiões precisam confiar principalmente em estudos de imagem - sem nenhum dado biomecânico - para determinar se um paciente é candidato ao procedimento e otimizar o tipo de prótese, de acordo com Os pesquisadores. Como resultado, os pacientes podem apresentar complicações e falha do implante.

Para ajudar os cirurgiões a obter uma prévia dos efeitos pós-operatórios de um implante de disco artificial antes da cirurgia, os pesquisadores usaram a tomografia computadorizada de um paciente para imprimir em 3D uma réplica de sua coluna. Eles então modificaram a réplica para incluir um implante de disco artificial e a equiparam com um conjunto de sensores magnéticos macios que podem detectar a localização e a amplitude das cargas aplicadas. Os pesquisadores também treinaram quatro algoritmos de aprendizado de máquina diferentes para classificar as cargas, amplitudes e posturas obtidas de cinco posturas diferentes acionadas roboticamente.

Eles descobriram que dois algoritmos - um modelo de floresta aleatória e uma rede neural artificial (RNA) - foram capazes de classificar os locais das cargas aplicadas a 3,25 mm de distância com uma precisão de 98,4% e 98,1%, respectivamente. A RNA também teve 94,5% de acerto para classificar um local que recebeu carga de 10 g.

Depois que a réplica da coluna de implante de disco artificial foi submetida a flexão e extensão por um braço robótico, os pesquisadores também descobriram que a ANN classificou com sucesso cinco posturas diferentes da coluna com 100% de precisão usando o conjunto de sensores magnéticos. "Todos os resultados indicaram que o conjunto de sensores magnéticos tem um potencial promissor para gerar dados antes de cirurgias invasivas que podem ser utilizados para avaliar no pré-operatório a adequação de uma determinada intervenção para pacientes específicos e potencialmente auxiliar no cuidado pós-operatório de pessoas com implantes de disco cervical," os autores escreveram.

No futuro, o sensor também poderia ser utilizado juntamente com exames de tomografia computadorizada para corrigir o desalinhamento da coluna vertebral, de acordo com os pesquisadores. “Nossa nova abordagem pode fornecer aos cirurgiões dados em primeira mão para comparar os efeitos de diferentes intervenções cirúrgicas para tratar doenças da coluna antes da cirurgia e potencialmente reduzir as taxas de complicação e falha do implante de disco artificial”, disse o coautor Chi-Tay. Tsai, PhD, da FAU em um comunicado.

Imagem: Uma réplica impressa em 3D de uma coluna pode permitir que os cirurgiões planejem melhor os implantes de disco cervical. Imagem cortesia da Florida Atlantic University.

Fonte: https://www.auntminnie.com/index.aspx?sec=sup&sub=adv&pag=dis&ItemID=134835