Anteriormente, o ensino e o treinamento cirúrgico dependiam de ilustrações de livros didáticos, imagens 2D, testes em animais e um modelo de aprendizagem que envolvia longos períodos de observação antes da experiência prática com procedimentos raros. Os recentes avanços na impressão 3D oferecem a médicos e pesquisadores as ferramentas para criar modelos anatômicos específicos para cada paciente e condição, com fins de ensino e pesquisa. “Usamos tecnologia e materiais de impressão 3D para criar um ambiente vascular realista que não seria possível de outra forma”, disse Mike Springer, diretor de operações e empreendedorismo do Jacobs Institute.
Em vez de esperar para treinar novos procedimentos, os médicos do Jacobs Institute utilizam modelos impressos em 3D de pacientes com AVC, coágulos, aneurismas e outras patologias para desenvolver habilidades cirúrgicas em um ambiente sem riscos. Os modelos são personalizados para apresentar uma variedade de anatomias, de modo que os médicos participantes sejam expostos aos limites do que encontrarão ao tratar pacientes vivos. “Os modelos vasculares em 3D representam um novo paradigma para o treinamento da próxima geração de médicos.
Esse paradigma inclui simulação cirúrgica e endovascular, além da avaliação de habilidades, antes que os médicos sejam autorizados a tratar pacientes”, afirmou o Dr. L. Nelson Hopkins, fundador do Jacobs Institute e do Gates Vascular Institute. O treinamento com modelos impressos em 3D pode ser realizado praticamente em qualquer lugar, evitando o custo e a complexidade de operar em ambientes controlados, necessários para animais e cadáveres humanos. Não são
necessárias instalações com controles de risco biológico, armazenamento refrigerado ou cuidados no local, o que reduz significativamente os custos de treinamento. Além disso, os modelos impressos em 3D podem imitar uma variedade de tecidos de forma mais realista do que cadáveres processados, que já não mantêm a sensação de tecido vivo. Os modelos podem incorporar pontos de acesso, sensores e simulação de fluxo sanguíneo, possibilitando um treinamento altamente dinâmico e interativo. É possível programar complicações no modelo para garantir que a primeira vez que um trainee enfrente um desafio complexo não seja com um paciente na mesa de exame.
A impressão 3D permite que o Jacobs Institute acelere e aprimore o projeto de dispositivos médicos. A equipe do CTRC também facilita os testes pré-clínicos para validação de produtos, utilizando modelos anatômicos personalizados para coletar feedback sobre o desempenho dos dispositivos. Quanto mais cedo os fabricantes de dispositivos médicos obtiverem insights sobre o desempenho clínico e as interações dos dispositivos com a anatomia do paciente, mais rapidamente poderão responder com alterações no projeto antes dos ensaios clínicos. Os testes de validação pré-clínica são significativamente aprimorados quando os médicos podem avaliar os dispositivos em modelos anatômicos realistas que simulam com precisão o desempenho clínico.
“Recentemente, testamos a eficácia com que um determinado dispositivo poderia atingir o cérebro, dependendo da tortuosidade da anatomia. Projetamos uma série de modelos com diferentes níveis de tortuosidade e, em seguida, testamos os dispositivos”, disse o Dr. Adnan Siddiqui, diretor médico do Jacobs Institute, vice-presidente e professor de neurocirurgia na Universidade de Buffalo, e diretor do serviço de neurocirurgia para AVC da Kaleida Health. “Isso é impossível de se fazer em animais e pacientes, mas a impressão 3D facilita o processo, tornando-o mais ágil e simplificado.” Além de melhorar o desempenho de novos dispositivos no tratamento de pacientes, o feedback inicial que os projetistas obtêm a partir de testes em anatomia real permite que evitem testes em animais, que são caros e potencialmente malsucedidos.
Ao se prepararem para os casos mais desafiadores encaminhados ao GVI e ao CTRC, os médicos recorrem à impressão 3D. Utilizando as mesmas técnicas desenvolvidas na confecção de modelos anatômicos para treinamento e testes de dispositivos, a equipe do Jacobs Institute utiliza imagens de exames dos pacientes para criar modelos físicos com o objetivo de planejar procedimentos, comunicar-se com as equipes cirúrgicas, orientar os pacientes e suas famílias e praticar o procedimento antes de entrar na sala de cirurgia. A conversão da anatomia real do paciente em modelos 3D realistas permite que os médicos integrem pistas visuais e táteis ao seu plano cirúrgico.
“A impressão 3D é valiosa no planejamento de procedimentos complexos com uma equipe. Sem ela, nos preparamos para complicações apenas com base na teoria”, disse Vijay Iyer, M.D., Ph.D. “Muitas vezes, apesar do melhor planejamento teórico, nos deparamos com circunstâncias em que não sabemos o que fazer.”
Os modelos físicos permitem que a equipe teste teorias e identifique possíveis complicações antes que o paciente seja levado à mesa de operação e o tempo se torne crítico. Em um caso recente de tratamento de uma paciente com aneurisma cerebral, a equipe conseguiu avaliar a adequação de sua solução cirúrgica antes da implementação.
“Originalmente, nosso plano era tratar o aneurisma dela com uma cesta metálica chamada ‘web device’, que seria inserida no aneurisma por meio de um tubo minúsculo. Nesse caso, conseguimos tentar implantar esse ‘web device’ e descobrimos que não iria funcionar. Com base no modelo 3D, conseguimos antecipar possíveis complicações e elaborar uma maneira muito mais adequada de tratar o aneurisma”, disse o Dr. Siddiqui.
Ciprian Ionita, Ph.D., é professor assistente de pesquisa em engenharia biomédica e neurocirurgia na Universidade de Buffalo. Sua equipe no Instituto Jacobs utiliza regularmente uma impressora 3D para criar acessórios personalizados para equipamentos científicos e experimentos. “Ao usar nossa impressora interna, não dependemos de oficinas mecânicas externas, o que geraria atrasos e custos. A maioria desses acessórios e componentes pode ser impressa em 3D em poucas horas”, disse o Dr. Ionita. A alta resolução característica da tecnologia PolyJet™ oferece a precisão necessária no laboratório.
Para componentes de raios X de alta tecnologia, a equipe projetou e imprimiu em 3D um invólucro que abriga um dispositivo de acoplamento de mudança multiplicadora de elétrons, os componentes ópticos de transmissão e os componentes eletrônicos do sistema de resfriamento Peltier. O sistema deve operar a uma temperatura próxima de zero grau Celsius, garantindo ao mesmo tempo um acoplamento óptico perfeito, e a impressão com o material de impressão 3D Durus permite lidar com essa variação de temperatura. A equipe de pesquisa do Dr. Ionita também imprimiu em 3D invólucros personalizados para um sistema de microtomografia computadorizada (microCT), suportes para digitalização e seccionamento de tecidos e outros dispositivos para auxiliar na pesquisa de laboratório, de forma rápida e sem a necessidade de terceirização onerosa.
