Impressão 3D de guias de corte específicas para a Artroplastia Total do Joelho

Abstract

Na maioria dos casos clínicos, a simples utilização de exames convencionais de diagnóstico médico, tais como tomografia computorizada (TC) ou imagem por ressonância magnética (IMR), é suficiente para prever e planear as intervenções cirúrgicas. No entanto, em alguns casos, um modelo físico do orgão do doente pode auxiliar o cirurgião na preparação da cirurgia.A utilização de fabricação aditiva, também conhecida como impressão 3D, em cirurgia pode ser dividida em três grupos: fabricação aditiva de modelos de orgãos antes da cirurgia para planeamento cirúrgico, fabricação aditiva de guias específicas do doente para substituir as guias de tamanho padrão e fabricação aditiva de implantes específicos do doente que são implementados no corpo deste.Esta dissertação foca-se principalmente no primeiro e segundo grupos. O principal objetivo do estudo é obter o conhecimento de todo o processo que envolve a fabricação aditiva no planeamento e execução da cirurgia. Numa primeira fase, esta inclui a avaliação de ficheiros DICOM, a transferência destes para um modelo CAD 3D, a preparação do modelo para fabricação aditiva e a sua impressão real. Enquanto este conhecimento nos prepara modelos digitais dos órgãos dos doentes, numa segunda fase desta dissertação, focámo-nos na preparação de guias específicas do doente. Como caso de estudo focámo-nos na Artroplastia Total do Joelho (ATJ). O objetivo é, então, desenvolver as guias específicas do doente, que encaixam precisamente nas dimensões do joelho do mesmo, e imprimi-las.Estas guias são específicas para um caso específico, ou seja, são de uso único e exclusivo para o doente em questão e são utilizadas na ATJ para fazer os cortes no joelho, onde a prótese é implantada. Para isso, é necessário um estudo intensivo do estado da arte, a compreensão de todo o procedimento efetuado durante a cirurgia, a aprendizagem acerca dos softwares utilizados e, por fim, a avaliação da viabilidade, quer do modelo, quer das respetivas guias de corte.

In most clinical cases, the mere use of conventional medical diagnostic exams such as computed tomography or magnetic resonance imaging is sufficient to predict and plan surgical interventions. However, in some cases, a physical model of the patient organ can assist the surgeon in preparation of the surgery.Utilization of Additive Manufacturing (AM), also known as 3D printing, in surgery can be roughly divided into three groups: AM of organ models prior to the surgery for surgery planning, AM of patient specific gauges to replace standard-sized gauges, and AM of the patient specific organ replacements to be implanted in the patients body.This dissertation mainly focuses on the first and second groups. The main objective of the dissertation is to gain the know-how of the whole process of involving AM in surgery planning and execution. In the first phase, this includes evaluation of DICOM files, transferring these files to a 3D CAD model, preparation of the model for AM, and their actual printing. While such a know-how let us prepare digital models of the patients organs, in the second phase of this dissertation, we focus on preparation of patient specific gauges. As a case study we focus on Total Knee Arthroplasty. The objective is then set to develop patient specific gauges, that precisely matches the patient knee dimensions, and print them.These guides are specific to a specific case, that is, they are of sole use and exclusive to the patient in question, and are used in total knee arthroplasty to make the cuts in the knee, where the prosthesis is to be implanted. This requires an intensive study of the state of the art, an understanding of the whole procedure performed during the surgery, the learning about the softwares used, and finally the evaluation of the feasibility of both the model and cutting guides.