I progetti

Stampa 3D nel futuro della Sanità: ecco gli usi pratici e i vantaggi

Dall’implantologia ortopedica all’odontoiatria, passando per la cardiochirurgia pediatrica. Sono diversi gli ambiti in cui la stampa 3D potrà migliorare il futuro della Sanità, in termini di qualità delle cure, degli outcome e della vita dei pazienti

11 Giu 2020
Marco Mencacci

Sistema Informatico Azienda Ospedaliera Santa Maria della Misericordia Perugia

Alfiero Ortali

Direttore UOC Sistemi e Tecnologie Informatiche e di Comunicazione - Asl Roma1

Alessandro Ricci

fondatore e presidente di 3DIFIC srl

Gianluca Rossi

ordinario di Misure Meccaniche e Termiche presso la Facoltà di Ingegneria di Perugia

3d bioprinting

Una delle frontiere più interessanti e promettenti della stampa 3D è l’ambito sanitario, un settore in cui le possibili applicazioni aprono scenari sconvolgenti. È possibile ad esempio prelevare le immagini di una TAC o risonanza, a partire da queste creare un modello tridimensionale, disegnare una protesi su misura o un arto sostitutivo e vedere l’oggetto creato prendere forma, pronto per essere impiantato sul paziente.

In tal modo si rendono di fatto gli interventi molto più rapidi, semplici, precisi e confortevoli per il paziente, rispetto all’utilizzo di dispositivi generici riadattati.

Per quanto riguarda l’Italia, l’utilizzo è ancora limitato ma i risultati sono sorprendenti e molte delle nostre università stanno investendo in progetti di ricerca e spin-off dedicati a questo settore. Nell’ultimo periodo, poi, è molto cambiato anche l’atteggiamento delle direzioni delle Aziende Sanitarie e c’è una sempre maggiore apertura all’introduzione di questa tecnologia.

Le possibilità della stampa 3D in ambito medico

Le possibilità in campo medico non si limitano solo alla chirurgia ma sono a 360° e, per certi versi, ancora da esplorare. Partiamo da quanto già realizzato:

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  • Impiego sul paziente: protesi ortopediche, odontoiatriche, maxillo-facciali o vascolari, guide chirurgiche
  • Supporti bioassorbibili per riparazione di lesioni
  • Repliche anatomiche di lesioni corporee ricavate a partire dalle immagini TAC per una valutazione preoperatoria o utilizzate a fini didattici
  • Supporti per radioterapia.

La qualità dei pezzi prodotti è altissima e l’innovazione tecnologica permette, giorno dopo giorno, risultati più precisi a costi sempre minori. Una stampante 3D che fino a tre anni fa era appannaggio di pochi è ora acquistabile anche su Amazon, a circa trecento euro. Facendo lo stesso paragone, tecnologie che oggi definiamo d’avanguardia tra qualche anno saranno uno standard ed è importante comprendere e cavalcare questo cambiamento, sia come Aziende Sanitarie che come Università, anche creando nuove sinergie tra questi due sistemi.

A Perugia in questo settore si sono sviluppate competenze molto alte in ambito medico, che stanno dando luogo a un virtuoso processo di trasferimento tecnologico.

Progetti congiunti nelle aree mediche e ingegneristiche

In particolare, le aree mediche e ingegneristiche, ciascuna partita dal proprio ambito di interesse e stanno ora sviluppando progetti congiunti.

Si sono così incontrati il professor Gianluca Rossi, ordinario di Misure Meccaniche e Termiche presso la Facoltà di Ingegneria e presidente del consorzio interuniversitario TUCEP, e Alessandro Ricci, fondatore e presidente di 3DIFIC srl, già Spin-off accademico del Dipartimento di Scienze Chirurgiche e Biomediche dell’Ateneo.

Il gruppo è attivo sia nella ricerca scientifica che nella realizzazione di manufatti 3D. Tra quelli realizzati ed utilizzati sui pazienti è possibile citare l’implantologia ortopedica, dispositivi per brachiterapia (attività che ha dato luogo al primo studio mondiale sul tema), procedure innovative per l’analisi dell’aggressività dei tumori alla prostata (in collaborazione con il Dipartimento di Radiologia), numerose soluzioni per l’odontoiatria e protesi d’anca in titanio “custom made” per cani, a partire dalla TAC (con la facoltà di Veterinaria), dimostrando come sia possibile con tecniche di misura specifiche, creare anche delle protesi “custom made” di anca e testa femore umane.

Il principale supporto scientifico del gruppo di ricerca del dipartimento di Ingegneria del prof Gianluca Rossi è stato lo sviluppo di particolari e specifiche nuove tecniche di misura per l’ottimizzazione di oggetti, protesi e componenti realizzati mediante la manifattura additiva, mentre 3DIFIC ha ora raggiunto un livello europeo nella segmentazione di TAC, risonanze magnetiche ed ecografie 3D, che ha richiamato l’attenzione dall’Almazov Medical Research Centre di San Pietroburgo, uno dei più importanti poli mondiali per la cardiochirurgia pediatrica, con il quale la società perugina sta sviluppando un innovativo approccio alle procedure cardiochirurgiche, che è stato presentato a Maastricht il prossimo 4 febbraio.

La risonanza del lavoro svolto è stata tale nel mondo scientifico che la società olandese Jakajima ha organizzato il secondo evento europeo del 3D Medical Printing Conference & Expo presso il Dipartimento di Scienze Chirurgiche e Biomediche il 9 luglio dello scorso anno e ha visto, oltre a 3DIFIC, partecipanti provenienti da tutto il mondo per presentare i risultati più importanti raggiunti da questa straordinaria tecnologia.

I vantaggi dell’utilizzo di questa tecnologia a beneficio dei pazienti sono notevoli: la riduzione della durata delle operazioni chirurgiche, con conseguente ridotta occupazione della sala operatoria, minore tempo di sedazione e ridotta perdita ematica; una più esatta corrispondenza tra fase di pianificazione e fase di esecuzione della procedura medica, che può essere elaborata nella tranquillità di uno studio prima della vera fase chirurgica. Inoltre, ma l’elenco potrebbe proseguire, la disponibilità di repliche di casi reali accelera in maniera straordinaria la formazione degli specializzandi e la formazione continua dei medici.

Conclusioni

Guardando al futuro più prossimo, la disponibilità di immagini 3D propedeutiche alla fase di stampa rende più accessibili altri ambiti evolutivi al centro del processo di sviluppo tecnologico, a partire dalla realtà virtuale, la realtà aumentata e l’intelligenza artificiale.

La possibilità di “personalizzare” i dispositivi e le cure per i pazienti è un’occasione da cogliere per il Sistema Sanitario Nazionale perché coniuga il miglioramento della qualità delle cure, degli outcome e della qualità della vita dei pazienti, con il risparmio e l’abbattimento del rischio rispetto all’acquisto, stoccaggio e adattamento di dispositivi generici.

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BIBLIOGRAFIA

Capponi L.; Quattrocchi A.; Alizzio D.; Tocci T.; Marsili R.; Montanini R.; Rossi G. Stress and strain non-contact measurements on complex structures realized by additive manufacturing. Atti del III Forum Nazionale delle Misure, Perugia 12-14 settembre 2019.

R. Fioretti, R. Marsili, R. Montanini, A. Quattrocchi, G. Rossi, Sviluppo di tecniche di misura di campi di stress e strain su strutture trabecolari metalliche realizzate in manifattura additiva, I Forum Nazionale delle Misure, 2017

Gloria Allevi, Franco Docchio, Simone Pasinetti, Gianluca Rossi, Paolo Castellini, Roberto Marsili, Antonino Quattrocchi, Giovanna Sansoni, Paolo Chiariotti, Roberto Montanini, Roberto Rossetti, Enrico Primo Tomasini, Qualification of additive manufactured trabecular structures using a multi-instrumental approach, IEEE I2MTC, May 20-23, 2019, Auckland, New Zealand, premiato best paper alla conferenza, 2019

Bone tissue engineering and 3-d printing and reconstruction of skeletal damages for animals and humans. In European Biotechnology Congress, Leonardi, Leonardo; Piro, Federica; Bellezza, Enrico; Marsili, Roberto; Mechelli, Luca; Pannaioli, 2016.

Additive manufacturing and advanced testing techniques applied to bone reconstructive sciences in animals and humans.. In Easy Chair SISVET 2015. In SISVET ANNUAL MEETING SELECTED ABSTRACTS vol. 69, Leonardi, Leonardo; Piro, Federica; Pannaioli, Valentina; Bellezza, Enrico; Marsili, Roberto; 2015.

Advanced and non contact measurement and testing of materials of additive manifactured components. Gianluca Rossi, pp.63-63. In BIT’s 4th annual world congress of advanced materials, ChonQuing, China, , 2015

Leonardi Leonardo, Piro Federica, Pannaioli Valentina, Bellezza Enrico, Marsili Roberto, Angeli Giovanni, Bucci Andrea, Moretti Michele, Rossi Gianluca (2015). Additive manufacturing and advanced testing techniques applied to bone reconstructive sciences in animals and humans.. In: Easy Chair SISVET 2015. SISVET annual meeting selected abstracts, SISVET, Perugia, 15-17 giugno 2015.

Individual 3-dimensional printed mold for treating hard palate carcinoma with brachytherapy: A clinical report.

Lancellotta V, Pagano S, Tagliaferri L, Piergentini M, Ricci A, Montecchiani S, Saldi S, Chierchini S, Cianetti S, Valentini V, Kovács G, Aristei C.

J Prosthet Dent. 2019 Apr;121(4):690-693. doi: 10.1016/j.prosdent.2018.06.016. Epub 2018 Nov 30.

Individualized 3D-printed templates for high-dose-rate interstitial multicathether brachytherapy in patients with breast cancer.

Aristei C, Lancellotta V, Piergentini M, Costantini G, Saldi S, Chierchini S, Cavalli A, Di Renzo L, Fiorucci O, Guasticchi M, Bini V, Ricci A.

Brachytherapy. 2019 Jan – Feb;18(1):57-62. doi: 10.1016/j.brachy.2018.09.007. Epub 2018 Nov 7.

From digital world to real life: a robotic approach to the esophagogastric junction with a 3D printed model.

Marano L, Ricci A, Savelli V, Verre L, Di Renzo L, Biccari E, Costantini G, Marrelli D, Roviello F.

BMC Surg. 2019 Oct 25;19(1):153. doi: 10.1186/s12893-019-0621-6.

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