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Utilisation de l'impression 3D pour traiter les maladies cardiaques à structure complexe.

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Dans le domaine des maladies cardiaques structurelles, la technologie d'impression 3D, qui évolue rapidement, peut avoir un impact considérable.

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Limites de l'imagerie bidimensionnelle et avantages supplémentaires de l'impression 3D

Les modalités d'imagerie cardiaque conventionnelles actuelles telles que l'échocardiographie (ECG), la tomodensitométrie (CT) cardiaque ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM) utilisent principalement des méthodes bidimensionnelles (2D) dont l'interprétation nécessite une expertise et une expérience importantes. Dans le domaine de la cardiologie pédiatrique ou congénitale, les cardiopathies structurelles complexes nécessitent une délimitation anatomique précise avant toute intervention. Considérons un cœur pas plus gros qu'une noix avec de multiples niveaux de connexions anormales. En utilisant les méthodes de visualisation standard, que ce soit par écho, CT ou IRM, l'interprète "reconstruit" essentiellement une image tridimensionnelle (3D) à partir de multiples coupes ou balayages de ce cœur complexe. Dans l'ensemble, cette méthode fonctionne bien pour le cœur structurellement normal ou pour les lésions "simples" (1) ; cependant, les difficultés d'interprétation et le risque d'erreurs sont aggravés pour les lésions cardiaques de complexité modérée ou grande (1). Les méthodes de visualisation tridimensionnelles telles que l'écho 3D, le rendu en volume ou en surface donnent une perception supplémentaire de la profondeur, mais elles sont fondamentalement limitées par les affichages 2D sur lesquels elles sont visualisées. Ainsi, les relations spatiales complexes et tridimensionnelles, telles que les trajectoires entre les flux atrio-ventriculaires (AV), les déficiences septales ventriculaires (VSD) et les flux cardiaques sont limitées à la visualisation dans des plans 2D qui nécessitent une expertise et une expérience importantes pour être interprétées avec précision. Des limitations similaires existent dans les cas de vascularisation extra-cardiaque anormale, où les relations exactes entre les structures vasculaires (artère, veine, etc.) et non vasculaires (voies aériennes, œsophage, etc.) sont importantes à connaître, mais difficiles à interpréter pour des anomalies complexes.

À l'ère actuelle des soins pluridisciplinaires, ces limites de l'imagerie 2D sont particulièrement pertinentes. Prenons l'exemple d'un patient souffrant de défauts cardiovasculaires complexes qui reçoit des soins dans un centre médical moderne. Dans cet environnement, l'équipe de soins pour un tel patient est généralement composée de plusieurs sous-spécialistes, chacun apportant sa propre expertise et son expérience. Au sein de cette équipe, la compréhension des maladies cardiaques structurelles complexes varie, soit en raison du niveau d'expérience (par exemple, stagiaire par rapport à professeur expérimenté), soit en raison des antécédents (par exemple, imageur par rapport à chirurgien par rapport à intensiviste). Si l'équipe pluridisciplinaire est essentielle pour la prise en charge globale des patients, les différences de formation rendent difficile la communication précise d'un diagnostic complexe, et il existe un risque de mauvaise communication et d'erreurs médicales ultérieures.

Ces dernières années, l'impression 3D est apparue comme une technologie de pointe pour le traitement qui offre plusieurs améliorations par rapport au statu quo, notamment (2-5) :

- Amélioration des résultats des soins aux patients

- Formation des stagiaires et compétences techniques

- Conseils aux patients et aux soignants

Amélioration de la planification pré-chirurgicale et des résultats des soins aux patients

L'impression 3D produit une réplique de l'anatomie du patient. Chez les patients atteints d'une cardiopathie congénitale complexe (CHD), cela permet de comprendre précisément l'anatomie du patient et la physiologie qui en résulte. L'impression 3D dans les cas de coronaropathies a été utilisée ces dernières années comme complément aux méthodes d'imagerie conventionnelles pour la planification chirurgicale (6,7). Cette technologie résout certains des défis de l'imagerie 2D abordés dans la section précédente en permettant des décisions plus éclairées et une planification pré-chirurgicale précise. Les modèles aident à dissiper une partie du mystère entourant la malformation anatomique complexe en permettant aux praticiens de tenir, d'inspecter et de manipuler la réplique, et facilitent les discussions approfondies au sein des membres de l'équipe multidisciplinaire (8,9). En outre, les modèles permettent de meilleures discussions avec le patient et les soignants concernant le diagnostic et les options thérapeutiques, comme nous le verrons dans la section suivante.

Pour la planification chirurgicale, les modèles 3D permettent une planification détaillée basée sur un modèle physique qui peut être tenu, manipulé dans un espace 3D réel et examiné pour planifier divers aspects de la chirurgie, y compris l'approche chirurgicale, l'incision, la technique de canulation, etc.

En outre, les modèles 3D facilitent la réflexion sur les plans de rechange (plan A, plan B, etc.) et les "stratégies de sortie" en cas de complications peropératoires. Ce type de planification pré-chirurgicale précise peut permettre de réduire la durée de l'opération et les complications opératoires. Un temps de pontage cardio-pulmonaire plus court, un temps d'arrêt circulatoire et moins de lésions résiduelles nécessitant une réintervention sont les résultats souhaités d'une planification pré-chirurgicale précise à partir de modèles imprimés en 3D. Ces améliorations dans la salle d'opération peuvent se traduire par une récupération plus rapide et un séjour post-opératoire plus court à l'hôpital. L'impression 3D de modèles cardiaques est un domaine naissant et, à l'heure actuelle, les données permettant de prouver ces résultats bénéfiques sont limitées. Toutefois, l'utilisation de cette technologie est en pleine croissance et, avec le temps, les avantages potentiels de l'impression en 3D pourraient être prouvés par des études scientifiques. Tant que nous ne disposerons pas de données provenant d'études de résultats à grande échelle, la nature intuitive de l'impression 3D et la demande clinique des chirurgiens et des interventionnistes stimuleront cette pratique dans les principaux programmes cardiaques. Comme l'a décrit un chirurgien cardiothoracique : "Avoir un modèle imprimé en 3D, c'est comme marcher dans une rue sombre avec les lumières allumées."

Cas idéal pour l'impression 3D cardiovasculaire

L'impression 3D cardiovasculaire a des applications très variées, et son utilisation clinique dépend essentiellement des besoins des équipes médicales et chirurgicales. Comme nous l'avons vu, dans le cas de maladies cardiaques structurelles complexes, la visualisation 3D avancée des structures intracardiaques peut apporter une contribution importante à la planification chirurgicale. On peut citer comme exemple les patients présentant des anomalies d'écoulement, comme le ventricule droit à double sortie (DORV). Dans ces cas, un déflecteur intracardiaque complexe ou un commutateur artériel peut être nécessaire pour exécuter avec succès une réparation bi-ventriculaire.

Les cas extracardiaques bénéficiant de l'impression 3D comprennent les patients présentant des lésions vasculaires complexes. Un exemple est l'entité de l'atrésie pulmonaire et des collatérales aorto-pulmonaires multiples. Pour ces patients, une visualisation précise de ces vaisseaux anormaux et de leur relation avec les structures environnantes (voies aériennes, veines, etc.) peut aider les chirurgiens à planifier une chirurgie d'unification afin de minimiser les complications et les pertes de sang.

Les patients adultes atteints de cardiopathie congénitale (CCA) qui doivent subir une intervention chirurgicale peuvent tirer les mêmes avantages d'une planification précise que ceux évoqués précédemment. En outre, dans cette population qui peut avoir subi auparavant plusieurs opérations cardiaques, l'impression 3D permet aux chirurgiens de minimiser les risques associés à la réentrée du sternum en planifiant précisément l'étendue des techniques de dissection et de canulation. Enfin, chez les patients atteints de cardiopathie coronarienne aiguë, l'impression 3D permet d'obtenir des diagnostics anatomiques très précis, ce qui constitue un avantage certain par rapport à l'échocardiographie standard, compte tenu de la détérioration des fenêtres acoustiques au fil du temps.

Leçons tirées de l'impression 3D dans notre institution

La modélisation 3D peut être un processus qui demande beaucoup de temps et de travail, c'est pourquoi il est essentiel de choisir le cas approprié.

Il est essentiel de discuter des priorités cliniques du modèle 3D avec le prestataire de soins qui l'a recommandé. Par exemple, la délimitation de l'anatomie intracardiaque et le potentiel de réparation de deux ventricules chez un patient avec un ventricule droit à double sortie.

Le contrôle de la qualité est primordial. Ainsi, la participation active d'un médecin spécialisé en imagerie cardiaque est essentielle lors des étapes clés de la modélisation 3D (segmentation, conception, impression, etc.).

Une communication étroite avec l'ingénieur 3D, c'est-à-dire la personne qui effectue la segmentation, la conception, etc. est essentielle.

Il existe de nombreuses options différentes pour les modèles 3D : rigide, multicolore, monochrome, semi-rigide, etc. Le type de modèle 3D utilisé sera déterminé par les besoins de l'équipe clinique. Idéalement, pour les équipes qui s'occupent de patients complexes, une imprimante capable d'imprimer en haute résolution dans une variété de couleurs et de densité de matériaux offre la plus grande souplesse pour l'impression 3D.

D'un point de vue pratique, l'acquisition d'une imprimante 3D de haute qualité et des logiciels nécessaires à l'impression 3D de qualité médicale est une proposition coûteuse. Le regroupement des sous-spécialités qui utilisent l'impression 3D dans l'ensemble de l'institution peut permettre un partage des coûts pour permettre le lancement d'un programme d'impression 3D. Dans les centres universitaires affiliés à l'université, un partenariat avec l'ingénierie ou les sciences biomédicales peut également offrir des possibilités de lancer ou de développer un programme d'impression en 3D.

L'impression en 3D est une technologie essentielle et en plein essor dans un programme médical moderne, qui fonctionne de manière à obtenir les meilleurs résultats cliniques, à fournir un enseignement de pointe aux stagiaires et à offrir des soins de haut niveau aux patients et à leurs familles. À l'heure actuelle, cette capacité avancée est un "différenciateur clé" qui distingue un programme médical. Toutefois, avec la mise en œuvre plus large de l'impression en 3D dans la pratique médicale, les hôpitaux pourraient trouver que l'absence de programme en 3D est une lacune dans un avenir proche. En conclusion, il peut être inexact de considérer l'impression 3D comme la "vague du futur" à l'heure actuelle. La technologie a mûri pour des applications précises dans les soins médicaux complexes, l'impression en 3D est donc déjà arrivée et va probablement se développer en tant qu'élément de base de la médecine moderne.