Mark Weimer が脊椎の大手術後、鎮痛剤による混濁から目覚めたとき、彼は自分の感覚がわかりませんでした。彼は自分が感じていないものについて考えていました: それは、彼を一年半苦しめた脊椎下部から生じる大腿四頭筋の痛みです。

この素晴らしい結果は、George Frey 医師による 15 時間もの手術の結果でした。Frey 医師は受賞歴のある椎弓根スクリューナビゲーション手法と、3D Systems が開発した 3D イメージングとプリントテクノロジーを組み合わせました。

患者の利益のためのパートナー連携

Frey 医師と Heidi 夫人はコロラド州イングルウッドにある Mighty Oak Medical を率いています。この企業が特許を取得した FIREFLY® テクノロジーは、脊椎修復向けの椎弓根スクリューを適切に配置しながら、脊髄、神経および血管などの重要な組織の周囲をナビゲートする、簡単で迅速な方法です。

当初から、Mighty Oak は近隣のコロラド州リトルトンにある 3D Systems ヘルスケアチームと協力関係にありました。

「当社は、医療デバイス分野の品質、信頼性および専門性で知られている 3D プリントのパートナーが必要でした」Heidi Frey は語ります。 「3D Systems はすべてのレベルで素晴らしいパートナーです。彼らは常にサポートしてくれ、応答が速く、品質に貢献しています」。

3D Systems は、仮想現実シミュレータ、3D プリント人体モデル、患者固有の外科手術用ガイドおよび装置などのエンドツーエンドの一連の精密なヘルスケアソリューションを提供します。この企業は精密な 3D プリント製の医療デバイスも製造しています。

1990 年代後半から、3D Systems は、人体構造のほぼすべての様相向けの幅広い手順を提供する医療デバイスプロバイダーと提携しています。当社は 100 ,000 超の外科手順向けのパーソナライズしたソリューションを開発しました。

3D printed spine reference model used in the surgery
A personalized anatomical model printed on a 3D Systems SLA (stereolithography) ProX 800 3D printer was used for reference during Mark Weimer's spinal operation.

チャンピオンの道のり

Frey 医師は Mark Weimer の神経外科医を通じて彼と知り合いました。その神経外科医は 1984 年に建築現場の足場から落下し彼が部分麻痺状態に陥った後の最初の手術を処置しました。 Weimer はその後 2001 年に右腕の失われた筋肉強度を補正するために追加の脊椎固定術を受けました。

怪我と最初の手術の後、Weimer はコンピュータートレーニングの助成金を受けてデータウェアハウスの IT 専門家になりました。彼はまたホッケーへの愛を求めて、1996 年にコロラドアイススレッジホッケープログラムに参加しました。

Weimer は 1980 年の冬季オリンピックで米国ホッケーチーム対ロシアとの「ミラクルオンアイス」の勝利の舞台となった、レークプラシッドにある 2000 年ナショナルアイススレッジホッケーチームでプレーしていました。2010 年に彼はチームのキャプテンになりナショナルホッケーリーグ (NHL) がスポンサーの Sled Classic Championship を優勝しました。翌年、彼は Colorado Avalanche チームのスターとして USA Hockey がスポンサーの 2011 National Sled Hockey Championship で優勝しました。

Weimer は 2011 年のチャンピオンシップで 1 ゴールと 1 アシストを決めた後に引退しました。彼は後進のアイススレッジホッケープレーヤーの育成につとめハンドサイクリングで健康を維持しています。彼のホッケーへの情熱が認められ 2012 年には Colorado Adaptive Sports Foundation に殿堂入りしました。

Mark Weimer は Colorado Adaptive Sports Foundation の殿堂入りする以前に多くのアイススレッジホッケーで優勝してきました。
Mark Weimer は Colorado Adaptive Sports Foundation の殿堂入りする以前に多くのアイススレッジホッケーで優勝してきました。

複雑なケース

事故以来 Weimer は常に神経と脊髄にある程度の不快感を抱えていましたが、 2014 年後半に変化が見られました。大腿四頭筋の激しい痛みと、大腸および膀胱の問題です。Weimer の神経外科医は精密検査のために Frey 医師を紹介しました。

Frey 医師によると 「年月が経つにつれて、Mark の脊髄固定と神経学的状態により、円板の残り部分や固定の下方にある脊髄の状態が悪化しました。これにより、神経や脊髄への圧縮が強まり、深刻な神経障害痛が生じたのです」。

手術の準備としてまず Weimer の脊椎の CT スキャンを撮りました。結果は 3D Systems に送信され、そこで Welmer の脊椎構造の 3D 再現を抽出するためにデータ区分けが行われました。

Weimer のケースは Frey 医師や 3D Systems の医療サービス部門ディレクターである Chris Beaudreau によると通常よりもかなり複雑でした。

Frey 医師によると「Mark には以前の手術で挿入されたロッドの周りに骨成長が見られました。ロッドを取り外しても、周囲の骨の破砕が FIREFLY ガイドの配置に影響を与える恐れがあったため、綿密な計画が必要でした」。

「以前の手術により、CT スキャンには多くのイメージングアーチファクトがあったため、対象の解剖部位を 3D デジタルモデルに起こすには綿密な医療画像処理が必要でした」と Beaudreau は言っています。「加えて、規模の大きい手術になるので、2~3本の脊椎をモデリングするのではなく、9本の脊椎と背骨の底部にある仙骨、さらに両方の腰骨を解析する必要がありました」。

人体モデル比較
レンダリングにより、スクリュー位置のカスタマイズした、患者固有のガイドが示され、それにより外科医は重要で、複雑な脊椎部位を安全に避けることができました。合計 10 個のガイドが Mark Weimer の手術用に作成され、それぞれが固有の脊椎体向けに設計されました。ガイドが配置されると、スクリューを高い精度で配置できます。

左の図は、ハードウェアが固定される前、患者の部位に配置済の手術用ガイドを示しています。

右の図は、骨髄ハードウェアの手術後の位置を示しています。

ソースからの 3D プリント

3D Systems は Weimer の脊椎解剖の 3D モデルを Mighty Oak Medical に送信し、そこでモデルは各椎弓根スクリューの軌道の設計、および Weimer の脊髄への正確なスクリュー配置を決定する 3D プリント製ガイドの準備に使用されました。

FIREFLY デザインを使用して、3D Systems は手術が必要な脊椎それぞれの椎弓根スクリューガイドをプリントしました。また、術前計画用および手術室内の参照用として、人体骨格モデルもプリントしました。

手術用ガイドおよび骨モデルは 3D Systems ProX® 800i でプリントされました。これは、光造形 (SLA) システムであり、驚くほど滑らかな表面、高い解像度による高精細さ、シャープなエッジと優れた耐久性を備えたパーツ造形で知られています。

SLA テクノロジーは 1983 年に 3D Systems の共同創業者である Chuck Hull により創立されました。 当社はこのテクノロジーの革新を続け、価格を抑えながらも、いままでにない速度、容量、精度および使いやすさを提供しています。

ProX 800 は幅広い用途および使用例向けの様々な材料を提供しています。Weimer の参照モデルやスクリューガイド向けに、 3D Systems はプラスチック材料を使用し、さらに手術室でパーツを直接滅菌することを可能にするプロセスを検証しました。
 

手術の成功と回復

Frey 医師は Mark Weimer をイングルウッドにある Swedish Medical Center で 2016 年 7 月 22 日に手術しました。 Weimer が意識を取り戻すと、彼の直近の痛みは消えており、以前からあった痛みは著しく軽減されていました。

Frey 医師によると「Mark は現在厳しいリハビリ中で脊椎固定術の手術から順調に回復しています」。医師によると回復期間は約一年程度を見込んでいます。

63 年現在、Weimer は IT 分野での仕事をつづけながら、自由時間にはハンドサイクリングを楽しんでいます。彼はまた 9 歳と 13 歳の孫が次世代の氷上のチャンピオンになることを楽しみにしています。