La experiencia del Hospital Universitario La Paz y la impresión 3D
El Hospital Universitario La Paz se construye hace más de 50 años como un centro de referencia nacional en varias especialidades médicas y quirúrgicas. La potenciación de la investigación y la docencia han marcado su actuación estos años, siempre al servicio del paciente y buscando la excelencia sanitaria. Gracias a las aportaciones de profesionales como los que integran el caso de estudio que vamos a compartir, el Hospital Universitario La Paz se posiciona como uno de los mejores hospitales de España.
En 2022, en su afán por esa constante búsqueda de la excelencia e innovación, desde el Hospital La Paz, se ponen en contacto con 3DZ para valorar las posibilidades de las distintas tecnologías 3D en el desarrollo de modelos para cirugías de reconstrucción.
El reto: crear un protocolo de fabricación de modelos auriculares personalizados, impresos en 3D y esterilizables para la reconstrucción auricular autógena
La reconstrucción auricular en pacientes con microtia supone un desafío constante para el cirujano, considerándose una de las intervenciones técnicamente más difíciles y exigentes.
La opción reconstructiva principal, desde los años 20, es la reconstrucción mediante cartílago costal. Sin embargo, debido a la anatomía extremadamente compleja y única de la oreja, este procedimiento requiere una curva de aprendizaje pronunciada, que depende en gran medida del arte y las habilidades técnicas del cirujano.
Tradicionalmente, han utilizado una plantilla de película radiográfica en 2D, tomada de la oreja contralateral. La principal dificultad es transferir las características tridimensionales de los elementos anatómicos de la oreja (grosor, altura, profundidad, relieves).
El reto consistía en encontrar un modelo de la oreja contralateral en 3D que se pudiera tomar de forma rápida, ya que a menudo son niños, que se mueven o no colaboran.
Médico Adjunto del Servicio de Cirugía Oral y Maxilofacial en el Hospital Universitario La Paz
Dr. Juan Pablo Rodríguez-Arias:
“Desde hacía años, ya tomábamos un modelo de la oreja contralateral con escayola, sin embargo, esta no se podía esterilizar ni utilizar en quirófano como guía. Además, el obtener ese modelo es muy aparatoso e incómodo para los niños” cuenta el Dr. Rodríguez Arias, quien junto con la Dra. Mercedes Martín, la Dra. Elena Gómez y el Dr. Jesús Manuel Muñoz, integran la Sº de Cirugía Maxilofacial Infantil encabezado por el Dr. José Luis Cebrián. “En otros hospitales, empezaban a tomar el modelo de la oreja contralateral de TC, pero queríamos evitar la radiación. Por otro lado, pensábamos que facilitaría aun más la cirugía, el tener los modelos en 3D de las piezas que posteriormente tallamos para reconstruir la oreja, y no de la oreja completa”.
Así fue como a principios de 2022 el servicio de Cirugía Maxilofacial se pone en contacto con 3DZ para adquirir un escáner 3D.
Los objetivos
1
Obtener forma y detalles exactos de la oreja, de manera rápida y precisa.
2
Obtener modelos segmentados de la oreja, esterilizables.
3
Aumentar la comodidad del paciente, habitualmente niños que se mueven o no colaboran.
4
No añadir comorbilidad o radiación en la fase previa a la intervención.
5
Facilitar el trabajo del cirujano reduciendo el tiempo quirúrgico.
La solución
El papel de Alessandro Gutiérrez Venturini, ingeniero del Laboratorio de Gestión 3D del hospital, cobra una especial relevancia en este punto. Basado en la estrecha comunicación cirujano-ingeniero, el servicio de Cirugía Maxilofacial y el Laboratorio de Gestión 3D desarrollaron un protocolo de adquisición, procesado y segmentación digital de las imágenes de la oreja, para obtener los modelos auriculares deseados.
“Hay que tener en cuenta que este protocolo es técnicamente exigente, requiere conocimientos en diseño 3D y, por lo tanto, también una curva de aprendizaje considerable, especialmente durante la fase de planificación preoperatoria. Consideramos fundamental, que en esta fase ingeniero y cirujano trabajemos juntos para aportar nuestra visión y experiencia tanto técnica como clínica” , apunta Alessandro Gutiérrez antes de detallar el proceso.
Tras la consultoría con 3DZ, el hospital adquiere un escáner 3D Artec Eva y recibe formaciónimpartida por nuestro personal técnico altamente cualificado para sacar así elmáximopartido al uso de losequipos 3DZ.
1 - Escaneado superficial de aurículas con Artec EVA
El primer paso del protocolo consiste en la adquisición de imágenes de la oreja sana del sujeto. En este caso un varón de 8 años con microtia de tipo lobular en el lado derecho. Se necesita una alta precisión para capturar las características detalladas de la estructura auricular, que son esenciales para una reconstrucción exitosa.
En este caso, se utilizó el escáner 3D de superficie de luz estructurada Artec Eva que permite la captura de superficies con una resolución 3D de hasta 0,2 mm, a una tasa de reconstrucción de 16 fps, guardando también la textura del modelo. Eltiempo medio de adquisición de imágenes en este caso fue de 65 s.
Los datos de la nube de puntos obtenidos fueron procesados en el software nativo Artec Studio 16 Professional. Tras un proceso de descarte, registro, análisis, alineación, eliminación del ruido, se realiza una fusión de todos los fotogramas en una única malla.
En la imagen (a) vemos los primeros datos capturados de la nube de puntos antes del post-procesamiento; en la (b) la reconstrucción final del modelo digital 3D después del post-procesamiento.
Para la siguiente etapa, la malla obtenida fue exportada como un archivo STL.
2 - Preparación de modelos digitales
Entre otros pasos, la malla exportada se procesó con el software de modelado para poder diseñar los nuevos componentes de la oreja afectada del paciente.
Los modelos que vemos en la imagen se exportaron en formato STL para la fase de impresión 3D:
(a) Oreja sana refinada y espejada; (b) segmentación del hélix (azul), antihélix (morado) y tragus (marrón); (c) partes anatómicas esculpidas; (d) modelo de marco base.
Este es el modelado de la oreja y las partes anatómicas para la planificación quirúrgica.
3 - Impresión 3D de los modelos
Los modelos digitales se imprimieron en una impresora 3D deestereolitografía (SLA) de Formlabs. El material utilizado, laresina Surgical Guide (Formlabs) a una resolución de impresión de 0,1 mm.
En la foto, modelos impresos en 3D de la oreja (izquierda) y de las diferentes partes anatómicas (derecha).
Tras la impresión, los modelos se retiraron de la plataforma de construcción y se lavaron durante 20 minutos en un Form Wash (Formlabs) con alcohol isopropílico al 99%, para limpiar las piezas y eliminar la resina líquida. A continuación, se postcuraron a 60 °C durante 30 minutos en un Form Cure (Formlabs) para conseguir biocompatibilidad y propiedades mecánicas óptimas.
Por último, los modelos se esterilizaron y se utilizaron en el quirófano.
4 - Fabricación de estructuras
El tamaño del pabellón auricular normal y el tipo de microtia determinan cuántos fragmentos de cartílago se extraen.
Gracias a estos modelos 3D, sobraron varios fragmentos de cartílago que se recolocaron en el bolsillo costal para poder utilizarlos como P1 de Firmin en la segunda fase de la intervención.
RESULTADOS
Gracias a los modelos 3D esterilizados específicos para el paciente, el cirujano podía sujetar los injertos, girarlos y analizar sus formas y relieve. La planificación preoperatoria de la cirugía durante el procesamiento digital conjunto con el ingeniero del Laboratorio de Gestión 3D, permitió ahorrar tanto tiempo quirúrgico como cantidad de cartílago, sin perder el elemento artístico inherente a este tipo de cirugía.
Beneficios clave de utilizar las tecnologías 3D en la cirugía reconstructiva
La precisión de los modelos en 3D impresos en resina biomédica facilita el poderlos manipular con seguridad y sin temor a contaminación del material biológico. “El tener los modelos estériles en la mesa de quirófano es un factor diferencial, ya que nos permite comparar de forma directa 1 a 1, pieza a pieza, de los componentes costales que componen nuestra reconstrucción auricular”, comenta el Dr. Rodríguez Arias.
Esto acorta considerablemente el tiempo quirúrgico, lo que es beneficioso tanto para el paciente como para el equipo médico. Menos tiempo en el quirófano reduce el riesgo de complicaciones y mejora la recuperación del paciente, lo que supone un ahorro en los costes.
Con modelos 3D precisos, se extrae únicamente la cantidad de cartílago necesaria para la intervención, evitando la extracción innecesaria que solía ocurrir en el método bidimensional. “Esto no solo reduce el dolor postoperatorio del niño, sino que también disminuye el tiempo de recuperación y el riesgo de complicaciones como neumotórax”, asegura Rodríguez-Arias. “Además, nuestro protocolo permite la reconstrucción de cualquier subtipo de microtia, ya sea total o parcial, optimizando todavía más la extracción del cartílago costal”.
La fabricación del modelo en resina biomédica proporciona un entorno de trabajo más seguro y estéril. “ Es muy cómodo el manipular tanto los modelos como el cartílago en la misma mesa de quirófano, sin necesidad de cambiar de guantes…, sin temor a la contaminación del campo”.
Se ha demostrado que las plantillas tridimensionales reducen el tiempo de cirugía, lo que supone un ahorro de recursos hospitalarios que podría compensar el coste principal de la impresora y el tipo de escáner elegido. “La disminución de tiempo quirúrgico supone un gran ahorro, ya se estima que el coste por minuto en quirófano varía entre 30 y 50€. Aunque no hemos finalizado el estudio, estimamos que redujimos el tiempo quirúrgico una hora”, asegura el Dr. Rodríguez – Arias.
El futuro
“Queremos seguir optimizando nuestro protocolo, así como extrapolarlo y perfeccionarlo en otras intervenciones de un área corporal tan compleja como es el maxilofacial, de gran complejidad tridimensional, y con tanto componente y exigencias tanto estéticas como funcionales (…) Por otro lado, tenemos abiertos estudios para evaluar el uso de las tecnologías 3D en el seguimiento postoperatorio en la cirugía de craneosinostosis, que llevamos a cabo de forma conjunta con el Sº de Neurocirugía Infantil, y ser capaces de optimizar nuestra técnica quirúrgica en función de estos hallazgos”, concluye el Dr. Juan Pablo Rodríguez-Arias.
3DZ, un partner experto
En 3DZ somos distribuidores de las mejores marcas de impresión y escaneado 3D con más de una década de experiencia. Acompañamos a las empresas en la elección de la mejor tecnología 3D para sus necesidades específicas.
Contacta con nosotros, nuestro equipo está a tu disposición.
