Impresión 3D de órganos para planificación quirúrgica paso a paso

Una de las opciones que mayor impacto está aportando la impresión 3D en el ámbito médico-sanitario, debido a los beneficios que aporta en relación al coste que supone, es el de la impresión de réplicas de órganos para planificación quirúrgica.

Por ese motivo, hemos realizado este artículo a modo de descripción de los pasos que hay que seguir para la obtención de un modelo que cumpla los requisitos para realizar un diagnóstico preciso para una intervención quirúrgica óptima.

Obtención de las imágenes

Muchos pacientes que han de pasar por el quirófano hoy en día, previamente tendrán que pasar por alguno de los muchos tipos de tomografías que se precisan antes de cualquier cirugía.

Los exámenes TAC incluyen, en general, la tomografía computarizada (TC), la resonancia magnética (MRI), el ultrasonido (US) y la angiografía rotacional digital (DRA).

Sin embargo, si el equipo quirúrgico prevé utilizar la impresión 3D para la planificación quirúrgica, el protocolo de imagen adecuado se convierte en el primer paso crítico.

El grosor óptimo del corte axial depende en gran medida de la estructura anatómica de interés, y debe ser de alrededor de 1 mm a 2 mm.

Al igual que el renderizado en superficie 3D, aunque todavía es posible construir un objeto 3D usando un grosor de corte superior a 2 mm, faltará mucha información anatómica y los cirujanos deben ser conscientes del alto grado de imprecisión en la impresión final.

Si las estructuras vasculares son un elemento a tener en cuenta, se necesitará contraste intravenoso con un tiempo de “latido” adecuado, como en cualquier otro estudio de imágenes vasculares.

En general, el objetivo de la tomografía computerizada es obtener imágenes con suficiente contraste estructural para su posterior segmentación.

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Otros factores importantes a considerar incluyen la selección del grano de la imagen, la dosificación de CT y la secuencia de MRI.

Si la impresión 3D se considera parte de la planificación quirúrgica previa, consulte a un radiólogo antes de la adquisición de imágenes, ya que dicha parte resulta decisiva para lograr unos resultados óptimos.

Además del protocolo, se tendrán en cuenta otros factores adversos que impiden una adquisición exitosa, incluyendo artefactos en movimiento, artefactos metálicos de implantes óseos, opacificación de contraste por debajo de lo habitual y comportamientos inusuales del órgano o zona a explorar.

Segmentación

Durante la segmentación, a una región particular de interés clínico se le delimitan los contornos en cada imagen basada en información obtenida por el contraste de los píxeles para construir un objeto tridimensional.

Esta región de interés (ROI) puede ser una estructura anatómica compleja o una patología particular que necesita ser tratada quirúrgicamente. Este proceso puede ser tanto semi-automatizado como manual.

A menudo, los profesionales usan una combinación de ambos para lograr un objeto final satisfactorio para se impreso en 3D. Para dicho proceso existen muchos programas que realizan esta tarea, cómo son 3D Doctor, ITK Snap u OsiriX.

Todas las imágenes médicas actuales se almacenan en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Sin embargo, la mayoría de las impresoras 3D sólo reconocen ciertos formatos de archivo, más comúnmente, estereolitografía (STL), o archivos estándar OBJ, de Wavefront.

El formato STL es el estándar más aceptado para interactuar entre el software 3D y las impresoras 3D. Otros formatos de archivo comúnmente aceptados, reconocidos por algunos pero no todos los programas y hardware, incluyen  .wrl y .zpr, que también tienen información de color.

Tradicionalmente, los Archivos de Imágenes Médicas y los Sistemas de Comunicación (PACS) no tienen la capacidad de realizar la conversión a formatos inteligibles para impresoras 3D. Una excepción a esto es el visor de DICOM basado en Mac OsiriX .

Aunque aceptado en la académicamente, OsiriX no está disponible como un visor estándar en la mayoría de los hospitales de los Estados Unidos y la UE.

Afortunadamente, los principales proveedores de PACS, como GE y Siemens, están actualizando sus sistemas para incluir esta funcionalidad en sus futuras versiones.

Además, muchos paquetes de software libre y comercial están disponibles para realizar la conversión y, a menudo, también la segmentación.

Optimización para impresión 3D

Junto con los archivos comunes 3D imprimibles, tales como los STL, existe una geometría superficial asociada en  forma de triángulos conectados. Esta información geométrica también se conoce como “malla”. La malla debe ser matemáticamente continua (“colector”) para estar lista para la impresión física 3D.

Esto implica meticulosos pasos de corrección de malla para corregir estos “errores” geométricos sin perder precisión anatómica significativa.

A excepción de la tecnología Inkjet, no se puede imprimir una malla con discontinuidad, esto es, con agujeros.

Impresión del modelo

Este es el paso en el cual se construye el objeto físico basado en la malla corregida. Esto puede consistir en un proceso de un solo paso, o de varios pasos, dependiendo del tamaño y la complejidad del diseño del objeto.

Post-producción / Pulido de la pieza o las piezas

Después de imprimir el objeto, a menudo es necesario eliminar el material residual o las estructuras de soporte.

También puede ser necesario el pulido, la coloración, la reconstrucción o el endurecimiento o ablandamiento del material después de la impresión, dependiendo del uso de la impresión.

Control de calidad y validación de la pieza final

Pueden producirse errores durante cada uno de los pasos descritos anteriormente, y los errores acumulativos pueden ser significativos y devenir en una pieza deficiente.

Hay algunos protocolos sugeridos como proceso de validación o control de calidad pero, en general, este es un área de investigación en continua investigación y mejora.

En primer lugar, el profesional puede comparar la malla final con el estudio de imagen inicial antes de imprimir el archivo.

En segundo lugar, los cirujanos pueden obtener mediciones intraoperatorias y compararlas con el objeto impreso 3D.

En tercer lugar, los profesionales pueden volver a imagen el objeto impreso 3D y comparar las imágenes con las imágenes del paciente para encontrar las diferencias. Algunos equipos también han desarrollado “phantoms” para validar la precisión desde el diseño digital hasta la impresión física.

 

 

Como ya hemos señalado en muchos artículos en el blog, la realización de impresiones 3D pueden aportar más y mejores datos sobre una intervención quirúrgica, la calidad y variedad de las réplicas cada vez son más y mejores, por lo que es cada vez más habitual de ver en los hospitales.

Finalmente, dado su alto grado de adaptabilidad a las necesidades específicas del paciente y su patología, así como al modo de trabajo del equipo médico, los beneficios que aportan suponen una mejora muy notable en la calidad médica prestada.


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2018-10-11T07:42:30+00:00

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