Cerebros y cráneos impresos en 3D para planificación quirúrgica

El post de hoy nos llega a través de la Agencia Iberoamericana para la Difusión de la Ciencia y la Tecnología, que se hace eco de un artículo publicado en la revista digital de libre acceso PLOS one, el pasado mes de agosto, sobre impresión de órganos para planificación quirúrgica, concretamente cerebros y cráneos.

En el artículo original, cuyos autores son investigadores del Hospital General de Massachusetts y de la Escuela de Medicina de Harvard, se describe como convertir la imagen procedente de una resonancia magnética (RM) o una tomografía computerizada (TC) en archivos STL, y cómo convertir posteriormente esos archivos STL en archivos de comando gcode para la posterior impresión en máquinas de código abierto y bajo coste, generando modelos fiables de cerebros y cráneos a tamaño real.

La representación tridimensional y fiable de cráneos y cerebros es de vital importancia, ya que el visualizado en dispositivos bidimensionales no permite apreciar de forma precisa los pliegues de la superficie cerebral o las curvas del cráneo, y aún más, interactuar con ellos, por ejemplo a la hora de situar la futura localización de electrodos intracraneales para pacientes epilépticos.

La importancia del código abierto radica en que las redes de electrodos implantables son dispositivos propietarios, de difícil modelización en visualizaciones tridimensionales, por lo que un modelo físico tridimensional permitiría disponer estos dispositivos en el cerebro o cráneo para planificar la cirugías y complementar la información obtenida en las imágenes.

Ya existen diversos estudios que han descrito la modelización y la impresión moderadamente precisa de órganos humanos en impresoras 3D, aunque la mayoría de ellos no ofrecen métodos detallados y generalizables que puedan ser aplicados a datos de imagen diagnóstica rutinaria específica para cada paciente.

La novedad del artículo radica en que no solo pormenoriza paso a paso la generación e impresión de los modelos para que sea fácilmente replicable, sino que además permite adaptar el proceso a otras impresoras 3D de escritorio.

Los autores del artículo imprimieron con éxito más de 19 hemisferios cerebrales, obtenidos a partir de imágenes diagnósticas de 7 pacientes, en dos diferentes impresoras 3D de código abierto y tamaño de oficina.

El coste de impresión de cada hemisferio estaba comprendido entre 3 y 4 $ (aproximadamente, 2.5 y 4 €) de filamento plástico, con un tiempo de operación de 14-17 horas de las cuales el preprocesado requirió entre 4 y 6 horas, y la impresión propiamente dicha entre 9 y 11 horas, realizándose el postprocesado en menos de media hora. Cabe destacar que, durante la mayor parte de ese tiempo, no se requiere supervisión de la impresora por parte humana.

En el caso de los cráneos, el coste fue de entre 1 y 5 dólares (desde poco menos de 1 $ a 4.6 $ aproximadamente) de filamento, mientras que el tiempo de impresión fue menor de 14 horas en total. Ya se habían impreso modelos 3D del cerebro para fines médicos en la Universidad de Saskatchewan (Canadá) donde usaron fotopolímeros cuya consistencia final es similar al caucho transparente y también a la del cerebro, permitiendo guiar las operaciones dentro del mismo; en ese caso, sin embargo, la impresora utilizada fue de carácter propietario y de alta gama (la Objet Connex500), y por lo tanto el coste fue muy superior.

El material utilizado para la impresión fue PLA, ya que según afirma el artículo, el ABS requiere de mayores temperaturas en la cama caliente que no todas las impresoras 3D de escritorio pueden alcanzar.

Proceso de captura de imagen, modelado 3D e impresión de hemisferio cerebral. En la última foto se ha colocado una malla de electrodos simulando una operación. Fuente: PlosONE.

El artículo también incluye una encuesta realizada a médicos y pacientes de un centro especializado en epilepsia, en la cual se preguntaba si estos modelos podrían mejorar la atención médica y, en el caso de los pacientes, si les ayudaría a comprender los diagnósticos y los tratamientos a los que se sometían.

La mayoría de los encuestados respondieron afirmativamente a la pregunta, y en el caso de los pacientes, varios agradecieron el esfuerzo realizado en este sentido.

La agencia CyTA preguntó al neurocirujano del Hospital Santa Lucía de Buenos Aires, Diego Martínez, sobre su opinión respecto a estos modelos, que también fue positiva, ya que permitiría tanto planificar de forma individualizada la operación, como aumentar la confianza de los pacientes ante una cirugía que, por su localización, es altamente delicada.

Sin embargo, este neurocirujano señaló también que es necesario ser prudentes con la representación que ofrecen estos modelos, ya que la apertura del cráneo y la salida de líquido cefalorraquídeo producen cambios en el cerebro.

También Eyan Kimchi, uno de los autores del artículo, es consciente de que, aunque los resultados puedan aplicarse ya en otros hospitales, hay todavía aspectos a mejorar en el proceso, destacando entre ellos los métodos para resaltar las áreas que requieren atención clínica.