La planificación y el entrenamiento preoperatorios a menudo se basan en modelos anatómicos que ofrecen resultados tan precisos y cercanos a la realidad como sea posible. Los modelos anatómicos tradicionales hechos de espuma o cadáveres son costosos de obtener y no siempre una representación precisa de la parte anatómica del paciente que se estudia.

Una solución sólida para el desarrollo de modelos anatómicos es la impresión 3D. Con la capacidad de construir piezas complejas y altamente precisas a partir de datos CAD en 3D, la tecnología de impresión 3D ofrece maneras innovadoras de operar y desarrollar prácticas de procedimientos.

Sustitución de los métodos tradicionales

El Dr. Saleem Abdulrauf es un neurocirujano líder y presidente de la Sociedad Neuroquirúrgica Walter E. Dandy, asimismo funge como Neurocirujano en Jefe en el Hospital Universitario St. Louis. El Dr. Abdulrauf trabaja con la sociedad y la comunidad neurológica para mejorar los resultados de los pacientes durante la cirugía neurológica con prácticas de vanguardia. El Departamento de Cirugía Neurológica de St. Louis se asoció con la Escuela de Ingeniería de St. Louis para comenzar a cuantificar cómo la impresión 3D mejorará el entrenamiento y la práctica quirúrgica para los neurocirujanos.

Lanzaron un estudio de comparación sobre la eficacia de los modelos impresos en 3D contra las metodologías tradicionales de entrenamiento como cadáveres o modelos de espuma. El estudio se centró específicamente en los aneurismas cerebrales y el método altamente especializado de llegar a un aneurisma con un efecto mínimo en el tejido circundante. Las simulaciones cerebrales tenían que imitar la apariencia de la materia cerebral, de modo que los cirujanos pudieran usar las mismas herramientas quirúrgicas en el modelo como lo harían con un paciente. Además, los modelos tuvieron que ser fabricados rápidamente para acomodar la inmediatez de la cirugía de aneurisma.

Los escáneres altamente precisos del cerebro y aneurisma del paciente fueron traducidos a modelos 3D CAD y entregados a Stratasys Direct Manufacturing para su producción. En conjunto con los estudiantes de ingeniería y de medicina de la Universidad de St. Louis, Stratasys Direct Manufacturing 3D imprimió un aneurisma y cráneo individual del paciente con la tecnología PolyJet y el tejido cerebral con material de fundición de uretano especialmente formulado que curó alrededor de las construcciones PolyJet.

Las cirugías preliminares utilizando los modelos impresos en 3D proporcionaron información valiosa para el Dr. Abdulrauf y su equipo. El modelo ayudó a identificar y superar los desafíos quirúrgicos antes de que la cirugía incluso comenzara.

Visualización de cálculos renales

Dr. Clayman, Landman y Kaler en la Universidad de California Irvine se especializan en pacientes con urolitiasis de gran carga (enfermedad de cálculos renales) que afectan uno o ambos riñones. Como expertos en el campo de la endourología, que abarca el tratamiento mínimamente invasivo de la enfermedad urológica, se llevó a cabo un estudio para evaluar el impacto del uso de modelos personalizados impresos en 3D de riñón sobre la capacidad del cirujano para dejar al paciente libre de cálculos y sobre la comprensión del paciente de la Cirugía planeada para tratar su compleja enfermedad de piedra.

La nefrolitotomía percutánea (PCNL) es el tratamiento estándar para cálculos renales grandes y complejos, en los que la piedra se elimina mediante una incisión de menos de una pulgada. La planificación preoperatoria, incluida la identificación del tracto de nefrostomía óptimo, es esencial para la remoción exitosa de la piedra. Actualmente, los cirujanos usan imágenes bidimensionales de tomografía computarizada para examinar el riñón y las piedras y planificar la remoción quirúrgica de la piedra. La impresión 3D ofrece una solución única para el modelado tridimensional del riñón de un paciente individual con su piedra de manera respectiva.

Los cirujanos de la UCI realizaron un estudio utilizando modelos impresos en 3D de riñones portadores de piedras individuales para facilitar la planificación quirúrgica y proporcionar educación a sus pacientes. El estudio piloto evaluó el costo, la logística, la viabilidad y la utilidad del uso de imágenes de TC traducidas a archivos STL para producir los modelos 3D.

Diez modelos de PolyJet se produjeron a partir de tomografías computarizadas de pacientes individuales. En una versión, los cálculos renales se imprimieron en VeroMagenta mientras que el resto del riñón (es decir, el parénquima renal) se imprimió en VeroClear. La transparencia de VeroClear permitió al cirujano observar la relación de la piedra con cada componente de la anatomía del riñón.

Mientras que la evaluación de la mejoría en los resultados quirúrgicos fue limitada por la naturaleza piloto del estudio, los pacientes respondieron bien a los modelos porque ver sus riñones impresos en 3D facilitó su comprensión de la extensión de su enfermedad y el procedimiento previsto.

Mejorando la fijación intramedular

La fijación intramedular se utiliza comúnmente para fijar huesos más grandes como el fémur (muslo) o la tibia (espinilla), en la que se coloca un alfiler especial en el interior del canal medular del hueso para mantener los fragmentos en su sitio durante la cicatrización. El procedimiento es menos invasivo que la fijación de placas, usando pequeñas incisiones sobre el hueso dañado. El pasador intramedular se inserta en la cavidad ósea, uniendo las mitades del hueso en la alineación adecuada. La fijación intramedular ha demostrado resultar en una recuperación más rápida y una mayor comodidad para el paciente que el procedimiento tradicional de fijación de placas.

Sonoma Orthopedics Products, Inc. ha desarrollado una técnica de pin patentada que permite la expansión de la fijación intramedular para reparar fracturas en huesos más pequeños como la muñeca, el tobillo y la clavícula. Para probar esta técnica y educar a los cirujanos y a otros en la industria médica sobre su tecnología, necesitaban modelos de fractura ósea consistentes y rentables.

Los modelos de hueso convencionales usados para entrenar a los practicantes en procedimientos quirúrgicos son generalmente cadáveres y modelos de espuma. Los cadáveres son inconsistentes en términos de calidad y costo. Los modelos de espuma no ofrecen en forma rentable las geometrías únicas del canal y las características del hueso real. La impresión 3D ofreció una solución viable y rentable para recrear modelos precisos con tipos de fractura ósea repetibles para múltiples escenarios de entrenamiento.

Stratasys Direct Manufacturing proporcionó a Sonoma Orthopedics una solución de producción de bajo volumen ideal para modelos de entrenamiento a una velocidad de entrega rápida. La estereolitografía fue la tecnología ideal para las piezas grandes y ligeras y los detalles finos de los modelos óseos. Sonoma también utilizó Stratasys Direct Manufacturing para prototipar materiales y procesos para probar nuevas capacidades de modelos de entrenamiento.

Cambio de dirección de los modelos anatómicos

El entrenamiento y la planificación preoperatorios están siendo impactados por las capacidades únicas de diseño y personalización y las oportunidades costo-efectivas de los modelos anatómicos impresos en 3D. La preparación quirúrgica y la educación ya no están restringidas a los métodos tradicionales de cadáveres inconsistentes y modelos anatómicos de espuma. La solución de impresión 3D para modelos anatómicos repetibles y precisos está cambiando el panorama del desarrollo quirúrgico.