Cómo la impresión 3D está ayudando en operaciones complejas para aneurismas cerebrales

En los últimos años, los avances en la tecnología intravascular han ayudado a reducir la necesidad de intervenciones quirúrgicas para tratar aneurismas cerebrales. Actualmente, las técnicas intravasculares mínimamente invasivas se usan para la mayoría de los aneurismas cerebrales con baja complejidad. Para casos más complicados y graves en los que la cirugía intracraneal es absolutamente necesaria, se ha adoptado la impresión 3D como una herramienta de orientación y planificación intraoperatoria con la que reducir los riesgos y mejorar los resultados. Uno de los cirujanos líderes en este campo es Sahin Hanalioglu, del Departamento de Neurocirugía de la Universidad de Hacettepe, quien ha sido un pionero en el uso de modelos impresos en 3D para mejorar los resultados de la cirugía. También le ayudó el Dr. İlkan Tatar, del Departamento de Anatomía de la Universidad de Hacettepe. Por otro lado, el equipo de aplicaciones e I+D de tecnologías médicas avanzadas de TraBTech tiene mucha experiencia en el modelado anatómico en 3D, la planificación y la impresión 3D, y su trabajo se ha integrado en los procesos de modelado anatómico e impresión 3D (en colaboración con cirujanos) de muchos pacientes con grandes aneurismas cerebrales.

Problema: En el caso que mostramos a continuación, un paciente tiene un aneurisma cerebral de gran tamaño. Un aneurisma es una malformación vascular (un bulto en un vaso sanguíneo provocado por una debilidad en la pared del mismo), que de reventar en los vasos sanguíneos del cerebro, puede causar una hemorragia cerebral. Además, si un aneurisma sufre una trombosis (es decir, la vena o arteria queda bloqueada por un coágulo), puede provocar una embolia.

Solución: Excluir a este aneurisma de la circulación normal del cerebro. Los aneurismas se encuentran normalmente en las profundidades del cerebro y para poder alcanzarlos hacen falta técnicas de microcirugía para abrir con cuidado las cisuras y los pasajes naturales del cerebro, realizando una disección circunferencial. Al final, el aneurisma queda excluido de la circulación mediante grapas quirúrgicas y la herida se cierra. Este procedimiento se llama clipaje.

Comparación entre el método convencional y la impresión 3D: El método tradicional que usan los cirujanos es realizar un TAC o resonancia magnética y combinarlo con su propio conocimiento anatómico para imaginar la relación tridimensional de la patología del paciente. Ahora, con la tecnología de impresión 3D y las simulaciones 3D, pueden ver con facilidad la anatomía tangible, tanto en una pantalla (unas gafas de realidad virtual en 3D) como en un modelo impreso en 3D.

La tecnología de simulación visual ha avanzado a pasos agigantados en los últimos años, pero para muchos cirujanos, poder tocar un modelo hecho a medida y practicar con él puede tener un impacto todavía más positivo en los resultados de la intervención. Los modelos de varias capas, segmentados y totalmente integrados de TraBTech pueden ayudar con las craneotomías, que son operaciones en las que los cirujanos deben perforar el cráneo y retirar una parte de él para crear una "ventana quirúrgica" sin dañar el tejido que hay debajo.

Este modelo único no solo permite a los cirujanos visualizar la intervención quirúrgica, sino también simularla. Los cirujanos tienen la oportunidad de ensayar la operación y aplicar enfoques diferentes para tratar la patología antes de la fecha de la intervención real, para entender las ventajas y las desventajas de ciertas técnicas quirúrgicas y también para explorar los obstáculos que puedan surgir.

Otra ventaja importante de usar modelos impresos en 3D es que pueden aumentar la confianza antes de un procedimiento complejo. "No va a haber sorpresas durante la cirugía, ya que se puede ensayar todo antes de la operación. Eso es fundamental en mi propia clínica y para muchos cirujanos con los que hablo", dijo Hanalioglu.

Otras ventajas de la impresión 3D: Los modelos impresos en 3D también son importantes para educar a los estudiantes de grado y posgrado, además de para informar a los pacientes. Hay diferentes modalidades de radiología que permiten producir modelos o, como la angiografía por resonancia magnética, la tomografía volumétrica tridimensional y la venografía por resonancia magnética. Sin embargo, cada modalidad puede visualizar solo uno o dos tejidos específicos de la estructura interna del cerebro, como estructuras diencefálicas o estructuras ventriculares. Pero puede ocurrir que las estructuras cerebrales sufran cambios anatómicos o se desplacen cuando hay una patología adicional, como un tumor. "Por lo tanto, necesitamos volver a visualizar y reconstruir la nueva forma del tejido normal en función del tipo de patología involucrada. Estos modelos están hechos a medida y totalmente personalizados para las enfermedades y patologías que sufran los pacientes", dijo Hanalioglu.

Hanalioglu nos dijo: "A veces, en una intervención quirúrgica compleja, puede que solo el cirujano jefe sea plenamente consciente de dónde están los problemas en el paciente. Ahora, con los modelos impresos en 3D, todo el mundo, incluso los residentes, puede llegar a la operación bien informado. Es algo que nos facilita guiarnos en la operación".

Continuó diciéndonos: "Estos modelos impresos en 3D nos ayudarán a ensayar la cirugía con residentes, estudiantes y otros compañeros. Disponer de un modelo impreso en 3D es una ayuda valiosa para formar a residentes y estudiantes de Medicina o para hablar de la intervención con los neurocirujanos más jóvenes", dijo Hanalioglu.

Cómo crear modelos 3D: TraBTech usó el software Materialise Mimics para segmentar el modelo. Un ingeniero biomédico usa este software para importar cada uno de los archivos DICOM que se han obtenido mediante las diferentes modalidades de radiología. El proceso de segmentación, modelado y simulación lo realizan las funciones del software y el archivo final se exportará en un formato .stl u .obj. El cirujano también puede participar en este proceso para ayudar a definir la patología y afinar el archivo digital final que se va a imprimir. Por ejemplo, el cirujano podría ayudar a identificar una interferencia entre dos vasos sanguíneos y usar sus conocimientos para revisar cada uno de los modelos. A pesar de la alta resolución de las técnicas radiológicas, contar con una segunda opinión es crucial cuando se trabaja con sistemas tan complejos.

Perspectiva del paciente: Un paciente de 55 años que presentaba convulsiones sospechosas se sometió en primer lugar a análisis y evaluaciones de su cerebro mediante TAC y resonancias magnéticas. Las imágenes de su cerebro revelaron una masa de 1,5 cm en el surco lateral izquierdo, entre el lóbulo frontal y el lóbulo temporal. La primera suposición fue que se trataba de un tumor o que existía la posibilidad de un aneurisma. Tras tomar más imágenes, se confirmó que el caso era un aneurisma gigante (mayor de 2 cm) trombosado. Cuando se encuentra un trombo dentro de un aneurisma, los coágulos pequeños y gruesos pueden llegar hasta las arterias distales, bloqueándolas. Estos bloqueos impiden el flujo sanguíneo a partes importantes del cerebro, provocando infartos al paciente.

En el momento en que se presentó el tratamiento quirúrgico como una opción, el equipo médico había usado los modelos digitales de técnicas avanzadas de imagenología como TAC, resonancias magnéticas, angiografías por resonancia magnética y angiografías por sustracción digital rotacional en 3D, y había hablado de la planificación de la intervención con el paciente. Para una situación grave como esta que requiere una cirugía urgente, usar un modelo 3D puede ayudar al cirujano a visualizar y practicar, además de ayudar al paciente a familiarizarse con el procedimiento y aceptar mejor la idea. 

Como se puede ver en la simulación digital, se pueden cambiar el color, los ángulos y las posiciones del modelo digital, además de simular la cirugía final. La imagen muestra la compleja relación de los prismas centrales con los vasos subyacentes. El modelo permite a los cirujanos ver la relación de las ramas principales debajo del cerebro y el clipaje simulado antes de la intervención, por lo que cuando se preparan para la cirugía la información visual está muy accesible y la operación acaba siendo más eficiente.

Desafíos y consideraciones: Una desventaja de usar la impresión 3D es el tiempo que se tarda en crear las piezas. Hanalioglu nos dijo que necesita más de uno o dos días para preparar totalmente e imprimir sus modelos. Por eso, puede no ser posible crear modelos 3D para casos urgentes.

Los cirujanos también tienen que asegurarse de contar con el equipamiento adecuado, que incluye un escáner de alta resolución y una impresora 3D de calidad.

Según Hanalioglu, a la hora de considerar la compra de una impresora 3D, las principales características que tiene en cuenta son las siguientes:

• La capacidad de imprimir materiales duros y blandos. Esto se debe a que sus modelos contienen tanto el cráneo como las arterias.
• La resolución de las piezas es importante, para ayudar a simular la operación con toda la fidelidad posible.
• Los costes por pieza tienen que ser razonables.

La impresión 3D, los cadáveres y la planificación quirúrgica: La mayoría de los médicos aceptan los modelos impresos en 3D como una herramienta complementaria, pero no como sustitutos de cadáveres de estudio reales. Sin embargo, el estudio basado puramente en cadáveres tiene sus límites, y las instituciones de enseñanza médica están usando cada vez más los modelos de impresión 3D para suplir de forma económica los vacíos en el conocimiento de sus estudiantes.  

Si el grupo de residentes es muy numerosos, los profesores no pueden enseñar a todos y cada uno de ellos con cadáveres. "Los cadáveres se pueden usar para la formación básica y después se pueden hacer los ensayos de procesos más detallados con modelos físicos impresos en 3D. Por supuesto, los detalles del modelo impreso se pueden modificar en función del nivel de los estudiantes de Medicina. Por ejemplo, colorear diversas partes del modelo puede ser una buena ayuda para los estudiantes más novatos", dijo Hanalioglu.

Por consiguiente, los modelos impresos en 3D y los cadáveres se deberían usar de forma complementaria para aportar el máximo valor posible a la educación de los médicos.

Lo bueno de un modelo impreso en 3D es que el cerebro es transparente y se pueden ver con facilidad el aneurisma y los vasos sanguíneos que están debajo del lóbulo temporal y el lóbulo temporal del cerebro. ¡La mayor importancia del modelo físico impreso en 3D respecto a los modelos 3D digitales se puede ver claramente cuando los cirujanos no tienen suficiente experiencia para realizar la operación! El modelo impreso en 3D puede ayudar a los cirujanos inexpertos a estandarizar la ubicación del aneurisma y la craneotomía.

Aunque los modelos 3D digitales permiten modificar y segmentar virtualmente la anatomía, así como cambiarla de posición, hay una falta de respuesta táctil. En un modelo impreso en 3D, los cirujanos pueden apreciar diferentes ángulos del cerebro cambiando sus posiciones. Sin embargo, deja de ser reversible cuando se daña o se corta el modelo.

Materiales utilizados para los modelos impresos en 3D: En este modelo impreso en 3D, los vasos sanguíneos del cerebro, los tejidos y la anatomía del cráneo se han obtenido mediante técnicas de imagen médica; se ha usado la Durable Resin para imprimir los modelos del hueso y se ha usado la Elastic 50A Resin para imprimir los tejidos y los vasos sanguíneos del cerebro. Los modelos se imprimieron en la Form 3, que se ha sustituido recientemente por la nueva Form 3B+.

Hanalioglu ha usado la Elastic 50A Resin por sus propiedades elastoméricas y su capacidad de imitar el tejido arterial resulta útil para practicar la operación con precisión. Nos dijo: "En los últimos años, ha habido mejoras en los materiales, se parece mucho más a las arterias. Todavía se podría mejorar todavía más, pero los avances se notan".

Por último, Hanalioglu mandó pintar sus modelos impresos de las arterias para que fuera más fácil identificar las distintas partes. Poder pintar un material blando como la Elastic 50A Resin es otra de sus ventajas.