De modelos anatómicos a guías quirúrgicas: Cómo aprovechar la impresión 3D en la cirugía craneomaxilofacial

El uso de la fabricación aditiva en el ámbito de la medicina se está expandiendo rápidamente a medida que más médicos y cirujanos encuentran formas de utilizar estos procesos en sus disciplinas y tanto los materiales biocompatibles como las impresoras 3D de alta calidad se vuelven más accesibles en el mercado.

En el Hospital Universitario de Basilea, en Suiza, el Dr. Florian Thieringer, profesor y catedrático de Cirugía Oral y Craneomaxilofacial, se centra en las ventajas de la tecnología de impresión 3D para sus casos de cirugía. 

Como director del Grupo de Investigación de la Fabricación Aditiva en Medicina (MAM de Suiza) y cofundador del laboratorio de impresión 3D del campus del hospital, el Dr. Thieringer y su equipo están trabajando con pasión para aumentar la accesibilidad de las soluciones innovadoras para medicina que emplean la planificación quirúrgica virtual y la impresión 3D. Proporcionan las instalaciones necesarias para ello, forman a estudiantes y publican las conclusiones de sus investigaciones.

En nuestro seminario web, el Dr. Thieringer mostró cómo la planificación quirúrgica virtual y la impresión 3D médica han evolucionado en las últimas décadas, explicó un proceso de trabajo digital típico y ofreció ejemplos reales de casos de cirugía comunes en los que utiliza la impresión 3D, desde modelos hasta guías para implantes.

La evolución de la impresión 3D en las operaciones de cirugía médica empezó hace mucho tiempo, con la llegada de las tomografías computarizadas que permitían a los médicos crear modelos digitales tridimensionales de tejidos y órganos. Había que encontrar una solución para réplicas anatómicas hápticas para que los médicos pudieran no solo diagnosticar enfermedades o planificar tratamientos con la ayuda de estos escaneos, sino también utilizar esta información radiológica en el quirófano.

Al evolucionar la tecnología de impresión 3D, no tardó en convertirse en el principal medio para producir modelos anatómicos personalizados. Los primeros modelos anatómicos en 3D obtenidos a partir de escaneos digitales se crearon mediante métodos de fabricación sustractiva como el fresado de bloques de espuma. Estos modelos tenían muchas limitaciones en cuanto a libertad geométrica, precisión, tiempo y costes. 

Los ingenieros clínicos pueden utilizar la impresión 3D por estereolitografía (SLA) y sinterizado selectivo por láser (SLS) para producir modelos anatómicos para casos de cirugía complejos en un período corto de tiempo. En los últimos 20 años, las impresoras 3D han evolucionado en gran medida y han ganado terreno en varios ámbitos de la medicina, particularmente en los procedimientos de la odontología, la ortopedia y la cirugía craneomaxilofacial.

Mientras que hace 20 años, los modelos para estos procedimientos se externalizaban, costaban varios miles de euros y tardaban semanas en estar disponibles en el centro de asistencia, ahora cada vez más hospitales innovadores como el Hospital Universitario de Basilea cuentan con instalaciones propias de impresión 3D. Con este equipamiento a mano, hasta un modelo de gran tamaño de un cráneo se puede imprimir por menos de 50 € y en el mismo día.

Para llevar a cabo esta meta compartida de hacer accesible la impresión 3D, Formlabs ha estado en la vanguardia del desarrollo de procesos y materiales, desarrollando continuamente nuevos materiales de impresión 3D para medicina con hincapié en propiedades mecánicas y biocompatibles concretas que son útiles para aplicaciones médicas como las que hay en el trabajo del Dr. Thieringer.  

Al imprimir en 3D un modelo anatómico de un paciente antes de la cirugía, el Dr. Thieringer puede crear un plan más específico para sus procedimientos quirúrgicos, así como guías de perforación y corte que están adaptadas a la anatomía única de los pacientes o incluso implantes preformados. Otra aplicación beneficiosa para los cirujanos es la creación de instrumental impreso en 3D que está diseñado específicamente para el enfoque que quieran adoptar en el quirófano. Para ello, ciertos materiales impresos en 3D se pueden esterilizar para utilizarlos en el quirófano.

En el campo de la cirugía reconstructiva craneomaxilofacial, una de las principales ayudas para la cirugía ortognática y los implantes dentales proviene de procesos médicos de fabricación aditiva.

En general, el proceso de trabajo de estas operaciones empieza con una tomográfica computarizada realizada por un radiólogo, que va seguida de un proceso de segmentación realizado por un ingeniero clínico. El segundo paso ofrece a los cirujanos una reconstrucción tridimensional de los datos anatómicos a partir de la tomografía computarizada. Los datos incluso pueden combinarse con información procedente de un escaneo superficial de la piel o un escaneo intraoral de los pacientes, en función de la cirugía que se haya planificado. A continuación, se puede operar a este modelo digital de forma virtual para preparar la cirugía real o el modelo se puede imprimir en 3D para planificar implantes adaptados a los pacientes y crear guías quirúrgicas.

"Este es un ejemplo de una paciente con una fractura del suelo orbitario. Debido a la fractura, la paciente no puede mover su globo ocular de forma adecuada, lo que provoca diplopía (visión doble)", explica el Dr. Thieringer.

Una fractura del suelo orbitario se trata principalmente uniendo un implante de titanio al interior de la órbita para reemplazar o mantener unidas las piezas rotas del hueso.

"Los implantes de titanio con una forma perfecta no están disponibles en todas partes. Seguimos trabajando en la impresión in situ de implantes de poliéter éter cetona (PEEK) y titanio. Por eso, una solución rápida y fácil es imprimir un modelo anatómico de la órbita del paciente con una impresora 3D SLA. Con este modelo impreso en 3D, yo como cirujano puedo predoblar o preformar un implante de titanio genérico estándar para reconstruir el defecto de la órbita", nos describe Florian Thieringer.

Estos tipos de guías de doblado impresas en 3D solo tardan unas pocas horas en fabricarse en un laboratorio de impresión en el mismo hospital y se pueden utilizar para casi cualquier clase de fractura. 

Gracias a la rapidez de la producción in situ de las guías impresas en 3D, la tecnología amplía el abanico de aplicaciones hasta para la cirugía traumatológica aguda.

Los datos del grupo de investigación del MAM de Suiza que lidera el Dr. Thieringer muestran que se ha producido una reducción considerable del tiempo que requieren los casos de cirugía que cuentan con el apoyo de su laboratorio de impresión 3D. Al utilizar implantes adaptados a los pacientes que se han diseñado antes de la operación con la ayuda de modelos impresos en 3D, el tiempo de cirugía se puede reducir en más de 35 minutos. En función del procedimiento en cuestión, esto puede generar un ahorro de miles de dólares, medidos en el coste por minuto de estar en el quirófano. 

En el caso concreto del ejemplo anterior de reconstrucción del suelo orbitario, en el que el coste por minuto en el quirófano es de 22 $ a 133 $, la reducción de costes asciende a un total de 1488-3720 $.

Fuente: ScienceDirect

Otro ámbito importante de la cirugía craneomaxilofacial en el que se aplican ampliamente los procesos de trabajo digitales en el Hospital Universitario de Basilea es la cirugía ortognática. El proceso comienza una vez más con una tomografía computarizada para proporcionar los datos digitales en 3D. Además, se realiza un escaneo intraoral para combinarlo con la anatomía de la mandíbula del paciente. 

"Con la información digital, podemos saber la posición exacta de la mandíbula superior e inferior antes de la operación. Esto nos permite fabricar férulas impresas en 3D para el tratamiento posoperatorio", explica el Dr. Thieringer.

"Utilizamos la impresión 3D no solo para tratamientos y cirugías, sino también para la formación. Por ejemplo, creamos modelos para que los estudiantes realicen operaciones. La impresión 3D nos permite simular casi cualquier tipo de patología", explica Florian Thieringer. 

Para dar esta formación a futuros médicos y cirujanos, se fundó en 2015/16 el laboratorio de impresión 3D multidisciplinar del Hospital Universitario de Basilea en cooperación con el Departamento de Radiología y con otros cirujanos craneomaxilofaciales.

Permite a los estudiantes a los médicos y los ingenieros investigar temas como implantes inteligentes, tecnología innovadora para productos sanitarios o técnicas de cirugía mínimamente invasivas, todo ello sin dejar de estar en contacto directo con los casos reales de los cirujanos utilizando tecnologías de impresión 3D.

En resumen, las principales ventajas de la impresión 3D en la cirugía oral y craneomaxilofacial tal y como las define el Dr. Florian Thieringer son:

• La preparación preoperatoria hace posible una precisión mayor en la cirugía
• Una reducción considerable del tiempo y los costes
• Procedimientos menos invasivos
• Tratamientos adaptados a cada paciente
• Aumenta la seguridad de los pacientes y acorta las estancias hospitalarias
• Menos complicaciones
• Una educación y formación práctica

Ve nuestro seminario web con el Dr. Thieringer para saber más acerca del proceso de trabajo digital y los casos clínicos. Explora las resinas BioMed para aplicaciones médicas o contacta con nuestros expertos para hablar de cómo poner en práctica la impresión 3D en tu campo.