La impresión 3D está teniendo una adopción cada vez más extendida en el campo médico, con numerosos ejemplos de aplicaciones que ayudan a los cirujanos a planificar con precisión la cirugía estética. Ahora, el potencial de la impresión 3D está siendo examinado por hospitales que tratan a pacientes que luchan por su vida.

La ETZ (Elisabeth-TweeSteden Ziekenhuis) es uno de los once centros de trauma en los Países Bajos. Como el único centro en el país con cirujanos de trauma en el lugar las 24 horas del día, sirve como el lugar principal para pacientes de emergencia en el norte de Brabante. La impresión 3D ya se ha utilizado para visualizar las fracturas óseas, pero los investigadores pioneros creen que también se puede utilizar para ayudar a tratar a los pacientes con traumatismos.

Mike Bemelman, MD, cirujano traumatólogo en ETZ, ya había visto el potencial de la impresión 3D en 2016. Junto con Lars Brouwers, MD, PhD-candidate y Koen Lansink, MD, cirujano traumatólogo, han comenzado a investigar sobre la beneficios y efectividad de la impresión 3D, en comparación con las tecnologías tradicionales y otras nuevas tecnologías. Su idea es la impresión en 3D de las fracturas óseas escaneadas para que tanto los cirujanos como los pacientes tengan una idea clara de cada situación antes de operar.

Antes de la impresión en 3D

Para prepararse para una operación, los cirujanos analizarán las tomografías computarizadas del paciente. Obtener una idea exacta de cada situación es un desafío, incluso para un cirujano experimentado. Las tomografías computarizadas se convierten en una reconstrucción en 3D, lo que permite a los cirujanos examinarla virtualmente en la pantalla de una computadora. Si bien esto ha mejorado la facilidad de comprender cada situación, tiene sus limitaciones: los cirujanos a veces encuentran difícil orientar el modelo y las reconstrucciones 3D se ven en una pantalla 2D, careciendo de una sensación realista de profundidad.

Crear una tomografía computarizada
Crear una tomografía computarizada del paciente

Impresión 3D huesos fracturados

Lars comenzó a utilizar el Ultimaker para imprimir estructuras óseas fracturadas, lo que permite a los cirujanos analizar una fractura no solo mirándola, sino también tocándola y rotándola, lo que le da un importante valor agregado al proceso de planificación de la operación. Utilizando material de soporte de PVA soluble en agua, las geometrías orgánicas complejas se pueden reproducir con precisión con cavidades pequeñas y detalles importantes incluidos.

Adoptando impresión 3D en el proceso

Uno de los desafíos de adoptar la impresión 3D fue encontrar una forma simple y eficiente de convertir archivos DICOM (el formato de archivo propietario de escaneos CT) en archivos 3D imprimibles. Usando Philips IntelliSpace Portal, Lars puede exportar directamente un modelo 3D del escaneo, que puede preparar en Ultimaker Cura y enviarlo al Ultimaker 3 .

Elisabeth-TweeSteden Hospital
Impresión de un modelo tridimensional de una fractura ósea a partir de datos de tomografía computarizada.

Beneficios para el paciente

Después de que el paciente se encuentra en una condición estable, se realiza una tomografía computarizada para que los médicos puedan hacer un diagnóstico. La información de la tomografía computarizada está disponible de inmediato para Lars en el estudio de impresión 3D, donde puede comenzar a imprimir la estructura ósea fracturada del paciente. La impresión en 3D estará lista en un día y los cirujanos la utilizan para planificar la operación y explicar el proceso al paciente antes de que suceda.

Discutiendo el procedimiento
Comunicarse mejor con los pacientes
Nuestro objetivo fue investigar si la impresión 3D puede ser de valor agregado para clasificar las fracturas acetabulares. La conclusión más importante de nuestra investigación es que la impresión 3D tiene un valor agregado.

Resultados de la investigación de Lars

Cuando un paciente tiene una fractura, los doctores analizarán las radiografías o los escáneres de 2DCT y decidirán sobre un tratamiento apropiado. Cuanto mejor sea la comprensión de la situación, con mayor precisión se puede determinar el procedimiento correcto. Los cirujanos llegarán a una solución utilizando un sistema de puntuación de acuerdo, conocido como puntaje kappa. En promedio, los cirujanos con poca experiencia tienen una puntuación kappa de alrededor de 0.2, usando imágenes tradicionales de 2DCT. Los cirujanos con más años de experiencia tienen una puntuación kappa de alrededor de 0.4. Lars investigó el puntaje del acuerdo cuando los cirujanos utilizaron otras técnicas como 3DCT, impresión 3D y visualización de realidad virtual. Utilizando un modelo impreso en 3D, tanto los cirujanos nuevos como los experimentados obtuvieron una kappa de entre 0.6 hasta 0.7, que es la puntuación más alta de todos los métodos.

El sistema de puntuación Kappa
El coeficiente kappa se usa para medir el acuerdo entre cirujanos.

El aumento de la puntuación kappa demuestra el valor agregado de la impresión 3D en el proceso de toma de decisiones. Al realizar esta investigación, Lars espera probar que la impresión 3D puede ser de valor agregado para la satisfacción del paciente, la satisfacción quirúrgica, el tiempo de operación y la calidad de vida relacionada con la salud del paciente.

Descargo de responsabilidad: las impresoras Ultimaker 3D están diseñadas y fabricadas para la fabricación de filamentos fundidos con termoplásticos de ingeniería Ultimaker dentro de un entorno comercial / empresarial. La mezcla de precisión y velocidad hace que las impresoras Ultimaker 3D sean la máquina perfecta para modelos conceptuales, prototipos funcionales y la producción de pequeñas series. Aunque logramos un estándar muy alto en la reproducción de modelos 3D con el uso de Ultimaker Cura, el usuario sigue siendo responsable de calificar y validar la aplicación del objeto impreso para su uso previsto, especialmente crítico para aplicaciones en áreas estrictamente reguladas, como dispositivos médicos. y aeronáutica.


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El reto

Con sede en Zhejiang, China, el Centro de Recuperación de Miembros Artificiales se fundó en 1958 para proporcionar a los pacientes unos miembros artificiales, prótesis y soluciones ortésicas apropiadas, consistentes y de gran calidad. También conocido como el Centro de Bienestar Social de Zhejiang, este centro es responsable de desarrollar miembros artificiales, órtesis, sillas de ruedas, carros y servicios para heridos, discapacitados y ancianos.

El sr. Wang, operario de una fábrica local de herramientas, sufrió una lesión de muñeca incapacitante mientras estaba trabajando con una máquina. Cuando acudió al Centro de Recuperación para recibir tratamiento médico, parte de su plan de tratamiento incluyó cooperar con el equipo técnico de Shining 3D y su EinScan-Pro. Esta historia muestra cómo con la ayuda de un escáner 3D y una impresora 3D sus lesiones fueron sanadas y el paciente pudo volver rápidamente a su trabajo.

Caso de estudio EinScan de Shining 3D

Métodos tradicionales

¿Por qué la fabricación aditiva y el CAD/CAM están remplazando a los métodos ortésicos tradicionales? El molde en escayola es el método tradicional para producir órtesis personalizadas y prótesis, aunque este método puede ser complicado, laborioso y molesto.

Por ejemplo, el encaje de moldes de yeso en los niños a menudo es estresante para el paciente, los padres y el médico. Además, el equipamiento tradicional, como por ejemplo los entablillados, son difíciles de encajar perfectamente, debido a que nuestro esqueleto humano es “imperfecto”. Los pacientes que usan moldes de escayola normalmente se sienten incómodos y a menudo tienen heridas debido a un encaje imperfecto.

La mejor solución

 

Visualizado 3D de Órtesis

Visualizado 3D de Órtesis desde escáner 3D

Para mejorar el tratamiento de los pacientes y acelerar el desarrollo de dispositivos ortésicos más precisos, el Centro de Recuperación de Zhejiang necesitaba una alternativa a los moldes de escayola. Por ello colaboraron con el equipo de Shining 3D para obtener una alternativa más rápida, limpia y menos invasiva usando el escáner 3D EinScan-Pro.

Este dispositivo permite una fácil captura en 3D de las partes del cuerpo humano, incluyendo miembros, cabeza o torso, de forma rápida y precisa para todos los pacientes, con una variedad de ajustes. El crecimiento de la impresión 3D ha cambiado radicalmente a la comunidad médica, y Shining 3D lleva dedicándose a los tratamientos biomédicos desde hace más de diez años. Los científicos ya utilizan con regularidad la tecnología 3D para diseñar y fabricar una gran variedad de implantes, prótesis y más. Para medicina interna se requiere una certificación más estricta, pero para el caso de prótesis, órtesis y férulas la impresión 3D se emplea con frecuencia y gran éxito.

El escáner multi-funcional EinScan-Pro se usa en áreas diversas como medicina, educación, fabricación industrial, investigación, diseño, artes y patrimonio. En el campo de las órtesis y prótesis, quienes realmente necesiten dispositivos médicos personalizados son los verdaderos beneficiarios de esta increíble nueva tecnología.

El proceso

 

Ortesis 3D

Realización de Ortesis ajustada con escáneres 3D

EinScan-Pro revoluciona el proceso de encaje de prótesis y órtesis para pacientes. Estos son los pasos que se llevaron a cabo para escanear en 3D con un EinScan-Pro y fabricar posteriormente con una impresora 3D.
1. El técnico de Shining 3D usó el EinScan-Pro para escanear la mano, muñeca y brazo para recopilar datos de forma muy precisa.
2. Basándose en los datos de escaneado 3D obtenidos con el EinScan-Pro, los técnicos del Centro de Recuperación usaron un software ortopédico especial de procesamiento (CAD) para diseñar la forma de la férula teniendo en cuenta cualquier unión, músculo o masa ósea deformada.
3. La clínica fabricó entonces de forma rápida con impresión 3D la férula personalizada con una impresora 3D de estereolitografía, con una resina similar al ABS y PBT. Este resistente material se usa a menudo en industria automovilística, aeroespacial y para productos de consumo, pero también se puede usar para biomedicina y sector dental.

Resultados y beneficios para el cliente

1. Los datos 3D se adquirieron sin trastorno ni dolor para el paciente. El EinScan-Pro escanea con luz estructurada sin contacto, lo que es altamente preciso y evita por completo cualquier error de deformación que pueda estar causado por las técnicas tradicionales de moldeo en escayola.
2. Todos los datos del modelo de férula tienen que exportarse directamente a una impresora 3D. Una vez creada la pieza y encajada en el paciente, se vieron de inmediato las ventajas de flexibilidad y confort.
3. La férula personalizada impresa en 3D ofrece excelentes efectos ortopédicos y de salud. La rehabilitación del paciente y la recuperación de su ritmo de vida habitual se acelera debido a que el dispositivo permite el ajuste del miembro durante el proceso.

“Usar las tecnologías de escaneado 3D e impresión 3D hemos podido personalizar cada férula o prótesis de forma específica de acuerdo con la situación física de cada paciente. Esto permite a nuestros pacientes moverse con tanta libertad y flexibilidad como sea posible, dentro de la seguridad. Esto es una gran mejora respecto a los moldes de escayola, con menos molestias, y de forma rápida y fácil”

(Declaración de los especialistas del Centro de Recuperación de Zhejiang)