La impresión 3D para la medicina

Cada vez más doctores y hospitales acuden a alguna técnica de impresión 3D para facilitar tareas de diagnóstico, planificación, ejecución quirúrgica u obtención de prótesis a medida. En este artículo intentaremos explicar someramente en qué consiste y algunas aplicaciones concretas.

Por impresión 3D nos solemos referir a un variado conjunto de tecnologías cuyo propósito es construir un objeto bien diseñado en cuestión de horas. La rapidez en la obtención de un objeto y la flexibilidad a la hora de diseñarlos son los dos aspectos clave de este conjunto de tecnologías. El material y tipo de impresión, por otro lado, se han de adecuar a las necesidades específicas y como veremos hay una amplia variedad.

La ventaja fundamental es la posibilidad de concebir y construir rápidamente objetos con buena precisión diseñados para un escenario concreto, como es el caso de un caso clínico.

Según el uso que se le quiera dar se eligirá el material y tecnología que puedan realizar la tarea. Desde resinas fotopolimeralizables a titanio, diversos plásticos o incluso tejido biológico, la amplitud de propósitos de la impresión 3d en medicina es muy amplio.

prótesis de cadera en titanio
Prótesis de cadera impresa en titanio

Por tanto, la impresión 3D actualmente permite el diseño y construcción en cuestión de horas o días de toda clase de objetos. Hay variedad suficiente de materiales como para poder construir desde bio-réplicas para inspeccionar manualmente hasta implantes propiamente dichos, prototipos u objetos asistenciales de uso quirúrgico.

Pero cómo se hace

En general la primera parte del proceso consiste en la obtención de la información del paciente. Puede ser una tomografía de la región de interés del paciente, u otro tipo de scanners, pero esto da como resultado la información desde la que se podrá trabajar y generar los modelos que después haya que imprimir.

Una vez se dispone de la medición del paciente y con el uso de algún software especializado se procede a seleccionar aquellos tejidos que son de interés según el caso.
Por ejemplo, si se trata de un caso odontológico se encontrarán aquellos objetos que definen los tejidos óseo, dental y ciertos nervios. A este proceso se le denomina segmentación y su resultado son modelos tridimensionales digitales.

Diseño

Cualquier cosa que se desee imprimir ha der ser diseñada previamente, en ocasiones este proceso puede consistir en recortar convenientemente los objetos obtenidos por la segmentación y en otros diseñar piezas a medida como prótesis o guías quirúrgicas.

En el grupo de imágenes anteriores se pueden ver los resultados de diferentes pasos en la generación de un biomodelo, una planificación y el diseño de una guía quirúrgica en un caso de un solo implante dental.

En la siguiente ilustración un caso de reconstrucción mandibular:

Y aquí una prótesis de cadera:

Para cada uso un material y para cada material una tecnología de impresión

No es lo mismo querer fabricar una guía quirúrgica que una prótesis o un biomodelo, tanto las necesidades de biocompatibilidad y oseointegración como de propiedades mecánicas son muy diferentes según el uso.

Para construir un biomodelo o bio-réplica son más adecuadas las técnicas SLA y FDM, aunque también es habitual encontrarlas en polvo cerámico. Estas piezas no requieren ningún tipo de biocompatibilidad ni propiedades mecánicas especiales y su objetivo es proveer al cirujano de la posibilidad de analizar y medir con sus propias manos una réplica de la región anatómica de su paciente que sea de interés. También se utilizan para dar forma a ciertas prótesis, como las placas de titanio maleables, para ilustrar al paciente sobre su patología o con objetivos pedagógicos.

En un caso por fotopolimerización (SLA) y en el otro por deposición de material fundido (FDM) el procedimiento es equivalente, ya que se va generando capa tras capa hasta terminar el objeto.

En el caso de una guía quirúrgica, es decir, un dispositivo que se usará durante la cirugía para garantizar la precisión de un procedimiento, es necesario que el material no sea tóxico en contacto con tejido vivo y como son objetos que se someterán a tensiones y torsiones deben cumplir con ciertas propiedades mecánicas. Diversos materiales para impresión SLA y FDM son adecuados para esta tarea, como resinas y plásticos biocompatibles.

Si se trata de imprimir prótesis, por último, se puede acudir a una impresora DMLS (Direct Metal Laser Sintering) o SLM (Selective Laser Melting) que dirige un potente haz láser para fundir con gran precisión un punto de escala micrométrica en un lecho de polvo de titanio consiguiendo así imprimir capa a capa. Además de la biocompatibilidad del material, las cualidades mecánicas de este tipo de impresión son excelentes, comparables a técnicas clásicas de fundición o mecanizado, todas estas características hacen a esta tecnología muy adecuada para la fabricación de ciertas prótesis.

Impresión

El proceso de impresión comienza por la planificación, que consiste en encontrar un conjunto de órdenes que le permitan a la impresora hacer su trabajo. Esto depende de la tecnología y material de impresión escogidos, pero el producto de esta fase es garantizar que el objeto podrá imprimirse correctamente según las especificaciones.

Planificación de una impresión FDM en impresora de tipo polar

Es durante la planificación cuando se han de escoger parámetros tales como la velocidad, temperaturas, el flujo de material que se deposita, tiempo de exposición, el grueso de cada capa, soportes de impresión o la orientación de la pieza, siendo todo ello fundamental para conseguir que las propiedades y resultado final sean según las especificaciones.

El proceso de impresión puede llevar desde unos minutos a muchas horas, depende del material, planificación de impresión y tecnología.

Impresión FDM de un biomodelo

Cuando por fin la pieza está lista debe someterse al post procesado, que consiste en retirar el material de soporte, la limpieza, el pulido y tratamientos como el curado óptico en el caso de SLA o postprocesados químicos si son necesarios, como en el caso de FDM o impresión de metales.

Impresión 3D en titanio de una prótesis maxilar, aún con su soporte

Conclusión

La impresión 3D puede servir para múltiples propósitos a la práctica quirúrgica, desde biomodelos hasta implantes a medida, con un prometedor futuro por delante y que beneficia en gran medida al cirujano y al paciente.

En este artículo hemos intentado describir algunas de las tecnologías ya disponibles comercialmente y el procedimiento general que exige el ejercicio de la impresión 3d para la medicina.

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