Introducción a la impresión 3D y la planificación quirúrgica
Historia de la impresión 3D
Las primeras impresoras 3D se construyeron en la década de 1980 (1981 - Hideo Kodama - impresión de fotopolímeros, 1984 - Charles Hull - invención de la estereolitografía, 1988 - Scott Crump - tecnología FDM, impresión de fibra plástica). Desde entonces, los procesos de impresión 3D han evolucionado en muchos aspectos y la tecnología en su conjunto ha crecido de forma significativa. La reciente expansión de la impresión 3D se produjo tras la expiración de varias patentes importantes de la década de 1980, lo que hace que la impresión 3D esté mucho más disponible hoy en día. Las empresas que iniciaron la tecnología en la década de 1980 pasaron de ser pequeñas empresas emergentes, que sólo unos pocos consideraban importantes, a corporaciones multimillonarias (STRATASYS, EOS, 3D systems y muchas otras). Existe una enorme variedad de tecnologías avanzadas de impresión 3D que permiten imprimir a partir de diversos materiales, y el desarrollo avanza exponencialmente.
La impresión 3D en medicina
Como en muchas otras áreas, la impresión 3D ha encontrado un uso generalizado en la asistencia sanitaria. Dado que cada persona es individual y única, la impresión 3D como forma de crear productos individualizados a medida tiene una aplicación muy clara en la asistencia sanitaria. Ningún otro método de fabricación CAD / CAM ofrece tantas posibilidades de realizar la arquitectura de cualquier objeto y tantas combinaciones de diferentes materiales con distintas propiedades. Un área interesante de la impresión 3D es también su aplicación en las ramas relativamente nuevas de la medicina regenerativa y la ingeniería de tejidos. En los últimos años y, literalmente, meses, se han alcanzado muchos hitos impensables en la regeneración de tejidos biológicos. La impresión 3D desempeña un papel clave en estos sectores, y se espera que su utilización y colaboración con los avances en bioquímica, farmacología y otras ciencias médicas como la genética, la histología o la biología molecular permitan la regeneración de órganos completos en las próximas décadas. El uso de la impresión 3D en la sanidad es realmente amplio y es difícil encontrar una disciplina médica en la que no ofrezca aplicaciones innovadoras. Para la medicina dental, el ámbito de la impresión 3D es especialmente interesante, ya se utilice en prostodoncia, endodoncia o implantología, o también para planificar intervenciones quirúrgicas en nuestra disciplina asociada: la cirugía maxilofacial.
Planificación quirúrgica en cirugía maxilofacial
En las disciplinas quirúrgicas, donde a menudo se realizan operaciones en estructuras anatómicas complejas, el uso de la impresión 3D es una excelente ayuda para los profesionales sanitarios. Puede utilizarse para preparar modelos de tejido quirúrgico que se evalúan antes de la operación. El cirujano tiene más posibilidades de familiarizarse de antemano con la estructura operada, evaluarla visual y hápticamente y prepararse para la intervención. Esta estructura puede dividirse en varias secciones transversales, ya sea virtualmente antes de la impresión o físicamente como modelo impreso, y es posible examinar una anatomía interna compleja. Si se utilizan los materiales adecuados, el procedimiento quirúrgico puede llevarse a cabo de antemano en la estructura impresa, lo que es importante en el caso de los preparativos para operaciones complejas y en el caso de la educación y la formación de diversos procedimientos. La estructura impresa también puede servir como herramienta de comunicación para el médico y el paciente.
El requisito previo básico para el uso de estas técnicas es la obtención de datos 3D específicos basados en exámenes de radiodiagnóstico 3D y técnicas de exploración de superficies. Para obtener un modelo informático 3D virtual de las estructuras anatómicas, en el campo de la cirugía maxilofacial se utilizan con mayor frecuencia las radiografías 3D, como la MSCT (tomografía computarizada multicorte) o la CBCT (tomografía computarizada de haz cónico). En menor medida, también se utiliza la resonancia magnética o la ecografía 3D. En Cirugía Maxilofacial y Odontología también se utiliza hoy en día la exploración de superficies, especialmente con escáneres intraorales o escáneres de laboratorio (Trios, iTero, Medit, Kodak) que generan un archivo 3D reflejando la luz de la superficie de las estructuras exploradas. Se espera que el uso de técnicas de escaneado facial y la interconexión de estos datos con las otras modalidades mencionadas aumenten también en el futuro.
La estructura 3D, obtenida a partir de estas modalidades de diagnóstico (la mayoría en formato DICOM), se genera mediante software (por ejemplo, Anatomage, Blue Sky Bio, 3DSlicer, ITK-SNAP). Posteriormente, el archivo 3D generado (la mayoría de las veces en formato STL) se modifica adecuadamente (eliminación de artefactos, eliminación de áreas no necesarias, suavizado, etc.) en software de modelado 3D (p. ej. Materialize mimics, Blender, Meshmixer) y luego se procesa en un formato legible por una impresora 3D determinada. En pocas palabras, editamos y combinamos el objeto que obtenemos de los cortes generados a partir del TAC 3D en un único modelo y, a continuación, lo volvemos a cortar virtualmente en capas, de modo que la impresora 3D pueda imprimir físicamente esas capas unas sobre otras. Así, en el proceso de impresión 3D, el objeto se produce uniendo capa por capa. Este proceso de transferencia de capas es común a todos los tipos de impresoras 3D. Gracias a este principio, es posible crear objetos con geometrías muy complejas, lo que es único entre otros procesos de producción. Estos cuatro pasos importantes en la fabricación de modelos -segmentación por software (normalmente a partir del formato DICOM), ajuste y edición del modelo, corte virtual del modelo para la impresión 3d e impresión propiamente dicha- también determinan la precisión dimensional y el nivel de detalle del objeto impreso. Cualquier error potencial en estos pasos se traduce en imprecisión.
Al final de este proceso, se imprime un modelo que se utiliza para preparar la operación para el equipo de operaciones, para evaluar y posiblemente probar el procedimiento y preparar las ayudas quirúrgicas. Como parte del análisis de software de la estructura anatómica impresa en 3D, también es posible preparar plantillas de operación quirúrgica que son importantes para la guía física perioperatoria del procedimiento. Pueden utilizarse para guiar con precisión la incisión en los tejidos duros en una ubicación, profundidad y ángulo predeterminados, para insertar con precisión los implantes o para guiar con precisión la resección del tejido duro. También es posible preparar diversas herramientas de antemano de acuerdo con el modelo impreso en 3D, como una placa de reconstrucción en el caso de grandes operaciones de resección. Estos dispositivos, como las placas de reconstrucción o los sustitutos de titanio de los tejidos duros, pueden fabricarse manualmente sobre las estructuras impresas en 3D o también pueden producirse directamente mediante impresión 3D.
Biovoxel technologies proporciona impresión de estructuras de órganos y tejidos de plástico.