Creación de implantes de tórax personalizado para un paciente con los escáneres 3D de Artec y el software Geomagic Freeform

Resumen: Tradicionalmente, la fabricación de implantes para pacientes con deformidades torácicas ha requerido escayolado y tomografías computarizadas, aunque ambos métodos son confusos e imprecisos. Con la llegada del escaneo 3D, todo ha cambiado.

El objetivo: utilizar escáneres 3D manual para crear modelos digitales precisos de la anatomía de los pacientes, y usarlos para diseñar implantes de silicona que se ajusten perfectamente y que mejoren la vida de los pacientes, con un mínimo de tiempo e incomodidad

Herramientas utilizadas: Artec Eva, Spider, Artec Studio, Geomagic Freeform

Los escaneres de Artec ayudan a la empresa a ofrecer soluciones de atención médica 3D personalizadas que se ajusten perfectamente a la anatomía de cada paciente, y que sean adecuadas para el tratamiento poco invasivo de patologías como las deformidades torácicas congénitas, que son anomalías en el crecimiento de la pared torácica.

Los rápidos avances tecnológicos en el campo de la atención médica han demostrado ser fundamentales en el desarrollo de soluciones médicas personalizadas. Lo que parecía imposible hace apenas un par de años, se ha convertido en una realidad en el mundo de la alta tecnología. Tanto las instituciones de salud públicos como los privados están utilizando tecnologías innovadoras, como el escaneo 3D, para diagnosticar y tratar a sus pacientes, así como crear ayudas médicas personalizadas para aumentar significativamente su calidad de vida.

Anatomik Modeling es una compañía con experiencia en el diseño y desarrollo de implantes 3D a medida. El objetivo de la empresa es ofrecer soluciones de atención médica 3D personalizadas que se ajusten perfectamente a la anatomía de cada paciente, y que sean adecuadas para el tratamiento poco invasivo de patologías como las deformidades torácicas congénitas, que son anomalías en el crecimiento de la pared torácica. Algunos ejemplos de estas deformidades incluyen el pectus excavatum, que es un crecimiento excesivo del cartílago que une las costillas con el esternón y causa un defecto cóncavo del esternón, y el síndrome de Polonia, que causa un músculo torácico subdesarrollado en un lado del cuerpo.

Benjamin Moreno, director de tecnología y cofundador de Anatomik Modeling, cree que la atención médica personalizada y los dispositivos médicos personalizados brindan el tratamiento y las soluciones necesarias para pacientes donde los dispositivos médicos tradicionales no son adecuados. Los dispositivos médicos personalizados pueden adaptarse a una serie de casos de anatomía compleja, producir mejores resultados y reducir significativamente la duración de la cirugía y el tiempo de recuperación.

En particular, Benjamin y su equipo de profesionales, están utilizando las soluciones de escaneo 3D de Artec junto con el software Geomagic Freeform, para diseñar implantes de pecho personalizados sin fallas y monitorear los resultados. El flujo de trabajo actual es el siguiente: Antes de la operación, el paciente se somete a varias sesiones de exploración para recopilar los datos necesarios sobre la deformidad. Los escáneres 3D de Artec se utilizan para capturar la información del tórax del paciente en el exterior, mientras que se realiza una tomografía computarizada para ver la estructura interna de la caja torácica del paciente.

Trabajando en el diseño de un implante 3D hecho a medida para tratar una deformidad congénita torácica pectus excavatum

Luego, para diseñar un implante personalizado, los datos de la tomografía computarizada del paciente se importan directamente al software Geomagic Freeform en un formato de archivo estándar, como STL u OBJ. Este avanzado software 3D es ideal para diseñar y fabricar formas orgánicas, porque se puede usar con un dispositivo háptico, una herramienta de escultura que brinda a los usuarios la sensación física de esculpir en un entorno virtual.

"Freefrom se utiliza para diseñar dispositivos médicos que se ajusten a la anatomía del paciente de manera impecable. Este es el software perfecto para estos casos porque todos nuestros dispositivos médicos tienen formas orgánicas. Por supuesto, utilizamos el dispositivo Phantom Haptic, que nos permite manipular y esculpir los dispositivos médicos de forma completamente libre. Nos ahorra mucho tiempo de diseño”. Benjamín Moreno.

Representación 3D de una deformidad torácica congénita grave de pectus excavatum a partir de un conjunto de datos de tomografía computarizada en Geomagic Freeform

Creación de implantes a medida utilizando el software Geomagic Freeform y el dispositivo háptico Phantom

Una vez finalizado el diseño, se produce un prototipo utilizando el mecanizado CNC. El prototipo luego se moldea en yeso para crear un molde. Se vierte silicona de grado médico en el molde de yeso para formar el implante. Este método se utiliza porque todavía no existen tecnologías de impresión 3D disponibles actualmente que puedan imprimir elastómeros médicos de silicona de calidad médica.

El implante 3D hecho a medida se inserta quirúrgicamente en el interior del tórax, entre la caja torácica y los músculos pectorales; se utiliza el escáner 3D Artec Eva, para capturar la nueva forma del tórax. Las sesiones de escaneo detallados en 3D previos y posteriores a la operación, se digitalizan en 3D para luego ser alineadas, luego se realizan comparaciones de mapas de distancia directamente en el software de escaneo y procesamiento Artec Studio. Esto proporciona una descripción clara de dónde y cómo se proyectan los tejidos corporales: los modelos 3D permiten a los expertos comprender mejor cómo los tejidos blandos en la parte superior de los implantes, se reposicionan según la estructura anatómica estándar de la caja torácica.

El resultado del mapa de distancia en Artec Studio 12 compara los datos 3D de cirugía preoperatoria y postoperatoria para evaluar el reposicionamiento de los tejidos blandos en el tórax del paciente

Escáneres 3D del tórax de un paciente que padece un pectus excavatum. Izquierda: Antes de la cirugía. A la derecha: después de la cirugía utilizando un implante 3D hecho a medida.

El flujo de trabajo actual es sencillo, rápido, seguro y fácil. Sin embargo, esto no siempre fue así. Antes de implementar las soluciones de escaneo 3D de Artec, Anatomik Modeling usó otros métodos más convencionales para recopilar los datos necesarios para el análisis, como el vaciado de yeso o las tomografías computarizadas. El moldeo de escayola requiere mucho tiempo, mientras que las tomografías computarizadas solo pueden realizarse mientras el paciente está acostado, en lugar de estar de pie. Como resultado, los tejidos blandos se mueven, lo que hace que los datos capturados sean inexactos.

Para obtener datos 3D de forma rápida, precisa y segura, la empresa adquirió por primera vez un Artec MH 3D y un Artec EVA. MH y Eva fueron las soluciones portátiles perfectas para capturar datos para el análisis de deformidades del tórax. Más tarde, la compañía también compró una Artec Spider para escanear las caras y cabezas de pacientes con resolución extra alta. Ahora, tanto los pacientes preoperatorios como los postoperatorios pueden ser escaneados en 3D con facilidad mientras están de pie, lo que garantiza resultados precisos en todo momento. Además, a pesar de que las tomografías computarizadas aún son necesarias para crear un implante personalizado, ahora la exposición de los pacientes a rayos X dañinos se reduce significativamente.

“El uso del molde clásico de yeso VS Artec EVA y Spider ahorra mucho tiempo y es mucho más confiable. Por lo tanto, es mucho más fácil para el paciente, en comparación con cuando se usa el yeso para moldear. Además, tener los modelos 3D de la anatomía del paciente,  permite tomar medidas que serían imposibles de lograr con los moldes de yeso ”. Benjamin Moreno, CTO de Anatomik Modeling y cofundador.

Resultados de la cirugía de corrección de pectus excavatum utilizando los implantes a medida de Anatomik Modeling 3D. Izquierda: Antes de la cirugía. Derecha: después de la cirugía.

La integración de hardwares y softwares 3D profesionales ha demostrado ser un gran éxito y está mejorando significativamente la vida de muchas personas. Con cada vez más proyectos futuros y desarrollos constantes en el campo 3D, las tecnologías 3D avanzadas están allanando el camino para la industria de la atención médica personalizada, tanto para los profesionales de Anatomik Modeling como para los expertos en atención médica de todo el mundo.