Modelos virtuales y la impresión 3D para el abordaje de enfermedades cardiovasculares

La tecnología 3D ayuda a mejorar los resultados de las intervenciones cardíacas

Las enfermedades cardiovasculares se constituyen como la primera causa de muerte en todo el mundo¹.

Para evitar complicaciones graves derivadas de dichas patologías, un gran número de pacientes se someten a tratamientos que, en ocasiones, pueden llegar a ser muy invasivos, requiriendo incluso la realización de intervenciones quirúrgicas.

La complejidad de este tipo de intervenciones hace que presenten un elevado riesgo de mortalidad. Por ello, la creación de nuevos modelos virtuales y de impresión 3D han resultado ser determinantes en el campo de la cirugía y la salud cardiovascular.

Gracias a sus múltiples aplicaciones, el uso de la tecnología 3D está creciendo exponencialmente, reportando grandes beneficios tanto para profesionales sanitarios, como para pacientes.

¿Qué es la tecnología 3D?

En sus orígenes, la tecnología 3D fue desarrollada para el sector de la fabricación industrial². Progresivamente, y en atención a sus potenciales aplicaciones en el campo de la salud, fue incorporándose a un ámbito más científico con fines médicos, de investigación y terapéuticos².

Este tipo de tecnología 3D permite la creación de un objeto real a través de la deposición sucesiva de varias capas de material². Por ello, la tecnología 3D se identifica con la impresión 3D. Es decir, la creación de un objeto tridimensional mediante la superposición de capas de un determinado material.

De esta forma, la tecnología 3D es capaz de reproducir cualquier objeto de manera idéntica. Lo que es enormemente útil a la hora de estudiar, por ejemplo, la anatomía de determinados órganos.

Dentro de la tecnología 3D se distinguen diferentes métodos, en atención a los materiales empleados, así como a la forma en la que se superponen las capas³.

¿Qué métodos de impresión 3D existen?

La estereolitografía (SLA)

Este método de tecnología 3D se basa en la fotopolimerización de capas de resina epoxi con luz ultravioleta. En este caso, se necesita una estructura de soporte para poder imprimir en 3D³.

Las ventajas que presenta la SLA es que las piezas fabricadas son de alta precisión, lo que permite reproducir estructuras complejas³. Sin embargo, su coste de impresión es muy elevado en comparación con el de otras tecnologías, debido al gran mantenimiento que requiere³.

Los fotopolímeros Polyjet

Lo característico de este tipo de tecnología 3D es que es capaz de imprimir utilizando diferentes materiales al mismo tiempo³.

La calidad de la impresión también es muy buena, consiguiendo unos resultados similares a los de la tecnología SLA. Además, el empleo de materiales flexibles logra emular con eficacia la rigidez propia de los tejidos cardíacos³.

Por contra, este método de impresión 3D requiere de un gran mantenimiento que incrementa su coste³. Asimismo, el precio de las máquinas que emplean este tipo de tecnología oscila entre los 30.000€ y los 150.000€, y los materiales empleados para la impresión también son caros³.

El modelado por deposición fundida (FDM)

El FDM es el método de impresión 3D más asequible y, consecuentemente, el más utilizado en el ámbito de la salud cardiovascular³.

Esta tecnología permite la creación de objetos tridimensionales a través de una extrusión continua de un tipo de filamento fundido, con una temperatura controlada. En este caso, los objetos creados son el resultado de la adhesión de finas líneas de material termoplástico y su posterior solidificación³.

La principal ventaja que presenta el FDM es que las impresoras que utilizan este método disponen de un precio competitivo (por debajo de los 4.000€) y que su precisión es detallada³. Sin embargo, su velocidad es algo lenta y disponen de una menor resolución y flexibilidad³.

¿Cómo se lleva a cabo la impresión 3D?

Con independencia de la tecnología empleada, dentro del proceso de impresión 3D se pueden distinguir 3 fases básicas³:

Segmentación

En primer lugar, se toman como referencia imágenes de lo que se desea imprimir en 3D. En el ámbito de la salud cardiovascular se obtienen imágenes de tomografías computarizadas, de resonancias magnéticas cardíacas, o de ecocardiográficas³.

Estas imágenes se almacenan en formato digital y se cargan en un software de segmentación³.

El software divide la imagen del objeto que se desea reproducir en diferentes segmentos para facilitar que su reproducción sea lo más exacta posible. Para realizar reproducciones de calidad, se recomienda que la resolución de la imagen sea inferior a 1mm³.

Por lo general, el software realiza la segmentación de manera automática o semiautomática. Sin embargo, en ocasiones, es necesario llevar a cabo esta segmentación de manera manual. Especialmente en los casos de cardiopatías congénitas complejas³.

Optimización

Al finalizar la segmentación, el objeto queda definido por una especie de “malla”. Esta malla se exporta como archivo STL (lenguaje de teselación estándar)³.

Las mallas obtenidas de la segmentación no se pueden emplear directamente para llevar a cabo la impresión 3D, ya que siempre se deben realizar modificaciones en las geometrías³.

En esta fase deben corregirse todas las imperfecciones para obtener la máxima precisión e imprimir una réplica exacta. Una vez terminada, la malla se lamina en diferentes capas y se transfiere a la impresora 3D³.
 

Rebanar

La última fase se identifica con el proceso de “laminación” o “rebanado”. Dicho proceso consiste en imprimir tridimensionalmente el objeto a través de capas superpuestas, en base a las diferentes tecnologías 3D empleadas³.

Aplicaciones de los modelos virtuales y de la impresión 3D para las enfermedades cardiovasculares

Como se apuntaba con anterioridad, la tecnología 3D dispone de una gran incidencia en la medicina cardiovascular.

Gracias a ella se han conseguido grandes avances, tanto en campo de la investigación, como en el de la formación, práctica médica y tratamiento terapéutico. Y es que los modelos virtuales y de impresión 3D han mejorado enormemente el abordaje de determinadas enfermedades cardiovasculares, permitiendo, por ejemplo:

• Reproducir órganos conforme la anatomía particular de cada paciente con alguna enfermedad cardiovascular compleja, ayudando en una correcta planificación quirúrgica².
• Crear plantillas quirúrgicas para intraoperatorios, reforzando la formación de profesionales sanitarios, estudiantes y residentes².
• Imprimir modelos anatómicos para aumentar la información preoperatoria brindada a los pacientes en cirugías complejas².

Entre sus múltiples aplicaciones en el ámbito de las enfermedades cardiovasculares, destacan:

Impresiones 3D en cirugía cardíaca pediátrica

La cirugía cardíaca pediátrica suele abordar enfermedades cardiovasculares congénitas⁴. En estos casos, el paciente suele disponer de una anatomía muy inusual, teniendo en cuenta de que se trata de neonatos y bebés con corazones y vasos muy pequeños⁴.

Por ello, disponer de un plan quirúrgico detallado es fundamental para asegurar el éxito de la intervención y del tratamiento.

Pues bien, los nuevos modelos virtuales y de impresión 3D permiten reproducir la anatomía específica de cada paciente para llevar a cabo una buena planificación de la intervención que ayude a decidir a los profesionales sanitarios cuál debe ser su enfoque⁴.

Cardiología Pediátrica Intervencionista

La cardiología pediátrica intervencionista es una alternativa menos invasiva a la cirugía cardíaca⁴.

Busca abordar la patología cardiovascular interviniendo al paciente sin necesidad de realizar cortes⁴. Con el empleo de diferentes instrumentos, puede lograr, por ejemplo, colocar un implante en el corazón a través de arterias o venas periféricas⁴.

En tales supuestos, la tecnología 3D permite la posibilidad de planificar y simular dicha intervención antes de proceder a la misma⁴.

Intervenciones estructurales cardíacas

Los modelos virtuales y la tecnología de la impresión 3D han conseguido crear nuevas vías terapéuticas para el manejo de las cardiopatías más complejas⁴.

Una de estas alternativas terapéuticas son las “intervenciones de cardiopatías estructurales”⁴.

Esta es una nueva disciplina que busca abordar las enfermedades cardiovasculares mediante el uso de nuevos dispositivos, implantes, técnicas y estrategias. Por ello, los procedimientos empleados suelen ser difíciles y desafiantes⁴. 

Sin embargo, y gracias a las impresiones 3D, actualmente se pueden llevar a cabo estas intervenciones de manera segura y eficaz, asegurando una mayor probabilidad de éxito y mejores resultados⁴.