La formación y el aprendizaje quirúrgicos se basaban anteriormente en ilustraciones de libros de texto, escaneos en 2D, ensayos con animales y un modelo de aprendizaje que implicaba largos periodos de observación antes de pasar a la experiencia práctica con procedimientos poco habituales. Los recientes avances en impresión 3D proporcionan a médicos e investigadores las herramientas necesarias para crear modelos anatómicos específicos para cada paciente y cada afección, con fines educativos y de investigación. «Utilizamos tecnología y materiales de impresión 3D para crear un entorno vascular realista que no se puede conseguir de ninguna otra forma», afirma Mike Springer, director de operaciones y emprendimiento del Jacobs Institute.
En lugar de esperar a formarse en nuevos procedimientos, los médicos del Instituto Jacobs utilizan modelos impresos en 3D de pacientes con ictus, coágulos, aneurismas y otras patologías para desarrollar habilidades quirúrgicas en un entorno sin riesgos. Los modelos se personalizan para presentar una variedad de anatomías, de modo que los médicos participantes se familiaricen con los límites de lo que se encontrarán al tratar a pacientes reales. «Los modelos vasculares en 3D representan un nuevo paradigma para la formación de la próxima generación de médicos.
Este paradigma incluye la simulación quirúrgica y endovascular, así como la evaluación de habilidades, antes de que se les permita tratar a pacientes», afirmó el Dr. L. Nelson Hopkins, fundador del Instituto Jacobs y del Instituto Vascular Gates. La formación con modelos impresos en 3D puede realizarse prácticamente en cualquier lugar, lo que evita el coste y la complejidad de operar en los entornos controlados que requieren los animales y los cadáveres humanos. No se requieren
instalaciones con controles de riesgo biológico, almacenamiento refrigerado ni atención in situ, lo que reduce significativamente los costes de formación. Además, los modelos impresos en 3D pueden imitar una amplia gama de tejidos de forma más realista que los cadáveres procesados, que ya no conservan la textura del tejido vivo. Los modelos pueden incorporar puntos de acceso, sensores y simulación del flujo sanguíneo, lo que permite una formación muy dinámica e interactiva. Se pueden diseñar complicaciones en el modelo para garantizar que la primera vez que un alumno se enfrente a un reto complejo no sea con un paciente en la camilla.
La impresión 3D permite al Instituto Jacobs acelerar y mejorar el diseño de dispositivos médicos. El equipo del CTRC también facilita los ensayos preclínicos para la validación de productos utilizando modelos anatómicos personalizados con el fin de recabar información sobre el rendimiento de los dispositivos. Cuanto antes obtengan los fabricantes de dispositivos médicos información sobre el rendimiento clínico y las interacciones de los dispositivos con la anatomía del paciente, más rápido podrán responder con cambios en el diseño antes de los ensayos clínicos. Las pruebas de validación preclínicas mejoran considerablemente cuando los médicos pueden evaluar los dispositivos en modelos anatómicos realistas que simulan con precisión el rendimiento clínico.
«Recientemente hemos evaluado la eficacia con la que un dispositivo concreto podía llegar al cerebro en función de la tortuosidad de la anatomía. Diseñamos una serie de modelos con distintos niveles de tortuosidad y, a continuación, probamos los dispositivos», explicó el Dr. Adnan Siddiqui, director médico del Jacobs Institute, vicepresidente y catedrático de neurocirugía en la Universidad de Buffalo, y director del servicio de neurocirugía de ictus de Kaleida Health. «Esto es imposible de hacer en animales y pacientes, pero la impresión 3D lo facilita mediante un proceso fluido y optimizado». Además de mejorar el rendimiento de los nuevos dispositivos en el tratamiento de los pacientes, la información temprana que los diseñadores obtienen de las pruebas con anatomía real les permite evitar costosos ensayos con animales que podrían resultar infructuosos.
A la hora de prepararse para los casos más complejos remitidos al GVI y al CTRC, los médicos recurren a la impresión 3D. Utilizando las mismas técnicas desarrolladas para la creación de modelos anatómicos destinados a la formación y a las pruebas de dispositivos, el personal del Jacobs Institute toma las imágenes de los pacientes y crea modelos físicos para planificar las intervenciones, comunicarse con los equipos quirúrgicos, informar a los pacientes y a sus familias, y practicar la intervención antes de entrar en el quirófano. La conversión de la anatomía real del paciente en modelos 3D realistas permite a los médicos integrar pistas visuales y táctiles en su plan quirúrgico.
«La impresión 3D es muy valiosa a la hora de planificar procedimientos complejos en equipo. Sin ella, nos preparamos para las complicaciones de forma teórica», afirma el Dr. Vijay Iyer, M.D., Ph.D. «Muchas veces, a pesar de la mejor planificación teórica, nos enfrentamos a circunstancias en las que no sabemos qué hacer».
Los modelos físicos permiten al equipo poner a prueba las teorías y detectar posibles complicaciones antes de que el paciente se encuentre en la mesa de operaciones y el tiempo sea un factor crítico. En un caso reciente en el que se trató a una paciente con un aneurisma cerebral, el equipo pudo evaluar la idoneidad de su solución quirúrgica antes de llevarla a cabo.
«En un principio, nuestro plan era tratar su aneurisma con una cesta metálica denominada “dispositivo de red”, que introduciríamos en el aneurisma mediante un tubo minúsculo. En este caso, pudimos intentar desplegar ese dispositivo de red y descubrimos que no iba a funcionar. Basándonos en el modelo 3D, pudimos anticiparnos a posibles complicaciones y diseñar un método mucho más óptimo para tratar el aneurisma», explicó el Dr. Siddiqui.
El Dr. Ciprian Ionita es profesor asistente de investigación de ingeniería biomédica y neurocirugía en la Universidad de Buffalo. Su equipo del Instituto Jacobs utiliza habitualmente una impresora 3D para crear accesorios a medida para equipos científicos y experimentos. «Al utilizar nuestra impresora interna, no dependemos de talleres de mecanizado externos, lo que nos ahorraría tanto tiempo como gastos. La mayoría de estos accesorios y componentes se pueden imprimir en 3D en tan solo unas horas», afirma el Dr. Ionita. La alta resolución característica de la tecnología PolyJet™ proporciona la precisión necesaria en el laboratorio.
Para los componentes de rayos X de alta tecnología, el equipo diseñó e imprimió en 3D una carcasa que alberga un dispositivo de acoplamiento de cambio multiplicador de electrones, la óptica de transmisión y los componentes electrónicos del sistema de refrigeración Peltier. El sistema debe funcionar a una temperatura cercana a los cero grados Celsius, garantizando al mismo tiempo un acoplamiento óptico perfecto, y la impresión con el material de impresión 3D de Durus permite adaptarse a este cambio de temperatura. El equipo de investigación del Dr. Ionita también ha impreso en 3D carcasas a medida para un sistema de microtomografía computarizada (microCT), soportes para el escaneo y seccionamiento de tejidos y otros dispositivos que facilitan la investigación en el laboratorio, de forma rápida y sin necesidad de recurrir a costosos servicios externos.
