[BankitO]: Impresión 3d desde tomografía computada para planeamiento y optimización de cirugía maxilofacial.

El caso transdisciplinario de un maxilar con piezas supernumerarias.

Hace unos meses se acercó al CMD Lab, el laboratorio de fabricación digital de la Ciudad de Buenos Aires, donde trabajo en temas de investigación y desarrollo referidos al diseño, modelado e impresión 3d, Agustín Deza Marín, odontólogo especialista en cirugía y traumatología maxilofacial, con un caso de un paciente de bajos recursos próximo a una cirugía de extracción de piezas dentarias supernumerarias propias de una disostosis cleido-craneal deformante y congénita.

Se preguntaba si podríamos imprimir en 3d un modelo óseo con piezas dentarias correspondiente a los maxilares del paciente para, llegado el momento de la cirugía, poder minimizar la morbilidad de la misma, los riesgos y complicaciones postoperatorios, estudiando en profundidad los modelos tridimensionales físicos provenientes de datos médicos proporcionados por tomografía computada, a fin de conseguir una práxis rápida y eficaz, pudiendo intervenir únicamene en las zonas que fuera necesario sin dañar el resto de las piezas dentarias que debían ser conservadas.

La idea entonces era conseguir un modelo tridimensional palpable para planear la cirugía a ser realizada sobre el paciente con anterioridad, y al mismo tiempo, que el mecánico dental pudiera diseñar aparatos precisos para tratar el desarrollo posterior del paciente, que serían “injertados” de forma intraquirúrgica en el cuerpo del mismo, por lo que el objeto impreso en 3d debía ser absolutamente preciso.

Las tomografías computadas están compuestas y divididas en 3 cortes, el corte axial, el sagital y, por último, el corte coronal, que proveen una visión tridimensional de la zona analizada mediante la superposición de todas estas capas en programas de visualización médica y de los que puede exportarse una malla en formato .STL (standard tesselation language) para impresión 3d o fresado CNC. Había que convertir las rodajas de las tomografías en una superficie tridimensional para después exportar, en base a esa superficie, un archivo .stl imprimible.

Uno de los grandes problemas al trabajar con tomografías computadas de pacientes con graves irregularidades se presenta al momento de buscar la obtención de una pieza “limpia” que sea posible de imprimir en 3d y que, al mismo tiempo, resulte idéntica al cuerpo del paciente. No es lo mismo trabajar una fractura de femur que un maxilar superior con desplazamientos oseos en la apófisis palatina o la sínfisis mentoniana...

Para poder imprimir en 3d mediante el proceso de fabricación por deposición de filamento fundido un modelo tridimensional generado por una computadora, es necesario que éste sea cerrado, que su espesor mínimo no sea inferior a la altura de capa o resolución de la cantidad de material que el pico extrusor puede depositar, que no existan partes flotantes en la pieza, es decir porciones inconexas, que no haya ningún tipo de superposición de vértices ni entrecruzamiento de caras y que, teniendo en cuenta la fuerza de gravedad y el material de soporte, que va a utilizarse para construir el objeto, éste último no sea imposible de extraer de la pieza que se busca obtener. Todo esto es lo que llamamos, en impresión 3d, un objeto “manifold”.

En este caso las piezas dentarias del paciente desplazaban gran cantidad de porciones óseas, al mismo tiempo que se encontraban en zonas porosas debido a la presencia de múltiples cavidades vasculares y varios conductos, como el lacrimonasal en el maxilar superior, la fosa mirtiforme, el conducto mandibular contenedor del nervio milohiodeo y cavidades propias de los huesos mandibulares además de varias irregularidades en las eminencias alveolares. Lo que proporcionaba, tras la conversión a malla tridimensional, un objeto completamente “sucio” del que era menester extraer sobrantes e incluso efectuar mínimas recontruscciones, sin modificar en absoluto, por la necesidad de precisión que a posteriori los modelos debían cumplir, el modelo real del que la malla para impresión provenía.

Este tipo de acciones, realizadas exclusivamente para el correcto planeamiento de diversas cirugías, es bastante común en diferentes países capacitados en tecnologías de prototipado rápido, como la impresión 3d y el fresado cnc. Por lo que pude sumergirme en una basta cantidad de artículos académicos y estudios de anatomía de casos similares para comprender con exactitud, tras la exposicion del caso y las necesidades por parte de Agustín, qué porciones debían resultar expuestas en el objeto impreso y cuáles dificultaban la visualización de las piezas a ser extraídas.

Fué un arduo trabajo de combinación de diferentes softwares hasta dar con las mallas adecuadas para la impresión. El primer paso fué cargar los cortes de TC a dos softwares de visualización y conversión de archivos de datos médicos, en este caso utilicé InVesalius y Slicer, dos programas libres de código abierto creados para la comunidad médica con el fin de posibilitar el prototipado rápido, el planeamiento quirúrgico y la creación de dispositivos como implantes, prótesis y órtesis.

Ambos contienen una base de datos programable para enfocar la reconstrucción de mallas en zonas específicas señaladas por la densidad de la imágen, sin embargo las imágenes tomográficas no son del todo regulares y el trabajo manual humano siempre es necesario, sobre todo en casos de este tipo. Así fué que, habiendo obtenido las mallas correspondientes al maxilar superior y la mandíbula me ví en la necesidad de extraer porciones óseas innecesarias para el caso y muchos otros “artefactos” erroneos propios de la TC, llevando la abstracción tridimensional a límites de contraste desde los que fuera posible evitar errores para, tras una limpieza veloz en MeshMixer, unificar las diferentes piezas con Blender, comparar las mallas a imprimir con la superficie 3d del cuerpo del paciente y, al fin, enviar los archivos .stl a Catalyst, software de generación de códigos bcm para impresión 3d en una impresora 3d Dimension de la compañía Stratasys.

En ambos casos, maxilar superior y mandíbula, generé un modelo únicamente con las piezas dentarias para facilitar la visualización del espacio entre ellas y las direcciones que poseían, para facilitarle a Agustín la comprensión de su disposición.

Creo importante destacar que el procedimiento de reconstrucción fué realizado en su mayor parte mediante el uso de software de código abierto, desarrollado en gran parte por diferentes comunidades de todo el mundo que añaden incansablemente nuevas funciones, perfeccionan las existentes, colaboran liberando su conocimiento y promueven la libertad de los usuarios.

Links:

Blender

InVesalius

3D Slicer

Con Agustín Deza Marín estuvimos exponiendo el caso en un congreso de impresión 3d para inspirar a nuestros colegas, tanto de la salud como de la impresión 3d, a animarse a unir fuerzas, cruzar disciplinas y conseguir mejoras en la calidad de vida.