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Arquivos Catarinenses de Medicina
ISSN (impresso) 0004- 2773
ISSN (online) 1806-4280
RESUMO EXPANDIDO
Modelos de impresión 3D en el planeamiento preoperatorio de fracturas de
Mandíbula y en la enseñanza académica.
Three-Dimensional printing models in the preoperative planning of jaw fractures and
academic education.
Gustavo Mantrana1, Oscar Jacobo 2, Denisse Hartwig 3, Virginia Giachero 4, Héctor Juri 5
RESUMO
ABSTRACT
Objetivo: Demostrar la utilidad de los modelos de
impresión 3D con tecnología FDM en la planificación
preoperatoria de fracturas de mandíbula y en la enseñanza
académica. Métodos: se realizaron modelos de prototipado
rápido usando impresoras 3D de tecnología FDM, a partir
de imágenes tomográficas de pacientes con fracturas de
mandíbula; los mismos fueron sometidos a pruebas de
calidad y fueron usados en la planificación preoperatoria
y en actividades de docencia académica. Resultados:
Obtuvimos modelos 1:1, de bajo costo y confiables para la
planificación preoperatoria, se redujo un 20% el tiempo
anestésico-quirúrgico, los residentes y los docentes se
mostraron satisfechos con el uso de los modelos para la
discusión clínica de los pacientes y para la planificación
preoperatoria. Conclusión: Los modelos de prototipado
rápido creados con tecnología FDM de bajo costo, son una
excelente herramienta para la planificación preoperatoria
de fracturas de mandíbula y en la enseñanza académica
Objective: Demonstrate the utility of the 3D
printed models with FDM technology, in the
pre-operatory planning of mandible fracture
reconstruction and the academical learning.
Methods: We created models using 3D printers with
FDM technology, from CT images of patients with
mandible fractures, then, these passed through
quality and accuracy examination, and were used
for the pre-operatory plan and for academic
purposes. Results: We obtained real scale models
(1:1 proportion), of low cost and reliable for the
pre-operatory planning, reducing the anesthesicsurgical time in at least 20%, and achieving great
satisfaction among plastic surgery professors and
residents. Conclusion: The printed FDM technology
models, rapidly created with low cost, are an
excellent utility for the pre-operatory planning of
mandible fracture reconstruction and for academic
purposes.
DESCRITORES: Imagem Trisimensional,
Fixação Interna de Fraturas
Mandíbula,
KEYWORDS: Imaging, Three-Dimensional, Mandible,
Fracture Fixation, Internal
1. Residente de Cirugia Plastica de 2do año
2. Profesor Agregado de la Cátedra de Cirugía Plástica
3. Asistente de Cátedra
4. Profesora adjunta de la Cátedra de Cirugía Plástica
5.Cátedra de Cirugia Plastica y Centro Nacional de Quemados. Hospital de
Clinicas, Montevideo - Uruguay
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Modelos de impresión 3D en el planeamiento preoperatorio de fracturas de Mandíbula y en la enseñanza académica.
INTRODUÇÃO
3. Disminuir el tiempo anestésico-quirúrgico.
El éxito de la reconstrucción mandibular depende de
un diagnóstico preciso y una planificación preoperatoria
minuciosa. La radiografía convencional y la tomografía
computarizada (TC) se utilizan para completar el
diagnóstico clínico de este tipo de fracturas, aportando
datos imagenológicos importantes para el estudio de
las características de las fracturas y el planeamiento
preoperatorio. En los últimos años el desarrollo de
imágenes tomográficas tridimensionales ha permitido
al cirujano, docente y estudiantes una mejor orientación
espacial de las características fracturarias, facilitando la
planificación quirúrgica y la enseñanza académica. La
utilización de modelos tridimensionales en medicina
para simulación de enfermedades o deformidades se
remonta al renacimiento con la creación de modelos
de latex llamados ¨Moulages¨ (1) La introducción
en medicina de modelos reproducibles y precisos
de estructuras óseas seleccionadas es bastante
reciente, la posibilidad de generar reconstrucciones
tridimensionales con imágenes tomográficas fue
mencionada por primera vez en 1980, y la construcción
del primer modelo tridimensional físico del que se
tenga registro fue en 1987. (1) Las impresoras 3D han
revolucionado la forma de convertir imágenes en
objetos físicos tridimensionales, logrando cada vez
mejores resultados en cuanto a calidad, definición y
costo. El nacimiento de esta revolucionaria tecnología
tiene sus comienzos en 1988, (2) cuando Chuck Hall
crea la ¨Estereolitografía¨; desde entonces se ha
convertido en una herramienta de gran ayuda en la
planificación de cirugías maxilofaciales, (2) pero su
alto costo la han hecho poco difundida y accesible en
nuestro medio. Presentamos una alternativa para esta
técnica, haciendo uso de impresoras de tecnología
FDM (Fused Depostition Modeling) para la impresión
de modelos 3D de mandíbulas con fracturas, con buena
calidad y definición para la planificación preoperatoria
y enseñanza académica.
4. Mejorar la calidad de la enseñanza a los residentes
de Cirugía Plástica en cirugías de reconstrucción
mandibular.
OBJETIVO
- Objetivo General: Demostrar la utilidad de los
modelos de impresión 3D con tecnología FDM
en la planificación preoperatoria de fracturas de
mandíbula y en la enseñanza académica.
- Objetivos específicos: 1. Desarrollar modelos de impresión 3D de bajo costo
como alternativa a los modelos estereolitográficos
existentes.
2. Evaluar la calidad y el costo de los modelos de
prototipado rápido con tecnología FDM para su
aplicación en cirugía reconstructiva de mandíbula.
5. Proveer a los docentes de una estrategia de
evaluación de destrezas manuales de los residentes
en este tipo de cirugías sin afectar la calidad de
atención a los pacientes.
MÉTODO
Para el estudio fueron incluidos 4 pacientes con
fracturas de mandíbula de diferentes características que
consultaron a la emergencia del Hospital de Clínicas de
la Universidad de la República en Montevideo, entre
Octubre de 2014 y Enero de 2015; parte de la evaluación
de estos pacientes incluyó la realización de tomografía
computarizada (TC) (Fig. 1) Mediante un tomógrafo
Siemens Somaton Sensation 64, con cortes axiales óseos
de 0.5mm de espesor, el archivo digital fue almacenado
en un DVD en formato DICOM, seguidamente este
archivo fué analizado y modificado digitalmente usando
un software (Mesh lab) para obtener un diseño CAD
(Development of computer assisted design) de un modelo
tridimensional virtual de la mandíbula en formato .STL
(STereo Lithography) (Fig 2) para finalmente ser llevada
a cabo la impresión mediante el uso de una impresora
¨open source¨ de tecnología FDM (Fused Deposition
Modeling) creada en Uruguay,(Fig. 3) el material empleado
para la impresión fué el PLA (Polylactic Acid) por sus
características biodegradables que lo hacen amigable con
el medio ambiente. El espesor de las capas de impresión
fue de 0.2mm; y el tiempo de impresión de cada modelo
fué de 6 horas; Los modelos obtenidos fueron evaluados
rigurosamente realizando medidas comparativas entre las
medidas obtenidas en la tomografía, las medidas de los
modelos de prototipado rápido y las medidas realizadas
en vivo en los pacientes durante el intraoperatorio; para
esto fueron pautadas estructuras anatómicas como guías
de referencia, midiendo la altura mandibular de la sínfisis,
de los cuerpos a nivel de los sectores 3.4 y 4.4 y el ancho
de la ramas montantes, así como también el espesor de las
corticales óseas en los lugares de fijación de las placas de
osteosíntesis. (Fig. 4) Los modelos fueron utilizados por los
docentes de la Cátedra de Cirugía Plástica de Montevideo
para la enseñanza académica de los residentes que ahí
se forman y en la planificación preoperatoria de cada
paciente, realizando el análisis completo de los trazos
de fractura, reduciéndolos y efectuando la selección y
premoldeado de placas de osteosíntesis y la selección
de los tornillos de acuerdo al espesor de las corticales
para la fijación de las fracturas, (Fig. 5) finalmente cada
paciente fué operado usando el material de osteosíntesis
previamente seleccionado y premoldeado. (Fig. 6)
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Modelos de impresión 3D en el planeamiento preoperatorio de fracturas de Mandíbula y en la enseñanza académica.
RESULTADOS
Figura 1. Volúmenes de Reconstrucción Tridimensional por TC de
diferentes tipos de fracturas mandibulares. A: Fractura parasinfisiaria
izquieda y de ángulo. B: Fractura de cuerpo derecho, se ha separado
digitalmente la unidad mandibular del macizo facial. C: Fractura de
cuerpo derecho. D: Fractura de ángulo derecho.
Las mediciones comparativas permitieron conocer
que los modelos creados son a escala real en proporción
1:1. Todas las mediciones fueron concordantes, las
placas pre-moldeadas se adaptaron perfectamente a
la anatomía mandibular de cada paciente luego de la
reducción de las fracturas en el intraoperatorio y los
tornillos seleccionados fueron precisos en las longitudes
seleccionadas. El tiempo anestésico-quirúrgico se
redujo un 20% con respecto a cirugias similares
realizadas sin esta técnica. Residentes y docentes se
mostraron satisfechos con el uso de los modelos para la
discusión clínica de los pacientes y para la planificación
preoperatoria y destacaron las ventajas de manipular
modelos físicos versus las imágenes tridimensionales
tomográficas, el costo de los modelos creados con esta
tecnológia fue muy por debajo del costo promedio de
los modelos creados con técnica estereolitográfica.
DISCUSSÃO
Figura 2. Reconstrucción digital en computador apartir de las
imágenes tomográficas.
Los modelos estereolitográficos han sido
ampliamente usados en el planeamiento de cirugías
maxilofaciales, (2) y han sido muy difundidas las
ventajas de estos modelos, siendo de gran utilidad
en el diagnóstico y plan de tratamiento, mediante la
visualización directa de las estructuras anatómicas,
guías y plantillas qui¬rúrgicas, diseño de incisiones,
resecciones quirúrgicas, apreciación de defectos óseos
para injertos, adaptación de placas de reconstrucción, (4)
fabricación de prótesis, menor tiempo quirúrgico, menor
tiempo de anestesia, menor tiempo de exposición de la
herida quirúrgica, resultados predictibles, herramienta
educacional para el paciente (2) (5) en contraparte también
presentan desventajas como errores en el tamaño real
y su alto costo (2) Siendo esta última, la responsable de
la poca difusión de esta tecnología en nuestro medio.
La creación de nuevas tecnologías de impresión 3D
como la FDM (Fused Deposition Modeling) han permitido
crear piezas de prototipado rápido a un menor costo, La
precisión de este tipo de impresión 3D es dependiente
de la calidad de la imagen, así como también de las
especificaciones de la impresora utilizada, las impresoras
FDM más modernas permiten impresiones de capas de
0.1mm, sin embargo las vibraciones originadas por el
movimiento de la impresora en funcionamiento hacen
que las impresiones raramente alcancen ese espesor,
siendo usualmente de 0.5mm, (6) en nuestro estudio
hemos logrado con una impresora de bajo presupuesto,
impresiones de muy buena calidad con espesores de
0.2mm.
Figura 3. Modelos de prototipado rápido en PLA (Polylactic Acid),
creados con impresora open source de tecnología FDM (Fused
Deposition Modeling).
Alrededor del mundo cada vez son más las
publicaciones de investigaciones con el uso de esta
tecnología, este año se ha publicado en Italia un
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Modelos de impresión 3D en el planeamiento preoperatorio de fracturas de Mandíbula y en la enseñanza académica.
estudio con el uso de tecnología FDM para recrear
fracturas óseas en traumatología, los resultados han
sido muy similares a los nuestros, en cuanto a las
ventajas de esta nueva técnica en la planificación
preoperatoria y en la educación. Es conocido que el
tiempo de cirugía es directamente relacionado con
los riesgos de complicaciones intra y postoperatorias;
uno de nuestros objetivos ha sido disminuir el tiempo
Anestésico-Quirúrgico. El moldeado de las placas, las
mediciones de las corticales óseas y la selección de los
tornillos consumen gran parte del tiempo quirúrgico
y dependen de la complejidad de la fractura y de las
habilidades del cirujano, por lo tanto su realización en
el preoperatorio mediante modelos de prototipado
rápido, acorta el tiempo de cirugía; Algunos autores
han demostrado una reducción de 0.4 hr en el tiempo
quirúrgico de reconstrucciones mandibulares con
colgajos libres, (7) mientras otros autores han reportado
una reducción de 1.4 hr en el tiempo quirúrgico usando
modelos de prototipado rápido en el planeamiento
preoperatorio de reconstrucciones mandibulares; (8) En
nuestro estudio logramos una reducción del 20% del
tiempo quirúrgico.
4. Mehra P, Miner J, D’Innocenzo R, Nadershah M.
Use of 3-d stereolithographic models in oral and
maxillofacial surgery. J Maxillofac Oral Surg. 2011
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6. Starosolski ZA, Kan JH, Rosenfeld SD, Krishnamurthy
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7. Lethaus B, Poort L, Böckmann R, Smeets R, Tolba R,
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8. Hanasono MM, Skoracki RJ. Improving the speed
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modeling. Plast Reconstr Surg 2010;125:80.
CONCLUSÃO
Los modelos de prototipado rápido con impresión
3D de bajo costo mediante el uso de impresoras
con tecnología FDM, representan una excelente
alternativa a los tradicionales y costosos modelos de
estereolitografía, siendo de buena calidad, confiables y
precisos para la planificación preoperatoria de cirugía
reconstructiva de fracturas de mandíbula, logrando
reducir los tiempos operatorios y mejorando la
enseñanza académica en la formación de residentes de
Cirugía Plástica.
REFERÊNCIAS
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Three-Dimensional Printing of Bone Fractures:
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Planning and Education. Bizzotto N1, Sandri A2,
Regis D2, Romani D2, Tami I3, Magnan B2.
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