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Reducen tiempos y riesgos en cirugías gracias a réplicas 3D de órganos dañados

Un  grupo de especialistas del Ministerio de Salud Pública de Córdoba y de la UNC logró diseñar modelos físicos de diferentes órganos del cuerpo humano, a partir de imágenes de diagnóstico médico. Las réplicas reproducen fielmente la malformación o estructura dañada en tamaño real y sirven como entrenamiento médico antes de realizar la cirugía, entre otros usos. La tecnología, pionera en el país, ya se aplica en el Hospital de Niños de Córdoba gracias a un trabajo articulado con las facultades de Arquitectura y de Ciencias Médicas. [22.09.2016]

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Candela Ahumada
Por Candela Ahumada
Redacción UNCiencia
Prosecretaría de Comunicación Institucional
cahumada@comunicacion.unc.edu.ar

Un médico debe operar del corazón a un niño. Antes de realizar la intervención, tiene en sus manos una réplica exacta del órgano dañado. Lo puede ver y tocar,  examinar detalladamente la malformación, como si lo hubiera extirpado antes de abrir el pequeño tórax.

Eso es precisamente lo que logró un equipo de profesionales del Ministerio de Salud Pública provincial y de la Universidad Nacional de Córdoba, integrado por médicos, ingenieros y diseñadores industriales. Se trata de biomodelos 3D, una herramienta de vanguardia en el campo de la medicina. 

Las piezas producidas incluyen desde órganos con malformaciones y prótesis para estructuras óseas dañadas, hasta el desarrollo de instrumentos quirúrgicos innovadores y repuestos para equipamiento médico.

Los modelos ideados por el equipo interdisciplinario son hoy una realidad en el Hospital de Niños de Córdoba, donde actualmente funciona una Unidad de Biomodelos 3D,  pionera entre los nosocomios públicos del país. A través de la simulación virtual, el modelizado digital de sistemas y  la impresión 3D industrial, allí se producen piezas a solicitud de los médicos del hospital y de otros centros de salud de la provincia, para atender a casos concretos. 

“Los usos son muy diversos y apuntan a colaborar con la enseñanza, y diferentes patologías y problemáticas relacionadas con la salud”, señala Víctor Defagó, docente de la Cátedra de  Pediatría de la Carrera de Medicina de la UNC y director de la novedosa Unidad instalada en el hospital.

Las ventajas de esta tecnología son múltiples. Permite estudiar pormenorizadamente el caso y sirve como herramienta para entrenamiento o “ensayo” médico antes de la intervención. Una vez en el quirófano, funciona como “guía” para el cirujano. “La pieza puede ser colocada en la mesa de cirugía. Es como si el profesional contara con un ‘mapa’ al momento de llevar a cabo la intervención quirúrgica”, comenta Defagó.  El resultado final es la reducción de los tiempos y riesgos en intervenciones complejas. De acuerdo al especialista y jefe del Departamento de Cirugía del nosocomio, el dispositivo permite también explicar con exactitud a los padres del paciente en qué consistirá la operación de su hijo.

Otro uso destacado apunta a la formación de futuros profesionales de la salud, como material didáctico para la enseñanza de grado y posgrado de los estudiantes de medicina y otras disciplinas vinculadas. “Además de recurrir al libro, ahora podemos mostrarles a los alumnos biomodelos tangibles de casos reales”, subraya.

También se utiliza para diseñar prótesis (piezas implantadas en el cuerpo humano), y órtesis (apoyos o dispositivos externos, tales como piernas ortopédicas de bajo costo para niños con miembros inferiores amputados).

El proyecto es producto de un trabajo interinstitucional e interdisciplinario en el que participan docentes de la cátedra de Informática Aplicada de la Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño, y de la cátedra de Clínica Pediátrica de la Facultad de Ciencias Médicas de la UNC, junto a especialistas del Hospital de Niños de la Provincia. Además, cuenta con la colaboración de alumnos ayudantes y adscriptos.

Del estudio a la réplica

Desde la presentación del estudio médico hasta la obtención de la pieza final transcurre una serie de pasos. A través de un proceso digital,  la resonancia magnética y tomografía computada de alta resolución (múltiples cortes axiales de imágenes 2D) es depurada y limpiada (se eliminan los tejidos periféricos). El resultado es un modelo virtual 3D del órgano o estructura dañada (malla poligonal), que luego se envía a imprimir (ver la infografía "La producción de la pieza, paso a paso").

Las réplicas son de tamaño real y están fabricadas con PLA (ácido poliláctico), un material plástico de origen orgánico. Otro tanto se fabrica con ABS, más rígido y estable, que se utiliza principalmente para la fabricación de insumos didácticos dirigidos a la formación de profesionales del campo de la salud.

El ingeniero Santiago Fernández, titular de la cátedra de Informática de la carrera de Arquitectura e integrante del grupo que desarrolla el proyecto, advierte sobre algunas limitaciones dadas por las características del material utilizado. “Nos falta poder producir prótesis biocompatibles con el cuerpo humano. Hasta ahora, el material que usamos tiene limitaciones de absorción”, precisa.

Al estar instalada dentro del hospital, la Unidad de Biomodelos facilita el contacto diario y el trabajo conjunto entre médicos y técnicos al momento de avanzar en el diseño, y en la definición de los detalles que deberá contener la réplica final. 


Origen del proyecto

La idea de trabajar en el desarrollo de biomodelos surgió en 2013, a partir de un encuentro entre el vicedecano de la Facultad de Arquitectura, Daniel Capeletti, y el director del Departamento de Cirugía del Hospital de Niños, Víctor Defagó.  A raíz de un caso de una patología cardiovascular, el cirujano pediatra consultó sobre la posibilidad de generar una novedosa herramienta que recién comenzaba a producirse en el mundo: modelos físicos reales a partir de las imágenes de diagnóstico médico.

El desarrollo e integración de distintos softwares para convertir imágenes planas 2D en modelos tridimensionales estuvo a cargo de la cátedra de Informática Aplicada de la carrera de Arquitectura. Fernández indica que, para ello, se investigaron los distintos programas informáticos disponibles en el mercado y, finalmente, se seleccionaron los de código abierto (gratuitos).  Para la confección de una pieza final, es decir, desde la imagen plana 2D hasta la fabricación del objeto físico, se utilizan no menos de cinco softwares diferentes.

Al cabo de un mes, obtuvieron el primer modelo físico que reproducía con exactitud la afección que presentaba el corazón de un niño de cinco años. Desde entonces, continuaron trabajando de manera conjunta para casos puntuales y orientaron la investigación hacia nuevas líneas, como la generación de prótesis y material didáctico.

El proyecto fue formalizado en 2015, a través de la firma de un convenio de cooperación entre el Ministerio de Salud y las facultades de Ciencias Médicas, y de Arquitectura, Urbanismo y Diseño de la UNC. Dicho acuerdo tuvo lugar en el marco de la inauguración de la Unidad de Innovación y Desarrollo de Biomodelos 3D en el Hospital de Niños, dependiente de la cartera sanitaria.

Actualmente, la Unidad cuenta con dos computadoras standard, dos tipo work station, un scanner y tres impresoras 3D industriales, a las que se suma una cuarta que funciona en Arquitectura. 

Cada caso es analizado en reuniones médicas en las que participan distintos especialistas vinculados a la patología tratada. Defagó adelantó que utilizarán esta tecnología en dos semanas, para operar a un niño de cinco años que sufre una grave patología en el corazón, y en el transcurso de este año prevén intervenir a seis pacientes más.

“Logramos potenciar el trabajo a partir de una labor conjunta e interdisciplinaria entre el Ministerio de Salud y la Universidad Nacional de Córdoba. Esperamos que las ventajas de la innovación tecnológica ayude a mejorar la calidad de salud de la población”, concluye.

Un proyecto interdisciplinario
El desarrollo de modelos tridimensionales es parte del proyecto de investigación  “Implementación de tecnología de vanguardia como recurso didáctico en la enseñanza superior de la medicina”, que desde 2014 lleva a cabo un equipo interdisciplinario de la Universidad Nacional de Córdoba, con el financiamiento de la Secretaría de Ciencia y Tecnología de esta casa.
El estudio se propone incorporar  estas tecnologías como recurso didáctico con el objetivo de mejorar la formación del alumno a nivel de grado y posgrado. Esto, debido a que permite   observar y estudiar la situación planteada tridimensionalmente, elaborar un diagnóstico y ejercitar las posibles formas de abordar diferentes problemáticas.
En el proyecto intervienen  las cátedras de Informática de Diseño Industrial (Facultad de Arquitectura), y de Clínica Pediátrica (Facultad de Ciencias Médicas), bajo la dirección de Santiago Fernández Álvarez y la codirección de Adriana María Alday. El equipo de trabajo está integrado, además, por Silvio Ariel Chaile, Gabriel Alejandro Massano, Víctor Hugo Defagó, Luis Pereira,  Enzo Spindola, Santiago Garlot y Emilia Lascano.
Para qué sirven los biomodelos fabricados
Para escenarios prequirúrgicos, con el fin de que los cirujanos analicen el caso y puedan “ensayar” la operación antes de intervenir al paciente.
Para la enseñanza de grado y posgrado. El acceso a modelos tangibles y reales de casos puede resultar de gran utilidad para el estudio del cuerpo humano.
Para producir prótesis y órtesis. Tienen la ventaja de estar elaboradas “a la medida” del paciente, sin tener que recurrir al uso de prótesis estándar que se comercializan en el mercado.
Instrumental novedoso en salud y reparación de equipamiento de médico. Los diseños incluyen piezas originales y de gran utilidad para, por ejemplo, asistir al cirujano durante la operación.  
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