El desarrollo de modelos 3D anatómicamente precisos es un componente importante de la simulación sanitaria. En SIMU, en Brno, la colaboración con las principales universidades europeas dio lugar al proyecto ACCEDE, que perfeccionó técnicas como la segmentación por TC, el escaneo 3D y el moldeado de silicona. El proyecto creó herramientas de enseñanza realistas a través de un proceso estructurado de cinco etapas. Estos esfuerzos han culminado en un portal web para compartir modelos anatómicos en 3D, fomentando la innovación en la educación y la simulación. Obtenga más información y explore los recursos compartidos en la página web del proyecto.
«Empiece por arriba y vaya subiendo» es una de las leyes de Peter que suena regularmente en mi cabeza. Sin embargo, en el caso de la impresión en 3D en nuestro centro de simulación en Brno, SIMU, sentimos que este no sería el caso. Empezamos desde cero y, después de aproximadamente un año imprimiendo soportes, bases y pequeñas piezas de repuesto para simuladores y entrenadores, sentimos que queríamos llevar nuestros conocimientos y habilidades mucho más lejos. Queríamos aprender a imprimir modelos basados en datos médicos reales: modelos anatómicamente precisos. Y teníamos claro que no podíamos abordar algo así solos.
Invierno frío, té caliente y muchos pensamientos en nuestras cabezas. Empezamos a buscar socios que quisieran formar parte de nuestro audaz viaje. El profesor asociado Pavol Vitovič de la Universidad Comenius de Bratislava y Marc Lazarovici de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich aceptaron nuestra invitación para unirse al consorcio del proyecto. Así nació la solicitud de subvención Anatomically aCCuratE 3D modEls (ACCEDE). Una convocatoria que posteriormente fue apoyada y gracias a la cual aprendimos los procedimientos que presenta este artículo. El objetivo de nuestros esfuerzos era aprender a crear modelos 3D precisos de estructuras anatómicas basados en datos médicos. Para desarrollar este conocimiento, organizamos talleres internos colaborativos durante el año 2023. A los talleres de tres días asistieron aproximadamente 15 técnicos de las tres universidades participantes y se celebraron sucesivamente en Brno, Bratislava y Múnich. Nuestras reuniones presenciales dieron lugar al intercambio de experiencias, habilidades, pruebas de nuevas tecnologías y, lo que es más importante, al acuerdo sobre un curso de acción común.
La completa línea de desarrollo de modelos anatómicos en 3D
Al principio del proyecto, asumimos que la principal fuente de datos anatómicos precisos sería la imagen médica, como la tomografía computarizada (TC). Sin embargo, durante el transcurso de la implementación, descubrimos la magia del escaneo 3D, que es una forma conveniente de obtener modelos 3D muy precisos a partir de objetos que están tangiblemente disponibles en nuestras manos.
También ampliamos nuestros esfuerzos de creación de modelos 3D durante el transcurso del proyecto creando productos mediante el moldeado de silicona. La razón de este paso es obvia: el moldeado de silicona es una técnica para crear modelos blandos. Es la técnica más común para crear equipos didácticos y entrenadores en la simulación sanitaria.
Y esto ya ha dado lugar a un proceso bastante complejo que llamamos canalización. La creación de cada modelo 3D pasa por algunos estados específicos. Cada estado individual implica a diferentes personas, diferentes tecnologías, y el resultado final toma una forma diferente.
De manera simplificada, podría describirse en 5 etapas:
- Obtención de datos en bruto
- Procesamiento de los datos
- Impresión y fabricación
- Verificación del producto
- Publicación y utilización
Al principio, necesitamos tener una idea clara de qué queremos modelar exactamente, dónde obtener los datos necesarios, quién será nuestro experto clínico colaborador en el campo (si no somos nosotros mismos), qué materiales utilizaremos para hacerlo y, lo más importante, para qué se utilizará el modelo. ¿Será un hermoso cerebro verde oscuro nacarado que abarrotará nuestra oficina, o un artilugio didáctico para cortar y coser, por ejemplo?
El proceso de 5 pasos para la creación precisa de modelos 3D
1. Obtención de datos en bruto
Durante el proyecto, utilizamos varias técnicas para obtener los datos en bruto para el modelo 3D. El enfoque más común es la segmentación por TC. Es un proceso de manejo de imágenes radiológicas y, mediante la separación de segmentos de contraste individuales, se esculpen modelos 3D. Es el procedimiento más utilizado en medicina clínica. Esta técnica puede utilizarse para obtener modelos de muchas estructuras anatómicas, tanto normales como patológicas. Sin embargo, una limitación importante es el contraste de las estructuras anatómicas y también la precisión de la TC. La precisión de la mayoría de las tomografías computarizadas convencionales es de aproximadamente un tamaño de vóxel de 1 mm. Las exploraciones con una precisión superior a 1 mm son la excepción o, más bien, la especificidad de determinados exámenes en la práctica habitual. Un vóxel de 1 mm, por desgracia, tiene una precisión relativamente baja, si se quiere, resolución y, por tanto, nivel de fidelidad para los objetos impresos. Por lo tanto, los modelos resultantes sufren algún tipo de distorsión menor y, por ejemplo, es casi imposible modelar pequeñas estructuras a partir de la TC sin el uso de software médico especializado para ello.
Sin embargo, lo que puede resultar una verdadera limitación es el acceso a dichos datos médicos en lo que respecta a la legislación y la protección de los registros médicos. Este es un tema que no debe descuidarse. Los datos deben procesarse de forma anónima y protegerse adecuadamente.
Un segundo enfoque posible para obtener datos sin procesar es utilizar un escáner 3D. En este caso, no depende de un departamento de radiología, sino de un departamento de anatomía universitario. Este último a menudo puede proporcionar un gran número de estructuras anatómicas para ser examinadas y posteriormente escaneadas. El proceso de escaneo es particularmente adecuado para estructuras anatómicas sólidas como los huesos, pero los más aventureros pueden probar con otras.
Los escáneres se caracterizan por una precisión muy alta. El que utilizamos en SIMU puede trabajar con una precisión de 0,05 mm. Eso parece ser 20 veces más preciso que el escáner CT promedio. Pero recuerde que estamos operando en un espacio 3D, por lo que la precisión es, en promedio, 8000 veces mayor que la de la TC. El proceso de escaneo en sí es, entonces, relativamente simple gracias al software especializado suministrado. El objeto se coloca en el plato de escaneo, que gira automáticamente, y el técnico solo tiene que intervenir cuando se coloca el modelo en la siguiente posición de escaneo. Se pueden utilizar puntos guía adicionales o spray antirreflectante para aumentar la precisión del escaneo.
2. Procesamiento de los datos
Los datos obtenidos mediante segmentación y escaneado son solo datos de entrada aproximados. Cada método se enfrenta a artefactos específicos que deben resolverse durante el posprocesamiento.
Típicos de la segmentación son las burbujas anómalas en las estructuras, los huecos en el centro de los modelos que deben eliminarse para facilitar la impresión y otras imprecisiones que se eliminan utilizando herramientas y técnicas simples y clásicas.
La mayoría de los artefactos que surgen durante el escaneo son eliminados por el técnico utilizando el software especializado de escaneo directamente durante el escaneo de superficies individuales, o incluso por el propio software utilizando correcciones automáticas. El escáner 3D produce un modelo muy preciso, incluso con textura, pero esto a veces requiere ajustes adicionales. Un ejemplo típico sería la eliminación de puntos de escaneo auxiliares que se han utilizado para aumentar el nivel de precisión del escaneo.
3. Impresión y fabricación
La impresión 3D es probablemente la parte más emocionante de todo el proceso, pero, contraintuitivamente, la más fácil. Dejando de lado los posibles problemas técnicos que pueden surgir al imprimir en 3D, todo el proceso consiste en cargar los datos en una unidad USB, insertarla en la impresora y pulsar el botón de impresión. Durante las siguientes horas, podrá observar con entusiasmo cómo se crea su modelo ante sus ojos.
La impresión en 3D en sí es muy precisa, el material se aplica en capas de tan solo 0,05 mm. Muchos estudios han demostrado que la precisión de la impresión supera a la de una TC y que el modelo impreso coincide con el modelo digital.
Una situación más compleja surge si inicialmente nos proponemos crear un modelo utilizando moldeado de silicona. En este caso, la impresión 3D será solo el primer paso para nosotros. Se pueden utilizar dos tipos de moldes para crear moldes de silicona. Para ciertos modelos, un molde duro es conveniente y suficiente, pero para algunos, es necesario utilizar un molde blando, que se crea mediante moldeado de silicona.
En el caso de la primera opción, utilizamos la impresión 3D para imprimir el molde, lo que significa que hemos preparado una inversión del modelo en el paso anterior; así es como se creó el molde. La segunda opción es un paso más complejo. Al principio, imprimimos el modelo 3D en sí, según él moldeamos el molde de silicona y solo entonces se destina a moldear la variante de silicona de nuestro modelo final.
4. Verificación de la impresión
La verificación puede considerarse una parte crucial de todo el proceso. En Internet hay muchos modelos anatómicos disponibles, pero su precisión real sigue siendo una incógnita. Si el objetivo del proyecto era crear modelos adecuados para la enseñanza, su precisión es crucial.
Por lo tanto, los expertos clínicos formaron parte de nuestro proyecto desde el principio, no solo ayudándonos a nosotros, los técnicos, a seleccionar las estructuras correctas y necesarias, sino también desempeñando un papel clave en su verificación. Los modelos impresos se entregaron a los expertos para su evaluación y comentarios. En caso de que se sugirieran cambios y modificaciones para mejorar la calidad del modelo, todo el proceso volvía al principio, a la segunda etapa (procesamiento), y se volvía a trabajar en las modificaciones.
Durante el proyecto, nos quedó claro que no todos los modelos podían verificarse utilizando los mismos criterios. Los criterios de «precisión» se basan en las expectativas que se establecieron al principio del proceso. Por ejemplo, si imprimimos una tibia, podemos imprimirla para que tenga el peso equivalente al hueso real. Pero, ¿era ese el objetivo? Quizás necesitemos crear un entrenador de infusión intraósea en el que el aspecto crucial de la evaluación no sea la visibilidad de cada detalle anatómico del hueso, sino más bien las características del material cuando se perfora con un taladro de 20 000 rpm.
Por lo tanto,
los criterios de verificación deben basarse en el propósito y la intención del modelo que se está desarrollando.
Los modelos de silicona suelen pasar por un ciclo de verificación más exigente que los impresos en 3D. Normalmente se necesitan varias iteraciones para producir un modelo concreto que satisfaga a los técnicos y, sobre todo, a los expertos clínicos. Solo entonces se utiliza el modelo en la enseñanza, donde los estudiantes lo verifican minuciosamente.
5. Publicación y utilización
Probablemente sea fácil imaginar que una actividad laboral de este tipo puede ser muy interesante y estimulante. Sin embargo, no debemos olvidar que cada modelo que creamos debe tener un propósito claro. Su camino se trazó mucho antes de que empezáramos a producir. Y así, la mayoría de los modelos, no solo en nuestro centro de simulación sanitaria, van directamente a la enseñanza. A menudo sucede que no tenemos nada con lo que presentarnos porque todos nuestros productos se destinan inmediatamente a la enseñanza. Sin embargo, esta es la gratificación más agradable de nuestro trabajo.
Sabemos desde hace mucho tiempo que este tema es compartido por muchos de nuestros colegas de diferentes centros de simulación, que siguen el mismo camino y crean muchos productos interesantes para la educación sanitaria utilizando pasos idénticos. También creemos que nuestros resultados (modelos 3D anatómicamente precisos) pueden ser útiles en la enseñanza en niveles educativos inferiores. Hoy en día, muchas escuelas poseen impresoras 3D, y a menudo dudan sobre qué cosas útiles imprimir. Imagínese si pudieran imprimir un modelo anatómico relevante para cada estudiante.
Y es por eso que parte de nuestro proyecto es el desarrollo de un portal web para compartir modelos 3D con temas de simulación anatómica y sanitaria. Al hacerlo, estamos creando un espacio común donde usted también puede difundir sus habilidades fuera de las paredes de su centro de simulación, su facultad u hospital. Como resultado del proyecto, hemos prometido que al menos 70 modelos estarán disponibles en este portal web.
Consideraciones finales
Si ha leído hasta aquí, no lo dude y visite el portal en https://printanatomy.eu.
El tema y el proceso descritos se presentaron recientemente como taller en la reunión anual de SESAM en Praga 2024 y también en SIMPO 2024. Si está familiarizado con este tema, no dude en visitar la Comunidad de Práctica de Tecnología e Innovación de SESAM, que reúne a entusiastas de la innovación y la tecnología.
Por supuesto, también puede ponerse en contacto conmigo. Agradeceré cualquier mensaje.
El proyecto fue cofinanciado por la Unión Europea en el marco del programa Erasmus+.
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