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sábado, septiembre 24, 2022
SociedadImpresión 3D y realidad aumentada en hospitales

Impresión 3D y realidad aumentada en hospitales

  • 6 meses ago
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Impresión 3D y realidad aumentada en hospitales
Quirófano del Hospital Gregorio Marañón de Madrid durante una operación con realidad aumentada e impresión 3D. Author provided

Paloma es una mujer positiva a la que le gusta el deporte y que sigue una alimentación saludable. Sin embargo, un día empieza a sentir molestias al caminar y decide ir al médico. Allí le hacen un TAC y determinan que tiene un tumor en el glúteo y tienen que operarla para extirparlo. Pese a ser una mujer instruida, no logra entender del todo cuál es el significado de lo que le están contando. Le cuesta hacerse a la idea del tamaño del tumor, del abordaje quirúrgico y del impacto que pueda tener todo esto en su vida futura.

Entonces los cirujanos utilizan otra estrategia: enseñarle la operación que están a punto de hacer con tecnología 3D. Para ello, ponen en sus manos una pequeña pieza con unos raros dibujos y le piden que la sostenga a la altura de su cadera. Entonces la enfocan con la cámara de su móvil y, de pronto, aparece el interior de Paloma, en tres dimensiones, sobre su propio cuerpo. ¡Es como si viera a través de su piel!

Ahora pueden explicarle de nuevo su patología y cómo va a ser la cirugía. Le consuela saber que usarán ese mismo sistema para guiar los cortes durante la intervención. Dicen los cirujanos que así llevarán a cabo una cirugía rápida, directa y eficaz.

Hospitales trabajando en tres dimensiones

Esta historia, que parece sacada de un libro de ciencia ficción, es algo que se hace actualmente en varios hospitales del mundo, incluido alguno en España. Un ejemplo es el Hospital Gregorio Marañón de Madrid, gracias a la labor de los ingenieros biomédicos de la UC3M.

Hablamos de impresión 3D y realidad aumentada. Dos tecnologías emergentes que se han ido abriendo paso estos últimos años en muchos campos incluyendo el ocio, los deportes, la moda y, ahora, la medicina.

Pero ¿qué son exactamente? La impresión 3D permite obtener objetos físicos en tres dimensiones a partir de un archivo digital. Esto incluye desde instrumentos quirúrgicos hasta prótesis o incluso órganos completos.

En cuanto a la realidad aumentada (o AR, por sus siglas en inglés), se trata de una tecnología que utiliza un dispositivo electrónico para proyectar objetos virtuales en 3D directamente sobre el mundo real. Un ejemplo de AR que todos conocemos serían los filtros de redes sociales como Instagram o el videojuego PokemonGo.

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Figura 1. (a) Biomodelo de la cadera de un paciente (blanco) con un tumor en el glúteo (rojo) impreso en 3D en ácido poliláctico (PLA). (b) Mismo biomodelo proyectado con realidad aumentada en un teléfono móvil.

Hologramas para guiar a los médicos

La combinación de estas tecnologías tiene muchas aplicaciones posibles. Por ejemplo, los ingenieros biomédicos de la UC3M hemos creado sistemas para ayudar a insertar una aguja que sirva para estimular un nervio en concreto.

Hasta ahora, este tipo de intervenciones se suelen llevar a cabo con el paciente despierto, para que pueda responder a los diferentes estímulos. Si no sale bien a la primera (cosa que es muy probable), hay que seguir pinchando al paciente una y otra vez hasta que se consiga acertar en el nervio.

Con realidad aumentada e impresión 3D se pueden crear hologramas que guíen la inserción de estas agujas para ayudar a que estos procedimientos sean lo más rápidos y menos dolorosos posible.

Otra aplicación consiste en guiar la colocación de implantes dentales para asegurarse de que no haya pequeñas desviaciones que afeen las sonrisas de los pacientes.

También usamos estas tecnologías para asistir en el modelado de huesos durante las cirugías. Por ejemplo, hay algunos bebés a los que se les deforma el cráneo durante los primeros meses de desarrollo debido a un cierre prematuro de sus huesos. Éste defecto se llama craneosinostosis.

En estos casos, se suele operar al paciente para extraer los huesos deformados, modelarlos y volverlos a colocar en sus posiciones naturales. Tradicionalmente, este procedimiento se realizaba manualmente y estaba muy determinado por la subjetividad de los cirujanos. Utilizando estas tecnologías, es posible mostrar modelos 3D de la forma ideal de los huesos para amoldar los fragmentos reales de un modo más eficaz.

El caso de Paloma: oncología ortopédica

En el caso de Paloma, a quien hemos presentado al principio, estaríamos hablando de la oncología ortopédica. Esta rama de la medicina se encarga del tratamiento de tumores que afectan al aparato locomotor (huesos y músculos, principalmente).

Lo que se suele hacer en estos casos es extraer totalmente el tumor mediante cirugía para prevenir su crecimiento o aparición en otras partes del cuerpo.

Para ello, lo habitual es obtener una imagen médica del paciente (como una tomografía computarizada o TAC) con la que ver la parte del cuerpo afectada y comprender la patología. Lo malo es que a veces es complicado hacerse una idea del tumor utilizando solamente imágenes en 2D. Por lo tanto, sobre todo para cirujanos noveles, el desarrollo de un plan quirúrgico y su traslación a la cirugía puede ser un trabajo arduo. Además, de cara a la comunicación con el paciente, también es difícil transmitirle su situación sólo con palabras.

Para solventarlo, recientemente los investigadores de la UC3M hemos dado el salto a tecnologías tridimensionales novedosas para diseñar soluciones de medicina personalizada.

Específicamente empleamos la impresión 3D para crear un marcador de realidad aumentada que tiene una serie de patrones que el dispositivo de AR es capaz de reconocer. Después, creamos biomodelos 3D de la anatomía de cada paciente a partir de sus imágenes TAC. En base a la detección del marcador de AR, el dispositivo proyecta estos biomodelos en el lugar deseado.

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Figura 2. Diagrama del flujo de trabajo propuesto por la UC3M y el HGM para las cirugías de oncología ortopédica.

Referente mundial

El trabajo de Alicia Pose Díez de la Lastra, Rafael Moreta Martínez, Mónica García Sevilla y David García Mato (ingenieros biomédicos de la UC3M), en coordinación con Santiago Ochandiano (cirujano del servicio de de cirugía oral y maxilofacial del Hospital Gregorio Marañón), José Antonio Calvo Haro y Rubén Pérez Mañanes (cirujanos del servicio de Cirugía Ortopédica y Traumatología del HGM), ya es un referente a nivel mundial en el uso de estas tecnologías en entornos clínicos.

Son muchos los casos en los que se han utilizado, con éxito, la impresión 3D y la realidad aumentada para asistir en problemas médicos reales. Esto incluye la planificación quirúrgica, la comunicación con el paciente y las cirugías.

Durante la planificación, los modelos tridimensionales de la anatomía del paciente ayudan a los cirujanos a tener una idea más clara de la patología y estudiar los posibles abordajes de una manera única, intuitiva y rápida. Estas tecnologías facilitan también la comprensión de los pacientes al presentarles su patología y les ayudan a entender mejor el abordaje quirúrgico.

En las cirugías, permiten proyectar hologramas del interior del paciente sobre él mismo simulando la posibilidad de ver a través de sus tejidos y encontrar más fácilmente la zona afectada. Esto se traduce en cirugías más rápidas, eficaces y con mejor recuperación para los pacientes.

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Figura 3. Aplicaciones de la realidad aumentada y la impresión 3D para (a) planificación quirúrgica, (b) comunicación con el paciente y (c) cirugía. Los biomodelos blancos representan el hueso del paciente, mientras que los biomodelos rojos de las figuras (a) y (b) y el biomodelo azul de la figura (c) corresponden al tumor.

Con todo esto, esperamos establecer una base para más estudios relacionados con la realidad aumentada y la impresión 3D en el contexto clínico. No parece descabellado pensar que esto promoverá la aplicación de las nuevas tecnologías en un área tan importante como es la salud.

The Conversation

Alicia Pose Díez de la Lastra es investigadora predoctoral de la Universidad Carlos III de Madrid y del Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón. Ha recibido financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y del Instituto de Salud Carlos III (proyecto PI18/01625).

Javier Pascau es catedrático de la Universidad Carlos III de Madrid e investigador del Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón. Este trabajo ha recibido financiación para la investigación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, Instituto de Salud Carlos III, Asociación Española Contra el Cáncer, EU Horizon 2020, European Regional Development Fund (“Una manera de hacer Europa”) y Comunidad de Madrid (a través de los proyectos PI18/01625, AC20/00102, PerPlanRT, IND2018/TIC-9753 y Conex+ 801538.

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