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La impresión 3D ha demostrado tener varios usos importantes en el campo de la salud. Se ha utilizado para el entrenamiento de médicos, la creación de modelos anatómicos para práctica prequirúrgica, además de ofrecer mejores herramientas para la elaboración de prótesis y ortesis. Todos estos usos se derivan de la facilidad con la cual se puede tomar un diseño asistido por computadora (CAD) y llevarlo al equipo para que sea fabricado.
Es debido a estas aplicaciones, la variedad de materiales actualmente disponibles en el mercado y la facilidad del diseño CAD actual, que se ha dado otro salto a la fabricación de instrumental quirúrgico por medio manufactura aditiva.
Actualmente existen muchas limitantes, así como desafíos de logística y suministro de instrumental quirúrgico para que los lugares donde se necesitan tengan acceso a ellos. Tal es el caso de zonas en guerra, hospitales y clínicas en lugares conflictivos o con alto grado de pobreza y lugares remotos con ambientes complicados para acceder a ellos. Los instrumentos quirúrgicos convencionales tienen altos costos y es complicado predecir cuales serán necesarios en una emergencia.
La tecnología de impresión 3D, permite ofrecer soluciones para estos problemas mediante la construcción de instrumental duradero y biocompatible, con costos más bajos a los métodos tradicionales, así como la optimización del proceso para adaptar el instrumental a las necesidades del ambiente y los procedimientos a realizar.
El proceso para la creación de instrumentos médicos personalizados se describe a continuación.
Figura 1: Proceso de fabricación de instrumental quirúrgico por medio de impresión 3D.
- Como se muestra en la figura 1, este proceso comienza con la conceptualización de la pieza a fabricar, la cual debe cumplir ciertos requerimientos y especificaciones del médico o persona que los utilizará.
- El siguiente paso es la creación de un diseño CAD, para esto se utiliza un software como SolidWorks, en el cual se pueden llevar a cabo diferentes iteraciones y ajustes al diseño, así como hacer la simulación de diferentes parámetros para asegurar que se cumplan con los requerimientos de la pieza y las actividades para las que se utilizarán.
- Posteriormente, ese diseño se convierte a un archivo .STL, el cual se cargará en un software 3D para configurar los parámetros de impresión y posteriormente construir la pieza con manufactura aditiva.
- Una vez que la pieza se termina de imprimir, se lleva a cabo un postproceso para retirar el material de soporte y hacer ajustes estéticos de ser necesario.
Estudios realizados por “Kondor et al”, han demostrado la efectividad de esta tecnología para el desarrollo de piezas de instrumental quirúrgico personalizado. Durante un periodo menor a tres meses, su equipo de trabajo desarrollo y probó el como se podían fabricar piezas de instrumental estéril utilizando tecnología de impresión 3D de modelado por deposición fundida (FDM) de la marca Stratasys, los cuales fueron impresos en el termoplástico ABS. Como resultado, consiguieron un kit estéril funcional, realizado en su totalidad con manufactura aditiva. El objetivo de este era se capaces de suministrar a zonas de guerra con los kits necesarios que no siempre se tenían disponibles.
En otros estudios realizados por Mitchell et al, se utilizó el software de diseño CAD de SolidWorks para desarrollar modelos digitales de instrumental quirúrgico y hacer modificaciones para adaptarlos a las necesidades de los cirujanos que ellos entrevistaron, un ejemplo de esto se muestra en la figura 2. Se dieron cuenta de los requerimientos de fuerza, cargas y los limites de resistencia final para evitar el daño a las piezas y conflictos con su función a la hora de utilizarlos.
Figura 2: Pieza de instrumental quirúrgico diseñada con SolidWorks.
La tecnología de impresión 3D probó ser funcional para su propósito, pero se establecieron ciertos estándares para garantizar que la construcción fuera la adecuada, como lo es tolerancias dimensionales pequeñas, de aproximadamente 0.01 pulgadas, por lo cual una impresora con un espesor de capa muy grueso o mala calidad de impresión, no permitirá que las constituciones de las piezas se formen plenamente y estas no consigan los estándares de calidad básicos.
Los métodos de impresión con tecnología FDM, solo requieren retirar el material de soporte y un postproceso sencillo para obtener piezas funcionales, mientras que otras tecnologías como la Sinterización por láser selectiva (SLS) requieren de herramientas y postproceso fino para eliminar el exceso de polvo, así como aire comprimido para limpiar las piezas.
Dentro de las ventajas que existen para el instrumental creado con estos procesos, se encuentran la disminución de limitantes por la parte del diseño y la producción, se pueden crear piezas personalizadas, adaptadas a las necesidades del medico y la zona geográfica, sin recurrir a un extenso proceso de manufactura y comprometer la calidad si la pieza final no es la correcta. Además, gracias a los recientes avances tecnológicos en los equipos de impresión, se pueden colocar e instalar en lugares estratégicos, los cuales pueden tener acceso a bibliotecas digitales donde se pueden tener archivos compartidos de instrumental y otras piezas no médicas necesarias para la zona donde se encuentra.
Esto permitirá tener acceso a diferentes diseños, reduciendo las limitaciones del hospital para conseguir los artefactos que necesita para operar óptimamente, especialmente en lugares difíciles de acceder.
La tecnología 3D es una rama en crecimiento en el área de la salud, pero cuyo impacto promete mejores resultados para el tratamiento integral del paciente.
Bibliografía
- Mitchell, G. et al (2017) “3D Printed Surgical Instruments – The Design and Fabrication Process” (2021). Recuperado de: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27822724/
- Kondor, S. et al (2013) “On Demand Additive Manufacturing of a Basic Surgical Kit.” (2021). Journal of Medical Devices, Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/279411066_On_Demand_Additive_Manufacturing_of_a_Basic_Surgical_Kit
