Crear una prótesis única con Artec Eva y Geomagic Freeform

El paciente con su prótesis nueva de Sanitätshaus Klinz y la antigua

Una fría mañana en el corazón de Alemania, Wolfgang K. se subió a su camión de reparto y salió en su ruta, que acabaría siendo la última de su carrera. Su primera parada fue una ferretería, donde descargó su envío y esperó a que una carretilla elevadora se llevara las cajas. Entonces ocurrió la tragedia.

Wolfgang estaba mirando hacia otro lado cuando la carretilla elevadora se estrelló contra él, destrozándole el pie y tirándolo al suelo. Lo único que recuerda de ese momento es lo que sintió como un golpe en la espalda, y que se desmayó. Algo más tarde, se despertó con un dolor insoportable, con los médicos a su alrededor, que le informaron de que tenía el pie y el tobillo muy dañados.

El hospital trató y estabilizó la lesión de inmediato, pero la inflamación empeoró con el paso de los meses. Wolfgang suplicaba a sus médicos que le amputaran el pie, pero éstos no se rindieron tan fácilmente. Hicieron todo lo posible por salvarlo durante tres años, hasta que la inflamación se extendió por la pierna, desencadenando una grave necrosis tisular.

Los médicos de Wolfgang se vieron finalmente obligados a amputarle la pierna por debajo de la rodilla. En las semanas siguientes, una vez que la inflamación del resto de la pierna (su muñón) disminuyó, Wolfgang recibió una prótesis de transición. Por aquel entonces, vio un anuncio de la clínica de ortopedia Sanitätshaus Klinz de Bernburg, Alemania, y se convirtió en su nuevo paciente.

La impresionante demanda mundial de prótesis

Los especialistas en prótesis tienen problemas para hacer frente a la creciente demanda de sus servicios, ya que sólo en EE.UU. se realizan más de 185.000 amputaciones de miembros inferiores al año y más de un millón en todo el mundo.

Los métodos tradicionales empleados para crear los encajes de las prótesis, la parte del dispositivo que interactúa con el muñón del paciente, implican un vaciado de yeso, horas de trabajo y mucha delicadeza y experiencia.

Aunque los especialistas de Sanitätshaus Klinz siguen empleando el vaciado de yeso y otros métodos analógicos en su trabajo, para los proyectos más exigentes, en especial los que no pueden hacerse con las herramientas tradicionales, recurren al escáner 3D Artec Eva.

Un escáner 3D de mano profesional, Artec Eva, el preferido por los profesionales sanitarios y por miles de personas en todo el mundo, ofrece con rapidez escaneos 3D en color con un nivel de precisión inferior al milímetro, lo que lo hace ideal para capturar las medidas de la superficie orgánica de los muñones de los pacientes, así como de otras partes del cuerpo.

Escaneo 3D del muñón del paciente con Artec Eva, y su software, Artec Studio

También usan mucho el Artec Space Spider, para proyectos con detalles complejos que exigen la máxima precisión. Creado para su uso en la Estación Espacial Internacional, Space Spider es la elección perfecta para diseñadores, ingenieros e investigadores de diversos campos.

Una prótesis con un diseño increíble

Después de haber tenido varias prótesis desde que se convirtió en paciente de Sanitätshaus Klinz, llegó el momento de que Wolfgang tuviera una nueva prótesis de baño, que pudiera utilizar en la ducha o mientras nadaba.

Tendría que ser tanto impermeable como resistente a la corrosión, incluso en aguas saladas. Cuando la ingeniera biomédica de Sanitätshaus Klinz vio su petición, optó por ofrecerle algo aún mejor.

Al hablar juntos, Pabst descubrió que la gran pasión de Wolfgang era el buceo. Así que, junto con Wolfgang y su colega, el maestro ortopédico Carsten Suhle, se le ocurrió la idea de crear una prótesis de baño única con un diseño marítimo que no fuera simplemente estético, sino que la prótesis en sí fuera un objeto de diseño único de temática marítima.

Nunca abandonó su amor por el buceo y el mar, ni siquiera después de perder la pierna. En cuanto escuchó la idea de Pabst, le dio luz verde.

Pabst comenta el reto del proyecto: "Queríamos aplicar un enfoque diferente, ver si era posible integrar una prótesis en nuestro nuevo diseño en lugar de adaptar el diseño a una prótesis existente".

El nuevo diseño, que muestra su capacidad para angular el pie protésico, con una aleta de natación

Su objetivo era conjugar toda la durabilidad resistente al agua de una prótesis de baño con la estética de una prótesis cosmética, de manera que cuando se llevara bajo los pantalones largos, nadie notara que debajo hay una prótesis. Todos los elementos estéticos de la prótesis tendrían que cubrir y proteger los componentes mecánicos del dispositivo.

En cuanto a la inspiración para el diseño: "Se nos ocurrió la idea de utilizar un pulpo. El cuerpo del pulpo cubre la parte superior de la prótesis, mientras que los tentáculos imitan la forma de la parte inferior de la pierna. En el tobillo se añadió una nostálgica escafandra, entrelazada con tentáculos. La articulación del tobillo puede manejarse a través de las aberturas laterales de la escafandra".

El paciente con la nueva prótesis de baño

Pabst y su equipo saben que lo más importante de cualquier prótesis nueva es la forma y el ajuste de su zócalo, con un diseño único para cada paciente, ya que el más pequeño desajuste puede provocar molestias al paciente y una disfunción biomecánica que podría provocar lesiones en el futuro.

En el peor de los casos, un zócalo mal ajustado puede hacer que el paciente sufra úlceras en la piel, problemas de equilibrio, caídas, lesiones crónicas por sobrecarga musculoesquelética, artrosis, etc.

Para conseguir un ajuste perfecto para el nuevo encaje, recurrieron a su Artec Eva, que Pabst usó para escanear toda la geometría de la superficie del muñón de Wolfgang en menos de un minuto. Pabst también escaneó su otra pierna, para usar sus medidas volumétricas y superficiales exactas para crear la forma y dimensiones de la nueva prótesis de baño.

Captura de pantalla de Artec Studio: un escaneo con Eva del muñón del paciente

Justo después de la sesión de escaneo, antes de exportar las mallas 3D a Geomagic Freeform, lo escaneos se procesaron el programa Artec Studio. Utilizando las intuitivas herramientas del programa, Pabst eliminó todos los datos indeseados, como el suelo y otros objetos del entorno.

Captura de pantalla de Artec Studio: un escaneo con Eva de la otra pierna del paciente

Los escaneos se alinearon y registraron, y luego se fusionaron en un solo objeto. Por último, se incorporó la textura y se aplicó a la malla. En Freeform, Pabst diseñó el zócalo protésico y modeló los elementos estéticos del diseño.

Pabst explica la importancia que ha tenido Eva, junto con Freeform, “Cuando importo los escaneos con Eva a Freeform, Parto de una base sólida para mi trabajo de diseño de prótesis. Eva tarda sólo unos segundos en capturar las medidas exactas del cuerpo del paciente, en Freeform creo mis nuevos diseños basándome en esas medidas.”

Captura de pantalla de Geomagic Freeform: un escaneo con Eva de la otra pierna del paciente y un modelo a partir del escaneo con Eva de su pierna sana.

Pabst continua, “Se tiene que capturar digitalmente cada milímetro de la superficie e incluirlo en el diseño, especialmente cuando se crea un nuevo encaje protésico, que debe adaptarse perfectamente a la forma única del muñón del paciente. Afortunadamente, Eva lo hace con rapidez y facilidad.”

Su flujo de trabajo comprendía los siguientes pasos: tras importar y organizar las mallas en Freeform, modeló el muñón de Wolfgang. A continuación, antes de pasar a las etapas siguientes, reflejó su otra pierna en Freeform. A partir de ahí, construyó el eje de la prótesis, dándole forma al accesorio y preparando el diseño de los elementos funcionales.

Captura de pantalla de Geomagic Freeform: Dando forma al eje del adaptador y ajustando el diseño a los elementos funcionales de la prótesis

Después, Pabst dio forma a los tentáculos con las medidas exactas de la otra pierna de Wolfgang, para conseguir el mismo contorno de la pierna.

Captura de pantalla de Geomagic Freeform: Modelado de los tentáculos a partir de las medidas del escaneo de la otra pierna hecho con Eva.

Pabst creó las ventosas de los tentáculos y, a continuación, conectó el eje, el pulpo, los tentáculos y la escafandra. Tras varios pasos más, grabó el diseño con el logotipo de Klinz y el nombre del paciente.

Tras imprimir en 3D los componentes exteriores de la nueva prótesis, se unieron a los elementos mecánicos del dispositivo y se ajustaron. Después, invitaron a Wolfgang a la clínica para su adaptación.

En pie y con orgullo: la nueva prótesis de baño colocada y lista para su uso

En cuanto vio su nueva pierna, estuvo encantado con ella, y el ajuste era tan cómodo como se esperaba al utilizar sus otras prótesis de Klinz. Su mujer y sus hijas también están muy contentas. En sus últimas vacaciones en el Mar Báltico, los niños se acercaban para contemplar de cerca su increíble pierna.

El potencial del escaneo 3D en órtesis y prótesis

Pabst destaca el papel fundamental de escaneo 3D en el diseño de ortesis y prótesis modernas, “Siempre que tenga que crear una órtesis, o una prótesis para la parte superior o inferior del cuerpo, ya sea con materiales de última tecnología o no, lo primero que tiene que hacer es tomar las medidas exactas de la parte del cuerpo del paciente a la que se va a conectar el nuevo dispositivo.”

Usando un dispositivo háptico con Geomagic Freeform para dar los últimos retoques a la nueva prótesis de baño

“Sin estos fundamentos, a la larga aparecerán problemas con el propio dispositivo o con las respuestas físicas del paciente al mismo, etc. Partiendo de los escaneos de Artec, cada dispositivo que producimos es exactamente igual que la otra mitad y una extensión natural de su propio cuerpo. El cambio que esto ha supuesto en nuestro trabajo es muy notable".