Orejas impresas en 3D para implantes para niños con deformidades

El Dr. Ken Stewart, del Hospital para Niños Enfermos de Edimburgo usa el escáner 3D de Artec, Spider, para capturar la geometría de orejas con precisión y diseñar implantes para pacientes con microtia, una condición genética del oído.

Más de 100.000 niños son ingresados anualmente al Hospital Real para Niños Enfermos (también conocido como “los Niños Enfermos”).  Ubicado en Edimburgo, sus instalaciones reciben a niños como Ellie, quien sufre de una malformación congénita del cartílago de la oreja.  Los doctores llaman a esto “microtia”, un término médico proveniente del latín que quiere decir “pequeñez anormal de la oreja”.  Para alguien con esta condición, el pabellón de la oreja (la parte exterior del oído) puede ser tan pequeña que pareciera ser inclusive inexistente.  Debido al subdesarrollo tanto del oído medio como del canal externo, la microtia normalmente va acompañada de algún nivel de dificultad auditiva.  Con 1 de cada 6.000 bebés nacidos con esta condición, al menos 10 de los pequeños pacientes de Escocia tienen un problema similar al de Ellie.  Y eso es solamente en un sólo año en Escocia.

Entrada al Hospital Real para Niños Enfermos.

Enfermero clínico especialista, Kerr Clapperton, usando el Spider de Artec para escanear la oreja de Ellie con Artec Studio.

Afortunadamente, Edimburgo es el hogar de Ken Stewart, quien además de su apretada agenda de consultas, lidera el Servicio de Reconstrucción de Oído de Escocia.  Se han diseñado formas de ejecutar la cirugía de reconstrucción tanto en niños como adultos afectados por las malformaciones de oído.

Ken Stewart, líder del Servicio de Salud Nacional (NHS) y cabeza del Servicio de Reconstrucción de Oído de Escocia. Ken Stewart examinando un paciente.

Durante años Ken ha empleado varias técnicas para aproximarse a los diferentes diseños de los oídos de sus pacientes. El método más popular es tomar cartílago de las costillas del paciente y tallar la forma de una oreja en éste. Algunas veces practica o enseña usando otros materiales, tales como cera, silicona e inclusive manzanas. “Me encanta hacer orejas”, dice en una entrevista con The Scotsman. En 2014 comenzó a investigar las soluciones de imágenes 3D en un esfuerzo para automatizar el procedimiento pre operativo para la reconstrucción de orejas. Ken acepta que “Con toda la tecnología a nuestro alrededor [necesitábamos] mejorar el flujo de trabajo. El equipo de reconstrucción de orejas del Hospital Real para Niños Enfermos fueron audaces para encontrar nuevas tecnologías que pueden ayudar.” Aunque el NHS de Lothian, lugar en el que Ken está radicado, ha estado usando imágenes 3D para diseñar miembros prostéticos y ejecutar exámenes médicos, ellos querían mejorar el detalle de la reconstrucción de las orejas.

Fue ahí cuando Ken decidió recurrir a Patrick Thorn & Co., el socio de categoría dorada de Artec en el Reino Unido. Tomando de su amplia experiencia con el diseño y rediseño de prótesis e implantes para orejas, Ken permaneció escéptico respecto de los muy modernos escáneres de Artec y su capacidad para generar de manera efectiva orejas humanas en 3D. Para demostrarle a Ken que sí es posible, Patrick decidió producir un rango de réplicas de muestra para demostrar la alta resolución de las capacidades de creación de imágenes de Artec. Patrick escaneó las orejas de sus vecinos y nieto. Luego de algunas modificaciones de la imagen con la ayuda de Leios Elaborations Scanning Software de EGS, solicitó muestras impresas en la impresora 3D Roland ARM-10. Emocionado con los resultados, Ken y su equipo supieron que tenían que obtener un Spider de Artec, un escáner 3D de alta resolución que es perfecto para capturar imágenes de superficies más profundas dentro del canal del oído, así como alrededor del área entre la oreja y la cabeza.

Modificaciones realizadas usando Leios.

Ajustes previos a la impresión en Roland.

Con la exitosa obtención de recursos de la Fundación Amiga de los Niños Enfermos, el Hospital Real para los Niños Enfermos adquirió un Spider de Artec.  En una sola tarde fue instalado y al siguiente día empezó el entrenamiento. Ken anota que “empezar con el escaneo 3D externo fue algo nuevo para nosotros y dado que tenemos agendas ocupadas con nuestros pacientes del día a día, ha tomado poco tiempo perfeccionarlo. Sin embargo, con el entrenamiento y las notas adicionales que Patrick suministró, ahora podemos usar la solución que va del escaneo a la impresión 3D con relativa facilidad. El modelo es luego esterilizado y utilizado en el teatro para mejorar la precisión de nuestra reconstrucción quirúrgica.”

Integrar el Spider de Artec a la reconstrucción de orejas de Ken ha simplificado y sistematizado el proceso de construcción de orejas. Una vez la consulta inicial con el paciente termina, regresan al hospital para que su oreja no afectada sea escaneada. En el caso de Ellie, debido a que fue diagnosticada con microtia bilateral (ambas orejas afectadas), la oreja de su hermana, quien no sufre de microtia, fue escaneada en su lugar. Algunas veces una imagen de la oreja afectada es tomada para efectos de referencia. Durante el escaneo, El Spider de Artec empieza a trabajar capturando con asombroso detalle la estructura externa y compleja de la oreja y luego se adentra al canal, obteniendo muy valiosa información visual adicional. Luego, las imágenes son subidas a Artec Studio en donde son alineadas de manera rápida y fusionadas para construir un impresionante modelo 3D digital de la oreja.

Durante la etapa de retoques, Leios es empleado para revisar la superficie de la oreja, remover elementos innecesarios y permitir el grosor de la piel al aplicar un desplazamiento interno. Una vez todas las alteraciones estructurales y cosméticas han tenido lugar, el resultado es puesto en espejo. Luego, un archivo electrónico que contiene las imágenes es entregado por medio de un archivo compartido a un laboratorio para que sean subidas al software Roland MonoFab en el cual las alineaciones son efectuadas. Todo lo que queda es presionar “Go” y empezar a imprimir en 3D.

Jeff Millar, Consultor de Prótesis Maxilofacial, preparándose a imprimir en 3D las orejas en el Roland MonoFa.

El resultado impreso.

Luego de aproximadamente tres horas, las orejas son alistadas luego que han salido de la impresora 3D, para lo cual son lavadas en isopropanol. Luego de unos pocos minutos, se dejan reposar bajo una lámpara UV para endurecer su forma. Luego son esterilizadas, selladas y enviadas a la sala de operación para que sirvan como guías 3D para la reconstrucción de orejas.

Puede decirse que la reconstrucción de orejas se ha desarrollado lentamente (aunque constantemente) durante los últimos 40 años en los cuales los cirujanos plásticos han intentado perfeccionarla. Empezó en los años 70 con la extracción de cartílago de las costillas para ser empleado como tejido base para la reconstrucción. Al mismo tiempo, el dibujo en 2D de la oreja normal ayudaba al cirujano a darle forma al cartílago extraído para que se pareciera a la oreja futura del paciente. Sin embargo, un modelo gráfico de esas características sólo servía como mera aproximación. La compleja dimensión de la oreja, no obstante, requiere absoluta precisión. Con la ayuda de las imágenes avanzadas obtenidas con Artec 3D, cirujanos como Ken pueden estar seguros de que nunca tendrán que aproximar los modelos para las prótesis e implantes que crean, especialmente cuando sus pacientes son niños, como Ellie.

Mirando al futuro, el equipo está colaborando con el Centro de Medicina Regenerativa en la Universidad de Edimburgo en donde el Profesor Bruno Peault y el Doctor Chris West han aislado de manera exitosa células madre de la grasa. Estas células madre purificadas han sido probadas contra 10.000 polímeros aprobados por la FDA. El Doctor West ha identificado varios a los cuales las células madres se unirán. Las células pueden ser llevadas a producir cartílago en la superficie del polímero. La idea es que al combinar la tecnología de escaneo de Artec 3D con los tejidos creados tecnológicamente y un poco de liposucción, sea posible producir una verdadera réplica en espejo a la medida de la oreja opuesta, la cual puede ser implantada y por lo tanto se evitaría el uso del cartílago de las costillas.

Oreja de Ellie impresa en 3D con la ayuda de un escaneo hecho con el Spider de Artec

La oreja de cerca

En la medida en que la tecnología y las habilidades aumentan contantemente en NHS Lothian, el quipo y los pacientes del Hospital Real para Niños Enfermos esperan continuar su camino hacia Little France, Edimburgo, en el otoño de 2017, en dónde más trabajo 3D relacionado con su tratamiento será desarrollado.