Cardiología 3D: Modelos anatómicos para un mejor tratamiento
La creación de modelos anatómicos es una de las múltiples aplicaciones de la impresión 3D. Si bien esta tecnología es aplicable para casi cualquier especialidad médica, en este blog nos concentraremos en modelos para cardiología.
El proceso para crearlo sigue el mismo patrón de cualquier otro modelo anatómico: adquisición de imágenes médicas, segmentación, configuración del modelo, impresión 3D y post proceso.
La calidad de los modelos que se obtienen con manufactura aditiva depende no solo de la calidad del equipo de impresión, el modelo base que se crea es la clave para que pueda ser útil a los especialistas médicos.
Existen diversos estudios de imagenología sobre los cuales se puede hacer una segmentación exitosa, dependiendo de la patología que se quiera resolver, se puede escoger el más adecuado.
La tomografía axial computarizada (TAC), permite obtener modelos de forma rápida de las estructuras cardiacas, este tipo de estudio posee la habilidad de diferenciar entre las estructuras vasculares, no vasculares, así como la anatomía coronaria con el uso de contraste.
Entre sus ventajas también se encuentra la disponibilidad de este estudio en casi cualquier institución de salud, así como la rapidez con la que se realiza.
Los estudios de resonancia magnética (MRI) permiten obtener imágenes con una buena resolución de las diferentes partes anatómicas, ofrece buenos resultados sin exponer al paciente a la radiación y la definición del miocardio se puede apreciar sin la necesidad de contraste.
A diferencia de la TAC, se debe tener ciertas precauciones antes de realizarlo, la evaluación del paciente es vital ya que este no debe poseer implantes cardiacos, marcapasos u otros dispositivos metálicos en su cuerpo, por lo que en ocasiones no siempre podrá realizarse en todos los pacientes.
Las secuencias más utilizadas para obtener buenas imágenes del corazón son la SSFP (steady state free precesión) y la angiografía por resonancia magnética. A partir de estas se pueden crear modelos anatómicos de buena calidad para posteriormente imprimirlos en 3D.
Para crear un modelo 3D, las piezas de imagen que son utilizadas en el modelo final deben estar separadas de los datos externos.
Esto se logra a través del proceso de segmentación. La segmentación implica asignar etiquetas a píxeles individuales dentro de una imagen DICOM. Estos Píxeles representan un determinado tejido, que puede ser agrupados en máscaras, separando así las partes de interés de la información extra.
En la imagen podemos ver diferentes compilaciones de estudios de imagen cardiacos, los cuales poseen partes resaltadas en diferentes colores, estas son las capas o máscaras de pixeles que separamos para crear el modelo anatómico. Una vez que se han creado estas máscaras de datos, se pueden reconstruir para dar como resultado un modelo en 3D funcional para impresión 3D.
En Intelligy 3DCare, utilizamos el software Simpleware de Synopsys. Este posee diversas herramientas y módulos automáticos para segmentar el corazón y dividirlo en las diferentes partes que lo conforman.
La Segmentación del tejido cardiaco y del miocardio es posible, pero el grado de dificultad que esto representa puede elevarse y requerir de tiempo extra debido a la calidad de la imagen, la falta de contraste entre el miocardio y el epicardio adyacente.
Esto es aplicable tanto para MRI como TAC. Aquí es donde volvemos a recalcar la importancia de estudios e imágenes de alta calidad, con las secuencias indicadas para visualizar correctamente todo el tejido.
Con las herramientas automatizadas de un software como Simpleware de Synopsys se puede reducir el periodo de tiempo que toma cada segmentación, sin embargo, es necesario contar con un especialista capacitado en este tipo de proceso.
Un método empleado para resolver los problemas de contraste consiste en segmentar la “mancha de sangre” que se percibe en las imágenes, en lugar del miocardio como tal. Esto se basa en el fundamento de que la mancha de sangre es una impresión negativa de la superficie endocárdica.
A esta se le puede quitar de forma arbitraria una porción de la sangre para dejar definido el miocardio. Es importante aclarar que el espesor del tejido es uniforme y a consideración del especialista, por lo que no es una representación 100% fiel de la pared real del corazón y los vasos sanguíneos, pero la forma del corazón se mantiene fielmente. Esta técnica se utiliza en caso de que la definición de la imagen sea deficiente.
El modelo que se obtiene debe limpiarse, procesarse y prepararse para poder ser impreso en 3D. En tecnologías multilateral como PolyJet, se pueden designar diferentes colores, texturas y densidades a las diferentes capas creadas en la segmentación. En otros tipos de manufactura aditiva, solo se puede utilizar un material, lo que puede limitar el grado de realismo del modelo.
Una vez que el modelo este impreso, como el que se ve en la imagen, el médico puede utilizarlo para planear, practicar o explicar la patología.
Los usos para estos modelos son muy variados, dependiendo del especialista y la patología:
- Educación médica y del paciente:
De forma inicial, estos modelos pueden ser utilizador por enseñanza o demostración. Actualmente existen modelos de plástico producidos en masa con este propósito, donde la ventaja de la impresión 3D recae en la personalización. Un modelo anatómico tiene la facultad de transmitir rápidamente un complejo arreglo anatómico, con el valor agregado de representar una patología especifica de un paciente. Esto permite enseñar a los médicos sobre la anatomía normal y anormal, así como tener mejor entendimiento de ciertas condiciones estructurales del corazón.
- Modelos funcionales de flujo:
Estos se centran más en modelos de vasos sanguíneos importantes como la aorta, donde una patología que afecte a los mismos puede ser creada rápidamente usando como base estudios de tomografía computarizada. Esto permite entender como la sangre fluye por estos arreglos anormales y proponer soluciones para estos padecimientos.
- Planeación quirúrgica:
Las anomalías y padecimientos cardiacos suelen estar asociados a geometrías complejas y únicas del paciente. Estas pueden ser observadas en imágenes médicas en 2D, pero su apreciación completa es mejor en tres dimensione. El rol de la impresión 3D es crear modelos que permitan un entendimiento completo del problema, así como una mejor planeación para solucionarlo.
En ciertos tipos de tecnología es incluso posible el emular el tejido para una practica completa antes de intervenir al paciente.
- Creación de dispositivos médicos:
Para esta aplicación, los modelos pueden utilizarse para probar nuevos dispositivos cardiacos, crear nuevos e innovadores implantes y enseñar al especialista el cómo emplearlos.
La manufactura aditiva es una herramienta que ya está siendo empleada en la especialidad de cardiología en otros países, con excelentes resultados que permiten mejorar el tratamiento del paciente y aumentar su esperanza de vida.
En México, el reto actual es introducirla a los médicos cardiólogos, que esta se pruebe y sea adoptada con más naturalidad para casos complejos. Parte de nuestra misión es mostrar la relevancia que tiene y sus beneficios al paciente y la practica quirúrgica.