Las escayolas impresas en 3D se están haciendo populares en el campo de la medicina. Estas escayolas pueden fabricarse de forma más rápida y económica que las escayolas ortopédicas tradicionales. Lea este artículo para saber más sobre los yesos impresos en 3D, las impresoras que se utilizan para fabricarlos y mucho más.
Los yesos ortopédicos impresos en 3D se utilizan cada vez más en el tratamiento de fracturas. Sin embargo, hasta ahora esta tecnología no se ha generalizado. En este artículo, veremos las ventajas y desventajas de los yesos impresos en 3D en comparación con los yesos tradicionales.
También vamos a ver qué futuro le espera a este método de tratamiento conservador pero fiable y eficaz.
Empecemos.
Historia de la tecnología de moldes impresos en 3D
La escayola ortopédica se utiliza para facilitar el proceso de curación de los huesos rotos. La escayola actúa como un perno y fija las extremidades en su sitio para evitar una curación inadecuada del hueso.
Los apósitos modernos suelen ser de yeso o fibra de vidrio. La idea de crear un vendaje fijador (inmovilizador) fue promovida por el cirujano ruso Nikolai Ivanovich Pirogov. En 1847, durante las hostilidades en el Cáucaso, utilizó por primera vez un “vendaje moldeado” de fijación.
Al principio, Pirogov utilizaba almidón como agente endurecedor. Más tarde, lo sustituyó por gutapercha y, finalmente, por yeso . La escayola moderna es un vendaje higroscópico espolvoreado con yeso. El yeso se produce industrialmente en envases sellados.
Cuando se empapa de agua, el yeso comienza a endurecerse. La aplicación de una escayola puede llevar hasta 45 minutos, y una escayola completa puede tardar de 24 a 72 horas. Quitar el yeso también es un procedimiento complejo. El yeso endurecido sólo puede romperse con seguridad con una sierra eléctrica especial.
Hay muchas oportunidades para mejorar esta tecnología, y los pioneros de la impresión 3D vieron el potencial de la fabricación aditiva para resolver los problemas que iban surgiendo.
Los primeros anclajes impresos en 3D se presentaron en 2013. Al mismo tiempo, el esquema de producción de ortesis se hizo evidente. Consta de 3 etapas principales.
Etapa 1: Radiografía
Se realiza una radiografía estándar de la extremidad del paciente para determinar la posición exacta del hueso roto.
Etapa 2: Modelado 3D
La mano del paciente se escanea con un escáner 3D para crear un modelo 3D. A partir de las medidas exactas de la mano del paciente, se puede realizar una impresión perfectamente ajustada.
Etapa 3: Impresión en 3D
La órtesis se imprime en 3D a partir de un plástico ligero y puede adaptarse al paciente en cuestión de segundos.
Aunque la tecnología existe desde hace casi una década, las escayolas ortopédicas impresas en 3D aún no han obtenido una aceptación significativa. Esto se debe principalmente a la falta de datos concretos sobre sus beneficios prácticos.
Sin embargo, la situación ha empezado a cambiar.
En un estudio realizado en 2020, científicos chinos compararon los yesos ortopédicos impresos en 3D para el tratamiento de las manos fracturadas con los yesos tradicionales y las férulas fijas externas. Los resultados del estudio demostraron que, en comparación con la escayola, las ortesis en 3D proporcionan un mayor nivel de comodidad y reducen el dolor. Esta tecnología se utiliza cada vez con más frecuencia.
El Hospital Infantil de Colorado ha anunciado que es el primer hospital pediátrico de Estados Unidos que ofrece ortesis impresas en 3D para niños. La nueva tecnología mejora los resultados del tratamiento y elimina una serie de limitaciones de los métodos tradicionales de tratamiento.
Posibilidades de las escayolas ortopédicas impresas en 3D
La invención del yeso fue uno de los mayores descubrimientos médicos. Sin embargo, tiene una serie de desventajas que pueden superarse utilizando la impresión 3D. Por ejemplo, la aplicación de una escayola puede ser un proceso largo, laborioso, sucio e incluso doloroso. Hay que tener mucho cuidado con las medidas exactas.
La impresión 3D resuelve todos estos problemas. La escayola puede fijarse fácilmente en segundos con un par de pinzas. La retirada también es fácil y no requiere el uso de peligrosas sierras eléctricas.
Otra desventaja del yeso es que no es transpirable. El yeso impide el contacto del aire con la piel. Esto puede provocar la obstrucción de los poros. Además, algunos pacientes pueden desarrollar peligrosas infecciones cutáneas en sus heridas. Además, el calor, el sudor y la presión constantes pueden provocar un picor muy desagradable.
Las escayolas u órtesis impresas en 3D se fabrican en forma de celosía, que consiste en secciones abiertas con postes de plástico. Esto garantiza la estructura necesaria y la cobertura incompleta de la mano, lo que conlleva un mayor nivel de comodidad.
Además, el yeso no puede mojarse, ya que el agua destruiría la estructura. Por lo tanto, un paciente con una escayola tradicional no puede ducharse o puede temer que le sorprenda la lluvia. En cambio, las órtesis impresas en 3D están hechas de plástico resistente al agua. Incluso se puede nadar con ellas.
Otra desventaja del yeso convencional es la incapacidad de distribuir adecuadamente la presión. Tal vez esta sea la mayor desventaja, ya que ralentiza el proceso de curación. Por otro lado, los yesos ortopédicos impresos en 3D se diseñan a medida y su estructura de malla puede diseñarse para añadir fuerza a zonas específicas que necesitan apoyo y aliviar la presión en otras partes.
La idea de la estructura de malla de las escayolas ortopédicas fue liderada por los ingenieros neozelandeses Ollie y Jake Evill. Ambos desarrollaron un prototipo en 2013, y poco después crearon una de las primeras escayolas ortopédicas impresas en 3D del mundo. La escayola era ligera, transpirable, de alta tecnología y proporcionaba un soporte localizado para los huesos rotos. Esta escayola ortopédica demostró lo prometedor de esta tecnología.
El trabajo de la escayola ortopédica impresa en 3D hizo que los dos ingenieros obtuvieran el segundo puesto en los Premios Internacionales de Tecnología James Dyson. Su visión del diseño les llevó a trabajar como diseñadores en la reciente superproducción de Hollywood Blade Runner 2049.
Hablemos ahora un poco de las tecnologías de impresión 3D específicas en el campo de la creación de órtesis y de las empresas que prestan estos servicios a pacientes y médicos.
Tecnologías de impresión 3D de yesos ortopédicos
En la mayoría de los casos, las impresoras 3D FDM se utilizan para crear ortesis impresas en 3D. El modelo se forma mediante la aplicación capa por capa de filamento de plástico fundido.
La principal ventaja de esta tecnología es el bajo coste del material, que se traduce en el bajo coste del propio modelo. Sin embargo, la desventaja es la velocidad de impresión, que no permite crear un modelo en presencia de un paciente.
También hay que tener en cuenta la altura máxima de construcción. Las impresoras 3D de gran formato, como la Raise3D Pro2 Plus y la Picaso Designer XL, son excelentes para estas tareas. Estas impresoras son muy fiables y pueden funcionar las 24 horas del día.
Recientemente, las órtesis han empezado a imprimirse en impresoras 3D de resina de fotopolímero. Estas impresoras imprimen más rápido y la superficie de los modelos acabados es más agradable al tacto. Sin embargo, esta tecnología tiene sus inconvenientes: la necesidad de posprocesar los modelos y un coste considerablemente mayor de los materiales para la impresión.
Algunas de las impresoras 3D de resina recomendadas para los moldes ortopédicos son los modelos Phrozen Transform Fast y FormLabs 3L.
La FormLabs 3L, junto con todo el ecosistema de Formlabs, puede convertirse en una herramienta indispensable en la impresión 3D de yesos ortopédicos. Por otro lado, la impresora 3D Phrozen es asequible y tendrá sentido para cualquiera que quiera probar la impresión de escayolas en 3D.
Ejemplos de negocios de moldes impresos en 3D
En esta sección, veremos algunos ejemplos interesantes de empresas de diferentes partes del mundo que se dedican a la impresión en 3D de escayolas para huesos rotos.
CastPrint
CastPrint es una oficina de servicios fundada por los empresarios Janis Olins y Sigwards Krongorns en Letonia. La empresa no desarrolla ortesis para partes individuales de las manos (muñeca, pulgar, otros dedos), sino también para el tratamiento de lesiones en las piernas.
CastPrint ha expandido su negocio hasta el punto de que su tecnología se ha convertido en algo habitual en el mercado sanitario letón. La empresa también se ha expandido en el Reino Unido, donde varias empresas sanitarias privadas han introducido el desarrollo en la práctica diaria.
Xkelet
La empresa española Xkelet ha decidido acelerar la impresión en 3D de escayolas ortopédicas. Su director de operaciones, Tim Dobrinich, no estaba satisfecho con el proceso de escaneado a producción, que duraba 2 horas, y decidió reducirlo a 15-30 minutos. Utilizó un soporte de cámara específico en el iPad y una aplicación especialmente diseñada.
La extremidad del paciente se fotografía desde todos los ángulos y se forma un modelo de yeso en segundos. Esto elimina la necesidad de un escaneo y una simulación 3D más largos y por separado.
Las ortesis Xkelet utilizan unos puntos de anclaje llamados o-rings. Permiten volver a moldear el mismo modelo varias veces, lo que hace que el producto sea reutilizable.
En abril de 2021, la empresa recibió un premio en el festival internacional de diseño Red Dot Award de Berlín por el diseño de una escayola impresa en 3D.
Zdravprint
La empresa rusa Zdravprint tomó un camino diferente y empezó a crear órtesis basadas en los parámetros biométricos del paciente. Un programa especial convierte las dimensiones de la mano del paciente en un modelo 3D de una órtesis individual. El tiempo de impresión es de 15 a 90 minutos.
Los productos tienen una estructura interna tridimensional, lo que hace más cómodo el proceso de termoformado. Formar el producto para el paciente lleva 5 minutos.
Zdravprint colabora con las principales instituciones médicas de Moscú, por ejemplo, el 29º Hospital Clínico de la Ciudad de Moscú y el 4º Hospital Clínico de la Ciudad de Moscú. Cientos de pacientes ya han sido tratados con los productos de la empresa.
Ventajas y desventajas de la impresión de moldes en 3D
Resumiendo, veamos los pros y los contras del nuevo método.
Entre las ventajas se encuentran la comodidad del paciente, la facilidad de aplicación y retirada, así como un menor coste en comparación con una escayola. El modelado individual del yeso ortopédico impreso en 3D hace que el proceso de tratamiento sea mucho más eficaz. Además, la estructura de celosía abierta mejora la transpirabilidad, lo que es especialmente importante cuando se trata de niños.
Las escayolas impresas en 3D son duraderas, ligeras y no restringen el movimiento como las escayolas convencionales. Los yesos también pueden reutilizarse, lo que ayuda a reducir los costes (como sugiere Xkelet). Por último, las escayolas ortopédicas pueden remodelarse y modificarse utilizando la estructura existente y menos material.
En el lado negativo, hay menos datos sobre la eficacia del uso de yesos impresos en 3D en el tratamiento de lesiones en comparación con el uso de yeso. Incluso ahora, que se están llevando a cabo más investigaciones para respaldar esta eficacia, todavía no se ha alcanzado un consenso médico. Por este motivo, la tecnología aún no se ha generalizado. Se necesitará tiempo para reunir las pruebas.
Además, el uso de ortesis para el tratamiento de las fracturas de pierna sigue siendo difícil. Las órtesis de pierna son comparativamente más grandes e incómodas que sus homólogas para el tratamiento de las fracturas de mano. Los yesos dificultan el uso de calcetines y zapatos. Además, tienen más restricciones.
Más desarrollo tecnológico
Una de las próximas tareas que deben resolver las ortesis impresas en 3D es arreglar extremidades enteras, no sólo la mano, la muñeca, el pie o el tobillo. Los líderes de la industria están intentando desarrollar órtesis de brazo que se extiendan más allá del codo hasta el hombro y el bíceps. También se están investigando yesos ortopédicos para la cadera con el fin de tratar las fracturas de las piernas. Algunas de las lesiones más devastadoras se producen en estas zonas, sobre todo por accidentes de coche y moto. En la actualidad se utilizan escayolas para este tipo de lesiones.
Los yesos ortopédicos impresos en 3D para huesos rotos están disponibles actualmente en todo el mundo en el mercado comercial de la sanidad. Sin embargo, es poco probable que los pacientes que reciben asistencia sanitaria pública gratuita hayan oído hablar de ellos. Esto se debe principalmente a la misma falta de la base de investigación necesaria que confirme claramente la eficacia y seguridad de la tecnología.
No obstante, esperamos que la investigación se recopile pronto y la tecnología esté disponible para todos.
Este es un ejemplo de un proceso 3D automatizado en ortopedia. El escáner se recibe a través del teléfono (el proceso de toma tardó 5 minutos), se convierte automáticamente en un modelo 3D (20 minutos) y, finalmente, se imprime en una impresora 3D (5 horas). Se utilizó una impresora Raise3D Pro2 Plus para imprimir la órtesis.
