Fabricación y verificación dimensional de modelos quirúrgicos de huesos humanos obtenidos mediante fabricación aditiva

Abstract

El presente Trabajo Final de Grado (TFG) tiene como objetivo principal la fabricación y verifi- cación de modelos quirúrgicos que reproduzcan el tejido duro del cuerpo humano (huesos), obtenidos mediante tecnologías de fabricación aditiva (FA). La metodología seguida en la realización de este trabajo consta de los siguientes pasos: 1) Es- tudio del estado del arte de la aplicación de la impresión 3D en la medicina, 2) Estudio del estado del arte de software de visualización y procesamiento de imágenes médicas, 3) Elección de archivos DICOM disponibles y uso de un software de gestión de imágenes médicas, 4) Aná- lisis de software para la edición y tratamiento de los archivos STL de los modelos generados, 5) Análisis de los resultados del uso de los software utilizados en la generación de los modelos virtuales, 6) Impresión 3D de los modelos quirúrgicos, 7) Verificación geométrica y dimensio- nal de los modelos impresos, 8) Análisis de los resultados y validación de la metodología, 9) Estudio económico, 10) Estudio del impacto ambiental y de igualdad de género y 11) Redacción de las conclusiones y recomendaciones del proyecto. El trabajo aporta una metodología que facilita la obtención por impresión 3D y la verificación de modelos quirúrgicos de huesos. La metodología sugiere el uso de varios programas informáti- cos como son: RadiAnt, SolidWorks y Meshmixer, que facilitan la manipulación de las imágenes médicas, así como la edición, modificación y preparación de los archivos STL de modelos vir- tuales y la impresión de modelos que sean lo más similares posible al hueso real. Sobre los archivos DICOM utilizados en el TFG, algunos están disponibles en bases de datos abiertas co- mo la biblioteca 3DICOM y la Harvard Dataverse (en particular los de las falanges de una mano) y otros, como los utilizados para los modelos maxilofaciales corresponden a imágenes de pa- cientes reales tomadas en un hospital de Holguín, Cuba. Como resultados del TFG se propone y valida una metodología para la obtención y verifica- ción de modelos quirúrgicos de huesos. Dicha metodología implica el uso de varios softwares, tanto para la visualización y el procesamiento de imágenes médicas como para la edición, mo- dificación y reparación de los archivos STL requeridos para la impresión 3D de modelos. La metodología se ha validado a través de la impresión mediante diferentes tecnologías de FA de modelos quirúrgicos de las falanges proximal, distal y el metacarpiano del dedo pulgar y tam- bién mediante modelos maxilofaciles correspondientes a casos reales de pacientes cubanos. La verificación de los modelos impresos se ha realizado mediante un escáner 3D láser, lo que ha permitido comprobar que las dimensiones y formas de las piezas impresas son similares a las de los modelos en la mayor de sus superficies, teniendo una desviación máxima de 0,619 mm en las comparaciones de modelos punto a punto, así como una diferencia de menos del 1,5 % en las longitudes. También se ha hecho un estudio cualitativo del acabado dichos modelos. Gracias a la metodología definida, se ha podido poner en práctica la elaboración de modelos quirúrgicos de tres pacientes del hospital de Holguín, Cuba, los cuales han sido examinados y puestos a prueba por once profesionales médicos del mismo hospital, dando por buenos los resultados obtenidos. El estudio económico confirma que el coste del proyecto asciende a 12.522,94 €.