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Aplicaciones clínicas de los modelos de Prototipo Rápido en Cirugía Cráneo-Maxilofacial

Olszewski Raphael and Reychler Université catholique de Louvain

Belgium

1. Introduccion

Los modelos médicos o biológicos representan porciones de la anatomía humana a una escala de 1:1 obtenido a partir de imágenes medicar tridimensionales (3D) de (tomografía computarizada, resonancia magnética escáner CT, MRI). El procedimiento para la fabricación de los modelos médicos consta de varios pasos: 1) la adquisición de datos de imagen 3D volumétrico de alta calidad de la estructura anatómica a modelar, 2) procesamiento de imágenes 3D para extraer la región de interés de los tejidos circundantes, 3) modelado matemático de las superficies anatómicas, 4) el formato de datos para la creación rápida de prototipos (RP) (esto incluye la creación de estructuras de apoyo a modelos que mantienen el modelo durante la construcción, que son posteriormente retirados manualmente), 5) la construcción del modelo, y 6) aseguramiento de la calidad del modelo y su precisión dimensional. Estos pasos requieren una gran experiencia y conocimiento de las imágenes médicas, procesamiento de imágenes médicas en 3D, diseño asistido por computadora, y la fabricación de software y procesos de ingeniería. La producción de modelos confiables y de alta calidad requiere de un equipo de especialistas que puede incluir especialistas en imágenes médicas, ingenieros y cirujanos (Winder y Bibb, 2005). El Prototipado rápido se introdujo en la década de 1980 con el fin de definir nuevas técnicas para la fabricación de los modelos físicos basados en CAD-CAM (diseño asistido por computador, la fabricación asistida por computador). La tecnología RP permite la construcción de un modelo médico capa por capa, que reproduce casi todas las formas de la estructura anatómica externa e interna. Otras categorías de tecnologías de RP son la fabricación de sólidos de forma libre, la fabricación aditiva de capa y la impresión 3D. Técnicas de RP son diferentes a los modelos físicos obtenidos mediante molienda. La modelación médica RP en la cirugía cráneo maxilofacial (CMF), ha sido principalmente desarrollada en los últimos diez años (Grupo Europeo Fidias), y se refiere a la siguiente gama de aplicaciones: 1) ayudar en la fabricación de implantes quirúrgicos, 2) la mejora de la planificación quirúrgica, 3) actúa como una ayuda de orientación durante la cirugía, 4) mejora la calidad de diagnóstico, 5) Se utiliza en la simulación preoperatoria, 6) lograr el consentimiento de un paciente antes de la cirugía, y 7) la preparación de una plantilla para la resección para los cirujanos (Winder y Bibb, 2005) .

2. Revisión de las técnicas de RP actuales en la cirugía CMF

2.1 Introducción

Casi todas las técnicas de RP que se han descrito se desarrollaron para la construcción de los

modelos médicos en 3D para cirugía CMF, y éstas se presentarán en la siguiente revisión de la literatura. Estas técnicas incluyen la estereolitografía (SL), sinterización selectiva por láser

(SLS), modelado por deposición fundida (FDM), la impresión 3D (3DP), y el modelado

Polyjet.

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174 Aplicaciones Avanzadas de Tecnología de prototipo rápido en la Ingeniería Moderna

2.2 Materiales y métodos Una revisión sistemática de la literatura se realizó en PubMed (Medline). Una estrategia de búsqueda

empleada se basó en el tamizado título abstracto por un observador. Nuestros criterios de exclusión

consistieron en odontología general, prótesis, ortodoncia, la medicina forense, la ortopedia, la

biomecánica, análisis de elementos finitos, y la imagen virtual. Los criterios de inclusión consistieron

en prototipado medico rápido, modelos tridimensionales, estereolitografía sinterización selectiva por

láser, modelado por deposición fundida, la impresión 3D, Polyjet, maxilofacial, craneofacial,

cranioplastia, implantología. La estrategia de búsqueda se basó en ocho ecuaciones de búsqueda que

combinan términos libres y términos MeSH: 1) ((RP [TODOS LOS CAMPOS] y modelos [TODOS

LOS CAMPOS]) y maxilofacial [TODOS LOS CAMPOS] Y ("seres humanos" [Términos MeSH] y en

inglés [lang])) (búsqueda de 15.03.11), con 10 artículos encontrados, y 10 artículos seleccionados; 2)

((Medico [TODOS LOS CAMPOS] Y rápida [TODOS LOS CAMPOS] Y prototipos [TODOS LOS

CAMPOS]) Y (maxilofacial [todos los campos] O craneofacial [Todos los campos]) Y ("seres

humanos" [Terminos MeSh] Y Inglés [lang] )) (búsqueda de 17.03.11), con 19 artículos encontrados, y

19 artículos seleccionados; 3) ((tridimensional [Todos los Campos] Y modelos [Todos los Campos]) Y

(maxilofacial [Todos los Campos] O craneofacial [Todos los Campos]) Y ("seres humanos" [Términos

MeSH] Y Inglés [lang])) (búsqueda el 17.03.11 al 19.03.11), con 450 artículos encontrados, 350

artículos excluidos, y 100 artículos seleccionados;

4) ((estereolitografía [Todos los Campos] Y maxilofacial [Todos los Campos] Y ("seres humanos"

[Términos MeSH] Y Inglés [lang])) (búsqueda de 15.03.11), con 37 artículos encontrados, 6 artículos

excluidos, y 31 artículos seleccionados; 5) ((sinterización selectiva por láser [Todos los Campos] Y

maxilofacial [Todos los Campos] Y ("seres humanos" [Términos MeSH] Y Inglés [lang])) (búsqueda

on17.03.11), con 9 artículos encontrados, 1 artículo excluidos, y 8 artículos seleccionados; 6)

(modelado por deposición fundida [Todos los Campos] Y maxilofacial [Todos los Campos] Y ("seres

humanos" [MeSH Terms] e Inglés [lang])) (búsqueda en 17.03.11), con 1 artículo encontrado, y 1

artículo seleccionado; 7) ((tres [Todos los Campos] Y dimensiones [Todos los Campos]) Y (impresora

[Todos los Campos] OR ("impresión" [MeSH Terms] OR "impresión" [Todos los Campos])) Y

maxilofacial [Todos los Campos] Y ("humanos" [Términos MeSH] y en inglés [lang]) (búsqueda de

15.03.11), con 7 artículos encontrados, 1 artículo excluidos, y 6 artículos seleccionados, y 8) (Polyjet

[Todos los Campos] Y (maxilofaciales [Todos los campos ] O craneofacial [Todos los Campos]) y

("seres humanos" [Términos MeSH] e Inglés [lang]) (Buscar en el 17.03.11), con 1 artículo encontrado

y 1 artículo seleccionado. Los límites fueron estudios humanos y el idioma Inglés. No había límites

para el tiempo de publicación. El número total de artículos encontrados fue 534, con 365 artículos

excluidos, y 169 artículos seleccionados. El número de artículo duplicado encontrado entre las ocho

ecuaciones de búsqueda fue de 42.

Después de tamizar título abstracto, se retuvieron 127 artículos. Hubo 25 artículos excluidos después de

la lectura de los artículos. También se presentaron 3 publicaciones redundantes. Finalmente, se

seleccionaron 99 artículos para su revisión.

2.3 Discusión

2.3.1 Estereolitografia

SL ha sido la técnica de RP más utilizado en la cirugía CMF desde que se aplicó por primera vez en

el injerto de un defecto del cráneo en 1994 (Mankovich et al., 1994).

2.3.1.1 Técnica

Un sistema SL RP consiste en un baño de resina fotosensible, una plataforma de construcción de

modelos, y un láser ultravioleta (UV) para curar la resina. Un espejo se utiliza para guiar el foco del

láser sobre la superficie de la resina, donde la resina llega a un punto de curación cuando se expone a

la radiación UV. El espejo es controlado por computador, con su movimiento siendo guiado para curar

la resina en un sistema que se dirige segmento por segmento.

175 Aplicaciones Avanzadas de Tecnología de prototipo rápido en la Ingeniería

Un modelo está diseñado inicialmente con el software de CAD en un formato de archivo adecuado

(comúnmente STL) y se transfiere a la máquina SL para la construcción. El archivo de datos de CAD

es convertido en segmentos individuales de dimensiones conocidas. Estos datos de segmentos se

incorporan después en la Máquina de RP, que guía el camino de la exposición del láser UV sobre la

superficie de la resina. Las capas se curan de forma secuencial y se unen entre sí para formar un objeto

sólido a partir de la parte inferior del modelo y la construcción hacia arriba. Como la resina se expone a

la luz UV, una capa delgada, bien definida se endurece. Después se expone una capa de resina, resina

de la plataforma se baja dentro del baño por una pequeña distancia conocida. Una nueva capa de resina

se seca a través de la superficie de la capa anterior usando una escobilla de limpiaparabrisas, y,

posteriormente, esta segunda capa se expone y se cura. El proceso de curado y bajado de la plataforma

en el baño de resina se repite hasta que el modelo final este completado. La propiedad autoadhesiva del

material hace que las capas se unan entre sí y con el tiempo forman un objeto 3D robusto y completo.

El modelo se retira a continuación del baño y se cura durante un período adicional de tiempo en un

armario de UV. La parte construida puede contener capas que sobresalen significativamente de las

capas de abajo. Si este es el caso, entonces una red de estructuras de apoyo, hechas del mismo material,

se añade debajo de las capas que sobresalen en la etapa de diseño para añadir apoyo durante el proceso

de curado. Estas estructuras de soporte actúan de forma análoga a un andamio, se retiran a mano

después de que el modelo esté completamente curado, que es un proceso de trabajo intensivo y requiere

mucho tiempo. Generalmente, el SL es considerado para proporcionar mayor precisión y mejor

acabado de la superficie de cualquier tecnología de RP. El material modelo es robusto, ligeramente

quebradizo, y relativamente ligero, a pesar de que es higroscópico y puede físicamente deformarse a

través del tiempo (unos pocos meses) si se expone a alta humedad (Ono et al, 1994;. Choi et al, 2002;

Winder y Bibb , 2005).

2.3.1.2 Aplicaciones clinicas

Los modelos SL han sido utilizadas como herramientas de planificación preoperatoria en traumatología CMF, cirugía CMF para los síndromes craneofaciales y la corrección de las caras asimétricas, cirugía ortognática, la distraccion osteogénesis, cirugía reconstructiva post-tumoral CMF, cirugía de la articulación temporomandibular, defectos del cráneo reconstrucción y craneoplastia , y implantología. Esta técnica también se puede utilizar para el oído o la reconstrucción orbital y podría aplicarse potencialmente en estudios antropológicos o en el estudio de envejecimiento facial (Papadopoulos et al., 2002). Modelos SL selectivamente coloreados, también se han utilizado para el diagnóstico y la planificación de los tratamientos relacionados con la extracción de dientes supernumerarios en la displasia cleidocraneal (Sato et al., 1998), en la planificación de una cirugía de complejos tumores maxilofaciales (Kermer et al., 1998), y para los la visualización de la conpenetracion entre el disco y el cóndilo mandibular en la témporomandibular (Undt et al., 2000).

Los modelos SL pueden ayudar en el diagnóstico y la planificación preoperatoria de las fracturas faciales, especialmente en la reparación primaria tardía, cuando la reducción abierta y fijación interna tienen que esperar a una disminución de la hinchazón facial o edema cerebral. Los modelos SL facilitan la reducción anatómica, minimizan la invasión quirúrgica, ahorrar tiempo de funcionamiento, y conducir a la mejora de los resultados postoperatorios, lo que puede reducir el número de correcciones secundarias necesarias para deformidades postraumáticas (Kermer et al, 1998;.. Powers et al, 1998 ). Las deformidades postraumáticas después de las fracturas del complejo cigomático se ven con menos frecuencia en el periodo de la reducción abierta y fijación rígida rutinarias; sin embargo, pueden ocurrir debido a fallas diagnósticas y terapéuticas. En el caso de la reconstrucción diferida, el cirujano tiene que hacer frente a los síntomas de los pacientes funcionales (diplopía, hipostesia, y reducción de la apertura de la boca), así como los problemas estéticos. El reposicionamiento de todo el complejo cigomático es un método que promete la reversión completa de todos los síntomas. Sin embargo, este método representa la parte más difícil de la cirugía a causa del acceso limitado de la región. Como consequencia del proceso de


most difficult part of the surgery because of the limited access to the region. Como consecuencia de los procesos de remodelación, sin la permanencia de bordes obvios de una fractura que podrían servir como puntos de referencia para determinar la posición correcta (Klug et al., 2006). Un modelo de SL permite el análisis del desplazamiento real del hueso en las 3 dimensiones. Además, los modelos SL se pueden emplear para planificar una cirugía y mover el hueso zigomático a su posición ideal final. Al usar estos modelos, las placas de osteosíntesis pueden ser individualmente pre-dobladas antes de la cirugía real, acortando así el tiempo de funcionamiento. Para transferir el plan preoperatorio a la sala de operaciones, un sistema de navegación basado en 3D-CT puede estar asociado con los modelos SL para transferir las posiciones exactas de los tornillos del modelo SL al paciente (Klug et al., 2006). Sin embargo, los modelos SL han demostrado ser menos útiles en los casos de fracturas consolidadas de la peri orbital y complejo naso-etmoidal, salvo en casos de graves trastornos, debido a la limitada representación de las estructuras detalladas (suturas) presentes en esta región (Sailer et al ., 1998). Una cirugía puede ser simulada en modelos SL antes de la operación en síndromes craneofaciales mal formativos, en el que la visualización de la anatomía compleja puede modificar considerablemente el enfoque quirúrgico aplicado, así como evitar complicaciones innecesarias (Pelo et al, 2006.; Sinn et al., 2006). Los modelos SL han proporcionado información anatómica adicional pertinente para la cirujanos relacionados con hipertelorismo, asimetrías severas de la neuro y viscerocráneo (Wong et al., 2005), sinostosis craneal complejos y defectos del cráneo de gran tamaño. Para hemifacial microsomia (hipoplasia unilateral del esqueleto craneofacial y su tejido blando suprayacente), Zhou et al. (Zhou et al., 2009) desarrolló un modelo de implante mandibular personalizado que fue diseñado de una manera asistida por computador mediante la proyección de una imagen de espejo de la mandíbula sana en el lado afectado en un modelo de TC tridimensional. Un modelo SL del implante se realizó utilizando una máquina de RP. Por último, un polímero biomaterial fue esculpido de acuerdo con el modelo SL e implantado en el lado afectado de la mandíbula para restaurar la simetría facial del paciente (Chang et al, 1999;. Wong et al, 2005;.. Zhou et al, 2009). El valor de estos modelos como "duplicados" realistas de patologías craneofaciales dismórficas complejas o raras para el propósito de crear una colección didáctica, debe también ser enfatizada (Sailer et al., 1998). Sin embargo, los modelos SL que representan sólo el hueso no revelan las relaciones espaciales entre el tejido blando y el hueso en deformidades craneofaciales complicadas. Por lo tanto, un modelo mixto SL ha sido desarrollado mostrando el tejido blando y óseo, primeramente usando valores de CT, lo que resulta en un modelo en el que el tejido blando es sólido y el hueso se sustituye por el espacio vacío (Nakajima et al., 1995). El espacio se llena a continuación con yeso para representar el esqueleto. Este modelo también puede proporcionar datos de referencia para evaluar el crecimiento facial después de la reparación quirúrgica de las hendiduras (Nakajima et al, 1995;.. Al-Ani et al, 2008). El objetivo de la cirugía ortognática es para tratar dismorfosis esquelético sagital, vertical o transversal congénitas o dismorfosis post-traumáticas, basado en diferentes tipos de osteotomías del maxilar / y o de la mandíbula, y para modificar la posición relativa del maxilar a la mandíbula, y el posición absoluta tanto del maxilar y la mandíbula a la base del cráneo. La cirugía ortognática se asocia casi con pre-y post-cirugía para tratamiento de ortodoncia, como la oclusión estable entre las mandíbulas, es uno de los principales objetivos del tratamiento. En la cirugía ortognática, los modelos SL replican el esqueleto facial con la anatomía interna precisa, lo que puede facilitar el diseño de la osteotomía y la preparación para la osteosíntesis. Cada segmento seccionado del maxilar y la mandíbula se puede colocar de forma precisa mediante la transferencia de las relaciones de posición de varios puntos de referencia en el modelo SL a la superficie del hueso usando placas de titanio pre-dobladas (Hibi et al., 1997). Se han hecho esfuerzos para reemplazar las imágenes CT, que a menudo se ven afectadas por artefactos (por las amalgamas dentales metálicos), lo que resulta en la escasa representación de la superficie de los dientes en los modelos SL, como la oclusión juega rol un importante la cirugía ortognática en términos estéticos, y al evitar el relapso post operatorio.


Por lo tanto, se han obtenido modelos híbridos SL basados en la exploración de los moldes de yeso y

en los TC del cráneo para permitir una planificación más precisa de cirugía ortognática (Hoffmann et

al., 2002). La técnica SL permite la generación de plantillas digitales que se utilizan durante la cirugía

para ayudar al cirujano en el reposicionamiento del maxilar superior y / o la mandíbula en relación

entre uno y otro (Gateño et al., 2007).

La distracción osteogénica es un proceso quirúrgico utilizado para reconstruir las deformidades

esqueléticas y alargar huesos largos del cuerpo. Una corticotomía se utiliza para fracturar el hueso en

dos segmentos, y los dos extremos del hueso se extraen gradualmente aparte (con un dispositivo de

distracción) durante la fase de distracción, lo que permite al hueso nuevo formarse en la brecha.

Cuando se alcanza la longitud deseada o posible, una fase de consolidación sigue, en el que se

permite al hueso para continuar la curación. La distracción osteogénica tiene el beneficio de aumentar

simultáneamente la longitud del hueso y el volumen de los tejidos blandos circundantes. Su

aplicación al esqueleto craneofacial permitió una mejor corrección de múltiples deformidades

craneofaciales maxilo-mandibular complejas que se deben alcanzar. Modelos SL se han utilizado de

forma pre operatoria para evaluar diversas soluciones quirúrgicas (Whitman y Connaughton, 1999;.

Robiony et al, 2007), simular osteotomías, simular el posicionamiento del dispositivo distractor

(Poukens et al, 2003.), Placas prebend o insertos del dispositivo de distracción (Minami et al, 2007;.

Varol y Basa, 2009), define el vector de distracción (la dirección del movimiento del hueso de forma

alargada), simular los resultados finales (Yamaji et al, 2004;. Robiony, 2010), y para desarrollar una

guía quirúrgica para transferir un plan quirúrgico (líneas de osteotomía, y las posiciones de los

insertos en ambos lados de la zona distraída) a la sala de operaciones (Poukens et al., 2003). Si el

distractor debe estar preparado para la elongación mandibular, la posición de los tornillos

(inserciones) se puede determinar antes de la operación de acuerdo con las tendencias de crecimiento

y la localización de los brotes de dientes y el nervio alveolar inferior (Fei et al., 2010). En la

corrección de micrognacia mandibular y (ATM) anquilosis témporomandibular conjunta, en

particular, los modelos 3D SL tienen varias ventajas: 1) la gama de la anquilosis de la ATM bilateral

y la posición de la línea de osteotomía se puede determinar con facilidad; 2) el disco de transporte

puede estar diseñado en el borde posterior de la rama de la mandíbula, con el individuo, distractores

de rama a medida que se hicieron; 3) la longitud de distracción precisa del cuerpo mandíbula

bilaterales se puede determinar para la terapia de ortodoncia más tarde y la cirugía ortognática; 4) la

posición de la línea de osteotomía en el cuerpo de la mandíbula se puede determinar, con un

distractor hecho a la medida del individuo; 5) para la inmovilización, la placa de fijación del

distractor puede ser ajustada y fijada a la superficie de la mandíbula; y 6) los procedimientos

quirúrgicos pueden ser explicados claramente a los pacientes que usan el modelo 3D. Por lo tanto, el

modelo 3D CMF tiene un gran potencial en la terapia para la anquilosis bilateral de la ATM

acompañada por micrognacia mandibular (Fei et al., 2010). Sin embargo, la cirugía que usa un

modelo STL no puede repetirse, porque RP es caro, y modelos a menudo se vuelven inútiles después

de la cirugía modelo primario (Varol y Basa, 2009). Los modelos SL se pueden utilizar para la

planificación preoperatoria a la resección maxilar debido a un cáncer oral (Lethaus et al., 2010) y

para la planificación de la reconstrucción maxilar con microvascularizado óseo cutáneo con injertos

libres. Un modelo 3D SL puede servir para 1) visualizar la extensión de un tumor (Eisele et al, 1994);

2) evaluar la anatomía de un defecto, y definir el hueso residual de anclaje para la integración con

segmentos sin pliegos (He et al, 2009).; 3) osteotomías de diseño basadas en injertos libres y la

dirección del segmento de reemplazo para simular la reconstrucción maxilar simétrica (He et al,

2009).; 4) instalar un injerto exactamente, con o sin reducción de la remodelación (He et al, 2009).; 5)

placas pre adaptables basadas en un modelo SL (Al-Sukhun et al, 2008).; 6) Fabricar una guía

quirúrgica para la resección tumoral (Ekstrand y Hirsch, 2008);


7) acortar el tiempo quirúrgico antes de un colgajo libre es re anastomosada y reduce riesgo de

microcirugía (He et al, 2009.); 8) predecir el resultado de la cirugía (He et al, 2009).; y 9) proporcionar un registro permanente de las necesidades o reconstrucciones (Eisele et al., 1994) en el futuro. Los modelos SL también se han utilizado para la planificación preoperatoria de la resección y reconstrucción mandibular (Matsuo et al., 2010). La reconstrucción mandibular a menudo se necesita después de parcial resección y debido a los defectos de continuidad (Cohen et al., 2009). Los

objetivos para la reconstrucción están manteniendo la estética apropiada y la simetría de la cara y el logro de un buen resultado funcional, preservando así la forma y la fuerza de la mandíbula y permitiendo la futura rehabilitación dental (Cohen et al., 2009). La reconstrucción plantea un reto para el cirujano maxilofacial para una serie de razones, tales como la complicada geometría de la mandíbula, los músculos que se unen a la mandíbula, que actúan en diferentes direcciones, la forma y posición de los cóndilos en la fosa glenoidea y la oclusión (Cohen et al., 2009). La reconstrucción de

la mandíbula se puede lograr utilizando una placa de bloqueo de huesos de puente de titanio temporal hasta que se lleve a cabo la reconstrucción ósea de la brecha (Cohen et al., 2009). El uso de la placa de reconstrucción también se defiende cuando la esperanza de vida prevista es baja y cuando las condiciones médicas excluyen anestesia general prolongada (Cohen et al., 2009). Además la rehabilitación de la mandíbula se puede realizar utilizando un injerto óseo autógeno (cresta ilíaca, peroné libre de pliegos), que es un procedimiento estándar fiable (Cohen et al., 2009). La

incorporación del injerto óseo en el maxilar inferior proporciona la continuidad y la fuerza necesarias para su buen funcionamiento, con la posibilidad de la rehabilitación con implantes dentales (Cohen et al, 2009). El tejido óseo puede ser cultivado durante el primer procedimiento quirúrgico o en una etapa posterior (Cohen et al., 2009).

Se utilizan modelos de SL en 3D de la mandíbula para ayudar a desarrollar un plan pre quirúrgico,, incluyendo la consideración de la longitud de la resección (Kernan y Wimsatt, 2000). En el modelo

SL, el mandibular y forámenes mentales están marcados, el curso del nervio mentoniano está

demarcado, y los límites de la resección mandibular se eligen. La placa de reconstrucción es

premoldeada para el modelo neomandibular SL que se ha planeado. El tiempo intraoperatorio no se

gasta en moldear la placa de manera imprecisa. En lugar de ello, la placa se puede doblar lo más

exactamente posible antes la operación sin la presión de tiempo. Este método sirve como una valiosa

herramienta de aprendizaje para los cirujanos jóvenes. Los pacientes también pueden obtener una

mejor comprensión del problema y los desafíos de la reconstrucción mediante el uso de este tipo de

modelos, lo que se traduce en una mejor alineación de las esperanzas y expectativas entre los pacientes y los cirujanos. Algunos inconvenientes potenciales de estas técnicas incluyen el costo de

los modelos SL y la dificultad en la adaptación a situaciones en las que el plan quirúrgico cambia

durante la intervención (es decir, los márgenes óseas tumorales positivas que exigen una resección

ósea más grande) (Hirsch et al., 2009). La navegación intraoperatoria podría estar asociada con el uso

de modelos SL para asegurarse de que las ubicaciones de osteotomías mandibulares coinciden con la

fase de planificación (Ewers y Schicho, 2009; Juergens et al, 2009.). Placas (Kernan y Wimsatt,

2000), bandejas (Matsuo et al., 2010) jaulas, o de malla de titanio para hueso ilíaco (Yamashita et al.,

2008), pueden ser fácilmente dobladas y adaptadas para encajar en un modelo mandibular SL (Zhou

et al, 2010;. Kernan y Wimsatt, 2000). Los modelo SL también permiten al cirujano determinar la longitud necesaria de una placa, y la longitud y el número de tornillos (Kernan y Wimsatt, 2000).

Como resultado, antes de la resección, hay una placa de reconstrucción equipada con precisión y

contorneada lista para la colocación. La disminución del tiempo de exposición a la anestesia general,

la disminución de la pérdida de sangre, y disminuido el tiempo de exposición de la herida son

beneficios significativos de reducción de los tiempos de operación para el pacient (Kernan y Wimsatt,

2000). La abilidad para completar aspectos no quirúrgicos en el tratamiento La capacidad de

completar aspectos no quirúrgicos de tratamiento de un paciente en el laboratorio también permite lo

que a menudo no es alcanzable durante el procedimiento qurirurgico (Kernan y Wimsatt, 2000).


Se ha propuesto un método para transferir una placa reconstructivadesde un modelo SL a un paciente: dos guías acrílicas fueron construidas (1 para cada lado) con las huellas de las superficies oclusales

de los dientes restantes y la placa de titanio, permitiendo la réplica exacta de la posición de guía en el

remanente mandibular. Este procedimiento permite una replicación muy precisa de la posición 3D de

la placa, sin necesidad de resección parcial del tumor antes de fijar la placa (Fariña et al., 2009).

Reconstrucción de grandes defectos quirúrgicos en la cavidad oral después de resecciones oncológicas requiere el uso de un injerto libre. Los injertos fibulares libres vascularizadas se

consideran la opción más conveniente para la reconstrucción de la mandíbula debido a su favorable

estética y sus resultados funcionales. El hueso fibular permite la planificación de las osteotomías en

relación con la orientación del hueso y su pedículo vascular. El hueso cortical grueso acepta fácilmente las placas y tornillos de fijación interósea segura e integrados los implantes pueden ser

colocados en este hueso sano y salvo. La longitud del hueso que puede eliminarse es hasta 25 cm; el

hueso puede ser osteotomizado en fragmentos de 2 a 4 y conserva su vitalidad. Otras estructuras de

tejido como la piel, fascia y músculo, se eliminan con el hueso. Un injerto libre de peroné libre tiene

que ser contorneado para caber en el defecto mandibular, por lo cual la planificación preoperatoria es

necesaria. La conformación del injerto fibular puede realizarse mediante diseño asistido por

computador y procedimientos de modelado asistido por computador para la evaluación de la

anatomía prequirúrgica, por el que se obtienen modelos 3D SL del injerto de peroné (Liu et al., 2009). Los modelos SL 3D del injerto de peroné permiten seleccionar las mejores placas de titanio

para cada caso y doblar las placas antes de la operación, que reduce el tiempo empleado en el

quirófano. Mientras que la aplicación de cirugía maxilofacial asistida por ordenador se está volviendo

cada vez más popular, la traducción de modelos virtuales y planes quirúrgicos para el ensayo de

operaciones sigue siendo un desafío importante. Se han descrito métodos para traducir planes

virtuales para aplicaciones quirúrgicas usando una guía RP basada en un modelo 3D de SL para la

resección del peroné y para su inserción en el defecto resecado en la mandíbula (Hirsch et al., 2009).

Adicionalmente, osteotomías podrían traducirse en situaciones quirúrgicas a través de una guía de RP

(Hirsch et al., 2009) y la longitud del hueso resecado, la curvatura de la mandíbula, y la anchura del hueso basal podría ser transferida al injerto del peroné con plantilla modelado (Hirsch et al., 2009).

Finalmente, los modelos SL han utilizado también para la planificación preoperatoria y guiar la

flexión de placas de titanio para ser utilizado en la resección de tumores benignos con implicación del hueso mandibular como ameloblastoma (Mainenti et al., 2009).

La cirugía del empalme temporomandibular (TMJ) se realiza principalmente para tratar las fracturas

del cóndilo mandibular, enfermedades degenerativas osteoartríticas, aplasia congénita,

tempormandibular anquilosis y tumores. Los modelos SL se basan en imágenes CT (Zhang et al., 2011) o MRI (Undt et al., 2000) puede ayudar en la visualización de las estructuras óseas y la forma

del disco articular en relación con las estructuras óseas (Undt et al., 2000).

Los modelos SL pueden servir también en la construcción de una prótesis TMJ total a medida que se adapta quirúrgicamente a la anatomía única del paciente (Worrall & Christensen, 2006; Zizelmann et

al., 2010).

Además, se han utilizado modelos SL para los pacientes con defectos de cráneo óseo que requieren

cranioplastia correctiva después de la resección de tumores óseos, con deformidades craneofaciales congénitas y postraumático, requiriendo cranioplastia reconstructiva y requiere planificación del

cráneo difícil basan enfoques (Müller et al., 2003). Los modelos SL para cranioplastia correctiva

permiten la simulación de las osteotomías de avance plastia y rearmado craneofacial en el modelo

antes de la cirugía, reduciendo así el tiempo de funcionamiento y errores intraoperativos.


La utilidad de los modelos SL en deformidades craneofaciales congénitas dependía directamente en

el tamaño y configuración del defecto craneal. Las indicaciones para la fabricación de los modelos

SL 3D individuales podrían ser casos de dimorfismo craneofacial que requieren meticulosa

planificación preoperatoria y cirugía de base de cráneo con problemas anatómicos y

reconstructivas. Los modelos SL el proporcionan 1) una mejor comprensión de la anatomía, 2)

simulación prequirúrgica, 3) precisión intraoperatoria en la localización de las lesiones, 4) precisión

en la fabricación de implantes y 5) mejoramiento en la educación de los alumnos (Müller et al.,

2003; Wong et al., 2002). Una placa de titanio puede ser personalizada basado en un modelo SL

para la adaptación ideal a convexo (Dattilo & Bursick D, 1994; Arnaud et al., 1997), o defectos de

cráneo cóncavo. La reconstrucción de defectos óseos unilaterales también se basó en el uso de la

proyección de imagen de espejo virtual del lado contralateral hacia el lado con el defecto. Se

produjo entonces un modelo de espejo STL que sirvió como una plantilla (Lo et al., 2004) para un

implante cranioplastia (Bill et al., 1995). Finalmente, los implantes de diversas fuentes, tales como

huesos artificiales (Cao et al., 2010), huesos allotransfers (Kübler et al., 1995), y malla de titanio

(Wu et al., 2008), fueron fabricados para caber en defectos craneales.

Un enfoque que combina diseño asistido por ordenador, modelos SL y navegación quirúrgica

pueden ayudar a manejar lesiones complejas en el área de base y craneofacial de cráneo que

requieren reconstrucción rígida (Wu et al., 2008).

Finalmente, modelos SL coloreados selectivamente se han utilizado para construir guías quirúrgicas

para la colocación del implante dental. El color permitido para la identificación de las estructuras

internas, como el canal del nervio alveolar inferior dentro de la mandíbula o senos maxilares dentro

del maxilar. Es de gran importancia cuando se utilizan estos modelos RP para construir sobre guías

quirúrgicas para implantología (Cillo et al., 2010). También se han utilizado modelos SL para

construir guías quirúrgicas para zygoma y implantes pterigoideos en el maxilar severamente

atrofiado (Vrielincket Col., 2003) y fijar una prótesis obturadora después de un gran tumor maxilar

maligno (Ekstrand & Hirsch, 2008).

2.3.1.3 Exactitud de la estereolitografía

Los modelos SL pueden proporcionar una reproducción altamente exacta del cráneo en niños con

malformaciones craneofaciales (Frühwald et al., 2008). Sin embargo, Chang et al (Chang et al.,

2003) encontraron que las diferencias en las dimensiones entre los modelos SL y especímenes de

cráneo eran 1,5 mm (rango: 0-5.5 mm) medidas craneofaciales, 1,2 mm (gama: 0-4.8 mm) para

medidas de base de cráneo, 1,6 mm (gama: 0-5.8 mm) medidas del tercio medio facial, 1,9 mm

(gama: 0-7.9 mm) para las medidas del maxilar y 1,5 mm (rango: 0-5.7 mm) medidas orbital. Las

diferencias medias en defecto a las dimensiones fueron encontradas para ser 1,9 mm (gama: 0.1-5.7

mm) para la maxilectomía unilateral, 0,8 mm (gama: 0.2-1.5 mm) para la maxilectomía bilateral y

2,5 mm (gama: 0.2-7.0 mm) por defectos de orbitomaxilectomia. El tercio medio facial de los

modelos SL pueden ser más propensos a errores que los de otras regiones craneofaciales debido a

la presencia de paredes delgadas y pequeñas proyecciones. Por lo tanto, se debe considerar diseñar

reemplazos del hueso del tercio medio facial que sean mayores en sus dimensiones críticas que las

predichas por modelo preoperatorio. Choi et al (Choi et al., 2002) encontró que la desviación

absoluta media entre un cráneo seco original y un modelo SL RP sobre 16 mediciones lineales fue

0,62 +/-0,35 mm (0.56 +-0,39%). Estos errores fueron principalmente debido al efecto de volumen

promedio, valor del umbral y dificultad en la replicación exacta de puntos de referencia. Schicho et

al (Schicho et al., 2006) comparó la precisión de los modelos CT y SL. La precisión para los

modelos SL expresada como la media aritmética de las desviaciones relativas osciló entre 0,8% y

5,4%, con una desviación media total de 2,2%. Las desviaciones de la media de las estructuras

anatómicas investigadas variaron de 0,8 mm a 3,2 mm. Se encontró una media general de

desviaciones (que abarca todas las estructuras) de 2,5 mm.


Kragskov et al (Kragskov et al., 1996) también se comparó la precisión de los modelos CT y SL y

encontró que la diferencia media en todos los casos investigados fue de 1,98 mm (3,59%). También

se debe notar que el factor limitante en la exactitud del modelo de SL es la técnica de imagen, en

lugar de utilizar la tecnología de RP. En general, los métodos de imágenes CT y MRI adquieren

porciones de imagen que tienen un grosor de corte del orden de 1.0 a 3.0 mm, que es mucho mayor

que la limitación de construir la resolución de cualquiera de las tecnologías RP (Winder & Bibb,

2005). En la realización de un estudio prospectivo sobre el uso clínico de los modelos SL, D'Urso et

al (D'Urso et al., 1999) concluyó que los modelos SL mejoraron significativamente el diagnóstico y

planificación quirurgica. Los modelos SL fueron encontrados para mejorar significativamente la

exactitud de medición (imagen medida error 44.14%, biomodelo medición error 7,91%, P <. 05).

Los cirujanos estimaron que el uso de modelos SL redujeron del tiempo de funcionamiento por

medio de 17,63% y fueron rentables con un precio promedio de $1.031 AUS. Los pacientes

encontraron que modelos SL son útiles en el proceso del consentimiento informado. El modelado

SL es una tecnología intuitiva y fácil de usar que ha facilitado el diagnóstico y la planificación

operativa. Los modelos SL han permitido a cirujanos ensayar procedimientos rápidamente y

mejoraron la comunicación entre colegas y pacientes. (D ' Urso et al., 1999).

2.3.1.4 Artefactos Estereolitograficos

El paso de escaneo CT es importante porque la calidad de las imágenes del CT originales influye

directamente en la precisión de un modelo 3D del SL (Choi et al., 2002). La imagen 3D o

volumétrica requerida para modelos RP debe seguir el multicorte isotrópico CT análisis de

protocolos con un tamaño de píxel del orden de 0,5 mm y un grosor de corte tan bajo como 1,0 mm

(Winder & Bibb, 2005). El paso de exploración de CT puede introducir errores en numerosas

formas, inclusive con respecto al espesor de sección, echada, inclinación del pórtico, tubo de

corriente y voltaje, movimiento paciente, artefactos metálicos de prótesis intra orales y el algoritmo

de construcción de rebanada de imagen propia (Choi et al., 2002). Debido a la naturaleza de la

dimensión del voxel, la reconstrucción de los modelos 3D de imágenes CT involucra la

interpolación de porciones para convertir el volumen de datos de imagen en un conjunto de datos

isotrópico para modelizaciones matemáticas (Winder & Bibb, 2005). Un problema inherente en este

cálculo es que se suavizan las curvas o aristas entre dos porciones, que se conoce como el efecto

promedio de volumen parcial o efecto medio entre dos porciones. Este efecto hace muy difícil

replicar un volumen 3D precisamente, y porque muchos puntos de interés se encuentran en los

vértices afilados o bordes agudos, el efecto puede afectar grandemente la exactitud de los modelos

3D (Choi et al., 2002). El siguiente paso consiste en la identificación y separación de la estructura

anatómica de interés (segmentación) para el modelado desde sus estructuras circundantes, que

pueden ser realizadas por umbralización de imagen, la edición manual o auto contorno para

extraer volúmenes de interés (Winder & Bibb, 2005). La delimitación final de la estructura

anatómica de interés puede requerir edición de imágenes 2D o 3D para eliminar detalles no

deseados. Un número de paquetes de software están disponibles para acondicionamiento de datos y

procesamiento de imagen medica RP, incluyendo análisis (Lanexa, KS, www.AnalyzeDirect.com),

imita por Materialise (Lovaina, Bélgica, www.materialise.com) y anatómicas (Brisbane, Australia,

www.anatomics.net). Existe una necesidad de un software perfecto y barato que proporcione una

amplia gama de interpretación de datos, procesamiento de imágenes y técnicas de construcción de

modelos de interfaz con tecnología RP (Winder & Bibb, 2005). El tamaño de modelos 3D depende

del valor de umbral, que es una densidad específica en una imagen de corte que separa el órgano de

interés y otras regiones. Cuando se especifica el valor de umbral en una porción, se definen las

líneas de contorno que representan el límite del órgano de interés. Los límites obtenidos de cada

porción forman una superficie iso con la misma densidad. Por lo tanto, es importante seleccionar el

valor de umbral adecuado


(Choi et al., 2002). Los primeros modelos SL creados eran de hueso, que fue segmentado con

facilidad en Datos de imágenes de TC. El hueso tiene un rango de números CT desde

aproximadamente 200 a 2000. Esta gama es única para hueso dentro del cuerpo humano, ya que no

se solapa con ningún numéricamente otros tejidos (Winder y Bibb, 2005). Todos los tejidos blandos

fuera del rango umbral se eliminaron, dejando sólo las estructuras óseas. Umbral, el usuario deberá

determinar el valor del número de CT que representa el borde del hueso donde se interactúa con los

tejidos blandos. La elección de los umbral puede causar una pérdida de información en las áreas

donde está presente sólo hueso delgado (Winder Y Bibb, 2005). Si el hueso era particularmente

delgado o el umbral medido de forma inapropiada, una superficie continua era inalcanzable,

dejando el modelo con un agujero donde no se cerró la superficie. En algunos casos, las grandes

áreas de los huesos fueron retiradas por completo, sobre todo en la parte posterior de la órbita y

alrededor de la región malar (efecto de volumen parcial) (Winder y Bibb, 2005). En muchas

circunstancias, el volumen del cuerpo que se explora es mucho mayor de que realmente se requiere

para la construcción del modelo. Para reducir el tamaño del modelo y, por lo tanto el costo, se

pueden emplear procedimientos de edición de imágenes en 3D. La herramienta más útil para este

procedimiento fue un editor de volumen 3D impulsado por un mouse que activa el operador para

eliminar o cortar secciones del volumen de datos. La función de edición de borrado secciones hasta

la profundidad total del volumen de datos a lo largo de la línea de visión del operador. La edición de

imágenes reduce el tamaño del modelo en general, lo que también reduce el tiempo de construcción

del RP. Los modelos más claros y menos complejos se pueden generar, haciendo las estructuras de

interés más claramente visibles. Otras funciones de procesamiento de imágenes, tales como

suavizado, el reflejo de los datos de volumen, adición y sustracción de la imagen, deben estar

disponibles para la producción de los modelos (Winder y Bibb, 2005). Al importar datos, las

características clave que determinan el tamaño y la escala de los datos son del tamaño de píxel y el

grosor del corte (Winder y Bibb, 2005). El tamaño del píxel se calcula dividiendo el campo de

visión por el número de píxeles. El campo de visión es una variable establecida por el técnico en el

momento de la exploración (Winder y Bibb, 2005). El número de píxeles en el eje X y el eje y suele

ser de 512 x 512 o 1024 x 1024. Si hay un error numérico en cualquiera de estos parámetros

mientras que los datos están siendo traducidos de un formato de datos a otro, el modelo puede ser

inadvertidamente a escala en un tamaño incorrecto (Winder y Bibb, 2005). El grosor de corte (Choi

et al., 2002) y cualquier espacio entre cortes deben ser conocidos (aunque la brecha entre cortes no

es aplicable en la TC, en el que las imágenes se reconstruyen de forma contigua o superposición)

(Winder y Bibb, 2005). El error numérico en la dimensión de grosor de corte conducirá a una escala

incorrecta e inadvertida en la tercera dimensión. Esta distancia es típicamente del orden de 1,5 mm,

pero puede ser tan pequeño como 0,5 mm o tan grande como 5 mm. Las distancias de exploración

de menor tamaño resultan en una mayor calidad de la reconstrucción 3D. El uso del DICOM

reconocida internacionalmente (Comunicaciones de imagen digital en Medicina) estándar para el

formato de imágenes médicas ha eliminado en gran medida estos errores (Winder y Bibb, 2005).

Otras fuentes de error en el modelo de reconstrucción 3D incluyen defectos topológicos, tales como

la teselación, borde triangular, y los errores de cierre, la razón de reducción de suavizado de

superficies, y los métodos de interpolación utilizados. Los fabricantes de RP que proporcionan

software de reconstrucción 3D se refieren a la capacidad de hacer frente a la topológica y suavidad

de la superficie que son incompletas. Los errores pueden surgir durante la producción y el mismo

curado de los modelos RP, incluidos los errores asociados con la polimerización residual y

transformación de materiales de PR, la creación y la eliminación de las estructuras de apoyo (para

evitar las estructuras no compatibles o con apoyo débil), el diámetro del láser, el camino del láser,

grosor de las capas, y el acabado (Choi et al., 2002). Los artefactos de modelo escalonados

representan el efecto escalonado visto en los modelos médicos. Una contribución a estos artefactos

proviene del espesor de la capa discreta en la que se construye el modelo, que es una característica

particular del proceso de RP y el material que se utiliza.


Típicamente, tal espesor tiene un rango de 0,1 mm a 0,3 mm. Este efecto se puede minimizar

mediante la selección de procesos y parámetros que reducen al mínimo el espesor de la capa. Este

efecto se puede minimizar mediante la selección de procesos y parámetros que minimicen el espesor

de la generación de la capa. Sin embargo, las capas más delgadas dan como resultado mayores

acumulaciones de tiempos y costes más elevados, y un compromiso económico se encuentra por lo

general para cada proceso de RP. A medida que el espesor de la capa es típicamente un orden de

magnitud menor que el grosor de corte de las imágenes de la CT, que no tiene un efecto primordial en

la calidad del modelo. El segundo efecto se deriva del grosor de corte de los CT o MR imágenes

adquiridas y cualquier posible brecha entre ellos (Winder y Bibb, 2005). Tanto SL y fusión modelado

deponer (FDM) requieren estructuras de apoyo durante el proceso de compilación. Estos se limpian

posteriormente a partir del modelo de forma manual, a pesar de que generalmente dejan una

superficie áspera, que no afecta a la precisión global del modelo, pero contribuye a una degradación

de su aspecto estético. Es poco probable que estas estructuras tendrán un efecto perjudicial en la

planificación quirúrgica o el diseño del implante (Winder y Bibb, 2005). La modelación matemática

de una superficie introducirá sus propios efectos de superficie. La suavidad (gobernada por el tamaño

de la malla de triángulos) de la superficie del modelo se vuelve más pobre a medida que la malla de

la superficie se hace más grande. Una malla mayor resulta en un número menor de triángulos, el

tamaño de archivo de computadora reducido, y una representación más rápida. Unos resultados de

engrane menores en una mejor representación de superficie, un archivo de computador mucho mayor,

y más lento renderizado (Winder y Bibb, 2005).

2.3.1.5 Conclusiones

Procedimientos quirúrgicos complejos, especialmente los relacionados con las estructuras

craneofaciales, parecen beneficiarse significativamente de la planificación previa y la construcción de

implantes permitido por los prototipos físicos. Se ha formulado la hipótesis de que los costos de RP

se compensan con reducciones asociadas en el número de procedimientos quirúrgicos complejos

inexactos e incompletos. Los costos de los procedimientos de revisión y para la sustitución de los

implantes personalizados mal ajustados (que pueden costar hasta $ 3,000) son significativos en

comparación con el costo de la aplicación de un servicio rápido de prototipado médico centralizado.

Se han identificado muchas ventajas de modelos SL: 1) la calidad de la planificación preoperatoria se

mejora en gran medida, al permitir una mejor comprensión de la anatomía, y la extensión de la

enfermedad; 2) el mejor enfoque para una osteotomía, y, en el sitio quirúrgico asociado puede ser

evaluada, y puede llevarse a cabo una simulación más realista de los pasos de la cirugía; 3) los

modelos médicos SL proporcionan una excelente referencia cuando se habla de procedimientos

quirúrgicos con los pacientes, mejorando así la validez del consentimiento informado, ya que los

pacientes obtienen una mayor comprensión de las dificultades técnicas y las limitaciones de la cirugía

propuesta; 4) la formación médica y la educación quirúrgica se pueden emprender lejos de los

quirófanos los cuales cuentan con demasiado personal, y la comunicación entre las diferentes

especialidades permite un enfoque multidisciplinario más amplio (Cheung et al, 2002).; 5) la

predicción de los resultados de mejora con una fabricación más precisa del implante encargado, la

colocación del tornillo ya planificada de antemano, y el diseño de osteotomía, lo que también reduce

el tiempo quirúrgico (Arvier et al, 1994;.. Korves et al, 1995;. Murray et al, 2008). Los modelos SL

también se pueden esterilizar y utilizar directamente en el quirófano. Las desventajas de esta técnica

son principalmente aquellas inherentes en resonancia magnética y tomografía de formación de

imágenes. Además, sólo un modelo por simulación puede ser utilizado, y se necesitarán las áreas de

almacenamiento con uso intensivo de estos biomodelos (LO & Chen, 2003). Además del equipo

necesario para la producción de estos modelos ser bastante costoso, y el costo de la fabricación de un

modelo de cráneo compuesto en la actualidad es probable que se mantenga muy caro. Aunque el uso

de los modelos SL en casos de rutina es bastante raro, que ya están en uso en diversas universidades e

instituciones con resultados muy satisfactorios, especialmente en los casos graves de deformidades

maxilofaciales (Papadopoulos et al., 2002). Finalmente, las limitaciones de la técnica de modelado

SL incluyen un largo tiempo de producción que


lo hace inadecuado para casos de emergencia, y exposición a la radiación del paciente. Con un uso

más amplio y el desarrollo tecnológico, se reducirán al mínimo estos inconvenientes. En el futuro, los

biomodelos 3D SL pueden llegar a ser un complemento no sólo a la cirugía maxilofacial, sino

también para otras especialidades médicas (Yau et al., 1995).

2.3.2 Estereolitografia selectiva por sinterización láser (SLS)

2.3.2.1 SLS tecnica

2.3.2.2 La técnica SLS utiliza un rayo láser de CO2 para fabricar selectivamente modelos en capas

consecutivas. En primer lugar, las exploraciones de rayo láser sobre una fina capa de polvo previamente

depositada sobre la bandeja de construcción y nivelado con un rodillo. El haz láser calienta las

partículas de polvo y las fusiona para formar una capa sólida, y luego se mueve a lo largo del eje X e Y

para diseñar las estructuras de acuerdo con el diseño de datos asistido a computador (CAD). Después

que la primera capa se fusiona, la bandeja de construcción se mueve hacia abajo, y una nueva capa de

polvo se deposita y sinteriza, y el proceso se repite hasta que se completa el objeto. Cuando el proceso

de fabricación es completado, el prototipo se retira de la bandeja, y el polvo no sinterizado circundante

se remueve. La superficie prototipo se termina con chorro de arena. El prototipo de SLS es opaco, y su

superficie es abrasiva y porosa. El tiempo de fabricación del prototipo es de 15 h, y su costo

aproximado es de 600 USD (Sannomiya et al, 2008;. Silva et al, 2008.). Los modelos SLS no requieren

estructuras de apoyo y, por tanto son relativamente fácil de limpiar, lo que ahorra l costos de mano de

obra (Winder y Bibb, 2005). Esta técnica se ha utilizado en el campo de la cirugía craneofacial, cirugía

reconstructiva, cirugía ortognática, cirugía pre-protésica, cirugía de tumores, y los implantes dentales.

2.3.2.3 Aplicaciones clínicas de SLS Los modelos SLS se han utilizado en la planificación prequirúrgica para cirugías de tumores (ameloblastoma) para ayudar en la reconstrucción mandibular con injertos de peroné tras la resección

ameloblastomatica. Antes de la cirugía, el cirujano utiliza el biomodelo inicial del SLS con el tumor

para marcar las áreas donde deben realizarse osteotomías y para determinar la forma y la magnitud de

un implante de injerto autógeno. Un modelo de SLS también podría ser utilizado durante la cirugía

como una guía para el cirujano a la hora marcar el injerto de hueso tomado del peroné y transferir la

posición de osteotomías del modelo preoperatorio del SLS a la sala de operaciones (Sannomiya et al., 2008). Un modelo SLS hecho a medida también se ha desarrollado de tal manera que puede ser

colocado en cualquier sitio de injerto microvascular de peroné, teniendo en cuenta la anatomía vascular

(Leiggener et al., 2009). Este procedimiento mejora la visualización de puntos a ser remodelado en un

injerto autógeno de peroné para reproducir una nueva mandíbula (Sannomiya et al., 2008). La

precisión del modelo de SLS es relativamente alta con errores estándar de un máximo de 0,1 a 0,6 mm.

Esta precisión depende del espesor de las tomografías computarizadas que se utilizan, que debe ser lo

más fina posible (1 a 2 mm es un buen arreglo para un estudio cráneo); el campo de visión debe tener

una resolución de 512 x 512 y no debe generar inclinación durante la adquisición de la imagen (Leiggener et al., 2009).

Basándose en la precisión de la guía, las osteotomías y el enchapado pueden ser realizadas de forma

segura y rápida con el injerto óseo en el lugar, lo que reduce el tiempo de isquemia. Tener acceso a un

plan virtual preoperatorio, permite a un equipo quirúrgico discutir un procedimiento en detalle, y los cirujanos pueden mejorar o perfeccionar los planes de tratamiento y producir productos a medida con

antelación. Tales planes virtuales permiten el movimiento de segmentos óseos para encontrar las

mejores posiciones con respecto a la función, la estética y el suministro de sangre (la anatomía vascular

puede ser visualizada), lo que significa que la ubicación óptima de la parte donante en el peroné se

puede determinar utilizando el modelo RP para la fabricación de una guía directamente a partir de un

conjunto de datos obtenidos a partir del plan virtual


elimina los pasos intermedios de la construcción del modelo, de la que los diferentes tipos de guías se

producen (Leiggener et al., 2009).

Se ha encontrado que un modelo de cráneo 3D SLS es capaz de reproducir y reconstruir con precisión

un modelo de fractura (Aung et al, 1999) y totalmente revelar la estructura anatómica del hueso

craneomaxilar y su relación a los tejidos circundantes. Se ha utilizado para imitar cirugías para la

reparación de traumatismos craneomaxilofaciales, para determinar la validez de un diseño quirúrgico,

para predecir los resultados quirúrgicos, para comparar varios enfoques para determinar una plantilla

de guía intraoperatoria, y para acortar el tiempo de operación y minimizar los riesgos quirúrgicos (Li

et al ., 2009). La ventaja de la tecnología de SLS sobre SL es que produce modelos con mayor

precisión. Esta precisión es especialmente importante en la reproducción de las estructuras óseas

delgadas de suelos de orbitales fracturadas. Para el propósito de la fabricación de nuevas plantas de

titanio orbitales a medida (Williams & Revington, 2010). Un modelo de poliamida SLS se ha usado

para la reparación de defectos del cráneo mediante la construcción de grandes placas craneales a

medida. Los implantes de cranioplastia hechos a la medida están asociados con las ventajas de la

reducción del tiempo quirúrgico, la cirugía menos invasiva, mejores resultados estéticos, una

recuperación más rápida, y la reducción de los costos debido a los tiempos de operación cortos (Rotaru

et al., 2006). Los modelos SLS también han permitido el análisis de anomalías con respecto a la

morfología de la bóveda craneal, huesos maxilar y nasales, la mejora de los criterios para el

diagnóstico y el plan quirúrgico en un caso de disostosis craneofacial (síndrome de Apert) (da Rosa et

al, 2004;. Sannomiya y col ., 2006).

2.3.2.3 Precision de los SLS

La precisión del modelo de SLS es relativamente alta, con errores máximos estándar de 0,1 a 0,6 mm.

Esta precisión depende del espesor de las tomografías computarizadas utilizadas, que debe ser lo más

fina posible (1 a 2 mm es un buen promedio para un estudio cráneo); el campo de vista debe tener una

resolución de 512 x 512 y no generar la inclinación durante la adquisición de imagen (Sannomiya et

al., 2008). Silva et al. (Silva et al., 2008) y Ibrahim et al. (Ibrahim et al., 2009) encontró un error

dimensional de 2,10% para el prototipo de SLS en comparación con el cráneo seco. Los autores

encontraron una correlación inversa entre las dimensiones externas e internas que pueden ser

explicados por el efecto de pesa descrito por Choi et al. (Choi et al., 2002), en el que un aumento en

las dimensiones exteriores y una disminución simultánea en dimensiones internas indicado que los

prototipos tenían dimensiones más grandes que el cráneo original y que el umbral seleccionado puede

haber sido demasiado baja. Por lo tanto, la precisión depende principalmente de la elección del

protocolo de exploración, en la segmentación de datos y, especialmente, en la determinación del

umbral. Un factor que puede explicar en parte las dimensiones más pequeñas de prototipos SLS es el

desgaste superficial causado por el chorro de arena (Silva et al., 2008). El polvo no utilizado que rodea

el prototipo en el sistema de SLS no puede ser reutilizado. Debido al alto costo del material, varias

partes se fabrican simultáneamente. El largo tiempo de fabricación para la técnica de SLS (16 h) está

muy cerca del tiempo requerido para la fabricación con el sistema de SL (Silva et al., 2008).

2.3.3 El modelado por deposición fundida (FDM)

2.3.3.1 Técnica FDM

El modelado por deposición fundida (FDM) utiliza un principio similar al del SL que construye

modelos en una base de capa a capa. La diferencia principal es que las capas se depositan como un

termoplástico que se extrude desde una boquilla fina. Un material comúnmente usado para este

procedimiento es acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). Las propiedades físicas de ABS son que es

rígido, tiene estabilidad dimensional, exhibe propiedades termoplásticas, y no es costoso.


El modelo 3D es construido por extrusión del material termoplástico calentado sobre una superficie

de la espuma en un camino guiado por los datos del modelo. Una vez que una capa se ha depositado,

la boquilla se eleva entre 0,178-0,356 mm, y la siguiente capa se deposita en la parte superior de la

capa anterior. Este proceso se repite hasta que el modelo se completa. Al igual que con SL, se

requieren estructuras de soporte para los modelos FDM, ya que toma tiempo al termoplástico para

endurecer y a las capas para unirse entre sí. Los soportes se añaden al modelo en la etapa de diseño y

están construidos con un material termoplástico diferente, que se extrude a través de una segunda

boquilla. El material de soporte es de diferente color que el material de construcción y no se adhiere a

ella, lo que permite la identificación fácil y la eliminación posterior de los soportes a mano después

de que se ha completado el modelo. Un reciente desarrollo en relación con esta técnica es la

disponibilidad de un material de soporte soluble, lo que permite a las estructuras de apoyo la

disolución del modelo en un baño de agua agitada (Winder y Bibb, 2005). En esta revisión

sistemática, se observa que sólo una plantilla quirúrgica para la perforación de implantes dentales

hasta ahora se había desarrollado sobre la base de esta técnica (Sohmura et al., 2009).

2.3.4 Impresión 3D (3DP)

2.3.4.1 Técnica 3DP

2.3.4.2 El sistema de impresión 3D (3DP) utiliza cabezales de impresión para dispersar

selectivamente un aglutinante sobre capas de polvo. Esta tecnología tiene un costo menor que técnicas

similares. En primer lugar, una fina capa de polvo se extiende sobre una bandeja con un rodillo similar

a la utilizada en el sistema de SLS. El cabezal de impresión explora la bandeja de polvo y proporciona

chorros continuos de una solución que une las partículas de polvo (polvo de yeso con una resolución

lateral de 200 micras o menos), ya que los toca. No se necesitan estructuras de apoyo, mientras que el

prototipo está fabricado porque el polvo que rodea soporta las piezas inconexas. Cuando el proceso se

haya completado, el polvo circundante se aspira. En el proceso de acabado, las superficies de prototipo

se infiltran con un material a base de cian acrilato para endurecer la estructura (Silva et al., 2008). La

técnica de impresión permite la formación de estructuras complejas geométricas, por ejemplo,

colgando las particiones dentro de cavidades, sin estructuras artificiales de apoyo. Después del escaneo

TC la representación de los datos DICOM y transformación en STL tiene un máximo de media hora, y

el proceso de impresión y la infiltración toma aproximadamente 4-6 horas. Los costes de material para

la construcción de cada modelo son 150-200 € cada uno (Silva et al, 2008;.. Klammert et al, 2009). Las

impresoras 3D que se utilizan en este proceso son relativamente baratas (£ 25,000), tienen tiempo

rápido de construcción (4 h de un cráneo completo), y son fáciles de mantener. Además, las impresoras

3D son rentables (1/cm3 €), asociada a los bajos residuos de baja y precisión (± 0,1 mm en el plano Z,

± 0,2 mm en las direcciones X, Y) planos, tienen pequeñas dimensiones y pueden hacer modelos

duras, blandos o flexibles. Estas impresoras también se pueden utilizar para identificar diferentes tipos

de tejido corporal en función de la configuración del umbral predefinido seleccionado (Aleid et al.,

2010).

2.3.4.3 Aplicaciones clínicas del 3DP

La reducción de las fracturas en modelos 3DP de la región maxilofacial antes de la cirugía proporciona

un número de ventajas. La más importante de ellas es la perspectiva global de la reconstrucción que el

modelo 3D proporciona. Las anchuras de los arcos maxilar y mandibular y la simetría de la

reconstrucción pueden ser fácilmente evaluadas en 3 dimensiones, utilizando esta técnica. Además, la

planificación para ciertos tipos de cirugía, particularmente la reparación de defectos de discontinuidad

de la mandíbula, se mejora en gran medida por la capacidad para evaluar la alineación de segmentos

mandibulares basados en la imagen reflejada del lado colateral, la cual mejora en gran medida la

precisión de la construcción.


Por supuesto, hay una inversión esfuerzo requerido en la preparación del modelo. La tarea de convertir

las imágenes de TC usando software interactivo para la segmentación y la generación del modelo se

pueden manejar por el personal técnico. Sin embargo, la cirugía en el modelo RP y la reducción de

fracturas requieren las habilidades de un cirujano (Aleid et al., 2010). Es importante hacer hincapié en el

hecho de que las placas de reconstrucción contorneadas antes de cirugía actúen como plantillas para

asegurar la exactitud de la reconstrucción. Cuando las placas contorneadas en modelos 3D se usan antes

de la cirugía, ella dirige los segmentos en la alineación cuando se fijan al hueso con tornillos. Por lo

tanto, las placas contorneadas no sólo sirven para reconstruir la fractura sino que también actúan como

plantillas para establecer la fase final de la alineación con precisión (Wagner et al., 2004). Un modelo de

3DP también se ha utilizado para la reparación de fracturas del suelo orbitario utilizando implantes de

malla de titanio pre formados sobre la base de modelos anatómicos 3DP de la órbita (Kozakiewicz et al.,

2009). La órbita no afectada se reflejó en el lado contralateral, es decir, la órbita afectada. Este modelo

contenía numerosos artefactos, que es típico de los estudios de TC debido a las muy finas estructuras

óseas de la órbita. Para crear un modelo físico rígido que será lo suficientemente fuerte como para ser

utilizado como una plantilla, todos los espacios vacíos (aire) que rodean la órbita reflejada en el modelo

virtual se llenaron en, lo que resultó en un modelo virtual de la órbita que estaba rodeada sólo por el

tejido duro. Seguido, los datos de los modelos virtuales fueron convertidos a formato STL, y los

modelos físicos sólidos fueron creados a partir de resina acrílica utilizando una impresora 3D. Los

modelos físicos resultantes eran más fuertes y más rígidos de lo que serían si hubieran sido construidos

conteniendo estructuras huecas, es decir, senos maxilar y etmoidal (Kozakiewicz et al., 2009). El uso de

modelos de 3DP en la reconstrucción suelo de la órbita tiene numerosas ventajas, tales como las

siguientes: 1) el aumento de la comprensión de la interrupción orbital; 2) el acortamiento del tiempo de

operación; 3) disminuir el número de intentos al posicionar un implante en la órbita y la verificación de

la forma y el ajuste; 4) que sirve como una guía para el cirujano durante una operación; 5) ser

relativamente barato. Sin embargo, este método también está asociado con algunas desventajas, tales

como las siguientes: 1) la longitud de tiempo requerido para construir el modelo; 2) la cooperación

requerida entre un número de personas en diferentes lugares; y 3) el uso de este método en las fracturas

pan faciales es un reto porque es difícil encontrar márgenes orbitales estables para la planificación

virtual de la modelo y establecer una posición exacta de las placas preformadas (Kozakiewicz et al.,

2009).

Planes de cirugía ortognática preoperatorios pueden ser probados usando modelos 3DP. La relación

entre segmentos proximales y distales después de la división de osteotomías sagitales bilaterales ha sido

evaluada antes de la operación en modelos. El estudio de los movimientos previstos de segmentos de

hueso osteotomizado antes de la cirugía y la observación de las relaciones de segmentos osteotomizado

de la mandíbula y el maxilar en la cirugía ortognática aumentado la precisión intraoperatoria (Mavili et

al., 2007). Un modelo de múltiples posiciones 3DP también se utilizó para prebendar placas de titanio y

producir una guía quirúrgica para la transferencia de las osteotomías del modelo 3DP a la sala de

operaciones en genioplastia (Olszewski et al., 2010).

Además, los modelos 3DP se han utilizado para la osteogénesis de distracción en relación con la

planificación complejas malformaciones craneofaciales (osteotomías, vector de distracción). Las placas

de fijación personalizados de un distractor preparado principalmente basado en el modelo de 3DP

pueden ser fácilmente adaptados durante la cirugía para posiciones predichas debido a su alta precisión

de ajuste, y que permiten la alineación paralela de los dos pasadores de conexión, lo que garantiza la

correcta transmisión de fuerzas de distracción para el segmento movilizado (Klammert et al., 2009).

Además, los modelos 3DP se han utilizado en la resección mandibular (Ortakoğlu et al., 2007) y la

reconstrucción utilizando una placa de reconstrucción.


La placa fue pre moldeada según el modelo 3DP. El ajuste exacto de la placa y una excelente

simetría se lograron dentro de un tiempo de funcionamiento relativamente corto. Manipulación de la

placa en el quirófano fue mínima, preservando así su fuerza. Otros de los beneficios de la utilización

de modelos 3DP incluyen disminución tiempo de exposición a la anestesia general, la disminución de

la pérdida de sangre y un menor tiempo de exposición de la herida. Las ventajas de las técnicas de

modelo 3DP incluyen la comprensión especial de la morfología del hueso que se proporciona, la

planificación precisa y fácil de placa de flexión, en forma pre operativa y la toma del hueso mucho

más precisa debido al uso de la impronta negativa de la brecha a ser reconstruida. Por lo tanto, la

tecnología 3DP es un método fiable para ayudar en la reconstrucción mandibular precisa utilizando

placas de hueso e injertos óseos. En comparación con otros métodos 3D, este método puede llevarse a

cabo más rápidamente y fácilmente y es más rentable. Además, es superior en la impresión de

estructuras más pequeñas y más complejas (Cohen et al., 2009).

2.3.4.3 Exactitud del 3DP

Silva et al. (Silva et al, 2008) reportaron una media de error dimensional de 2,67% en los prototipos

producidos utilizando tecnologías 3DP en comparación con un cráneo humano en seco (estándar de

oro). En el sistema de 3DP, el mecanismo de impresión, el tipo y la calidad de los materiales

utilizados en la fabricación de los prototipos, y las propiedades de absorción del polvo al entrar en

contacto con el material aglutinante y la infiltración son parámetros que deben ser controlados para

obtener un producto final fiable. Es posible que los prototipos 3DP fueran más grandes que los

cráneos secos debido a la infiltración de cian acrilato. El polvo restante en el sistema de 3DP puede

ser reutilizado, y las partes se pueden fabricar de forma individual, lo que reduce sustancialmente el

tiempo de fabricación de prototipos (4 h). Por lo tanto, la técnica de 3DP tiene un coste final más bajo

que la técnica SLS, que, a su vez, tiene un costo menor que la técnica de SL (Silva et al., 2008). Las

ventajas de 3DP sobre SLS incluyen un tiempo de impresión más rápido y costos más bajos (Cohen

et al., 2009). Sin embargo, los prototipos SLS tienen una mejor precisión dimensional reproducen los

detalles anatómicos de la región craneomaxilar con mayor precisión que los prototipos 3DP (Silva et

al., 2008). Ibrahim et al. Obtuvo un error de dimensiones para 3DP de 1,07 mm (2,67%) al comparar

SLS (0,89 mm y 2,10%) y los modelos de 3DP y cráneos secos (Ibrahim et al., 2009).

2.3.5 Modelado Polyjet El modelado Polyjet se realiza por chorro de materiales de fotopolímero estado de el arte en capas ultrafinas (16 m) sobre una bandeja de construcción capa a capa hasta que se complete el modelo. Cada capa de fotopolímero se cura por la luz UV inmediatamente después de que se inyecta, producciendo modelos completamente curados que pueden ser manejados y utilizados

inmediatamente y sin post-curado. El material de soporte de tipo gel utilizado, que está especialmente diseñado para soportar geometrías complicadas, se quita fácilmente con la mano y el chorro de agua. En la actualidad, esta técnica consume demasiado tiempo y, por lo tanto, son demasiado caros para ser utilizados en las aplicaciones clinicas para cirugía CMF. Ibrahim et al. (Ibrahim et al., 2009) informó de un error de dimensiones de 2,14% en la reproducción de una

mandíbula seca cuando se utiliza esta técnica.

3. Ejemplos clínicos de las aplicaciones en la utilización de modelos de RP en cirugía

CMF 3.1 Modelo tridimensional de prototipo rápido, modelado en arcilla, guía quirúrgica y malla de titanio pre-doblada en la reconstrucción del suelo de la órbita postraumática 3.1.1 Introducción Los diferentes métodos, enfoques quirúrgicos y materiales (Schon et al, 2006;.. Kozakiewicz et al,

2009) se propusieron para la reconstrucción del suelo de la órbita postraumático. Recientemente, el

uso de implantes pre doblados (3D) en una creacion rapida de prototipos


de modelos 3D (3D RP) fue introducido (Kozakiewicz et al., 2009). Sin embargo, incluso si la malla

de titanio pre-doblado se integra perfectamente en el modelo 3D RP, la transferencia de la malla de

pre-dobladas a partir del modelo 3D RP a la sala de operaciones, y al mismo tiempo mantener una

posición exacta sigue siendo un reto. Por lo tanto, se presenta un método que implica el uso de una

guía de perforación rápida de prototipos basada en un modelo prefabricado quirúrgico para mejorar el

posicionamiento de malla de titanio pre-dobladas.

3.1.2 Reporte de un caso

Un paciente masculino de 38 años de edad se presentó a nuestro Departamento de Cirugía Oral y

Maxilofacial tres semanas después de un traumatismo facial incurrido durante su curso de boxeo

semanal. La anamnesis reveló un período de extensa hinchazón peri orbitaria en el lado izquierdo

inmediatamente después de la lesión. Sin embargo, ninguna consulta médica se llevó a cabo en ese

momento. El examen clínico reveló una enoftalmia en el ojo izquierdo y una diplopía hacia arriba. El

paciente también presentó una hipostesia del nervio infra-orbital izquierdo. La principal preocupación

de la paciente era estético, relacionado con el pliegue palpebral acentuado en el lado izquierdo. Se

realizó una tomografía computarizada de baja dosis (Olszewski et al., 2008). El paciente presentaba

una fractura combinada maxilofacial del suelo de la órbita izquierda, la pared anterior del seno

maxilar izquierdo y los huesos nasales (Fig. 1A, C)

3.1.3 Método Un modelo 3D RP (Z Corp, Burlington, EE.UU.) fue creado basado en bajos datos CT (archivos

DICOM, formato STL) (Olszewski et al., 2008). Utilizamos plastilina (fin Decoración, Royal Talens,

Holanda) para completar todos los hoyos del suelo de la órbita en el modelo RP 3D. La arcilla de

modelado también sirvió para reconstruir el suelo de la órbita izquierda de tal manera que era

simétrica a la parte derecha. Entonces, una hoja de papel se cortó para encajar en el suelo de la órbita

izquierda. Una malla de titanio (0,4 mm de ancho) a continuación, se cortó a partir de una placa de

malla de titanio de 100 x 100 mm (Synthes, Oberdorf, Suiza) con una hoja de papel como una guía.

Luego, la malla de titanio se aplicó y pre-dobló en el modelo RP 3D. Los agujeros para los tornillos

fueron marcados con un lápiz en el reborde orbitario anterior al modelo RP 3D (Fig. 2 A).

La guía de acrílico para el posicionamiento de los tornillos se preparó de acuerdo a la forma del

círculo orbital izquierdo. Los cilindros de aluminio se insertaron en la guía quirúrgica de acrílico para

guiar la broca de diámetro 1,8 mm. Los cilindros de aluminio se insertaron perpendicularmente a la

superficie del hueso subyacente (Fig. 2 B). La malla de titanio pre-doblado y la guía de acrílico se

esterilizaron usando un procedimiento estándar. El sitio de la fractura fue expuesta con el paciente

bajo anestesia general, a través de un enfoque sub ciliar al suelo orbitario izquierdo. La grasa

herniada y el tejido muscular fueron trasladados hasta evitar una mayor necrosis y para aumentar el

volumen intra orbital. La guía quirúrgica acrílica prefabricada se insertó en el borde orbital inferior

izquierdo (Fig. 2 C). Cuatro agujeros fueron perforados en el borde orbital izquierdo, a través de la

guía, utilizando un taladro de 8 mm. A continuación, la malla de titanio pre-doblado se colocó en la

órbita y se fijó al borde orbital inferior por medio de tres tornillos de 4 mm y un tornillo de 6 mm. El

diámetro de cada tornillo fue de 1,8 mm (figura 2 D). Seguimientos postoperatorios clínicos en la

primera semana y un mes no mostraron diplopía y la corrección del pliegue palpebral. Seguimiento

radiológico reveló una restitutio ad integrum del suelo de la órbita izquierda (Fig. 1 B, D).

3.1.4 Discusión El uso recientemente presentado de la malla de titanio pre-doblada en modelos 3D RP (Kozakiewicz

et al, 2009;.. Scolozzi et al, 2009) permite la reposición exacta de un de novo suelo orbital

reconstruido.


Sin embargo, hay varias posiciones alternativas para la inserción y el posicionamiento de la malla de

titanio pre-doblado dentro de la órbita. Esto es especialmente cierto para el posicionamiento medio-

lateral de la malla de titanio, debido a la relativa falta de puntos de referencia anatómicos precisos

sobre el reborde orbitario inferior. La guía quirúrgica acrílica permite la transferencia de orificios para

tornillos de la posición apropiada para la planificación RP 3D a aquella utilizada en la sala de

operaciones (Olszewski et al., 2010). Por lo tanto, sólo existe una posición tridimensional de la malla

de titanio pre-doblado dentro de la órbita. Este método rentable también podría ser una alternativa a la

mayoría de los métodos basados en navegación que consumen tiempo y costo-(Ewers et al, 2005;. Bell

& Markiewicz, 2009). Para pre-doblar la parte intra orbital de la malla de titanio de un modelo virtual

en 3D de la órbita se describe y se construye como un modelo 3D RP (Kozakiewicz et al., 2009). El

modelo virtual en 3D requiere dos pasos: 1) un reflejo del lado derecho del suelo de la órbita en el lado

izquierdo y, 2) un relleno virtual en todos los espacios virtuales vacíos presentes debido al efecto de

volumen parcial y de espacios verdaderos, que están anatómicamente presentes. Todos estos pasos

emplearon mucho tiempo y requerían un equipo de ingenieros con experiencia (Kozakiewicz et al.,

2009). El uso de la arcilla para modelar directamente en el modelo 3D RP se opone a la necesidad de

tiempo, manipulaciones complejas conocimiento avanzado de software, o un equipo de ingeniería.

Finalmente, el uso de una hoja de papel permite el uso económico de 100 x 100 mm placas de malla de

titanio.

Fig.. . 1 (A) Aspecto preoperatorio de la cara, pliegue palpebral acentuado en el lado izquierdo, (B) Tomografía computarizada de baja dosis preoperatoria, coronal; (C) aparición posoperatoria del

rostro, corrección del pliegue palpebral superior izquierda; (D) de exploración postoperatoria en dosis

bajas CT, coronal, restoratio ad integrum de la pared orbital inferior a la malla de titanio preformado.


Fig.. 2. (A) de malla de titanio pre-doblada en la creación rápida de prototipos en tres dimensiones

(3D RP) modelo, con agujeros para los tornillos y las dimensiones de la guía marcada con lápiz negro

en el modelo RP 3D; (B) guía quirúrgica de acrílico para el posicionamiento de los agujeros para

tornillos en el modelo RP 3D, el posicionamiento de la perforación en 90 ° en relación a la superficie

del hueso; (C) perforación intraoperatoria de agujeros a través de la guía quirúrgica; (D) Vista

intraoperatoria de la colocación de la malla de titanio pre-doblado en el suelo de la órbita izquierda.

3.2 Procedimiento innovador para genioplastia asistida por computador: cefalometría tridimensional, modelo rápido de prototipo y la férula quirúrgica. 3.2.1 Introducción La genioplastia juega un papel importante en la armonización de las proporciones faciales y perfiles.

Sin embargo, la planificación de una genioplastia sigue siendo una tarea difícil debido a la escasez de

medios de diagnóstico, la planificación y la información de la transferencia a la sala de operaciones

(OR). En concreto, el anteroposterior virtual teórica y desplazamiento vertical de la barbilla se reducen

al hitos "mentón", "punto B", y "pogonion" encefalogramas bidimensionales (Ayoub et al., 1994).

Proponemos y se describe el uso combinado de tres dimensiones cefalometría (3D), un modelo de

creación rápida de prototipos (3D) y placas de titanio pre-dobladas como un nuevo medio de

genioplastia asistida a computador.

3.2.2 Método Un paciente joven de edad adulta se presentó en nuestras clínicas después que un tratamiento de

ortodoncia se terminara en otro lugar. Al examen clínico, el paciente todavía presentaba un perfil

retrusivo y rechazó cualquier tratamiento ortognático para la oclusión (Figura 3A). Por lo tanto,

hemos propuesto un avance de genioplastia. Hemos recibido la aprobación del comité de ética local

(B40320084307) para la aplicación clínica del análisis cefalométrico 3D, y el sujeto dio su

consentimiento informado para el estudio. Se realizó una tomografía computarizada de baja dosis de

la cabeza (Olszewski et al., 2008) a partir del cual se determinó el anterior, posterior, y los límites

inferiores de la barbilla con el análisis planar recién desarrollado y validado cefalométrico 3D

(ACRO 3D) (Figura 3B) (Olszewski, 2007, 2008). Las líneas de osteotomía fueron planeadas y

visualizadas


con el software Mimics (Materializar, Leuven, Bélgica). Posicionamos la línea de osteotomía

superior a una distancia de al menos 5 mm de ambos forámenes mentales. La cantidad de

movimiento fue prácticamente previsto con el software Mimics en relación con los planos de

referencia del análisis de ACRO 3D (Figura 3B). Luego construyó un modelo de rápida creación

de prototipos 3D (RPM) de la tomografía computarizada de baja dosis con una impresora 3D (Z-

Corp, Burlington, EE.UU.) (Silva et al., 2008). El RPM 3D se presenta como un modelo en 3D de

varias posiciones (Figura 4) con las posiciones iniciales, intermedias y finales de las rebanadas

óseas de la barbilla. Se utilizó la posición final de las RPM 3D para pre-doblar las placas de titanio

y para indicar las posiciones de los agujeros para tornillos correspondientes a las placas pre-

dobladas. Luego, el modelo de RPM 3D se reposicionó a su posición inicial y se hizo una guía

quirúrgica de acrílico. El papel de la guía quirúrgica fue transferir la posición de los agujeros para

los tornillos (en su posición final) y las líneas de osteotomía. La guía quirúrgica se esterilizó a 120

° Celsius durante 20 minutos en un autoclave. Las placas de titanio pre-dobladas también fueron

esterilizadas (Kozakiewicz et al., 2009). Durante la cirugía y antes de la osteotomía, la guía de

acrílico se colocó en la barbilla ósea de la paciente. Primero, perforamos los agujeros para los

tornillos a través de la guía quirúrgica (Figura 5). Luego, con un lápiz esterilizado (Husami et al.,

1988) trazamos las líneas de osteotomía en base a la guía quirúrgica (Figura 5). Se realizaron

cortes de osteotomía siguiendo los trazados del lápiz. Finalmente, después de la separación

completa de los fragmentos óseos, posicionamos y se atornillamos las placas de pre-dobladas

(Figura 6). Una tomografía computarizada de baja dosis mostró un buen resultado en el perfil del

paciente (Figura 3, C).

Fig. 3. A. Perfil preoperatorio; B. Planificación Virtual, doble avance del mentón;

Perfil C. Post-operatorio.

3.2.3 Discusion La genioplastia asistida a computador, parece ser el siguiente paso en la evolución de la cirugía

ortognática asistida a computador (Xia et al., 2000). La combinación de diferentes métodos

tridimensionales para el diagnóstico (análisis cefalométrico 3D), la planificación virtual (software

Mimics) y transferencia (RPM 3D, guía quirúrgica, y las placas pre-dobladas) permitieron un

tratamiento completo en 3D de este caso. La cefalometría 3D juega un papel importante en la

planificación de una mentoplastia. Por primera vez, la región de la barbilla se evaluó con más de un


Fig. 4. Posición inicial A. Pre-operatorio. Posición final B. postoperatoria. Los puntos negros indicant

la posición de los agujeros para los tornillos.

Fig. 5. Guía de acrílico posicionada en la barbilla ósea del paciente. Los agujeros para los tornillos

perforados a través de la guía quirúrgica. Flechas sencillas muestran líneas de transferencia los

senderos osteótomos. La flecha discontinua muestra el indicador de la línea media de la guía de

acrílico.

Fig. 6. Posicionamiento y atornillado de las placas de pre-dobladas.


sola señal ("menton", o "pogonion") como es normalmente el caso con la cefalometría 2D (Ayoub et al., 1994). Nos hemos limitado la presentación de la cefalometría 3D en la Figura 3 en la

región de interés, que fue la evaluación de la barbilla. El concepto, el software, y la validación experimental del análisis planar cefalométrico 3D se han publicado previamente (Olszewski et al.,

2007). Tres planos (anterior, posterior e inferior) determinar la posición teóricamente ideal e individual para el volumen de la barbilla ósea en el espacio 3D.

Sin embargo, la decisión final para la posición de la barbilla también debe tener en consideración el tejido blando en el perfil del paciente. La posición de la barbilla depende de los deseos de la paciente

y en el juicio clínico del cirujano. Por lo tanto, no puede haber una discrepancia entre las conclusiones de la cefalometría teórica 3D y la experiencia clínica. En este caso, el importe final de

movimiento de los huesos en la dirección anteroposterior fue inferior a la propuesta por el análisis cefalométrico 3D (plano anterior). Hay que subrayar que la visualización de los tejidos blandos en las

figuras 3A (preoperatorio) y 3C (postoperatorios) representa el perfil de los actuales tejidos blandos del paciente antes y después de la operación. La planificación virtual mostró que sólo había un lugar

para un tornillo en la parte inferior de la osteotomía de la barbilla. Con la planificación virtual decidimos antes de la operación el mejor posicionamiento para ese tornillo. La estabilidad de la parte

inferior de la osteotomía de la barbilla también se consigue con una placa de pre-doblado formada en

el modelo rápido 3D. La planificación virtual permite la visualización de las raíces y para un mejor posicionamiento de los tornillos en relación a las raíces. Por esa razón, la posibilidad de daño de la

raíz es muy bajo en comparación con las técnicas sin una férula quirúrgica generada a computador. El modelo 3D RP permitió una transferencia de líneas de osteotomía paralelas al quirófano. También

hemos sido capaces de proponer una técnica de sándwich, lo que permitió lo siguiente: 1) un avance grande en comparación con una sola pieza de movimiento y 2) Estabilidad mejorada y curación de las

rodajas óseas desplazadas. El uso de la guía quirúrgica esterilizada generada a computador y el lápiz también fue rentable en comparación con los sistemas de navegación disponibles en la actualidad

(Ewers et al., 2005). Hemos modificado el uso de las RPM 3D a partir de un solo propósito de diagnóstico (Santler et al., 1998) para hacer una transferencia de información virtual a la OR. Cabe

destacar que la construcción de un RPM 3D con las impresoras 3D es ahora más asequible (menos de 300 euros para un modelo 3D RP) que los modelos estereolitográficos (Kozakiewicz et al., 2009).

Además, el tiempo dedicado a la osteotomía y la flexión de las placas se redujo durante la cirugía. La posible caída de la barbilla relacionada con el aumento del desprendimiento muscular en la técnica de

sándwich se evitó debido a la reinserción muscular mental en el final de la cirugía. Los resultados postoperatorios de la nueva técnica son prometedores. La técnica es rápida y es fácil de usar debido a

su férula y placas quirúrgicas pre dobladas generadas a computador Se necesitan más pacientes para la validación clínica definitiva de este procedimiento. Es de destacar que el mismo enfoque

combinando el análisis cefalométrico 3D, de posición multiple RPMs 3D, guías quirúrgicas rentables generados a computador, guías quirúrgicas y placas pre-dobladas pueden ser de interés en otro tipo de

cirugía ortognática.

3.3 Nueva guía tridimensional (3D) para osteotomía frontal-nasal-etmoidal-vómer 3.3.1 Introduccion La cirugía Lefort III es una cirugía clásica realizada para corregir craneosinostosis craneofaciales (Epker y Wolford, 1980). La mayoría de las líneas de osteotomía se realiza a través de acceso a cielo

abierto o con el contacto táctil (disyunción pterigopalatino con un osteótomo Obwegeser). Sin

embargo, la osteotomía frontal-nasal-etmoidal-vómer se lleva a cabo de una manera ciega basada sólo

en la experiencia del cirujano. Los principales riesgos durante este tipo de osteotomía están

vinculados a la equivocada orientación tridimensional


inicial del escoplo en relación a la anatomía del paciente. La anatomía de un paciente con

sindróme craniosinostotico también podría ser engañosa para la orientación inicial del osteótomo

(Sannomiya et al., 2006). Una osteotomía realizada en una forma muy anterior y / o demasiado

lateral una dirección podría dar lugar a una mala división de la línea media durante la

segmentación maxilar con pinzas Rowe. Si se realiza en una dirección muy posterior, el cuerpo

etmoidal podría ser introducido, lo que resulta en el sangrado intenso y daño del nervio olfativo.

Finalmente la profundidad de inserción del osteótomo en relación con la sutura frontonasal es

también un problema: una inserción demasiado corta resultará en la disyunción del tercio medio

facial incompleto y fractura del tercio medio facial incontrolable durante la segmentación maxilar

con pinzas Rowe. Por lo tanto, se propone una nueva técnica basada en una guia quirúrgica

tridimensional (3D) para osteotomía fronto-nasal-etmoidal-vómer basado en un modelo de

creación rápida de prototipos 3D. El método fue aplicado a un paciente de 7 años de edad, fue la

craneosinostosis Apert. Osteotomías Lefort III se asociaron con dispositivos de distracción interna

para el avance del tercio medio facial (Nout et al; 2008).

3.3.2 Materiales y Metodos Una tomografica computarizada (TC) tridimensional (3D) de cráneo fue adquirida en una posición

standard de la cabeza con un protocolo de TC de baja dosis previamente validado (Olszewski et al.,

2008) (brillo 64, Philips, Eindhoven, Países Bajos). El protocolo dicta una rodaja de 1 mm, con

matriz de 512x512, campo 210 mm de vista, 120 kV y 42 mA. Los datos originales se salvaron en

un CD (formato DICOM). La reconstrucción 3D TC se realizó mediante el software Mimics

(Materializar, Leuven, Bélgica) y guardado en formato STL. Un modelo de prototipado rápido (RP)

del cráneo se obtuvo con una impresora 3D (Z Corp, Burlington, EE.UU.). Se perforó un surco en

los huesos nasales hasta que se alcanzó la sutura naso-frontal. Un escoplo de 5 mm de ancho se

coloca dentro de la fosa nasal, con la orientación anterior-posterior, desde la sutura naso-frontal

hacia el nivel de la espina nasal posterior. Después de esto, la resina de PMMA (Palacos, Heraeus

Medical, Alemania) fue moldeada alrededor del osteótomo y alrededor de los huesos nasales

(Figuras 7,8)

Fig.. 7. A. Vista anterior de la guía de osteotomía 3D personalizada en resina PMMA. B. Vista inferior de la guía 3D: la ranura para escoplo. C. Vista Anterior: posicionamiento de la guía 3D en el modelo

RP 3D. D. Vista anterior: comprobar el movimiento de deslizamiento del osteótomo a través de la guía

3D. La profundidad final para insertar el osteótomo se indica con la pluma de alcohol.


Tras el fin de reacción termica, la guía 3D se pulió con rebabas dentales y esterilizada en un autoclave bajo condiciones estándar (135 ° C, 20 minutos). La distancia desde la parte superior de la

guía 3D y la espina nasal posterior también se midió en el modelo 3D RP (8,3 cm).

Fig.. 8. A. Posicionamiento de la guía 3D y escoplo en el modelo 3D del cráneo RP del paciente. B.

Vista superior: control de la inserción del osteótomo dentro de la guía 3D. C. Vista inferior:

El control del límite posterior de la osteotomía en el nivel de posterior espina nasal.

Fig.. 9. A. vista intraoperatoria. La inserción del osteótomo con la guía 3D A través de los huesos

nasales (la flecha punteada) hasta alcanzar la profundidad prevista (la flecha muestra una marca en

osteótomo). A la derecha, el bandeau orbitofrontal es depuesto en ese momento de la cirugía, y

comprime la cubierta del cerebro (*). A la izquierda, la aleta bicoronal levantada en el comienzo de la

cirugía (**).

3.3.3 Resultados La cirugía se realizó entonces clásicamente con accesos bi-coronales e intraorales. Todas las

osteotomías Lefort III se realizaron clásicamente con ejercicios y osteótomos. La guía de 3D se

coloca en la parte superior de las suturas naso-frontales. Ninguna presión craneal se indujo con la

guía 3D en cualquier momento durante el procedimiento. Hemos utilizado un escoplo de 5 mm de

ancho. Marcamos una distancia notificada del modelo 3D RP (Figura 8.A) del


osteótomo con una pluma de alcohol (Figura 9, flecha). Luego, se introdujo el osteótomo en la ranura

plana dentro de la guía 3D y se insertó en el hueso con la orientación proporcionada por la guía 3D

hasta que alcanzó la profundidad de marcado (a nivel de la espina nasal posterior) (Figura 9, flecha).

3.3.4 Discusion La realización de osteotomía frontal-nasal-etmoidal-vómer parece ser uno de los problemas

críticos en la cirugía Lefort III (Gosain et al, 2002;.. Matsumoto et al, 2003). Por lo tanto, todas las

técnicas de facilitando este procedimiento podrían ayudar inmediatamente el cirujano y proteger al

paciente de complicaciones mayores. Presentamos un enfoque técnico basado en la optimización

del uso de modelos 3D RP. Los modelos 3D RP se utilizan principalmente con fines de diagnóstico

(Santler et al., 1998). Sin embargo, los modelos RP 3D permiten también la transferencia de datos

en 3D desde la planificación hasta la sala de operaciones (Kozakiewicz et al., 2009). Utilizamos

una técnica de impresora 3D (Z Corp, Burlington, EE.UU.) para construir un modelo de RP 3D del

cráneo (Kozakiewicz et al., 2009). Los modelos impresos en 3D tienen una ventaja económica

sobre la estereolitografía y conservan la precisión requerida para el modelado médico (Ibrahim et

al., 2009). Se utilizó la resina de PMMA (Palacos, Heraeus Medical, Alemania) para crear la guía

3D. Este material es fácil de usar, rentable, y permite el moldeo 3D rápido de la zona naso-frontal.

El posicionamiento de la guía 3D en el paciente no requiere una tarea complementaria por el

cirujano, tales como el registro y seguimiento en la navegación intra-operatoria (Jeelani et al.,

2009). La guía de 3D individualizada permite que tres piezas principales de información sean

transferidas desde el modelo RP 3D: el punto de impacto para el osteótomo, la orientación en el

espacio 3D, y la profundidad de la inserción del osteótomo. Esta técnica permite un camino crítico

en la cirugía de osteotomía Lefort III para ser transferido de una manera segura, rápida y rentable a

partir del modelo 3D RP a la sala de operaciones. Un estudio más avanzado consistira en la

verificación de la exactitud de la utilización de guías 3D personalizadas para la separación

subcraneal de la cara en la región naso-frontal en cadáveres.

4. Conclusiones y recomendaciones futuras

Los modelos tridimensionales RP se utilizan en asociación con una variedad de aplicaciones en la cirugía CMF. Sin embargo, aún hay espacio para la innovación en estos modelos y para nuevos usos relacionados con indicaciones adicionales. El aumento de la precisión de las técnicas de RP todavía

es necesaria, pero sin irradiación adicional del paciente. Por esta razón, la atención debería centrarse en la aplicación de la tomografía computarizada de baja dosis y los protocolos de TC de haz cónico para la adquisición de datos. Además, se debe hacer un esfuerzo para desarrollar modelos de RP en 3D a partir de fuentes de imágenes alternativas, como la resonancia magnética, ultrasonidos, y proyección de imagen de escaneo láser. Se requieren más métodos rentables para la amplia aplicación de estas técnicas de modelado más allá de los países más desarrollados. Por esta razón, el 3DP

actualmente parece ser más realista para el uso clínico actual que las técnicas SL o SLS. Otras técnicas de RP rentables, como la impresión de papel 3D (http://www.mcortechnologies.com), también deben ser investigadas en términos de precisión y aplicabilidad y, para aumentar la disponibilidad de la tecnología 3D para cirujanos RP CMF y mejorar la atención al paciente. Tales modelos RP 3D deben ser utilizados no sólo para fines de diagnóstico, sino también principalmente para la transferencia de planes virtuales a la sala de operaciones. En este proceso, los modelos 3D RP

serán competitiva frente a las técnicas de navegación asistida a computador, que son precisos, pero todavía muy caros y consumen mucho tiempo. Otro factor importante relacionado con el uso de estos

modelos es el tiempo requerido


para su fabricación, que deben ser acortados para permitir el uso de las técnicas de RP 3D directamente en salas de emergencia para ampliar el campo de las indicaciones potenciales que pueden

ser utilizadas para dirección. Todavía hay una necesidad para el desarrollo de directrices para modelos 3D RP relacionados con su uso clínico en cirugía CMF con el fin de determinar cuál técnica (con el

protocolo) es mejor para hacer frente a cada indicación específica. Por último, la cirugía CMF ciertamente se beneficiara de las técnicas de impresión 3D más avanzadas y emergentes, como la

impresión de órganos (Song et al., 2010). La impresión de órganos es una variante biomédicamente relevante de la tecnología de creación rápida de prototipos, que se basa en la fluidez del tejido.

Deposición asistida por computador (impresión) de materiales naturales (células o matrices) se lleva a cabo una capa a la vez hasta que se consiga una forma 3D en particular (Jakab et al., 2010). Sin

embargo, los intentos recientes que utilizan tecnologías de prototipado rápido para diseñar andamios sintéticos sólidos (Song et al., 2010) sufrieron de una incapacidad para colocar con precisión las

células o agregados de células en un andamio impreso. Por lo tanto, la tecnología de impresión de órganos será cada vez más según la naturaleza. Mironov et al., (Mironov et al., 2003, 2011) define la

impresión de órganos como una tecnología de creación rápida de prototipos asistido por computador de impresión en 3D basado en el uso de la deposición capa por capa de células y / o los agregados de

células en un gel 3D, con la posterior maduración del constructo impreso en tejidos u órganos vivos

pre fundidos y vascularizados. Esta definición de la impresión de órganos incluye variados diseños de la impresora y los componentes asociados con el proceso de deposición que están actualmente

disponibles, como las impresoras con base de chorro de celulares, dispensadores de células o bioplotters, diferentes tipos de hidrogeles en 3D y diferentes tipos de células. Esta ingeniería de tejidos

asistido por computador usando la tecnología 3D y RP de manera viva sin duda abre una nueva era para la cirugía reconstructiva CMF.

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aplicaciones clínicas de los modelos de prototipo rápido ...en el baño de resina se repite hasta...

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