cÓdigo del proyecto: d06i1026

PROYECTO FONDEF DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

INFORME FINAL

TITULO DEL PROYECTO: DESARROLLO DE MODELOS ANATÓMICOS MEDIANTE PROTOTIPADORÁPIDO PARA OPTIMIZACIÓN DEL ABORDAJE EN CIRUG ÍAS COMPLEJAS Y PARA APOYO ENDOCENCIA DE ANATOMÍA Y PRÁCTICAS QUIRÚRGICAS

CÓDIGO DEL PROYECTO: D06I1026

FECHA DE EMISION: 22/08/2012

FIRMA DEL (DE LA) DIRECTOR(A) DEL PROYECTO JORGE ANDRÉS RAMOS GREZ

I. Acta De Término Del Proyecto

1.1 Identificación del proyecto

TITULO DEL PROYECTO

DESARROLLO DE MODELOS ANATÓMICOS MEDIANTEPROTOTIPADO RÁPIDO PARA OPTIMIZACIÓN DEL ABORDAJE ENCIRUG ÍAS COMPLEJAS Y PARA APOYO EN DOCENCIA DE ANATOMÍAY PRÁCTICAS QUIRÚRGICAS

CÓDIGO FONDEF D06I1026DIRECTOR(A) DELPROYECTO

JORGE ANDRÉS RAMOS GREZ

INSTITUCIÓN(ES)BENEFICIARIA(S)

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE (PUC)

EMPRESA Y OTRASENTIDADES ASOCIADAS

DICTUC S.A.INSTITUTO SANTA MAGDALENA LTDA.KREO, CENTRO DE INNOVACION

1.2 Ejecución del proyectoFECHA DE TOMA DE RAZONPOR LA CONTRALORÍAGENERAL DE LA REPÚBLICA

22/01/2008

DURACIÓN CONTRACTUAL 24FECHA EFECTIVA DE INICIO 07/03/2008FECHA EFECTIVA DETÉRMINO

07/12/2010

DURACIÓN EFECTIVA 33

1.3 Plan de ContinuidadNombre Institución Beneficiaria Nombre Representante Legal FirmaPONTIFICIA UNIVERSIDADCATOLICA DE CHILE (PUC)

JUAN AGUSTIN LARRAINCORREA

Firma Electrónica

1.4 Tabla de ConformidadNombre Institución Empresa u OtraEntidad Socia

Nombre Representante Legal Documento conformidad

DICTUC S.A. JAIME IGNACIO RETAMAL PINTO SiINSTITUTO SANTA MAGDALENALTDA.

Si

KREO, CENTRO DEINNOVACION

Si

II. Informe Ejecutivo

2.1 Resumen Ejecutivo

Versión en Castellano

Los resultados obtenidos durante los casi 3 años del proyecto FONDEF se presentan aquí. El principalobjetivo es tratar de optimizar el procedimiento de fabricación de los biomodelos de hueso, que emplea unadeterminada tecnología de prototipado rápido, con el fin de evaluar y mejorar sus propiedades físicas:densidad de masa, dureza de la superficie, rigidez y resistencia a la fractura, con la más alta precisióngeométrica posible. Más de 70 modelos se han construido a partir de los numerosos casos recogidos demás de 30 cirujanos, de los cuales 80% corresponde a los especialistas maxilo-faciales, mientras que lasegunda mayoría se compone de traumatólogos pediátricos seguidos por neurocirujanos. A partir de uncuestionario cualitativo, respondido luego de 30 casos estudio presentados por los cirujanos participantes, seconcluyó como principal resultado que los biomodelos reducen el tiempo de la cirugía (en el orden de unahora), promueven la reducción de la morbilidad del paciente, aumentando al mismo tiempo la confianza delos cirujanos y de sus equipo, especialmente cuando se enfrentan a cirugias de alta complejidad. Las piezasanatómicas máxilo-faciales y traumatológicas se fabrican a partir de exámenes de imágenes médicas deTAC, tanto de los pacientes y de preparaciones de cadáveres, usando el estado del arte en tecnología deimpresión 3D. Los materiales de la matriz utilizados en la construcción de los biomodelos 3D consistieron encerámica y / o material orgánico que se infundió a continuación, con una secuencia de resinas poliméricas, asaber: acrílico, epoxi y polímeros a base de poliéster. Seguido este proceso de infusión, se establecio unprograma de curado de la resina de infiltración. Esto con el fin de intentar dar al producto las propiedadesfísico-mecánicas deseadas : precisión de la geometría de la superficie, densidad de masa, dureza de lasuperficie, así como la rigidez y resistencia a la fractura. La exactitud geométrica se midió originalmentecomparando un cráneo de cadáver humano en contra de su biomodelo considerando 6 puntos anatómicosprincipales distancias punto, sin embargo, un procedimiento mucho más completo se estableció eimplementó más tarde que consideraba comparaciones volumétricas de la segmentación del TAC y lareconstrucción real entre los huesos de cadáveres humanos y su biomodelo . Este procedimiento permite laconstrucción de mapas de error de la superficie de referencia estableciéndose una comparación entrediferentes biomodelos. Por otro lado, la densidad de masa se midió por método de arquímides, mientras quela resistencia a la rotura, tanto en tracción y compresión fueron medidos usando una máquina de ensayosuniaxiales. Dureza superficial fue medida por indentación manual a través de un indentador Shore-D y A.Muestras con formas rectangulares se sometieron a la prueba Charpy para medir la energía absorbidadurante el impacto. Por otra parte, cupones en forma de cubo se sometieron a un ciclo de esterilización enautoclave y su dureza de la superficie se midió antes y después de un ciclo completo. Finalmente, pruebasde flexión a tres puntos se realizaron en 5 de fémures real de porcinos menores de edad para obtener lagráfica de fuerza contra desplazamiento para cada fémur hasta la carga de la fractura. El procedimiento fuerepetido usando los biomodelos de los fémures de modo que una comparación del comportamientomecánico se pudo establecer, que incorpora tanto la información general geométricas del hueso, además delos parámetros de fabricación de procedimiento. En síntesis se ha logrado establecer una capacidad a nivelnacional para la fabricación de biomodelos óseos con el fin de asistir la planificación de cirugías complejas.Estos biomodelos pueden ser ofrecidos en el mercado a menor costo, menor tiempo de entrega e iguales omejores atributos que los modelos extranjeros.

Versión en Ingles

The results achieved during a almos 3 years long FONDEF project is presented here. The main objectivewas to attempt optimizing the fabrication procedure of the bone biomodels, employing a specific rapidprototyping technology, in order to assess and enhance their physical properties: mass density, surfacehardness, stiffness and fracture strength, all of the latter subjected to the highest geometrical precisionpossible. More than 70 models have been built from the numerous requirements gathered from more than 30surgeons, out of which 80% corresponds to maxilo-facial specialists while the second majority consists ofpediatric traumatologists followed by neurosurgeons. A qualitative questionare was also answered after 30performed cases studies. This assesment reported as main conlusion that biomodels reduce the surgery time(in the order of one hour), lowering the morbidity of the patient, while augmenting the surgeons confidenceand that of its team, especially when facing highly complex sugeries. The maxilo-facial and traumatologyanatomical parts are fabricated from TAC imaging medical exams both from patients and cadaveric medicalpreparations using a state of the art 3D printing technology. The materials used in building the 3D biomodelsconsisted of both ceramic and/or organic material matrix which was then infused with a sequence ofpolymeric resins, namely: acrylic, epoxy and polyester based polymers. Followed this infusion process, acuring schedule for the infiltrating resin was also established. This in order to attempt giving the product thedesired physio-mechanical properties: surface geometry accuracy, mass density, surface hardness as well asstiffness and fracture strength. Geometrical accuracy was originally measured comparing a cadaveric humanskull against its biomodel by considering 6 main anatomical point to point distances, however a muchcomplete procedure was stablished and implemented later which considered volumentric comparisons fromTAC segmentation and reconstruction between actual cadaveric human bone and their biomodel. Thisprocedure allows the construction of surface error maps establishing a benchmark comparison betweendifferent biomodels. On the other hand, mass density was measured by archemides methods while rupturestrength both at tension and compression were measured using a uniaxial testing machine. Surface hardnesswas measured by manual indentation using a Shore-D and A tester. Rectangular shaped specimens weresubjected to Charpy test to measure the energy absorbed during impact. Moreover, cube shaped couponswere subjected to an autoclave sterilization cycle and their surface hardness was measured before and afterone full cycle. Finally, 3 points bending tests were done on 5 real femurs from juvenile porcines so to obtainthe force versus displacement graph for each femur up to its fracture load. The procedure was reapeatedthen on biomodels of the same femurs so that a comparison of the mechanical behaviour could beestablished incorporating both the overall geometric information of the bone plus the fabrication procedureparameters.In summary, it has managed to establish a national capacity for the manufacture of bonebiomodels to assist the planning of complex surgery. These biomodels can be placed on the market at alower cost, shorter delivery and attributes equal to or better than foreign models.

2.2 Cuadro De Sintesis de Resultados y Objetivos

Objetivos GeneralesNombre Objetivo Desarrollo de modelos anatómicos mediante prototipado rápido

Descripción

Desarrollar una capacidad en Chile para producir modelos anatómicos(biomodelos) escala 1:1 que posean un alto grado de realismogeométrico-dimensional y estructural, mediante tecnología de prototipadorápido, a partir de imágenes médicas TAC y de RM de pacientes quepresenten patologías complejas relacionadas con las áreas: máxilo-facial,craneal y traumatología pediátrica.

Objetivos EspecíficosNombre Objetivo Planificación del abordaje quirúrgico

DescripciónPermitir que médicos cirujanos efectúen la planificación del abordajequirúrgico en intervenciones complejas en las áreas antes mencionadas,empleando biomodelos de las piezas anatómicas óseas del paciente.

Nombre Objetivo Fortalecer la educación en anatomía fisiológica

Descripción

Fortalecer la educación en anatomía fisiológica y cirugía mediante lautilización de los modelos anatómicos tanto con fines de demostracióncomo medios para practicar técnicas quirúrgicas como son las implantaciónde pernos y prótesis o bien el corte de regiones óseas.

Nombre ObjetivoCreación de una entidad que entregue servicios de impresión debiomodelos

DescripciónA partir del conocimiento generado durante el proyecto se creará un centroo empresa que entregue servicios de impresión de biomodelos de altogrado de realismo para a diversos usuarios del sector salud.

Nombre ObjetivoTransferencia de derechos de nuevas metodologías para imprimirbiomodelos

Descripción

A partir de la formulación de nuevas metodologías para imprimirbiomodelos con un alto grado de realismo anatómico y patológico, seproducirán patentes cuyos derechos serán transferidos o licenciados aempresas nacionales con covertura internacional o a empresas extranjeras.

RESULTADOTipo Resultado de Producción

Nombre2a.- Generacion de biomodelos usando combinaciones de parametros deproceso

Descripción Lograr biomodelos máxilofaciales y traumatológicos con un mayor grado derealismo en las características geométricas y físicas. ¿Cómo se presentaráfísicamente? Como un modelo anatómico 3D con mayor realismo en la geometriasuperficial y en sus propiedades físicas. ¿Cuáles son sus condiciones de uso?Planificación, practica y enseñanza de cirugías complejas. ¿Cuáles son susprincipales competidores o sustitutos? Biomodelos provenientes del extranjero.¿Cuáles son las principales diferencias funcionales, operacionales y productivasque tendrá la solución con respecto al mejor competidor o sustituto? Altadisponibilidad, menor tiempo de producción y menor costo. Incluirá patologíasespecíficas del paciente. ¿Cuáles son los beneficios que las diferenciasmencionadas le generarán al productor, usuario intermedio y/o usuario final? Alproductor: Aumentará su demanda Al usuario intermedio: Mejorará la técnicaquirúrgica y por lo tanto su prestigio. Al usuario final: Se beneficiará con menorestiempos de cirugía, menores tiempos de postoperatorio y, comprender máscabalmente la cirugía que se le practicará. ¿Quiénes lo producirían? Losingenieros y los médicos investigadores asociados a la beneficiaria.

Descripción del Logro

¿Cómo se presenta físicamente? Como un volumen sólido con la informacióngeométrica 3D de la parte anatómica ósea de interés. ¿Cuáles son suscondiciones de uso? Para que el cirujano planifique el abordaje quirúrgico previoa la cirugía. ¿Cuáles son sus principales competidores o sustitutos? Biomodelosproducidos en el extranjero (Brasil y México) ¿Cuáles son las principalesdiferencias funcionales, operacionales y productivas que tendrá la solución conrespecto al mejor competidor o sustituto? Densidad másica dentro del rangoadmisible. Dureza superficial dentro del rango adminisible Error dimensionaldentro del rango admisible ¿Cuáles son los beneficios que las diferenciasmencionadas le generarán al productor, usuario intermedio y/o usuario final?Mayor realismo geométrico y físico del biomodelo. ¿Quiénes lo producirían?Inicialmente el DICTUC SA a través una de sus áreas de servicio.

Referencia Bibliográfica

RESULTADOTipo Resultado de Producción Nombre 1b.- Generacion de modelos anatomicos traumatologicos

Descripción ¿Qué es físicamente? El resultado consistirá en el desarrollo de un conjunto demodelos anatómicos traumatológicos (biomodelos 3D), a escala real, fabricadoscon una mezcla de materiales: polvos rígidos, aglomerantes líquidos e infiltrantespoliméricos, por medio de la tecnología de RP (ZCorporation). Estos biomodelosreproducirán una parte anatómica ósea de un paciente con una cierta patología,con al menos el mismo grado de realismo logrado actualmente por empresasextranjeras. ¿Quienes lo producirán? Lo producirán el equipo de ingenierosinvestigadores, en las dependencias de la beneficiaria, donde se ubicará elsistema de prototipado rápido, implementado para este fin. ¿Cuál es lainnovación? La innovación de este resultado está en acercar la tecnologíadisponible en el extranjero al medio nacional, en un menor tiempo y a menorcosto. ¿Cuáles son sus principales competidores o sustitutos? Modelosanatómicos fabricados en base a inyección de polímeros procedentes delextranjero (Brasil, México, EEUU y Europa), modelos anatómicos fabricados apartir de otras tecnología de prototipado rápido también procedentes delextranjero (SLA, SLS y FDM). ¿Cuáles son las principales diferenciasfuncionales, operacionales y productivas que tendrá el prototipo con respecto almejor competidor o sustituto? Se tendrá una disponibilidad de los modelosanatómicos traumatológicos con un grado de funcionalidad y operatividadcercano al del mejor competidor, pero de manera más inmediata y a menorcosto. ¿Cuáles son los beneficios que las diferencias mencionadas le generaránal productor, usuario intermedio y usuario final el uso o posesión del prototipoque desarrollará? Al productor le permitirá conocer y dominar el estado del artede la fabricación de modelos anatómicos traumatológicos mediante impresión3D. A los usuarios intermedios (cirujanos traumatólogos investigadores) lespermitirá evaluar el real impacto que produce la disponibilidad de modelosanatómicos que reproduzcan la anatomía del paciente, en forma inmediata a laoperación. A los usuarios finales a) los traumatólogos: Les permitirá diponer deesta tecnología en menor tiempo y a menor costo; y, b) los pacientes: Lespermitirá disfrutar de las ventajas de la disminución en el tiempo de cirugíascomplejas traumatológicas, además de entender más fácilmente el procedimientoquirúrgico que se les realizará.


¿Cómo se presenta físicamente? Consiste en un objeto 3D que posee un altogrado de semejanza geométrica con la pieza ósea de interés, el cual estáademás fabricado a partir de un conjunto de materiales cuya densidadpromediada es cercana a la del tejido óseo y cuya resistencia y dureza superficialse aproximan cada vez más a las del material óseo cortical. La coloración ytextura superficial obtenidas hasta el momento son muy similares a las del huesonatural, creando así una sensación de mayor realismo en los usarios. ¿Cuálesson sus condiciones de uso? Sobre los biomodelos fabricados hasta el momentoes posible emplear el instrumental quirúrgico estándar que se usará durante lacirugía que se está practicando con el biomodelo e incluso estos pueden sersometidos a esterilización y por lo tanto pueden ser llevados al pabellónquirúrgico. Debido a que la densidad, dureza superficial y resistencia seaproximan a las del hueso real, las presiones físicas que se pueden ejercer sobrelas piezas son semejantes a las usadas en el el escenario operatorio. Paraefectos de moldear prótesis de metal como para practicar la inserción de pernosy la restructuración óseo anatómica de ciertas piezas, las condiciones de uso sonfavorables como lo han demostrados ya los 6 casos estudiados. ¿Cuáles son susprincipales competidores o sustitutos? (Nómbrelos) Estas corresponden abiomodelos importados desde el extranjero principalmente Brasil, pero los queademás de poseer un mayor precio, no presentan una textura y coloraciónsuperficial cercana a la del hueso natural. Además en los casos en donde se usacomo infiltrante el cianoacrilato las propiedades físicas se afectan al someterlos ala esterilización por autoclave. A nivel nacional se ha detectado una tecnologíade impresión que fabrica partes anatómicas usando un polímero fotocurable elcual tiene una apariencia translucida que le resta realismo a al pieza ósea y queal mismo tiempo posee un precio 2 a 3 veces mayor del que se puede lograr conla tecnología que se usa en el proyecto. ¿Cuáles son las principales diferenciasfuncionales, operacionales y productivas que tendrá la solución con respecto almejor competidor o sustituto? Funcionales Mejor grado de exactitud geométricagracias a un mejor dominio del pre-proceso de limpieza digital y a un mejordominio de la capacidad de impresión de la máquina utilizada, Propiedadesfísicas más cercanas a las del hueso natural, capacidad de ser sometido aesterilización mediante autoclave sin afectar dichas propiedades físicasOperacionales Pre-proceso digital: segmentación más precisa y limpieza digitalmás minuciosa de artefactos no deseados usando estado del arte enprocesamiento digital volumétrico Impresión 3D del biomodelo: mejor dominio delos parámetros intrínsecos de la unidad de impresión 3D. Proceso de infiltración:selección óptima de infiltrantes con caracteristicas rígidas y resilientes Procesode terminación superficial ¿Cuáles son los beneficios que las diferenciasmencionadas le generarán al productor, usuario intermedio y/o usuario final?Productor: mejor dominio de las técnicas de pre-proceso digital, impresión 3D delbiomodelo, proceso de infiltración y proceso de terminación superficial Usuariointermedio (cirujano): practicar la cirugía con antelación y un mayor grado derealismo geométrico y visual Usuario final (paciente): sufrir menor morbilidad,menor tiempo de cirugía, beneficiarse de una cirugía exitosa y de menorescomplicaciones pre-operatorias. ¿Quiénes lo producirían? En una primera etapalo producirá la empresa DICTUC SA



Nombre3.-Generacion de modelos anatomicos maxilofaciales y traumatologicosoptimizados

Descripción ¿Qué es físicamente? El resultado consistirá en el desarrollo de un conjunto demodelos anatómicos (biomodelos 3D), a escala real, fabricados con una mezclade materiales y parametros optimizados: polvos rígidos, aglomerantes líquidos einfiltrantes poliméricos, orientación de impresión, espesor de capa por medio dela tecnología de RP (ZCorporation). Estos biomodelos reproducirán una parteanatómica de un paciente con una cierta patología, con un grado de realismomejorado frente al actualmente logrado por empresas extranjeras. ¿Quienes loproducirán? Lo producirán el equipo de ingenieros investigadores, en lasdependencias de la beneficiaria, donde se ubicará el sistema de prototipadorápido, implementado para este fin. ¿Cuál es la innovación? La innovación deeste resultado está en ofrecer la tecnología disponible en el extranjero al medionacional con un grado de realismo mayor, a menor tiempo y menor costo.¿Cuáles son sus principales competidores o sustitutos? Modelos anatómicosfabricados en base a inyección de polímeros procedentes del extranjero (Brasil,México, EEUU y Europa), modelos anatómicos fabricados a partir de otrastecnología de prototipado rápido también procedentes del extranjero (SLA, SLS yFDM). ¿Cuáles son las principales diferencias funcionales, operacionales yproductivas que tendrá el prototipo con respecto al mejor competidor o sustituto?Se tendrá una disponibilidad de los modelos anatómicos con un grado defuncionalidad y operatividad mejorada frente al del mejor competidor. ¿Cuálesson los beneficios que las diferencias mencionadas le generarán al productor,usuario intermedio y usuario final el uso o posesión del prototipo quedesarrollará? Al productor le permitirá dominar y liderar el estado del arte de lafabricación de modelos anatómicos mediante impresión 3D. A los usuariosintermedios (cirujanos imaxilofaciales investigadores) les permitirá evaluar el realimpacto que produce la disponibilidad de modelos anatómicos que reproduzcanla anatomía del paciente con un grado de mayor realismo, en forma inmediata ala operación. A los usuarios finales a) los cirujanos: Les permitirá diponer de latecnología optimizada en menor tiempo y a menor costo; y, b) los pacientes: Lespermitirá disfrutar de las ventajas de la disminución en el tiempo de cirugíascomplejas maxilofaciales, además de entender más fácilmente el procedimientoquirúrgico que se les realizará.


¿Cómo se presenta físicamente? Como un objeto volumétrico que representa en3D a una cierta componente ósea del paciente. ¿Cuáles son sus condiciones deuso? Planificación del abordaje quirúrgico por parte del cirujano previo a lacirugía. ¿Cuáles son sus principales competidores o sustitutos? Biomodelosprovenientes del extranjero (Brasil y México) ¿Cuáles son las principalesdiferencias funcionales, operacionales y productivas que tendrá la solución conrespecto al mejor competidor o sustituto? La certificación de sus propiedadesdimensional y físicas en comparación con las propiedades oseas naturales.¿Cuáles son los beneficios que las diferencias mencionadas le generarán alproductor, usuario intermedio y/o usuario final? Mayor presición geométrica yrealimos físico que favorece un abordaje quirúrgico más preciso. ¿Quiénes loproducirían? En una primera etapa 1 a 2 años el DICTUC SA a través de unaárea de servicios.


RESULTADOTipo Resultado de Producción Nombre 2b.- Generacion de biomodelos en base a nuevas combinaciones de materiales. Descripción Lograr biomodelos máxilofaciales y traumatológicos con un mayor grado de

realismo en las características mecánicas y dimensionales. ¿Cómo se presentaráfísicamente? Como un modelo anatómico 3D con mayor realismo en sugeometría superficial y en sus propiedades físicas. ¿Cuáles son sus condicionesde uso? Planificación, práctica y enseñanza de cirugías complejas. ¿Cuáles sonsus principales competidores o sustitutos? Biomodelos provenientes delextranjero. ¿Cuáles son las principales diferencias funcionales, operacionales yproductivas que tendrá la solución con respecto al mejor competidor o sustituto?Alta disponibilidad, menor tiempo de producción y a menor costo. Incluirápatologías específicas del paciente. Mejor realismo biomecánico del modeloobtenido. ¿Cuáles son los beneficios que las diferencias mencionadas legenerarán al productor, usuario intermedio y/o usuario final? Al productor:Aumentará su demanda. Al usuario intermedio: Mejorará la técnica quirúrgica ypor lo tanto su prestigio. Al usuario final: Se beneficiará de tiempos menores decirugía, tiempos menores de postoperatorio y comprenderá mejor la cirugía quese practicará. ¿Quiénes lo producirían? Los ingenieros y médicos investigadoresasociados a la beneficiaria.




RESULTADOTipo Resultado de Producción Nombre 1a.- Generacion de modelos anatomicos maxilofaciales

Descripción ¿Qué es físicamente? El resultado consistirá en el desarrollo de un conjunto demodelos anatómicos maxilofaciales (biomodelos 3D), a escala real, fabricadoscon una mezcla de materiales: polvos rígidos, aglomerantes líquidos e infiltrantespoliméricos, por medio de la tecnología de RP (ZCorporation). Estos biomodelosreproducirán una parte anatómica maxilofacial de un paciente con una ciertapatología, con al menos el mismo grado de realismo logrado actualmente porempresas extranjeras. ¿Quienes lo producirán? Lo producirán el equipo deingenieros investigadores, en las dependencias de la beneficiaria, donde seubicará el sistema de prototipado rápido, implementado para este fin. ¿Cuál es lainnovación? La innovación de este resultado está en acercar la tecnologíadisponible en el extranjero al medio nacional, en un menor tiempo y a menorcosto. ¿Cuáles son sus principales competidores o sustitutos? Modelosanatómicos fabricados en base a inyección de polímeros procedentes delextranjero (Brasil, México, EEUU y Europa), modelos anatómicos fabricados apartir de otras tecnología de prototipado rápido también procedentes delextranjero (SLA, SLS y FDM). ¿Cuáles son las principales diferenciasfuncionales, operacionales y productivas que tendrá el prototipo con respecto almejor competidor o sustituto? Se tendrá una disponibilidad de los modelosanatómicos maxilofaciales con un grado de funcionalidad y operatividad cercanoal del mejor competidor, pero de manera más inmediata y a menor costo.¿Cuáles son los beneficios que las diferencias mencionadas le generarán alproductor, usuario intermedio y usuario final el uso o posesión del prototipo quedesarrollará? Al productor le permitirá conocer y dominar el estado del arte de lafabricación de modelos anatómicos máxilofaciales mediante impresión 3D. A losusuarios intermedios (cirujanos imaxilofaciales investigadores) les permitiráevaluar el real impacto que produce la disponibilidad de modelos anatómicos quereproduzcan la anatomía del paciente, en forma inmediata a la operación. A losusuarios finales a) los cirujanos: Les permitirá diponer de esta tecnología enmenor tiempo y a menor costo; y, b) los pacientes: Les permitirá disfrutar de lasventajas de la disminución en el tiempo de cirugías complejas maxilofaciales,además de entender más fácilmente el procedimiento quirúrgico que se lesrealizará.

RESULTADOTipo Resultado de Protección Nombre Mejora de las propiedades estructurales y superficiales de modelos anatomicos Descripción ¿Que pretende hacer con el objeto que protegerá? Se espera lograr producir

modelos anatómicos (biomodelos 3D) con la dimensionalidad geométrica,rugosidad superficial, dureza superficial, densidad y resiliencia lo más cercano alas de las partes óseas reales involucradas en la cirugía máxilo-facial ytraumatológica. ¿Quiénes estarán dispuestos a pagar por el objeto que seprotegerá? - Usuarios directos como cirujanos y docentes en anatomía. -Empresas que desarrollan biomodelos mediante técnicas de prototipado rápido. -La empresa que vende la tecnología de prototipado rápido.

Resultados de ProducciónAsociados

2b.- Generacion de biomodelos en base a nuevas combinaciones de materiales.3.-Generacion de modelos anatomicos maxilofaciales y traumatologicosoptimizados2a.- Generacion de biomodelos usando combinaciones deparametros de proceso


Se implementó el resguardo pro parte de la Beneficiaria del secreto industrialasociado a la fabricación de los biomodelos óseos mediante la custodia del librode anotaciones, manual de procedimiento de fabricación y los contratos deconfidencialidad de todas las personas que participaron en la elaboración deestos documentos.

RESULTADOTipo Resultado de Transferencia y Negocios Nombre Formulacion y metodologia optima para elaborar biomodelos. Descripción ¿Cuáles son los beneficios que espera obtener con el logro del resultado? Los

beneficios que se busca obtener con este mecanismo son: aumentar el realismode los modelos anatómicos actuales, potenciar el desarrollo tecnológico y crearun mercado. Inicialmente se espera abarcar un ámbito nacional, pudiendoabarcar a futuro un ámbito internacional.




Este resultado se reporta como no logrado pues es factible postergarlo a unproyecto de continuidad y transferencia, en especial dado que la protección al diade hoy se ha implementado como un Protocolo de Secreto Industrial el cual noalcanzó a ser transferido a terceros durante la etapa final del proyecto.

RESULTADO

Tipo Resultado de Producción Científica (Ex "Otros") Nombre Publicaciones sobre biomodelos oseos con propiedades mecanicas mas reales Descripción ¿Cuál es el objetivo de este resultado? Enviar a publicar las propiedades

mecánicas obtenidas a partir de la nuevas formulaciones de materiales ycombinaciones de parámetros de proceso. ¿Cuál es el aporte a los objetivosespecíficos del proyecto? Comparar resultados obtenidos con propiedades depreparaciones anatómicas. Al menos una publicacion será enviada a una revistainternacional.


1a.- Generacion de modelos anatomicos maxilofaciales


Trabajo presentado en la Conferencia BMES (Biomedical Engineering Society)en Octubre del año 2009. Se presentó el trabajo titulado \"PhysiomechanicalAssesment of Human Maxillofacial Biomodels as made by 3D Printingtechnology. En Noviembre 2009 se envio el trabajo enviado a las JornadasChilenas de Ingeniería Biomédica \"Volumetric accuracy evaluation for RapidPrototyping\".

Referencia BibliográficaNo aplica al tratarse de un poster presentado en la sesión de posters de laconferencia.

RESULTADOTipo Resultado de Producción Científica (Ex "Otros") Nombre Aporte de los biomodelos 3D en la cirugia maxilo-facial y traumatologica. Descripción ¿Cuál es el objetivo de este resultado? Investigar, recopilar y reconocer el estado

del arte en materia de uso de prototipado rápido en cirugias máxilo-faciales ytraumatológicas realizadas con y sin apoyo de biomodelos 3D (cirugíasortognáticas, tumorales, reconstructivas y reparativas). (Revews y up-dates)¿Cuál es el aporte a los objetivos específicos del proyecto? Comparar lasestrategias propuestas con las actualmente relizadas y, disponer de unbench-mark para medir los avances logrados




Se ha enviado un árticulo titulado \\\"VOLUMETRIC ACCURACY EVALUATIONFOR RAPID PROTOTYPING\\\" al 2009 IEEE International Conference on ImageProcessing que tomará lugar en Cairo, Egipto en Noviembre del 2009. La fechade confirmación de aceptación del artículo es el 10 de junio, 2009. El trabajoconsiste en evaluar la calidad geométrica de los biomodelos basándose en unapreparación médica de un femur humano. Se comparan las imágenes médicasde la preparación contra las del biomodelos y se propone un indicador para medirel error volumétrico porcentual que se genera durante el proceso de fabricacióndel biomodelo. Lo anterior apunta a establecer un bench mark objetivo y mejorarasí la calidad geométrica del biomodelo lo cual impacta al estado del arte del usode biomodelos para planificar cirugía complejas.

Referencia BibliográficaNo aplica al tratarse de un poster presentado en la sesión de posters de laconferencia.

RESULTADOTipo Resultado de Producción Científica (Ex "Otros") Nombre Workshop en tecnicas quirurgicas con utilizacion de biomodelos. Descripción ¿Cuál es el objetivo de este resultado? Realizar al menos un taller de

capacitación en técnicas de abordaje quirúrgico con utilización de biomodelosanatómicos. ¿Cuál es el aporte a los objetivos específicos del proyecto?Demostrar que los biomodelos anatómicos generados en este proyecto,optimizados cuantitativa y cualitativamente, ofrecen un grado de realismo máscercano al del hueso natural.




El 31 de Julio del 2010 se llevó a cabo el primer Workshop sobre práctica decirugía maxilofacial empleando biomodelos. Al evento asistieron 4 alumnos de lacarrera de Odontología de la Universidad Católica. El workshop se realizó en lasdependencias del Instituto Santa Magadalena Ltda de 10 am a 2 pm. Serealizarón 2 charlas, la primera sobre la tecnología de prototipado rápido y lasegunda sobre la fabricación de los biomodelos anatómicos, para terminar con 2horas de prácticas de resección, taladrado y puesta de placas de osteosíntesisempleando biomodelos identicos pero en distintos materiales. Este workshop sevolverá a realizar en Agosto, Septiembre y Octubre del presente año. Al final deworkshop se tomó una encuesta cualitativa a los asistentes.

Referencia Bibliográfica No aplica.

RESULTADOTipo Resultado de Producción Científica (Ex "Otros") Nombre Lanzamiento del Proyecto. Descripción Se invitarán a los principales equipos máxilo-faciales y traumatológicos del medio

nacional para dar a conocer la disponibilidad de esta técnica en nuestro país. Seinvitarán a los Departamentos de Anatomía para que se informen sobre lascapacidades de los biomodelos en docencia. Por último, se invitará también a lascasas comerciales de equipamiento quirúrgico que utilizan biomodelos en susworkshops.




Se realizó el lanzamiento conjuntamente con otros 5 proyecto adjudicados por laBeneficiaria el año 2007. En la oportunidad el proyecto fue presentado a travésde una charla expositiva de aproximadamente 15 minútos. El lanzamiento tuvocobertura televisiva a través del Canal 13. Asistieron personas vínculadas alsector médico y del diseño industrial.

Referencia Bibliográfica No aplica.

RESULTADO

Tipo Resultado de Formación de Capacidades (Ex "Otros")Nombre Capacitacion y apoyo en la formacion de nuevos integrantes del sector medico. Descripción ¿Se trata de algo nuevo o el mejoramiento de algo existente? El resultado se

asocia con la generación de modelos anatómicos (biomodelos 3D). El proyectopermitirá el desarrollo de modelos anatómicos de gran realismogeométrico-dimensional y físico-mecánico que permitan reemplazar la utilizaciónde modelos inyectado en plástico y la compra de los actuales modelos aempresas extranjeras. ¿Cuál es el objetivo de este resultado? Las distintasuniversidades podrán disponer de una mayor cantidad de modelos anatómicospara desarrollar sus laboratorios de anatomía y clases prácticas de medicinaaumentando el número de horas docentes efectivas y el nivel de las mismas.¿Cuál es el aporte a los objetivos específicos del proyecto? Lo anterior permitiráentregar una mejor formación para los estudiantes de medicina y carreras afinesrepercutiendo, posteriormente, en médicos mejor preparados.




A esta fecha se ha realizado un Taller con 4 Alumnos de segundo año de lacarrera de Odontología, en el cual los alumnos pudieron usar un conjunto debiomodelos mandibulares y además de estudiar sus patologías han podidopracticar resecciones e inserciones de placas y tornillo s de osteosíntesis. Losalumnos llenaron una encuesta cualitativa sobre el impacto que el uso de losbiomodelos tuvo en el aprendizaje de la patología y la técnica de inserción deplacas y tornillos.

RESULTADOTipo Resultado de Formación de Capacidades (Ex "Otros")Nombre Nuevos y mejores productos en la industria biomedica. Descripción ¿Se trata de algo nuevo o el mejoramiento de algo existente? Dado los

conocimientos en Ingeniería, Medicina y Diseño Industrial del grupo deinvestigadores, sumado al conocimiento y disponibilidad de prototipado rápido, elproyecto también permitirá apoyar el diseño y la fabricación de productos nuevose inovadores de la industria biotecnológica y biomédica, a nivel nacional. ¿Cuáles el objetivo de este resultado? Prestar servicio a diversas industrias, del ámbitonacional, para el diseño y la generación de nuevos e innovadores productos enlas áreas biomédica y biotecnológica. ¿Cuál es el aporte a los objetivosespecíficos del proyecto? Fomentar el uso de los prototipos rápidos como unaherramienta de aplicación en la biomedicina y en la biotecnología, para mejorarla capacidad de diseño y manufactura de estos productos a nivel nacional.




Se ha diseñado en forma virtual un dispositivo separardor oclusal a partir de unmodelo de protector bucal estándar que existe en el mercado. La modificaciónconsistió en variar el espesor del protector para otorgarle una altura apropiada demanera de obtener un espaciamiento suficiente entre caras oclusales durante elescaneo de las mismas.

RESULTADO DE PRODUCCIÓNCategoría Cantidad Lograda

Producto 5

RESULTADO DE PROTECCIÓNCategoría Cantidad Lograda

Secreto Industrial 1

RESULTADO DE TRANSFERENCIA Y NEGOCIOSCategoría Cantidad Lograda

Licenciamiento 1

RESULTADO DE PRODUCCIÓN CIENTÍFICA (EX "OTROS")Categoría Cantidad Lograda

Evento 2Publicación 2

RESULTADO DE FORMACIÓN DE CAPACIDADES (EX "OTROS")Categoría Cantidad Lograda

Capacidades profesionales desarrolladas ofortalecidas

1

Capacidades materiales o de infraestructura 1

2.3 Informe financiero a la fecha de término

MontosComprometidossegún Conveniopor fuente definanciamiento

Monto Giradopor Fondef

Gastosfinanciados porfuente definanciamiento

%

FONDEF 100.000.000 98.261.806 94.447.99338,42%

Institución(es) Beneficiaria(s)PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DECHILE (PUC)

61.295.000 No Aplica 58.456.74323,78%

Empresas y otras Entidades Asociadas 88.481.000 No Aplica 92.914.02937.79%

Totales 249.776.000 98.261.806 245.818.765 100 %

Monto por Reintegrar Monto Reintegrado a FONDEF (3.813.813)Costo Final del Proyecto 242.004.952

2.4 Autoevaluación de la Ejecución del Proyecto

El(la) Representante Institucional de cada Institución BeneficiaraPONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE (PUC)La ejecución del proyecto ha sido efectiva en términos de lograr facilitar alcanzar los objetivos propuestos enla reformulación de éste. La coordinación entre el Director y la Beneficiaria fue expedita y sin tropiezos. Lasempresas asociadas firmaron el Convenio de Acuerdo en el tiempo adecuado y efectuaron suscomprometidos aportes debidamente. Lo anterior ha facilitado el buen término del proyecto. En los aspectosde innovación y protección, se logró un secreto industrial, el que podrá dar paso en el futuro a una posiblepatente.

El(la) Director(a) del proyectoEl proyecto ha finalizado longrando cumplir todas los aspectos comprometidos en su formulación, siendo elmás importante el establecimiento de una capacidad a nivel nacional para atender los numerososrequerimientos que el sector salud (público como privado) presenta en términos de la necesidad de disponerde modelos anatómicos óseos (biomodelos) de los pacientes que deberán ser sometidos a cirugías de altacomplejidad. Gracias a este proyecto, estos biomodelos se entregan actualmente a menor costo, menorestiempos, e iguales o mejores atributos físicos que similares provenientes del extranjero. Hasta la fecha másde 70 biomodelos han sido fabricados a solicitud de más de 35 médicos cirujanos a lo largo del país. Elservicio está siendo ofrecido hoy a través del DICTUC SA y en el futuro se espera tercerizar el proceso decomercialización de éstos y estudiar un posible espín off en el mediano plazo del área de producción.

2.5 Propuesta de Continuidad de la(s) Institucion(es) Beneficiaria(s)

Se ha detectado que existe una gran demanda por biomodelos óseos en el pais, por lo que se ha necesariolograr que el ministerio de salud autorice un código FONASA para este tipo de prestaciones. Lo anteriorreducirá aun más el costo asociado a la obtención de un biomodelo por parte de los pacientes que lonecesitan. Este hito se espera alcanzar a través de un estudio de impacto de los biomodelos en los costosglobales del tratamiento, proyecto que se postulará al concurso FONIS. De igual manera se estudiarápostular a VRI con la finalidad de poder efectuar una adecuado estudio de mercado de este producto paralograr efectuar una prueba de mercado de mayor embergadura comparada con la realizada actualmente (80casos). Durante los próximos 3 años el DICTUC SA a través del Area Servicios de Impresión 3D permitiráofrecer el servicio de fabricación de biomodelos dentro del país. Finalmente, se ha postulado al concursoFONDEF Regular 2011 con el proyecto D11i1171. Este proyecto contempla usar la capacidad tecnológica deimpresion 3D desarrollada en el actual proyecto, con el objetivo de determinar si la geometría de lasparticulas de un cierto material cerámico biocompatible particulado permitirá la regeneración y diferenciaciónde celulás madre adultas con fines de reparación de defectos óseos.

III. Informe De Gestión

3.1 Objetivos3.1.1 Objetivo(s) General(es) Nombre Objetivo Desarrollo de modelos anatómicos mediante prototipado rápido

Descripción

Desarrollar una capacidad en Chile para producir modelos anatómicos(biomodelos) escala 1:1 que posean un alto grado de realismogeométrico-dimensional y estructural, mediante tecnología de prototipadorápido, a partir de imágenes médicas TAC y de RM de pacientes quepresenten patologías complejas relacionadas con las áreas: máxilo-facial,craneal y traumatología pediátrica.

3.1.2 Objetivos Específicos Nombre Objetivo Planificación del abordaje quirúrgico

DescripciónPermitir que médicos cirujanos efectúen la planificación del abordajequirúrgico en intervenciones complejas en las áreas antes mencionadas,empleando biomodelos de las piezas anatómicas óseas del paciente.

Nombre Objetivo Fortalecer la educación en anatomía fisiológica

Descripción

Fortalecer la educación en anatomía fisiológica y cirugía mediante lautilización de los modelos anatómicos tanto con fines de demostracióncomo medios para practicar técnicas quirúrgicas como son las implantaciónde pernos y prótesis o bien el corte de regiones óseas.

Nombre ObjetivoCreación de una entidad que entregue servicios de impresión debiomodelos

DescripciónA partir del conocimiento generado durante el proyecto se creará un centroo empresa que entregue servicios de impresión de biomodelos de altogrado de realismo para a diversos usuarios del sector salud.

Nombre ObjetivoTransferencia de derechos de nuevas metodologías para imprimirbiomodelos

Descripción

A partir de la formulación de nuevas metodologías para imprimirbiomodelos con un alto grado de realismo anatómico y patológico, seproducirá un secreto industrial y eventualmente una patente cuyosderechos serán transferidos o licenciados a empresas nacionales concovertura internacional o a empresas extranjeras.

3.2 ResultadosRESULTADO

Tipo Resultado de Producción

Nombre2a.- Generacion de biomodelos usando combinaciones de parametros deproceso

Descripción Lograr biomodelos máxilofaciales y traumatológicos con un mayor grado derealismo en las características geométricas y físicas. ¿Cómo se presentaráfísicamente? Como un modelo anatómico 3D con mayor realismo en la geometriasuperficial y en sus propiedades físicas. ¿Cuáles son sus condiciones de uso?Planificación, practica y enseñanza de cirugías complejas. ¿Cuáles son susprincipales competidores o sustitutos? Biomodelos provenientes del extranjero.¿Cuáles son las principales diferencias funcionales, operacionales y productivasque tendrá la solución con respecto al mejor competidor o sustituto? Altadisponibilidad, menor tiempo de producción y menor costo. Incluirá patologíasespecíficas del paciente. ¿Cuáles son los beneficios que las diferenciasmencionadas le generarán al productor, usuario intermedio y/o usuario final? Alproductor: Aumentará su demanda Al usuario intermedio: Mejorará la técnicaquirúrgica y por lo tanto su prestigio. Al usuario final: Se beneficiará con menorestiempos de cirugía, menores tiempos de postoperatorio y, comprender máscabalmente la cirugía que se le practicará. ¿Quiénes lo producirían? Losingenieros y los médicos investigadores asociados a la beneficiaria.


¿Cómo se presenta físicamente? Como un volumen sólido con la informacióngeométrica 3D de la parte anatómica ósea de interés. ¿Cuáles son suscondiciones de uso? Para que el cirujano planifique el abordaje quirúrgico previoa la cirugía. ¿Cuáles son sus principales competidores o sustitutos? Biomodelosproducidos en el extranjero (Brasil y México) ¿Cuáles son las principalesdiferencias funcionales, operacionales y productivas que tendrá la solución conrespecto al mejor competidor o sustituto? Densidad másica dentro del rangoadmisible. Dureza superficial dentro del rango adminisible Error dimensionaldentro del rango admisible ¿Cuáles son los beneficios que las diferenciasmencionadas le generarán al productor, usuario intermedio y/o usuario final?Mayor realismo geométrico y físico del biomodelo. ¿Quiénes lo producirían?Inicialmente el DICTUC SA a través una de sus áreas de servicio.

RESULTADOTipo Resultado de Producción Nombre 1b.- Generacion de modelos anatomicos traumatologicos

Descripción ¿Qué es físicamente? El resultado consistirá en el desarrollo de un conjunto demodelos anatómicos traumatológicos (biomodelos 3D), a escala real, fabricadoscon una mezcla de materiales: polvos rígidos, aglomerantes líquidos e infiltrantespoliméricos, por medio de la tecnología de RP (ZCorporation). Estos biomodelosreproducirán una parte anatómica ósea de un paciente con una cierta patología,con al menos el mismo grado de realismo logrado actualmente por empresasextranjeras. ¿Quienes lo producirán? Lo producirán el equipo de ingenierosinvestigadores, en las dependencias de la beneficiaria, donde se ubicará elsistema de prototipado rápido, implementado para este fin. ¿Cuál es lainnovación? La innovación de este resultado está en acercar la tecnologíadisponible en el extranjero al medio nacional, en un menor tiempo y a menorcosto. ¿Cuáles son sus principales competidores o sustitutos? Modelosanatómicos fabricados en base a inyección de polímeros procedentes delextranjero (Brasil, México, EEUU y Europa), modelos anatómicos fabricados apartir de otras tecnología de prototipado rápido también procedentes delextranjero (SLA, SLS y FDM). ¿Cuáles son las principales diferenciasfuncionales, operacionales y productivas que tendrá el prototipo con respecto almejor competidor o sustituto? Se tendrá una disponibilidad de los modelosanatómicos traumatológicos con un grado de funcionalidad y operatividadcercano al del mejor competidor, pero de manera más inmediata y a menorcosto. ¿Cuáles son los beneficios que las diferencias mencionadas le generaránal productor, usuario intermedio y usuario final el uso o posesión del prototipoque desarrollará? Al productor le permitirá conocer y dominar el estado del artede la fabricación de modelos anatómicos traumatológicos mediante impresión3D. A los usuarios intermedios (cirujanos traumatólogos investigadores) lespermitirá evaluar el real impacto que produce la disponibilidad de modelosanatómicos que reproduzcan la anatomía del paciente, en forma inmediata a laoperación. A los usuarios finales a) los traumatólogos: Les permitirá diponer deesta tecnología en menor tiempo y a menor costo; y, b) los pacientes: Lespermitirá disfrutar de las ventajas de la disminución en el tiempo de cirugíascomplejas traumatológicas, además de entender más fácilmente el procedimientoquirúrgico que se les realizará.


Nombre3.-Generacion de modelos anatomicos maxilofaciales y traumatologicosoptimizados

Descripción ¿Qué es físicamente? El resultado consistirá en el desarrollo de un conjunto demodelos anatómicos (biomodelos 3D), a escala real, fabricados con una mezclade materiales y parametros optimizados: polvos rígidos, aglomerantes líquidos einfiltrantes poliméricos, orientación de impresión, espesor de capa por medio dela tecnología de RP (ZCorporation). Estos biomodelos reproducirán una parteanatómica de un paciente con una cierta patología, con un grado de realismomejorado frente al actualmente logrado por empresas extranjeras. ¿Quienes loproducirán? Lo producirán el equipo de ingenieros investigadores, en lasdependencias de la beneficiaria, donde se ubicará el sistema de prototipadorápido, implementado para este fin. ¿Cuál es la innovación? La innovación deeste resultado está en ofrecer la tecnología disponible en el extranjero al medionacional con un grado de realismo mayor, a menor tiempo y menor costo.¿Cuáles son sus principales competidores o sustitutos? Modelos anatómicosfabricados en base a inyección de polímeros procedentes del extranjero (Brasil,México, EEUU y Europa), modelos anatómicos fabricados a partir de otrastecnología de prototipado rápido también procedentes del extranjero (SLA, SLS yFDM). ¿Cuáles son las principales diferencias funcionales, operacionales yproductivas que tendrá el prototipo con respecto al mejor competidor o sustituto?Se tendrá una disponibilidad de los modelos anatómicos con un grado defuncionalidad y operatividad mejorada frente al del mejor competidor. ¿Cuálesson los beneficios que las diferencias mencionadas le generarán al productor,usuario intermedio y usuario final el uso o posesión del prototipo quedesarrollará? Al productor le permitirá dominar y liderar el estado del arte de lafabricación de modelos anatómicos mediante impresión 3D. A los usuariosintermedios (cirujanos imaxilofaciales investigadores) les permitirá evaluar el realimpacto que produce la disponibilidad de modelos anatómicos que reproduzcanla anatomía del paciente con un grado de mayor realismo, en forma inmediata ala operación. A los usuarios finales a) los cirujanos: Les permitirá diponer de latecnología optimizada en menor tiempo y a menor costo; y, b) los pacientes: Lespermitirá disfrutar de las ventajas de la disminución en el tiempo de cirugíascomplejas maxilofaciales, además de entender más fácilmente el procedimientoquirúrgico que se les realizará.



RESULTADOTipo Resultado de Producción Nombre 2b.- Generacion de biomodelos en base a nuevas combinaciones de materiales. Descripción Lograr biomodelos máxilofaciales y traumatológicos con un mayor grado de

realismo en las características mecánicas y dimensionales. ¿Cómo se presentaráfísicamente? Como un modelo anatómico 3D con mayor realismo en sugeometría superficial y en sus propiedades físicas. ¿Cuáles son sus condicionesde uso? Planificación, práctica y enseñanza de cirugías complejas. ¿Cuáles sonsus principales competidores o sustitutos? Biomodelos provenientes delextranjero. ¿Cuáles son las principales diferencias funcionales, operacionales yproductivas que tendrá la solución con respecto al mejor competidor o sustituto?Alta disponibilidad, menor tiempo de producción y a menor costo. Incluirápatologías específicas del paciente. Mejor realismo biomecánico del modeloobtenido. ¿Cuáles son los beneficios que las diferencias mencionadas legenerarán al productor, usuario intermedio y/o usuario final? Al productor:Aumentará su demanda. Al usuario intermedio: Mejorará la técnica quirúrgica ypor lo tanto su prestigio. Al usuario final: Se beneficiará de tiempos menores decirugía, tiempos menores de postoperatorio y comprenderá mejor la cirugía quese practicará. ¿Quiénes lo producirían? Los ingenieros y médicos investigadoresasociados a la beneficiaria.



RESULTADOTipo Resultado de Producción Nombre 1a.- Generacion de modelos anatomicos maxilofaciales Descripción ¿Qué es físicamente? El resultado consistirá en el desarrollo de un conjunto de

modelos anatómicos maxilofaciales (biomodelos 3D), a escala real, fabricadoscon una mezcla de materiales: polvos rígidos, aglomerantes líquidos e infiltrantespoliméricos, por medio de la tecnología de RP (ZCorporation). Estos biomodelosreproducirán una parte anatómica maxilofacial de un paciente con una ciertapatología, con al menos el mismo grado de realismo logrado actualmente porempresas extranjeras. ¿Quienes lo producirán? Lo producirán el equipo deingenieros investigadores, en las dependencias de la beneficiaria, donde seubicará el sistema de prototipado rápido, implementado para este fin. ¿Cuál es lainnovación? La innovación de este resultado está en acercar la tecnologíadisponible en el extranjero al medio nacional, en un menor tiempo y a menorcosto. ¿Cuáles son sus principales competidores o sustitutos? Modelosanatómicos fabricados en base a inyección de polímeros procedentes delextranjero (Brasil, México, EEUU y Europa), modelos anatómicos fabricados apartir de otras tecnología de prototipado rápido también procedentes delextranjero (SLA, SLS y FDM). ¿Cuáles son las principales diferenciasfuncionales, operacionales y productivas que tendrá el prototipo con respecto almejor competidor o sustituto? Se tendrá una disponibilidad de los modelosanatómicos maxilofaciales con un grado de funcionalidad y operatividad cercanoal del mejor competidor, pero de manera más inmediata y a menor costo.¿Cuáles son los beneficios que las diferencias mencionadas le generarán alproductor, usuario intermedio y usuario final el uso o posesión del prototipo quedesarrollará? Al productor le permitirá conocer y dominar el estado del arte de lafabricación de modelos anatómicos máxilofaciales mediante impresión 3D. A losusuarios intermedios (cirujanos imaxilofaciales investigadores) les permitiráevaluar el real impacto que produce la disponibilidad de modelos anatómicos quereproduzcan la anatomía del paciente, en forma inmediata a la operación. A losusuarios finales a) los cirujanos: Les permitirá diponer de esta tecnología enmenor tiempo y a menor costo; y, b) los pacientes: Les permitirá disfrutar de lasventajas de la disminución en el tiempo de cirugías complejas maxilofaciales,además de entender más fácilmente el procedimiento quirúrgico que se lesrealizará.

RESULTADOTipo Resultado de Protección Nombre Mejora de las propiedades estructurales y superficiales de modelos anatomicos Descripción ¿Que pretende hacer con el objeto que protegerá? Se espera lograr producir

modelos anatómicos (biomodelos 3D) con la dimensionalidad geométrica,rugosidad superficial, dureza superficial, densidad y resiliencia lo más cercano alas de las partes óseas reales involucradas en la cirugía máxilo-facial ytraumatológica. ¿Quiénes estarán dispuestos a pagar por el objeto que seprotegerá? - Usuarios directos como cirujanos y docentes en anatomía. -Empresas que desarrollan biomodelos mediante técnicas de prototipado rápido. -La empresa que vende la tecnología de prototipado rápido.




Se implementó el resguardo pro parte de la Beneficiaria del secreto industrialasociado a la fabricación de los biomodelos óseos mediante la custodia del librode anotaciones, manual de procedimiento de fabricación y los contratos deconfidencialidad de todas las personas que participaron en la elaboración deestos documentos.

RESULTADOTipo Resultado de Transferencia y Negocios Nombre Formulacion y metodologia optima para elaborar biomodelos. Descripción ¿Cuáles son los beneficios que espera obtener con el logro del resultado? Los

beneficios que se busca obtener con este mecanismo son: aumentar el realismode los modelos anatómicos actuales, potenciar el desarrollo tecnológico y crearun mercado. Inicialmente se espera abarcar un ámbito nacional, pudiendoabarcar a futuro un ámbito internacional.




Este resultado se reporta como no logrado pues es factible postergarlo a unproyecto de continuidad y transferencia, en especial dado que la protección al diade hoy se ha implementado como un Protocolo de Secreto Industrial el cual noalcanzó a ser transferido a terceros durante la etapa final del proyecto.

RESULTADO

Tipo Resultado de Producción Científica (Ex "Otros") Nombre Publicaciones sobre biomodelos oseos con propiedades mecanicas mas reales Descripción ¿Cuál es el objetivo de este resultado? Enviar a publicar las propiedades

mecánicas obtenidas a partir de la nuevas formulaciones de materiales ycombinaciones de parámetros de proceso. ¿Cuál es el aporte a los objetivosespecíficos del proyecto? Comparar resultados obtenidos con propiedades depreparaciones anatómicas. Al menos una publicacion será enviada a una revistainternacional.




Trabajo presentado en la Conferencia BMES (Biomedical Engineering Society)en Octubre del año 2009. Se presentó el trabajo titulado \"PhysiomechanicalAssesment of Human Maxillofacial Biomodels as made by 3D Printingtechnology. En Noviembre 2009 se envio el trabajo enviado a las JornadasChilenas de Ingeniería Biomédica \"Volumetric accuracy evaluation for RapidPrototyping\".

RESULTADOTipo Resultado de Producción Científica (Ex "Otros") Nombre Aporte de los biomodelos 3D en la cirugia maxilo-facial y traumatologica. Descripción ¿Cuál es el objetivo de este resultado? Investigar, recopilar y reconocer el estado

del arte en materia de uso de prototipado rápido en cirugias máxilo-faciales ytraumatológicas realizadas con y sin apoyo de biomodelos 3D (cirugíasortognáticas, tumorales, reconstructivas y reparativas). (Revews y up-dates)¿Cuál es el aporte a los objetivos específicos del proyecto? Comparar lasestrategias propuestas con las actualmente relizadas y, disponer de unbench-mark para medir los avances logrados




Se ha enviado un árticulo titulado \\\"VOLUMETRIC ACCURACY EVALUATIONFOR RAPID PROTOTYPING\\\" al 2009 IEEE International Conference on ImageProcessing que tomará lugar en Cairo, Egipto en Noviembre del 2009. La fechade confirmación de aceptación del artículo es el 10 de junio, 2009. El trabajoconsiste en evaluar la calidad geométrica de los biomodelos basándose en unapreparación médica de un femur humano. Se comparan las imágenes médicasde la preparación contra las del biomodelos y se propone un indicador para medirel error volumétrico porcentual que se genera durante el proceso de fabricacióndel biomodelo. Lo anterior apunta a establecer un bench mark objetivo y mejorarasí la calidad geométrica del biomodelo lo cual impacta al estado del arte del usode biomodelos para planificar cirugía complejas.

RESULTADOTipo Resultado de Producción Científica (Ex "Otros")

Nombre Workshop en tecnicas quirurgicas con utilizacion de biomodelos. Descripción ¿Cuál es el objetivo de este resultado? Realizar al menos un taller de

capacitación en técnicas de abordaje quirúrgico con utilización de biomodelosanatómicos. ¿Cuál es el aporte a los objetivos específicos del proyecto?Demostrar que los biomodelos anatómicos generados en este proyecto,optimizados cuantitativa y cualitativamente, ofrecen un grado de realismo máscercano al del hueso natural.




El 31 de Julio del 2010 se llevó a cabo el primer Workshop sobre práctica decirugía maxilofacial empleando biomodelos. Al evento asistieron 4 alumnos de lacarrera de Odontología de la Universidad Católica. El workshop se realizó en lasdependencias del Instituto Santa Magadalena Ltda de 10 am a 2 pm. Serealizarón 2 charlas, la primera sobre la tecnología de prototipado rápido y lasegunda sobre la fabricación de los biomodelos anatómicos, para terminar con 2horas de prácticas de resección, taladrado y puesta de placas de osteosíntesisempleando biomodelos identicos pero en distintos materiales. Este workshop sevolverá a realizar en Agosto, Septiembre y Octubre del presente año. Al final deworkshop se tomó una encuesta cualitativa a los asistentes.

RESULTADOTipo Resultado de Producción Científica (Ex "Otros") Nombre Lanzamiento del Proyecto. Descripción Se invitarán a los principales equipos máxilo-faciales y traumatológicos del medio

nacional para dar a conocer la disponibilidad de esta técnica en nuestro país. Seinvitarán a los Departamentos de Anatomía para que se informen sobre lascapacidades de los biomodelos en docencia. Por último, se invitará también a lascasas comerciales de equipamiento quirúrgico que utilizan biomodelos en susworkshops.




Se realizó el lanzamiento conjuntamente con otros 5 proyecto adjudicados por laBeneficiaria el año 2007. En la oportunidad el proyecto fue presentado a travésde una charla expositiva de aproximadamente 15 minútos. El lanzamiento tuvocobertura televisiva a través del Canal 13. Asistieron personas vínculadas alsector médico y del diseño industrial.

RESULTADOTipo Resultado de Formación de Capacidades (Ex "Otros")Nombre Capacitacion y apoyo en la formacion de nuevos integrantes del sector medico.

Descripción ¿Se trata de algo nuevo o el mejoramiento de algo existente? El resultado seasocia con la generación de modelos anatómicos (biomodelos 3D). El proyectopermitirá el desarrollo de modelos anatómicos de gran realismogeométrico-dimensional y físico-mecánico que permitan reemplazar la utilizaciónde modelos inyectado en plástico y la compra de los actuales modelos aempresas extranjeras. ¿Cuál es el objetivo de este resultado? Las distintasuniversidades podrán disponer de una mayor cantidad de modelos anatómicospara desarrollar sus laboratorios de anatomía y clases prácticas de medicinaaumentando el número de horas docentes efectivas y el nivel de las mismas.¿Cuál es el aporte a los objetivos específicos del proyecto? Lo anterior permitiráentregar una mejor formación para los estudiantes de medicina y carreras afinesrepercutiendo, posteriormente, en médicos mejor preparados.




A esta fecha se ha realizado un Taller con 4 Alumnos de segundo año de lacarrera de Odontología, en el cual los alumnos pudieron usar un conjunto debiomodelos mandibulares y además de estudiar sus patologías han podidopracticar resecciones e inserciones de placas y tornillo s de osteosíntesis. Losalumnos llenaron una encuesta cualitativa sobre el impacto que el uso de losbiomodelos tuvo en el aprendizaje de la patología y la técnica de inserción deplacas y tornillos.

RESULTADOTipo Resultado de Formación de Capacidades (Ex "Otros")Nombre Nuevos y mejores productos en la industria biomedica. Descripción ¿Se trata de algo nuevo o el mejoramiento de algo existente? Dado los

conocimientos en Ingeniería, Medicina y Diseño Industrial del grupo deinvestigadores, sumado al conocimiento y disponibilidad de prototipado rápido, elproyecto también permitirá apoyar el diseño y la fabricación de productos nuevose inovadores de la industria biotecnológica y biomédica, a nivel nacional. ¿Cuáles el objetivo de este resultado? Prestar servicio a diversas industrias, del ámbitonacional, para el diseño y la generación de nuevos e innovadores productos enlas áreas biomédica y biotecnológica. ¿Cuál es el aporte a los objetivosespecíficos del proyecto? Fomentar el uso de los prototipos rápidos como unaherramienta de aplicación en la biomedicina y en la biotecnología, para mejorarla capacidad de diseño y manufactura de estos productos a nivel nacional.




Se ha diseñado en forma virtual un dispositivo separardor oclusal a partir de unmodelo de protector bucal estándar que existe en el mercado. La modificaciónconsistió en variar el espesor del protector para otorgarle una altura apropiada demanera de obtener un espaciamiento suficiente entre caras oclusales durante elescaneo de las mismas. El separador fue impreso usando la tecnologíadisponible pero no alcanzó a ser usado en pruebas con pacientes.

3.3 Gestión del Proyecto3.3.1 Plazos efectivamente utilizados v/s plazos considerados inicialmenteEl proyecto se extendió en aproximadamente 9 meses con la finalidad de lograr una mayor cantidad decasos estudios tanto para la encuesta cualitativa como para el desarrollo de la plataforma de transferenciade archivos DICOM.

3.3.2 Gastos Ejecutados vs. Presupuesto inicialEl proyecto no fue capaz de emplear el 100% del presupuesto solicitado. Algunos ítems como laautomatizacíón de la encuesta cualitativa a través de un portal web, una prueba de mercado más extensa, ola escrituración de una patente asociada al procedimiento establecido para fabricar los biomodelos,contenidos en el secreto industrial, puedieron haber sido financiados aumentando aun más el impacto y laproyección del proyecto.

3.3.3 Participación de las instituciones y EmpresasLa participación de la Institución Beneficiaria como de las 3 empresas asociadas fue muy proactiva, eficaz yresponsable, lográndose todos los aportes y compromisos establecidos en la reformulación del proyecto.

3.3.5 Participación de las instituciones y EmpresasEl(la) Representante Institucional de cada Institución BeneficiaraPONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE (PUC)El proyecto ha logrado alcanzar casi la totalidad de sus resultados e hitos propuestos, salvo el de no podertransferir aun una licencia del proceso de fabricación a terceros, debido a que se optó primero por protegerun procedimiento como secreto industrial y no patentarlo. No obstante la empresa asociada DICTUC SA hapodido continuar con la transferencia de los resultados al sector público mediante la creación de un serviciopara la fabricación de modelos anatómicos médicos, facilitando el acceso de esta prestación en el país amenores costos y tiempos de entrega, que los actualmente observados al importarse desde el extranjeto. Sibien el proyecto se extendió en aproximadamente 9 meses adicionales, su gestión económica nunca se vióafectada, permitiendo avanzar en los hitos pendientes como en facilitar el aporte incremental de lasempresas asociadas. En síntesis el proyecto ha sido de gran experiencia a la Beneficiaría gracias a susresultados tanto de investigación, protección y de servicio a la comunidad.

El(la) Director(a) del proyectoLa ejecución del proyecto se llevó acabo bajo una atmósfera muy proactiva de todas las partes participantesen este, alcanzándose la mayoria de los hitos y resultados en los plazos especificados. El Directorio delproyecto se conformó con los representantes de todas las empresas asociadas y el diálogo entre estosactores fue siempre proactivo.

IV. Informe CT y Económico Social

4.1 Negocios Tecnológicos y Productivos

4.2.1 Síntesis de las actividades realizadas en Transferencia Durante la reformulación del proyecto, se optópor proteger el conocimiento generado mediante la elaboración de un Secreto Industrial, el cual quedódebidamente informado a través de la plataforma de S&C del mismo. Se optó por este instrumento deprotección, puesto que en ese momento no se vislumbraba la posibilidad de obtener un efecto sinérgicosobre las propiedades físicas buscadas (en especial la de resistencia mecánica) al combinar distintosmateriales (polvos de naturaleza inerte e infiltrantes). Se esperaba a lo sumo obtener la mejor propiedadfísica de alguno de los materiales o, en el mejor de los casos, obtener un efecto multiplicador al modificar losparámetros del proceso simultáneamente (tamaño de capa, orientación de la fabricación, tiempo de secadoetc). Por tal motivo, no se aventuró a proponer una solicitud de patente, pues no se vislumbraba, al momentode la reformulación, algún resultado “sorprendente” basado en alguna modificación no obvia. No obstante,hacia el término del proyecto si se obtuvieron resultados promisorios al emplear una combinación no obviade materiales (polvo orgánico y resina polimérica modificada) junto con un tratamiento térmico específico, locual permitió una polimerización entre estos materiales sin modificar la propiedades geométricas delproducto. Frente a este resultado y antes de que terminara el proyecto, se alcanzó a contratar una búsquedadel estado del arte sobre las mejoras físicas de los biomodelos fabricados con distintos tipos de tecnologías.Esta búsqueda fue favorable, como lo indicó el informe de la empresa Clarke y Modet, en relación a latecnología de impresión 3D usada (empleando un material orgánico biodegradable, un infiltrante poliméricomodificado y un tratamiento térmico). Cabe destacar también que esta combinación de materiales puedepermitir reducir los costos de fabricación del producto, puesto que el polvo es de naturaleza orgánica,obtenible en la industria nacional de los alimentos, y puede llegar a ser más económico que el materialusado actualmente (compuesto inerte). Frente a este último hallazgo, el Secreto Industrial, el cual quedódebidamente resguardado en la Beneficiaria bajo las respectivas clausulas de confidencialidad firmadas portodos los participantes en el proyecto, contiene toda la información recopilada durante el proyecto para poderfabricar un biomodelo empleando las nuevas combinaciones de materiales y postprocesos. En todo caso ,este no entra en conflicto con una eventual solicitud de patente que se pueda realizar en el futuro. Lapatente, en este caso, se redactaría para entregar rangos en los cuales los parámetros pueden variar,entregando una combinación óptima, pero no revelando la mejor combinación obtenida. Se solicitaránfondos para poder realizar la solicitud de patente a la Beneficiaria, con los cuales se espera apalancarmediante la Línea 3 de Corfo Innova una suma mayor que permita solicitar la patente en los EEUU y algunospaíses de Europa. En relación a la empresa asociada KREO, empresa Argentina de servicios de diseñoindustrial y además posee la representación de los equipos de impresión 3D de ZCorp para latinoamérica, ala fecha cercana al cierre del proyecto KREO manifestó explícitamente su interés de sólo promocionar el usode las tecnologías de impresión 3D en Chile en sus diversas áreas, no únicamente en el campo de lafabricación de los biomodelos. Incluso cedió su participación en el proyecto (5,6%) a DICTUC SA con tal deque esta sirviese de plataforma para poder promocionar las capacidades que la tecnología ofrece. Loanterior no descarta que ellos puedan interesarse en los resultados (secreto industrial) en un futuro próximopuesto que entre su cartera de servicios ofrecidos en Argentina, también ofrecen fabricación de biomodelos,pero empleando el estado del arte proporcionado por ZCorp, es decir, enfocándose en obtención de lafidelidad geométrica y no en las propiedades mecánicas ni en la reducción del costo de producción. Por otraparte, el Instituto Santa Magdalena Ltda mostró interés en emplear la tecnología en los tratamientos queellos ofrecen actualmente y explorar la posibilidad de actuar como centro de capacitación en el uso de estatecnología de parte de futuros cirujanos. Lo anterior con el fin de aumentar su prestigio en el ámbito de lacirugía maxilofacial a nivel nacional como internacional. Sobre el Negocio Productivo, se estimó convenientedejar durante los siguiente 2 a 3 años que DICTUC SA pueda realizar la fabricación de los biomodelos yaque además puede administrar el servicio de confección de éstos, otorgar los servicios de cotización,facturación, cobranza y contactos entidades de salud, específicamente con mutuales y participar en

licitaciones públicas. Además, puede administrar la plataforma de registro de usuarios y transferencias de losarchivos con las imágenes médicas desarrollada durante el proyecto. La experiencia de DICTUC en laincubación y generación de Spin Off, facilitará una vez que el negocio esté maduro (en términos económicosy tecnológicos), encontrar los inversionistas interesados en la transferencia de Secreto Industrial o eventualpatente que se pueda solicitar. En el corto plazo, como parte de su política de Responsabilidad Social,DICTUC SA está dispuesta a donar el biomodelo a pacientes de muy escasos recursos. Hasta la fecha sehan producido 70 biomodelos óseos solicitados por distintos cirujanos a través de insituciones hospitalarias.Sobre las actividades para poder transferir el secreto industrial, estas no fueron mayormente desarrolladas ala fecha cercana el término del proyecto, ya que se estimó que se necesita aun más tiempo para investigarsobre la real mejora en propiedades mecánica y sobre el verdadero impacto económico de los biomodelosen el mercado de la salud. Lo anterior en lo referente a la reducción en los costos globales asociados a lacirugía. Lo anterior con el fin de poder atraer a potenciales inversionistas en el mediano plazo. Se postuló ala 2da fase de VRI pero el proyecto no fue aprobado, recomendandosé postular a la 1ra fase para asirealizar un adecuado levantamiento del mercado y obtener suficientes pedidos como para establecer unaprueba de mercado más robusta.

4.3 Impactos Producidos Y Esperados4.3.1 Impactos económicos-socialesDurante la ejecución del proyecto, el Comité de Area hizo incapié en que se aumentará el número de casosclínicos a estudiar al tratarse de un proyecto del área de Salud, recomendando un total no menor a 50 casos,el cual fue superado llegando a 70. Esto por una parte, requirió de la extensión en tiempo del proyecto y porotra de la reitemización de fondos. Del total de casos estudiados, se obtuvieron 30 encuestas por parte delos cirujanos que participaron en estos 70 casos, la que dio a conocer que el impacto del uso de losbiomodelos se sustentaba en una mejor comunicación con el paciente sobre el procedimiento a realizar, unareducción del tiempo del operatorio de entre 1 a 2 horas, y un aumento en la confianza en el procedimientoutilizado y por lo tanto en el éxito del mismo. Estos hechos sin duda tienen efecto en una mejor preparaciónde futuros cirujanos, y por sobre todo, en el estado de ánimo psicológico y la recuperación fisiológica delpaciente, incidiendo en una reducción del tiempo de pabellón y de cama durante el postoperatorio. El estudiode reducción de costos durante la intervención en pabellón no se pudo realizar cuantitativamente debido a loreducido del financiamiento del proyecto y a su reitemización hacia los estudios clínicos. Además, lapostulación al entonces fondo VRI no fue aprobada. Lo anterior, en gran parte y a parecer del grupo deinvestigación, por no comprenderse que el riesgo tecnológico del proyecto no solo está sujeto a un productocon alta fidelidad geométrica sino que también de resistencia mecánica similar a la de la pieza ósea y sinduda alguna a un menor costo de fabricación. No obstante lo anterior, la estimación del impacto económicoen lo que respecta a la reducción de los costos del operatorio es una línea de investigación a postular aFONIS o FONDEF. En sisntesis: Se atendieron más de 70 cirugías de alta complejidad con los biomodelosdesarrollados durante el proyecto. Se trabajó con un total de 30 médicos cirujanos de diversas institucionespúblicas y privadas a lo largo del país.

4.3.2 Impactos científicos-tecnológicosSe desarrrolló la capacidad para fabricar biomodelos óseos. Se estableció una linea de producción para lafabricación de biomodelos óseos. Se obtuvieron propiedades dimensionales y físicas en los biomodelosóseos en algunos casos muy cercanas a las del hueso humano real.

4.3.3 Impactos InstitucionalesLa institución beneficiaria cuenta con el conocimiento y las instalaciones para producir biomodelos óseos.DICTUC SA ha comenzado ha ofrecer el servicio a terceros de fabricación de biomodelos.

4.3.4 Impactos AmbientalesEl procedimiento de fabricación de biomodelos no afecta al ambiente ya que trabaja con materialescerámicos y orgánicos inertes y con resinas usadas en diversas aplicaciones industriales.

4.3.5 Impactos RegionalesSe ha desarrollado una capacidad para atender las demandas por biomodelos por parte de los centroshospitalarios en todo el país.

V. Anexos

Jorge Ramos y Alex Vargas

Faculty of Engineering Faculty of Medicine, Pontificia Universidad Católica de Chile.

Physiomechanical Assesment of Human Maxillofacial Biomodels as made by 3D Printing technology.

Abstract:

Biomodels of maxilo-facial anatomical parts have been fabricated from TAC imaging medical exams from both patients and medical preparations using a state of the art 3D printing

technology. The materials used in building the 3D biomodels consisted of calcium sulfate matrix which has been infiltrated with a sequence of polymeric resins, acrylic based andpolyester based, in order to give the desired physio-mechanical properties, namely surface geometry accuracy, mass density, fracture strength and surface hardness. Geometrical

accuracy was measured comparing a cadaver human skull against it biomodel by considering 4 main distances. Density was obtained by archemides methods of several squarecoupons as well as compressive strength while fracture strength was measure by means of tensile testing of dog bone bars. Surface hardness was measured by indentation using a

Shore-A tester. Moreover, coupons were subjected to an autoclave sterilization cycle and their surface hardness was measured before and after one full cycle. Results showed that theinfiltration step is of mayor importance, however acrylic based resins results in a less effective matching of properties as compared with polyester based resins, especially after the

autoclave cycle. Orientation of the samples during the building up 3D printing process has less impact on the overall results.

Introduction:

There exists a lack of bone human parts for the practice of complex reconstructive

surgeries.

The use of bone biomodels allows for the reconstructive surgery time to be shortenconsiderably and the morbility of the surgeon to be reduced.

Teaching the anatomy of the human skeleton is favored when using pathological bonebiomodels obtained from patients throughout CT or NR scans.

Therefore, it is important to be able to print bone biomodels with physiological properties

as close as to those of the real human bone.

In this research we have used 3D priting as the main platform to build 3D bone biomodelsfrom calcium sulfate powder material which is then infiltrated with a polymeric resin.

Several polymeric resins have been studied in order to find the right material combination

Preliminary Results:

Caracterización material del estado del arte

Work has been centered in obtaining bone replicas from medical images of

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Several polymeric resins have been studied in order to find the right material combinationthat provides the closest mass density, volumetric accuracy as well as strength at facture

of the bone biomodels.

Orientation of the build body has also been studied and the assesment of the mechanicalproperties of actual bone biomodels of femora from juvenile porcines is investigated at the

moment.

Material and methods:

Segmentation of medical images from CT scans and volumentric

anatomical cadaveric preparations (e.g. skull and jaw)

Replication of mechanical and dimensional properties of biomodels is sought after

Comparison of the Measurements on both the anatomical preparation and the

biomodel

3D printing process of bone parts obtained from CT or NR medical images

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Densidad Esfera

1400

1450

Conclusions:

1.The right softwares can be selected for segmentation, reconstruction, correction

and reinforcement of the pathological bone parts obtained from medical images.

2.Preparation of a specific polymeric resins used in the infiltration process can be

achived to enhance the physical and dimensional attributes wheb using calciumsulfate powder as matrix.

3.An infussion system (vacum driven) helps enhancing the control of the infiltrationprocess affecting positively the biomodels.

4.Physical properties of the juvenile femoral pigs measured and will be contrasted

with properties from simillar bone biomodels.

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1350

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Resina

A

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C.

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Resina

1seg

Resina

7seg

SM

3cap

SM G1 Aparejo

1cap

Aparejo

nada

Infiltrante

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3

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VOLUMETRIC ACCURACY EVALUATION FOR RAPID PROTOTYPING 1

Volumetric accuracy evaluation for Rapid

PrototypingCristobal Arrieta, Cristian Tejos, Member, IEEE, Jorge Ramos, Alex Vargas and Pablo Irarrazaval, Senior

Member, IEEE

Abstract—Rapid prototyping, a technology for producing threedimensional models or replicas of objects of interest, has becomean important tool for surgical planning, prosthesis manufacturingand assisting diagnosis. Crucial for these medical applicationsis the geometric accuracy of the models. Current research onevaluating the geometric accuracy of rapid prototyping hasfocused in identifying two or more specific anatomical landmarkson the analyzed structure and the constructed model, and tocompare the relative linear distances. As a complementary accu-racy metric, we propose to use volumetric intersection indexescomputed over CT scans of the original structure and the model.The metric involves a mutual information based registration, aMumford-Shah based active contour and volumetric calculations.Our results show that our metric can be applied without anymodification to models built from different structures, andprovide simple and meaningful quantitative indexes to measurethe volumetric accuracy of models built with rapid prototypingtechnology.

Index Terms—Rapid prototyping, geometric accuracy, volume-trically accuracy indexes, active contours

I. INTRODUCTION

RAPID prototyping (RP), also known as stereolitography,

is a technology first introduced in mechanical engi-

neering for producing three dimensional physical models of

objects of interest. Recently, it has become an important

tool for surgical planning, prosthesis manufacturing, assisting

diagnosis and teaching purposes [1]–[5], as it allows to build

realistic replicas of biological structures.

More than six different RP technologies have been reported

in the literature [6], being 3DPTM one of the most popular, as

it has lower production costs and shorter manufacturing times

than traditional stereolitography [4]. This technique consists

of two stages, a pre-processing and a manufacturing.

In the pre-processing stage the structure to be modeled is

scanned using tomographic imaging technologies (e.g. Com-

puted Tomography, Magnetic Resonance Imaging) or laser

surface scanners. When using tomographic images, they are

segmented to select the object of interest, and the surface

of that object is triangulated and imported into an STL

(STereoLitography) format, which is the current file format

C. Arrieta ([email protected]), C. Tejos ([email protected]) and P. Irarrazaval arewith the Department of Electrical Engineering and with the Biomedical Ima-ging Center, Pontificia Universidad Catolica de Chile, Av. Vicuna Mackenna4860, Santiago, Chile, Phone: +56-2-3548468, Fax: +56-2-5522563

J. Ramos is with Department of Mechanical Engineering, Pontificia Uni-versidad Catolica de Chile, Santiago, Chile.

A. Vargas is with Department of Surgery, Pontificia Universidad Catolicade Chile, Santiago, Chile.

These research work has been funded by Fondef (Grant #: D06I 1026).

standard for RP printers. Laser scanners already collect surface

points, so that the segmentation step is not necessary.

In the RP manufacturing stage, several thin layers of powder

particles are, one by one, spread by a roller and then selectively

bound together by printing heads that deliver continuous jets

of a binding solution. When the printing process is finished,

the unbound powder is removed and the model is infiltrated

with a cyanoacrylate-based material [4].

In medical applications is crucial to quantify how accurate

is the geometry of those models compared to that of the

original structures. Current research on evaluating the geo-

metric accuracy of RP has focused in identifying two or more

specific anatomical landmarks on the analyzed structure and

the constructed model, and comparing linear distances between

them [1]–[4], [7]. This kind of accuracy metric is useful

when the identified landmarks reveal an important feature

of the structure (e.g. the bicondylar width of the mandible).

However, it inevitably implies having a different set of relevant

anatomical landmarks for each structure. The automation is

seriously compromised, as each measurement is done by an

experienced person who needs to identify manually relevant

anatomical features. Moreover, the accuracy in this strategy

is also hindered, as intra and inter-observer reproducibility in

landmarking tend to be poor. Indeed, Choi et al. [1] and Silva

et al. [4] needed to average 20 different measurements per

distance in their RP accuracy studies to reduce errors due to

intra-observer measurement variations.

As a complementary accuracy metric, we propose to use

volumetric intersection indexes computed over CT scans of

the analyzed structure and the constructed model. The idea is

to provide an accuracy measure to RP models by simple and

meaningful indexes that take into account volumes rather than

linear distances, and to privilege automation, so that only little

human intervention is needed.

II. METHODS

As a proof of concept, we performed our analysis using two

cadaveric bone samples, a metacarpal bone (Fig.1) and portion

of a femur (Fig.2). We did not modified any of the standard

procedures in the pre-processing and manufacturing stages of

the RP models, so that we could quantify the complete chain

of errors as a whole.

In the pre-processing stage of the RP models, the original

bones were scanned in a CT (GE HiSpeed Dual) using the

following acquisition parameters: slice thickness 1 mm; a

circular FOV with 8 cm of diameter for the metacarpal bone


Fig. 1. Metacarpal bone and its RP model

Fig. 2. Femur and its RP model

and 18 cm of diameter for the femur; acquisition matrix

512x512; 80 kV and 80 mA. The CT scans of the original

bones were segmented, triangulated and exported to an STL

format using a standard software application for RP models

(Mimics R©, Materialise, Leuven, Belgium). Finally, the RP

models were built using a ZPrintTM system (Z Corporation,

MA, USA).

Importantly, the only tools available in Mimics for seg-

mentation were thresholding and region growing, both ope-

rated heuristically. Therefore, the segmentation process often

requires manual editing or the application of morphologi-

cal operators to fill in holes or to remove spurious voxels

erroneously included by the segmentation. In our case, we

performed a thresholding segmentation, and we chose the

threshold value heuristically looking at a few intensity profiles,

and we performed some manual editing procedures to correct

erroneously chosen voxels.

To compute the accuracy indexes we did a CT scan of the

constructed model; we registered both CTs, from the model

and from the original structure employing mutual information;

we segmented both volumes with a Mumford-Shah based ac-

tive contour and we did a few simple volumetric calculations.

The CT scans were acquired in the same scanner and

using exactly the same acquisition parameters. Both volu-

mes were aligned using a mutual information based rigid

body registration available in the software application SPM

(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm).

The images were segmented slice by slice using Diffu-

sion Snakes [8], a 2D Mumford-Shah based active contour

implemented in a home-made application using Matlab (The

Mathworks, Natic, 2008). Contours were parameterized using

B-splines with 200 control points. For initializations we used

ellipses or the segmentation obtained from the previous slice.

All segmentations were visually inspected, and a few manual

corrections were rarely needed.

The volumes enclosed by the segmentations were filled

voxel-wise, so that at the end we obtained solid volumes for

the bones and for the RP models placed at corresponding

locations.

An accuracy index A was then evaluated computing the

normalized intersection between the voxels that belong to the

bone Vb and those that belonged to the model Vm:

A =

∑(Vb ∩ Vm)∑

Vb

· 100 (1)

Errors were quantified in terms of normalized false positi-

ves, i.e. voxels that appears in the CT of the RP model but

not in the CT of original bone (Vb):

FP =

∑(Vb&Vm)∑

Vb

· 100 (2)

and normalized false negatives, i.e. voxels that appears in the

CT of original bone but not in the CT of the RP model (Vm):

FN =

∑(Vb&Vm)∑

Vb

· 100 (3)

III. RESULTS

As can be seen from Fig.3, 4, 5 and 6, the registration and

segmentation worked reasonably well for both CT scans. It

can be also seen from figures 3 and 4 that there is a slight

geometric error in the RP models, as there is a consistent

overestimation in their size. Indeed, the amount of false

positives is over 10% for the RP model of the metacarpal

bone and over 6% for the RP model of the femur (TableI).

Fig. 3. Left: Magnified view of a segmented CT slice of a metacarpal bone.Center: Magnified view of a registered and segmented CT slice of the RPmodel. Right: Comparison between the two segmentations. As can be seenfrom the comparison there is a consistent overestimation of the RP modelsize.

IV. DISCUSSION

We have developed a methodology for measuring the accu-

racy of RP models with a reasonably degree of automation.

Indeed, the entire evaluation process was done without any

human intervention except from the snake initialization in the

first slice and some minor corrections during the segmentation

process. The computed indexes show a simple and meaningful

way to observe the degree of accuracy of the built RP models.


Fig. 4. Left: Magnified view of a segmented CT slice of a femur. Center:Magnified view of a registered and segmented CT slice of the RP model.Right: Comparison between the two segmentations. As can be seen from thecomparison there is a consistent overestimation of the RP model size.

Fig. 5. Left: 3D reconstruction of metacarpal bone and some segmentedcontours. Right: 3D reconstruction of biomodel and some segmented contours.N.B. red contours have been included for visualisation purposes only.

Fig. 6. Left: 3D reconstruction of femur and some segmented contours.Right: 3D reconstruction of biomodel and some segmented contours. N.B.red contours have been included for visualisation purposes only.

TABLE IGEOMETRIC ACCURACY OF THE RP MODELS MEASURED AS THE

NORMALIZED VOLUMETRIC INTERSECTION A, AND THE AMOUNT OF

FALSE POSITIVES (FP ) AND OF FALSE NEGATIVES (FN ).

Metacarpal Femur

bone

A 99.9 % 95.0 %

FP 10.1 % 6.2 %

FN 0.1 % 5.0 %

From the computed results, it is interesting to observe

that the RP models tend to overestimate the size of the

original bone structures. There are several sources that could

explain these errors, those derived from the scanning process

(e.g. voxelation, volume averaging effects and reconstruction

artifacts); those derived from the pre-processing stage (e.g.

errors from the segmentation process, and from the surface

triangulation); and those derived from the manufacturing pro-

cess (e.g. uncalibration and voxelation effects).

Our methodology also introduces additional sources of

errors, such as potential misalignments obtained from the

mutual information based rigid body registration, image in-

terpolations involved in the registration process and segmen-

tation errors derived from the chosen segmentation algorithm

(Diffusion Snakes).

In an image processing context, we believe that efforts to

improve the accuracy of RP models should be focussed in

the application of more adequate segmentation strategies to

process the tomographic images of the original structures to

be modeled. The segmentation tools available in standard RP

software applications (thresholding and region growing) offer

great advantages in terms of speed and simplicity, but inevi-

tably they introduce segmentation errors because they are not

robust to noise and other commonly encountered artifacts in

medical images. Moreover, those algorithms involve choosing

heuristically the magnitude of the thresholds, which potentially

introduces biases as in medical imaging the image contrast

typically varies across the field of view as a result of image

artifacts.

We are currently working on introducing a direct 3D active

contour based segmentation, so that to improve our segmen-

tation results.

REFERENCES

[1] J. Choi, J. Choi, N. Kim, Y. Kim, J. Lee, M. Kim, J. Lee, and M. Kim,“Analysis of errors in medical rapid prototyping models,” Int. J. Oral

Maxillofac. Surg., vol. 31, pp. 23–32, 2002.[2] K. Schicho, M. Fogl, R. Seeman, R. Ewers, J. Lambrecht, A. Wagner,

F. Watzinger, A. Baumann, F. Kainberger, J. Fruehwald, and C. Klug,“Accuracy of treatment planning based on stereolithograpphy in computedassited surgery,” Med. Phys., vol. 33, pp. 3408–3417, 2006.

[3] S. Russett, P. Major, J. Carey, R. Toogood, and P. Boulanger, “Anexperimental method for stereolithic mandible fabrication and imagepreparation,” The Open Biomedical Engineering Journal, vol. 1, pp. 1–8,2007.

[4] D. Silva, M. G. de Oliveira, E. Meurer, M. Meurer, J. L. da Silva, andA. Santa-Barbara, “Dimensional error in selective laser sintering and 3d-printing of models for craniomaxillary anatomy reconstruction,” Journal

of Cranio-Maxillofacial Surgery, vol. 36, pp. 443–449, 2008.[5] E. Ngan, I. Rebeyka, D. Ross, M. Hirji, J. Wolfaardt, R. Seelaus,

A. Grosvenor, and M. Noga, “The rapid prototyping of anatomic modelsin pulmonary atresia,” The Journal of Thoracic and Cardiovascular

Surgery, vol. 132, pp. 264–269, 2006.[6] C. Zemnick, S. Woodhouse, R. Gewanter, M. Rapahel, and J. Piro, “Rapid

prototyping technique for creating a radiation shield,” The Journal of

Prosthetic Dentistry, vol. 97, pp. 236–241, 2007.[7] K. Knox, C. Kerber, S. Singel, M. Bailey, and S. Imbesi, “Stereolitho-

graphic vascular replicas from ct scans: choosing treatment strategies,teaching, and research from live patient scan data,” American J. Neuro-

radiol., vol. 26, pp. 1428–1431, 2005.[8] D. Cremers, F. Tischhauser, J. Weickert, and C. Schnorr, “Diffusion

snakes: Introducing statistical shape knowledge into the mumford–shahfunctional,” International Journal of Computer Vision, vol. 50, pp. 295–313, 2002.

ANEXO 5. DOCUMENTOS DE CONFORMIDAD DE LAS EMPRESAS (O DE OTRA ENTIDAD SOCIA)

DOCUMENTO DE CONFORMIDAD DE EMPRESA INSTITUTO SANTA MAGADALENA LTDA

Por la presente, con fecha 23 de Marzo de 2011, la empresa (o entidad socia) Instituto Santa Magdalena Ltda da fe de su participación en el proyecto FONDEF código D06i1026, titulado 'DESARROLLO DE MODELOS ANATÓMICOS MEDIANTE PROTOTIPADO RÁPIDO PARA OPTIMIZACIÓN DEL ABORDAJE EN CIRUGÍAS COMPLEJAS Y PARA APOYO EN DOCENCIA DE ANATOMÍA Y PRÁCTICAS QUIRÚRGICAS', presentado por Pontificia Universidad Católica de Chile, cuya ejecución ha concluido.

I. Los siguientes resultados obtenidos por el proyecto son de particular interés para esta empresa:

1. Capacidad para adquirir a menor costo y menor tiempo biomodelos

óseos con fines médicos con igual o mejores atributos físicos que los obtenidos actualmente desde el extranjero.

Esto permitirá obtener los siguientes beneficios:

1. Mejorar la planificación de las cirugías maxilofaciales complejas que enfrentan los médicos asociados a esta empresa.

2. Estar informados sobre el estado del arte de la tecnología en el ámbito máxilo facial.

II. La empresa (o entidad socia) participó en las siguientes actividades de

investigación y/o de transferencia tecnológica:

1. Establecimiento de ensayos mecánicos de autoclave.

2. Realización de Talleres de enseñanza del uso de biomodelos en la práctica clínico – quirúrgica.

III. Los aportes realizados por la empresa (o entidad socia) al proyecto, fueron:

Suma de aportes incrementales: $ 1.416.470 Suma de aportes no incrementales: $ 2.550.000 Suma de aportes totales: 1 $ 3.966.470

IV. La representante de la empresa que participó en el Comité Directivo del Proyecto fue la Sra. María Soledad Troncoso Piñeiro cuya función actual en esta organización es Directora.

1 Debe coincidir con la cifra reportada en la sección 2.3. del Informe Final del proyecto

V. Conclusiones y comentarios respecto de la ejecución del proyecto y de los

resultados e impactos obtenidos y por obtenerse: El proyecto ha permitido que los cirujanos maxilofaciales puedan recomendar a sus pacientes la adquisición de biomodelos para la planificación de cirugías complejas, fabricados en Chile a menor costo, con menor tiempo de entrega y con igual o mayor grado de realismo que los biomodelos extranjeros.

VI. Recomendaciones para la(s) institución(es) beneficiaria(s) y para FONDEF

Aumentar la capacidad productiva de biomodelos con el fin de poder atender el aumento en la demanda que se producirá naturalmente en el tiempo.

Obtener por parte del ministerio de salud un código FONASA para los biomodelos, con el fin de aumentar el uso de estos en todos los sectores sociales, tanto bajos como altos.

Desarrollar en el largo plazo biomodelos con capacidad regenerativa para el reemplazo de injertos inertes actualmente usados.

……………………………………….

Firma María Soledad Troncoso Piñeiro Directora Instituto Santa Magdalena Ltda.

RUT 6.700.016-1 Santiago, CHILE, 23 de Marzo de 2011.- Los documentos de conformidad entidades extranjeras pueden venir en idioma inglés, alemán o francés, cuantificadas en dólares de los Estados Unidos o en euros y en otros formatos, pero respetando el espíritu de los contenidos aquí presentados.

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Densidad másica grm/cm3

1,58 99

Dureza Shore D 84 98

Rigidez Superficial GPa 3-4 25

Resistencia en Compresión MPa 40 40

Resistencia a la Fractura en tracción MPa 29 29

Energía de Impacto kJ/m2

13 65

Fuerza a la flección a tres puntos KN 400 40

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�� !�"#�$��%�&'�&(#��&��"#��(&�&�&(�)��&�$(#�$��(��(��(��&��*�La evaluación social considera a los biomodelos el producto que generará el beneficio social. Este beneficio vendrá principalmente por parte de reducciones de costos de hospitalización y mejores profesionales médicos a futuro. Las alternativas presentes en el mercado se encuentran en el plano extranjero y en el nacional por lo que su obtención supone un costo importante para los usuarios, incluso en el plano nacional al tratarse de una tecnología que involucra mayores costos. La innovación tomará alrededor de 5 años en poder ser aceptada por todos los usuarios (supuesto) por lo que se prevé un aumento en su aceptación de forma paulatina durante los primeros 4 años de ejecución y una aceptación total desde el año 5. La innovación está sujeta que el costo de los biomodelos sea subsidiada por el Ministerio de Salud, es decir una vez obtenido el respectivo código FONASA para esta prestación. �

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El presente proyecto presenta varios impactos vinculadas a la aplicación de sus resultados, entre ellos destacan los siguientes:

�� $�1�(��,�(&�&(#,��&�"#��"��(&�2%(�&�$(�-(�(.��&��(��"�2&�� Reducción de los costos hospitalarios para el paciente

Producto del empleo de los biomodelos por parte de los médicos cirujanos se tendrá una mejor preparación y abordaje de las cirugías lo que se verá reflejado en una reducción del tiempo de hospitalización (principalmente de pabellón y postoperatorio) reduciendo de esta manera los costos de hospitalización.

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Estudios encontrados en la bibliografía sugieren una reducción del 15% del tiempo de pabellón para este tipo de cirugías. Guiándose por lo anterior, para efectos de la evaluación económica se considerará que el tiempo de las cirugías en las que se utilizan los modelos anatómicos se reduce en un 15% (supuesto conservador). Adicionalmente se hace el supuesto de que una operación de este tipo requiere en total 11 días de hospitalización y el costo del día cama es de M$ 220. La curva de penetración es la misma que en la evaluación privada.

� Mejorar nivel de futuros médicos

El poder contar con biomodelos en sus clases de laboratorio práctico permitirá un mejor nivel de enseñanza, lo cual se verá reflejado en mayores estímulos e incentivos para el desarrollo de las clases mejorando su calidad.

Producto de este mejor nivel de enseñanza se obtendrán mejores profesionales a futuro y, si consideramos que podemos asociar este mejor nivel educacional con un mejor estándar de vida nos llevará a concluir que los profesionales tendrán mejores sueldos. Lo anterior lleva a importantes beneficios sociales

Para efectos de la evaluación se hará el supuesto de que los alumnos una vez se conviertan en profesionales tendrán un incremento marginal promedio de $35.000 en su sueldo mensual futuro. Adicionalmente se hace el supuesto que demorarán 5 años en ejercer la profesión una vez hayan tomado el taller de anatomía y que anualmente se titulan 780 médicos. La curva de penetración es la misma que en la evaluación privada.

� Aumento de disponibilidad de camas en los hospitales

Vinculado con la reducción de los costos hospitalarios del paciente por una disminución de los días camas, se produce también un aumento de disponibilidad de día camas que ofrecen los hospitales. La reducción de los días cama por parte de los pacientes de este tipo de intervenciones provoca la liberación de ellas permitiendo que sean usadas en otro tipo de intervenciones. Por lo tanto la reducción de los costos de día cama de los pacientes se traduce también en un aumento de la disponibilidad de ellas y por ende en un ingreso para los hospitales. Para el cálculo de esta variable se utilizarán los mismos valores y supuestos que se usaron en el cálculo de la reducción de los costos de hospitalización de los pacientes.

� Aumento del PIB per cápita por aumento de la productividad de los pacientes

3

Otro efecto de la reducción de los tiempos hospitalarios es el aumento de la productividad de los pacientes. El aumento en la productividad se refiere al aumento de días trabajados producto de la reducción en los días de hospitalización y recuperación. Así, al aumentar el tiempo trabajado en el año se produce un aumento en la productividad de dichos pacientes. Para efectos de esta evaluación se considerará que el aumento de la productividad se ve reflejado en el aumento del PIB per capita de cada paciente. Se utilizara un aumento de $ 40 en el PIB per capita por paciente.

� Ahorro en los gastos de salud por mejor eficiencia de médicos Este punto está muy vinculado con el aumento de la calidad de los futuros profesionales médicos. Al contar con mejores profesionales en salud se produce un aumento de la eficiencia y calidad en el sector. Producto de esta mayor eficiencia y calidad de atención se genera un mejor uso de los recursos y por ende un ahorro estatal importante. Para efectos de la evaluación económica se hará el supuesto que el ahorro estatal por contar con profesionales mejor preparados será de $ 400.000 por estudiante titulado de Medicina (supuesto conservador).

� Reducción del gasto en intervenciones El poder preparar mejor las intervenciones quirúrgicas provoca una mayor eficiencia y poder utilizar mejor los recursos. Aparte de lo anterior, también se producen importantes reducciones en costos no incluidos en los días cama (anestesista, diagnósticos, exámenes, pabellón) provocando una importante reducción del gasto estatal en este tipo de intervenciones. Para efectos de la presente evaluación, se hará el supuesto que la reducción en los gastos de estas intervenciones será de $ 600.000 por operación (supuesto conservador).

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Precio de venta de los biomodelos: en promedio se obser un valor de $300 mil, teniendo presente que su equivalente importando puede duplicar o triplicar este valor. Mercado potencial de biomodelos: se estima en 1000 biomodelo al año a nivel país. Demanda anual por biomodelos: Todos los valores de las variables de la evaluación consideran la operación de 1 sola unidad la que posee en promedio un capacidad máxima de 1 biomodelos diario.

4

�� $�1�(��,��(&��(��$�$�$(��3#��$(��"��%��A finales del proyecto se ha logrando capturar un total de 70 biomodelos en un periodo de 2 años. Se espera que este número comience a crecer paulatinamente a medida que los solicitantes, médicos cirujanos, conozcan el servicio y valoren su menor costo y mejor calidad. La nueva curva de penetración es más conservadora que la propuesta en la evaluación inicial. No obstante el VAN social sigue siendo positivo, mientras que el privado es levemente negativo. Lo anterior sugiere nuevamente la necesidad de que los biomodelos sean una prestación en el sistema nacional de salud. �

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��4�� ,��(&�(��)�#�5��%(�$(�(��/��#��$(��$�"��*�El horizonte de evaluación se sigue considerado de 15 años. Lo anterior se debe a que es un tiempo prudente para poder lograr la visualización de los resultados. No obstante, en el nuevo escenario se espera poder cubrir 1.000 intervenciones quirúrgicas para el año 9. Posteriormente se pretende aumentar paulatinamente la capacidad cada 5 años comprando una maquina nueva cada 5 años. �

La curva de adopción para los primeros 9 años es la misma que en la evaluación privada y se resume en la siguiente tabla:

ITEM Año 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Curva de penetración operaciones 15% 20% 35% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Curva de penetración clases docentes 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 90% 100%

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��6�� ,��(&��&�%��%��*�7��&(��&�$(#��"#�/(��(&��(��"#�/(�%�8��De no llevarse a cabo el proyecto no se dispondría de la herramienta a desarrollar en este proyecto, por lo que no se dispondría de la información para producir los beneficios sociales esperados por lo que se considerará como ceteris paribus, es decir nada cambia. No obstante aunque la demanda que enfrenta el servicio de fabricación de biomodelos es inscipiente esta permite sostener el proceso de investigación en la búsqueda de mejorar aún más los biomodelos, y a su vez permite que el capital humano se mantenga actualizado y los equipos puedan mantenerse. �

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��9�� ,��&(#,��&�%��.�%�#��&��$(��(:(��$(��"#�/(�%�*�De llevarse a cabo el proyecto se puede visualizar que se contará con un producto eficaz en reducir el tiempo de cirugía con la consecuente reducción en los costos hospitalarios. Así mismo el modelo anatómico se transforma en una herramienta bastante eficaz para mejorar las clases prácticas de anatomía entregando mejores profesionales médicos en el futuro.

5

Este escenario corresponde a la situación ocurrida por la aplicación del proyecto, vale decir por la incorporación de los resultados del mismo al mercado. Además los supuestos involucrados en relación a los usuarios y los costos de la cadena de producción están plenamente identificados e indicados en la evaluación respectiva. Efectivamente estos supuestos se han cumplido, ya que se han producido 70 biomodelos en un periodo de 2 años. No obstante el precio con que son aceptados los biomodelos corresponden a la mitad o un tercio de los precio internacionales. No hay certeza si al aumentar los precios nacionales la demanda decaerá. La única manera de aumentar precios de ventas es permitiendo que el sistema nacional de salud subvencione el costo de producción de los biomodelos a través de la obtención del código FONASA para esta prestación. �

��;�� ,�(&�&��&�-(�(.��&�(��0&��(&��%�.��$�&*�� Disminución del riesgo y temor del paciente

Con el uso de los modelos anatómicos se espera lograr un menor temor del paciente al momento de enfrentar una operación compleja. Lo anterior se debe al hecho que el médico tratante podrá graficarle el procedimiento que realizará generando una mayor seguridad del paciente hacia el médico.

� Incremento de la capacidad de investigación y desarrollo nacional en

temas de salud � Vinculación con instituciones de salud y universidades extranjeras � Aumento del prestigio tecnológico de la institución beneficiaria y del

país. �

��<�� ,��(&�(��"��%��#(3��$(��"#�/(�%�*�Las investigaciones se realizarán dentro de Santiago ciudad que será la primera en experimentar los beneficios del proyecto. Sin embargo, en el mediano plazo se prevé poder abarcar una mayor parte del territorio nacional sin descartar la posibilidad de entrar en otros países. Efectivamente de los 70 biomodelos generados en el periodo de 2 años, cercano al 10% son solicitudes provenientes de regiones. �

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�� a) Negocio Tecnológico para la Institución y Contrapartes (Considere el

principal) Una vez finalizado el proyecto la Universidad Católica transferirá a DICTUC S.A. los derechos del uso de la composición desarrollada y la capacidad tecnológica para fabricar los biomodelos. Estos sumado a la capacidades de DICTUC SA permitirán comercializar el producto durante 5 los primeros años desde finalizado el proyecto. Para la evaluación económica del negocio tecnológico, se consideró un traspaso en Licencias y/o Royalty del 10 % sobre las utilidades de DICTUC S.A. generadas por esta nueva línea de negocio (supuesto). Además se mantienen los supuesto de vender franquicias otras empresas en los Estados Unidos y América del Sur para lo cual se hará el supuesto que los niveles de venta esperados en esos países serán los mismos que en Chile desfasados en un año. El costo de las licencias se supondrá del 10% del total de ingresos por conceptos de ellas, mientras que para el caso de las franquicias su costo será del 3% de su valor. La inversión en I&D para este negocio corresponderá al aporte de la PUC en el proyecto (MM$ 61). b) Negocio Productivo o de Servicios (Considere el principal) El negocio principal consistirá en la venta de biomodelos de gran realismo a los diferentes agentes pertenecientes al sector salud en Chile. Para ello DICTUC SA crearan una nueva unidad de servicios que se encargará de la fabricación, distribución y comercialización de los modelos a los médicos. Los médicos entregan un cd con las imágenes DICOM generadas por algún scanner, pero también podrán transferir los archivos a través de una plataforma TI específicamente desarrollada durante el proyecto. Posteriormente con un software se procesaran estas imágenes generando el modelo anatómico dentro del equipo. En un principio la unidad de negocio dependerá de DICTUC para su sustentación económica, pero debido a políticas de DICTUC podría independizarse dando origen a una nueva empresa. En el futuro del negocio también se prevé la incorporación de otro tipo de servicios y la comercialización hacia otros países de los modelos. Por detalles del proceso, la máxima capacidad de producción empleando una maquina y un técnico es de 350 modelos al año, por lo que se empezará con dos técnicos operando por turnos llegando a tener una capacidad de 700 modelos por año. El mercado se ha supuesto de 1000 modelos

2

anatómicos anuales por lo que se compromete la compra de una nueva máquina el año 5. La siguiente tabla resume los nuevos supuestos principales utilizados en la situación con proyecto al 2011:

ITEM Año

1 Año

2 Año

3 Año

4 Año

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Curva de penetración 10% 20% 35% 55% 80% Numero de modelos anatómicos vendidos 100 200 350 550 800

Notas: La cantidad de modelos anatómicos se obtiene de la penetración de mercado esperada respecto del mercado objetivo.

El supuesto de 100 biomodelos para el año 1 es muy razonable puesto que en los 2 últimos años de proyecto se recibieron 70 pedidos por biomodelos sin efectuar ningún esfuerzo promocional mayor. SUPUESTOS CASO BASE

Peso chilenos/US $: 500

Inversiones: • Inversión: Se requerirá invertir en una nueva máquina para

aumentar la capacidad de producción. Esta nueva máquina supondrá una inversión de MM$ 29, inversión que se realizará en el año 5.

• Inversión en I & D: MM$ 250 (costo del proyecto FONDEF). Costos fijos:

• Depreciación: lineal, 5 años. • Pago de Sueldos: MM$ 12/año (este valor considera 2 técnicos por

MM$ 6/año cada uno y un administrativo MM4 3/año). • Costos de Administración y Producción: MM$ 4,8/año. • Arriendo de un espacio físico: MM$ 2,4/año. • Licencia de uso del software: MM$ 0,65/año a partir del año 3.

Costos variables:

• Costo de Material: M$ 50/Modelo,

Ingresos

• Demanda máxima estimada: 1.000 modelos anuales destinados a médicos y docentes.

• Mercado objetivo: 550 modelos hasta el año 4 y 800 para el año 5. • Curva de penetración para el producto (ver Tabla1). • Precio de venta de modelos anatómicos: M$ 300 por modelo.

3

Otros Ingresos Se espera prestar otro tipo de servicios como son capacitaciones y asesorías. El detalle de los supuestos utilizados en la evaluación se da en la siguiente tabla:

Otros servicios Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Personas Capacitadas 5 5 10 15 20 valor Capacitación 2.500 2.500 2.500 2.500 2.500 costo capacitación 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 Nº Asesorías 1 2 3 2 2 valor asesorías 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 Costo Asesorías 5.000 5.000 5.000 5.000 5.000

Estos valores se han adaptado de manera más conservativa en base a lo observado durante los casi 3 años de proyecto. Bajo este nuevo escenario la inversión se recupera al 5to año y no al 3ro como en la evaluación inicial del año 2006. �

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�� El horizonte de evaluación se ha considerado de 5 años para compararlo con la evaluación inicial del 2006. Lo anterior se debe a que la introducción de técnicas y equipos del sector salud necesita pasar por ensayos y estudios además de tener que ganarse la confianza por parte de los médicos y usuarios de la salud. �

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Estos valores son bastante menores y más realistas en comparación con los presentados en la postulación del proyecto. Esto descarta la posibilidad de que agentes intermedios ingresen durante el horizonte de evaluación considerado. No obstante el VAN es positivo y la tasa TIR es mayor al 8% típicamente considerado como criterio de comparación. Ahora bien, si durante el horizonte de 5 años considerados es posible obtener el subsidio por parte del sistema nacional de salud (FONASA), o empresas de seguros de salud, mutuales de seguridad, o se logra establecer contratos con

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grandes clínicas privadas y hospitales públicos por volúmenes fijos de biomodelos en una base anual, será entonces posible que el escenario sea mucho más optimista y permita que otros agentes intermedios tales como un comercializador a nivel nacional o internacional se interese en entrar al negocio.

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El escenario anterior no permite que entren agentes intermedios durante los primeros 5 años. �

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Situación Sin Proyecto a) Identificación de Variables Críticas

No aplicable b) Cálculo de Ingresos

No aplicable c) Cálculo de Costos

No aplicable d) Cálculo de Inversiones

No aplicable Situación Con Proyecto a) Identificación de Variables Críticas � Reducción de los costos hospitalarios para el paciente

Producto del empleo de los modelos anatómicos por parte de los médicos cirujanos se tendrá una mejor preparación y abordaje de las cirugías lo que se verá reflejado en una reducción del tiempo de hospitalización (principalmente de pabellón y postoperatorio) reduciendo de esta manera los costos de hospitalización. Estudios encontrados en la bibliografía sugieren una reducción del 25% del tiempo de pabellón para este tipo de cirugías. Guiándose por lo anterior, para efectos de la evaluación económica se considerará que el tiempo de las cirugías en las que se utilizan los modelos anatómicos se reduce en un 25% (supuesto conservador). Adicionalmente se hace el supuesto de que una operación de este tipo requiere en total 11 días de hospitalización y el costo del día cama es de M$ 220. La curva de penetración es la misma que en la evaluación privada.

� Mejorar nivel de futuros médicos

El poder contar con modelos anatómicos en sus clases de laboratorio práctico permitirá un mejor nivel de enseñanza, lo cual se verá reflejado en mayores estímulos e incentivos para el desarrollo de las clases mejorando su calidad.

Producto de este mejor nivel de enseñanza se obtendrán mejores profesionales a futuro y, si consideramos que podemos asociar este mejor nivel educacional con un mejor estándar de vida nos llevará a concluir que los profesionales tendrán mejores sueldos. Lo anterior lleva a importantes beneficios sociales

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Para efectos de la evaluación se hará el supuesto de que los alumnos una vez se conviertan en profesionales tendrán un incremento marginal promedio de $35.000 en su sueldo mensual futuro. Adicionalmente se hace el supuesto que demorarán 5 años en ejercer la profesión una vez hayan tomado el taller de anatomía y que anualmente se titulan 780 médicos. La curva de penetración es la misma que en la evaluación privada.

� Aumento de disponibilidad de camas en los hospitales

Vinculado con la reducción de los costos hospitalarios del paciente por una disminución de los días camas, se produce también un aumento de disponibilidad de día camas que ofrecen los hospitales. La reducción de los días cama por parte de los pacientes de este tipo de intervenciones provoca la liberación de ellas permitiendo que sean usadas en otro tipo de intervenciones. Por lo tanto la reducción de los costos de día cama de los pacientes se traduce también en un aumento de la disponibilidad de ellas y por ende en un ingreso para los hospitales. Para el cálculo de esta variable se utilizarán los mismos valores y supuestos que se usaron en el cálculo de la reducción de los costos de hospitalización de los pacientes.

� Aumento del PIB per cápita por aumento de la productividad de los pacientes Otro efecto de la reducción de los tiempos hospitalarios es el aumento de la productividad de los pacientes. El aumento en la productividad se refiere al aumento de días trabajados producto de la reducción en los días de hospitalización y recuperación. Así, al aumentar el tiempo trabajado en el año se produce un aumento en la productividad de dichos pacientes. Para efectos de esta evaluación se considerará que el aumento de la productividad se ve reflejado en el aumento del PIB per capita de cada paciente. Se utilizara un aumento de $ 40 en el PIB per capita por paciente.

� Ahorro en los gastos de salud por mejor eficiencia de médicos Este punto esta muy vinculado con el aumento de la calidad de los futuros profesionales médicos. Al contar con mejores profesionales en salud se produce un aumento de la eficiencia y calidad en el sector. Producto de esta mayor eficiencia y calidad de atención se genera un mejor uso de los recursos y por ende un ahorro estatal importante. Para efectos de la evaluación económica se hará el supuesto que el ahorro estatal por contar con profesionales mejor preparados será de $ 400.000 por estudiante titulado de Medicina (supuesto conservador).

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� Reducción del gasto en intervenciones

El poder preparar mejor las intervenciones quirúrgicas provoca una mayor eficiencia y poder utilizar mejor los recursos. Aparte de lo anterior, también se producen importantes reducciones en costos no incluidos en los días cama (anestesista, diagnósticos, exámenes, pabellón) provocando una importante reducción del gasto estatal en este tipo de intervenciones. Para efectos de la presente evaluación, se hará el supuesto que la reducción en los gastos de estas intervenciones será de $ 600.000 por operación (supuesto conservador).

b) Cálculo de Ingresos

Explicados en el punto anterior. c) Cálculo de Costos

Son los mismos que en la evaluación económica privada. d) Cálculo de Inversiones

Se requerirá invertir en máquinas nuevas para poder lograr mayor penetración en el mercado de las operaciones quirúrgicas.

El valor de esta inversión se estima en MM$ 29 y se prevé la compra de una

maquina nueva cada 5 años a partir del año 5 de operación del negocio.

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�� Negocio Tecnológico para la Institución (Considere el principal)

a) Cálculo de Ingresos Una vez finalizado el proyecto la Universidad Católica transferirá a DICTUC S.A. los derechos del uso de la composición desarrollada y la capacidad técnologica para que fabrique los biomodelos. Para la evaluación económica del negocio tecnológico, se consideró un traspaso en Licencias y/o Royalty del 10 % sobre las utilidades de DICTUC S.A. generadas por esta nueva línea de negocio (supuesto). Además se espera vender franquicias a las divisiones de empresas en Estados Unidos y Sud América para lo cual se hará el supuesto que los niveles de venta esperados en esos países serán los mismos que en Chile desfasados en un año.

b) Cálculo de Costos El costo de las licencias se supondrá del 10% del total de ingresos por conceptos de ellas, mientras que para el caso de las franquicias su costo será del 3% de su valor.

c) Cálculo de Inversiones

La inversión en I&D para este negocio corresponderá al aporte de la PUC en el proyecto (MM$ 61).

Negocio Masivo Productivo o de Servicios Tecnológicos (Considere el principal) La siguiente tabla resume los supuestos principales utilizados en la situación con proyecto:

ITEM Año

1 Año

2 Año

3 Año

4 Año

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Curva de penetración 10% 20% 35% 55% 80% Numero de modelos anatómicos vendidos 100 200 350 550 800

a) Cálculo de Ingresos

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Ingresos

• Demanda máxima estimada: 1.000 modelos anuales destinados a médicos y docentes.

• Mercado objetivo: 550 modelos hasta el año 4 y 800 para el año 5. • Curva de penetración para el producto (ver Tabla1). • Precio de venta de modelos anatómicos: M$ 300 por modelo.

Otros Ingresos

Se espera prestar otro tipo de servicios como son capacitaciones y asesorías. El detalle de los supuestos utilizados en la evaluación se da en la siguiente tabla:

Otros servicios Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Personas Capacitadas 5 5 10 15 20 valor Capacitación 2.500 2.500 2.500 2.500 2.500 costo capacitación 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 Nº Asesorías 1 2 3 2 2 valor asesorías 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 Costo Asesorías 5.000 5.000 5.000 5.000 5.000

b) Cálculo de Costos Costos fijos:

• Depreciación: lineal, 5 años. • Pago de Sueldos: MM$ 12/año (este valor considera 2 técnicos por

MM$ 6/año cada uno y un administrativo MM4 3/año). • Costos de Administración y Producción: MM$ 4,8/año. • Arriendo de un espacio físico: MM$ 2,4/año. • Licencia de uso del software: MM$ 0,65/año a partir del año 3.

Costos variables:

• Costo de Material: M$ 50/Modelo,

c) Cálculo de Inversiones

Peso chilenos/US $: 500

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Inversiones:

Inversiones:

• Inversión: Se requerirá invertir en una nueva máquina para aumentar la capacidad de producción. Esta nueva máquina supondrá una inversión de MM$ 29, inversión que se realizará en el año 5.

• Inversión en I & D: MM$ 250 (costo del proyecto FONDEF).

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cÓdigo del proyecto: d06i1026

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