De la tomografía al escritorio: Ingeniería Inversa en Medicina

Gabriel Helguero, PhD

Desde el descubrimiento de los rayos X, allá por 1895, las imágenes médicas han sufrido una evolución a un ritmo constante y mantenido. El ávido interés por conocer qué está sucediendo — y el estado actual — de los órganos dentro del cuerpo humano ha sido siempre materia de interés científica y popular. Existen actualmente varios métodos para crear imágenes del cuerpo humano con propósitos clínicos y creo que hemos llegado al punto en el que la resolución de los equipos más modernos es lo suficientemente alta para ofrecernos increíbles resultados llenos de detalle e información.

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Las imágenes médicas cumplen con el objetivo de mostrar, pero no de ensayar

Sin embargo, hay aún un escollo que no ha podido ser superado únicamente con el uso de las imágenes médicas: la experiencia háptica, esto es, tocar y ver al mismo tiempo. Aún cuando existen simuladores virtuales médicos de alta resolución, estos fallan en ofrecer una experiencia háptica real y convincente. Y aquellos usados para enseñanza no cumplen con el estándar de personalización — es decir, un modelo que provenga del paciente tratado — por ser genéricos.

Experiencia háptica + Personalización = Impresiones 3D

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Las impresiones 3D contribuyen a mejorar los procedimientos quirúrgicos y la comunicación doctor-paciente

Imagine entonces contar con la posibilidad de tener en su escritorio un modelo físico que represente fielmente su anatomía — o la de su paciente, si usted es doctor — , que permita tener dicha experiencia háptica de ensayo antes de entrar a quirófano, que incremente la eficiencia del diagnóstico médico, que ayude en la comunicación paciente-doctor, que sirva como medio de protección legal, etc. Esto solo puede cumplirse, en las condiciones detalladas, usando impresiones 3D.

Sin embargo, como lo hemos dicho muchas veces, las impresiones 3D pierden su sentido de personalización cuando, antes de llegar a ellas, no tenemos un modelo virtual 3D: una representación en tres dimensiones que puede ser visualizada en la pantalla de un computador. Esto quiere decir que quienes trabajamos con impresiones 3D debemos tener además habilidades de diseño 3D que nos permitan crear un modelo tridimensional para luego imprimirlo y tenerlo en nuestras manos. Existen infinidad de plataformas de diseño 3D pensadas para usuarios desde escuelas primarias hasta ingenieros e investigadores, todas con curvas de aprendizaje distintas y, además, con limitaciones y alcances diferentes. Sin embargo, para el caso de imágenes médicas, un software 3D no es suficiente, es necesario crear una plataforma completa que convierta dicha imagen médica en un modelo 3D.

Ingeniería inversa en medicina: el quid de la cuestión.

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Un proceso típico para obtener un biomodelo

Un proceso típico de ingeniería inversa en medicina debe empezar con la toma de la imagen médica. El ámbito y rango de dicha imagen debe ser preescrita por el médico tratante. En este punto es importante acotar que no todas las imágenes médicas admiten un proceso de ingeniería inversa y reconstrucción 3D, únicamente aquellas que describan en su totalidad el volumen del órgano – o conjunto de órganos – que se deseen revisar. Por ejemplo, los rayos X al ser imágenes bidimensionales (2D) no permitirían una reconstrucción en 3D. Los procedimientos más utilizados para una reconstrucción tridimensional son: tomografía axial computarizada (TAC), resonancia magnética o ultrasonido 3D.

Todos estos procedimientos de adquisición de datos médicos utilizan un mismo protocolo de comunicación llamado DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine), el cuál incluye la definición de un formato de archivo. Estos archivos, como tales, no pueden ser leídos en ningún programa estándar de ninguna plataforma convencional como Windows o MacOS, es necesario decodificarlos para poder visualizar — en 3D — la información contenida en ellos.

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Un postre de mil hojas y cómo explica una reconstrucción de un archivo DICOM

Cuando un paciente es sometido a una tomografía, o resonancia magnética, básicamente lo que sucede es una sucesión de fotografías de la sección transversal de interés. Para explicarlo de manera sencilla, imaginemos un postre “mil hojas”. Cada una de las capas del postre son semejantes a cada una de las placas de la imagen médica y representan una parte de la información del paciente. El problema se presenta cuando queremos visualizar toda la información y no parte de ella. Esto implicaría unir, una sobre otra, cada una de las placas de la imagen médica para que, al igual que si uniéramos cada una de las capas del postre, obtengamos el volumen total solicitado. Este procedimiento no es sencillo y requiere de un avanzado algoritmo de segmentación de imágenes, reconstrucción poligonal y adaptación de superficies.

Un modelo 3D, en sus manos

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Luego del proceso de ingeniería inversa, un biomodelo físico es obtenido gracias a la impresión 3D

Una vez que la imagen médica ha sido reconstruida para obtener un modelo 3D y luego de segmentar y aislar la región de interés solicitada por el médico tratante, el siguiente paso consistirá en la impresión 3D del biomodelo. Existen varias tecnologías disponibles de impresión 3D: deposición de material fundido (FDM), estéreo-litografía (SLA), sinterización selectiva por láser (SLS), PolyJet, etc. A ellas nos referiremos en detalle en un artículo posterior. Por ahora es suficiente decir que todas nos ofrecen resoluciones (acabados) distintos, costos distintos, texturas distintas. La elección de una u otra tecnología tendrá mucho que ver con el uso y detalle que el doctor requiera del biomodelo.

Estos modelos pueden ser utilizados antes de la operación: como ayuda para planificación y como medio de ensayo; durante la operación: como respaldo durante el procedimiento quirúrgico, y después de la operación: como medio de verificación y evolución del paciente.

Concluyendo

No falta mucho tiempo para escuchar a doctores responder a la habitual pregunta: ¿Doctor, y usted ya ha realizado antes esta operación? de la siguiente manera:

Hemos realizado esta operación varias veces, y la hemos realizado en usted… ensayando una y otra vez en biomodelos que representan íntegramente su anatomía. No se preocupe, no nos encontraremos con ninguna sorpresa en el quirófano.

Un futuro que a mi me resulta prometedor y grandioso… ¿y a usted?.

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