HOSPITAL UNIVERSITARIO 12 OCTUBRE

Unidad de Tecnologías avanzadas en diseño e impresión 3D HU12O

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Un Hospital con tecnología de Vanguardia

Un laboratorio 3D que nace en el servicio de oncología radioterápica

En marzo de 2019 se inicia este Laboratorio gracias a un proyecto de investigación de la Fundación Biomédica para la Investigación del hospital y gracias también a la aportación de una impresora de tecnología FDM por la Fundación Amancio Ortega, que les sirvió como punto de partida para iniciarse en tecnologías de la impresión 3D.

El laboratorio 3D nace en el Servicio de Oncología Radioterápica, para dar solución de manera rápida y personalizada a las aplicaciones de los diferentes tratamientos que se realizan en este servicio.

Apostando por la impresión 3D desde 2019

ANTECEDENTES

El Hospital Universitario 12 de Octubre es un complejo hospitalario gestionado por el Servicio Madrileño de Salud, ubicado en el distrito de Usera, de la ciudad de Madrid. En la actualidad cuenta con 1196 camas, convirtiéndose así en uno de los hospitales de mayor capacidad de España.

Cuenta con todas las especialidades clínicas y tecnología de vanguardia y en él trabajan además casi 7.000 profesionales.

HISTORIA

Desde 2016,  se venía planteando la idea de albergar un Laboratorio de Impresión 3D, en el hospital debido a la demanda expresada por todos los Servicios posibles beneficiarios de esta tecnología (Cirugía Maxilofacial, Craneofacial, Traumatológica) y de todas las cirugías, teniendo un papel relevante desde sus inicios y en el momento actual el servicio de Oncología Radioterápica, detectando así la oportunidad de implantar un Laboratorio de Impresión 3D “que diera soporte a todas las especialidades Médicas y Quirúrgicas del hospital.

VANGUARDIA

El laboratorio 3D del Hospital, comenzó su andadura con una impresora 3D de tecnología FDM, con la que se iniciaron los primeros estudios de caracterización de materiales previos a su uso. A día de hoy cuentan con el flujo completo de Formlabs de tecnología SLA (estereolitografía), en su versión de mayor volumen, al albergar en su momento la primera impresora 3D Form 3BL de Europa con capacidad de imprimir materiales biocompatibles. 

En el momento actual el Laboratorio de Impresión 3D depende del Servicio de Ingeniería y Mantenimiento en la Sección de Electromedicina pasando a ser la “Unidad de Tecnologías Avanzadas en Diseño e Impresión 3D HU12O”.

Antonio Martín González, Ingeniero Mecánico y responsable de la Unidad de Impresión 3D del Hospital 12 de Octubre de Madrid

Proceso de preparación con el programa Preform de elementos en L para caracterizar fotopolímeros.

¿A qué departamento dais soporte en la actualidad?

Experiencia de Antonio Martín con Formlabs

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Ya nos has comentado como surgió el proyecto de albergar un laboratorio de Fabricación Aditiva, pero ¿Podrías contarnos, cuándo sentís la necesidad de avanzar e incorporar la tecnología SLA y por qué?

La necesidad viene dada a partir de la diversidad en las peticiones recibidas en el laboratorio y la complejidad de las mismas, estas peticiones con requisitos más complejos, hizo plantearnos la incorporación de otra tecnología, en nuestro caso la Form 3BL de Formlabs, para cubrir la mayor parte de nuestras necesidades y dar un salto cualitativo en los resultados obtenidos.

¿Por qué decidisteis apostar por Formlabs?

La elección por la marca Formlabs, vino dada por el desarrollo de esta marca en el campo de la odontología,  con gran variedad de materiales biocompatibles y por ser uno de los grandes referentes en la tecnología SLA dentro del sector de la Impresión 3D. 

Finalmente el gran volumen de impresión que ofrece la Form 3BL, fue el factor que nos decantó por la incorporación de este modelo frente a la Form 3B+.

¿A qué departamento dais soporte en la actualidad?

A día de hoy ya damos servicio a la mayoría de los servicios y unidades del hospital, tanto cirugías, medicinas, servicios centrales, consultas, pediatría, neonatología, etc.

Para continuar con vuestra evolución ¿Dónde pondrías el foco en los próximos desarrollos de la Fabricación Aditiva?

Definitivamente una mayor disponibilidad de materiales biocompatibles y con diferentes grados de flexibilidad para poder cubrir todas las peticiones cada vez más exigentes que nos llegan al laboratorio.

APLICACIONES REALIZADAS MEDIANTE FABRICACIÓN ADITIVA

1. Soporte para Estudio Radiológico Pediátrico

[Imagen 1]

Se trata de un soporte de fijación de la cabeza, para la realización del estudio radiológico de deglución en niños con problemas neurológicos, con el fin de evitar movimientos laterales de la cabeza. Este proyecto sigue en desarrollo y tuvo asignado un alumno del Grado de Ingeniería Biomédica para la realización de su Trabajo Fin de Grado de la ETSIST de la Universidad Politécnica de Madrid.

Se realizaron 2 dispositivos en diferentes tamaños con la resina biocompatible BioMed Clear.

Imagen 1:

Soporte para estudio radiológico pediátrico impreso en Resina BioMed Clear

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Seguimos trabajando en el proyecto sobre el desarrollo de unas mascarillas customizadas para prematuros de bajo peso. El primer diseño fué impreso en IBT y Elastic 50. En la actualidad este proyecto fué liderado por Elena Rodriguez, estudiante en prácticas de Ingeniería biomédica de la Universidad Politécnica de Madrid.

Antonio Martín, Ingeniero Mecánico y responsable de la Unidad de Impresión 3D.

2. Soporte con conexión tipo Y para la realización de aplicaciones de la via aérea pediátrica.

[Imagen 2]

Se trata de un accesorio para fibroscopio, se utiliza en un procedimiento de la vía aérea en pediatría.

El dispositivo original solo consta de una toma y desde el Laboratorio de Impresión 3D, se ha diseñado un prototipo con dos tomas tipo Y: una para oxígeno y otra para aspiración, se ha fabricado con resinas Surgical y BioMed Clear, ambas compatibles con cualquier procedimiento de esterilización en nuestro hospital.

3. Segmento del lóbulo superior de Hélix de un paciente

[Imagen 3]

Tras un escaneo de la oreja sana y afecta del paciente, se pudo realizar la reconstrucción parcial del lóbulo superior de Hélix. El biomodelo está impreso con resina Elastic 50A con un pigmento adecuado, logrando un resultado exitoso tanto en la pigmentación como en el dimensionado del lóbulo perdido. Desde el departamento de impresión 3D se valoraron distintos modos de fijación con pegamentos biocompatibles y con la propia resina para futuras aplicaciones, como una solución alternativa,  en caso de una perdida considerable del Hélix.

4. Mango de martillo

[Imagen 4]

Una de las aplicaciones que ilustra la versatilidad de los equipos de impresión 3D al tener la capacidad de cubrir las necesidades médicas, como de investigación e incluso de mantenimiento de material quirúrgico de manera sencilla siempre y cuando no puedan ser substituidos.

En este caso se imprime un mango de martillo de uso quirúrgico, utilizando dos tipos de resinas distintos, Tough 1500 y BioMed Clear.

Imagen 2: Soporte con conexión tipo Y fabricada en resina Surgical

Imagen 3: Biomodelo de lóbulo superior del Hélix impresa en resina Elastic 50.

Imagen 4: Mango de martillo impreso en Tough 1500 y BioMed Clear

Impresión 3D en la dosimetría física y clínica

Un aspecto clave para este departamento es mantener la reproducibilidad y el posicionamiento del paciente y todo aquel elemento adicional que se disponga sobre él, ya que la mayoría de veces los tratamientos se dan en días diferentes, con lo que la posibilidad de poder personalizar estos moldes a cada paciente permite realizar una dosimetría más precisa, disminuyendo la radiación que llega a órganos de riesgo próximos.

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«Como parte de la dosimetría, se debe caracterizar y medir bien las dosis en los diferentes materiales a través de los cuales va a pasar la radiación, siendo el objetivo principal, administrar una dosis muy concreta al tumor para obtener unos resultados eficiencia en el beneficio. La cantidad y gravedad de los efectos secundarios en tejido sano aumenta con la dosis recibida; si limitamos la dosis que reciben los órganos de riesgo cercanos podemos dar una mayor cantidad de dosis al tumor, consiguiendo así unos resultados terapéuticos optimizados en el control del avance del cáncer«Nos comenta el especialista en radiofísica, Alejandro Ferrando Sánchez.

Alejandro Ferrando Sánchez, especialista en radiofísica hospitalaria en el Hospital 12 de Octubre de Madrid.

Experiencia de Alejandro Ferrando con Formlabs

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¿Cuál es tu experiencia con 3BL de Formlabs?

Absolutamente satisfactoria, puesto que la mayoría de las resinas por sus características fisicoquímicas son bastantes similares en densidad y número atómico al componente mayoritario del cuerpo humano. Esta tecnología nos habilita para realizar geometrías bastante complejas sin necesidad de soportes, pudiendo diseñar canales en su interior que nos permitan introducir catéteres por los que transiten fuentes radiactivas o bien diseñar un molde que se adapte al paciente añadiendo así material extra para que la dosis alcance niveles de tratamiento en el mismo momento en que toma contacto con la superficie del paciente.

¿Qué importancia tiene en tu trabajo, la personalización con impresión 3D?

La incorporación de la Impresión 3D ha supuesto un avance enorme en el departamento de radioterapia, ya que nos permite llegar a tratar con radioterapia externa o braquiterapia zonas muy irregulares del paciente. Los manejos tradicionales se complican e incluso imposibilitan si no se es capaz de mantener inmóvil al paciente y reproducir en su día a día el paso de la fuente de radiación respecto a la región anatómica a tratar. A su vez, el cálculo de la dosis se facilita cuanto más simple es la geometría.

5. Molde superficial para el tratamiento de Braquiterápia de un brazo.

[Imagen 5 y 6]

Se trata de un molde superficial, para un tratamiento de braquiterápia de un brazo, impreso en dos partes traslúcidas y unidas por catéteres, donde nos permite visualizar la lesión encima de la piel del paciente, con un ajuste reproducible y 100% personalizado gracias a la tecnología 3D. 

Para la ejecución del tratamiento la fuente de radiación pasa por una serie de trayectorias que han diseñado previamente a la impresión y de modo que obtuviéramos un tratamiento que fuera óptimo para la curación del paciente, controlando las dosis que reciben las diferentes zonas tanto de lesión, como sanas.

Como se puede ver, en el molde se aprecian las trayectorias de los diferentes catéteres, que se han mantenido espaciadas en torno a un centímetro, consiguiendo a su vez un ajuste casi perfecto del molde al paciente.

Una vez verificado su posicionamiento sobre la lesión a tratar, se conecta al equipo de tratamiento a lo largo de una serie de tubos de transferencia

Imagen 5 y 6: Soporte para tratamiento de braquiterapia externa, impreso en Resina Elastic 50A

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“Al necesitar una geometría personalizada, se ha recurrido a la impresión 3D en concreto a la tecnología SLA de Formlabs, para diseñar canales y geometrías especificas para cada paciente. 

Con anterioridad, tuvimos que caracterizar el comportamiento de cada uno de los materiales y medir la dosis en su interior. Para ello se imprimieron una serie de piezas geométricas, en concreto cubos, que sometidos a estudios nos permitía medir la dosis en su interior y realizar una comparativa de los cálculos teóricos con la dosis física final. 

Finalmente se utilizaron estos materiales como medio de soporte para el paso de una fuente radiactiva con el diseño de los canales por donde introducir catéteres, permitiendo plasmar en su superficie el moldeo que lo adapte a la zona en concreto. El molde es personalizado para cada paciente.”

Alejandro Ferrando, Especialista en radiofísica hospitalaria en el Hospital 12 de Octubre.

Primeras mascarillas personalizadas para neonatos prematuros de bajo peso.

Este proyecto de investigación nace para optimizar la ventilación no invasiva en pacientes prematuros y de menor peso ya que, las mascarillas nasales tradicionales para estos niños solo son de dos tamaños, siendo muy difícil la correcta adaptación especialmente en los más pequeños, esto puede originar efectos adversos derivados de la incorrecta transmisión de la interfase en la ventilación no invasiva.

Por ello se ha desarrollado un estudio piloto que además tiene asociado una alumna del Grado de Ingeniería Biomédica de la ETSIST de la Universidad Politécnica de Madrid para la realización de su periodo de prácticas y su TFG. En este trabajo se ha desarrollado el diseño y fabricación de una mascarilla nasal personalizada a partir del escaneo de la cara del prematuro y un programa de Diseño 3D. En el estudio piloto se ha utilizado la resina Elastic 50A, aunque no es una resina biocompatible se consideró válida para un primer prototipo ya que, se puede esterilizar por cualquier procedimiento de esterilización disponible en el hospital.

Si bien se ha dado un paso importante en el diseño y la fabricación se requiere para avanzar en este dispositivo de un resina con una dureza Shore entre 20-30.

Elena Rodriguez Valle, estudiante en prácticas del Grado de Ingeniería Biomédica de la ETSIST de la Universidad Politécnica de Madrid.

Proceso de preparación con el programa PreForm de la mascarilla personalizada

6. Mascarilla personalizada para un neonato

[Imagen 7]

Desde el inicio del proyecto piloto, se ha utilizado resina Elastic 50A, sometida a post-proceso de esterilización.

Si bien se ha dado un paso importante en este tratamiento, se ha comprobado que la naturaleza del paciente requiere de un material con una flexibilidad mayor, con shores entre 10-30 para alcanzar los resultados idóneos que se precisan.

Imagen 7: Prototipo de mascarilla fabricada con resina Elastic 50.

Impresión 3D en tratamientos radioterápicos

[Imagen 8]

En 2019, cuando iniciaron el proyecto del laboratorio 3D, se hizo bajo la los parámetros de una clara visión de futuro y el papel que puede desarrollar la impresión 3D en los tratamientos de radioterapia. 

Desde 2019 hasta ahora, la unidad de impresión 3D del hospital 12 de Octubre, logrado hitos antes impensables.

Gracias a la gran cohesión como equipo y el gran esfuerzo, han conseguido como ejemplo; hacer desde aplicadores que se pueden colocar encima de la piel para hacer plesioterapia, aplicadores que se colocan dentro de la vagina y del útero, hasta espaciadores que son capaces de mantener un implante intersticial en su posición y además con una geometría que optimiza la dosimetría. 

Ahora además también están trabajando en la realización de protecciones para radioterapia externa, en los que los primeros prototipos de los modelos, se están produciendo a través de impresión 3D con Form 3BL de Formlabs.

José Fermín Pérez-Regadera Gómez, Jefe de Servicio de Oncología Radioterápica del Hospital Universitario 12 de Octubre.

Diseño final vagina posterior con fuentes radioactivas para tratamiento de radioterapia de una paciente con cáncer de vagina.

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“La impresión 3D nos ofrece importantes ventajas como que los moldes que se imprimen están absolutamente bien definidos y son 100% óptimos para su utilización. Además, gracias a la impresión 3D podemos realizar una pre-dosimetría y optimizar la dosis, previo análisis de toxicidad”

José Pérez, oncólogo radioterápico y jefe de servicio de Oncología Radioterápica del hospital 12 de Octubre. 

7. Vagina posterior con fuentes radioactivas

[Imagen 8 y 9]

Se trata de un caso de un cáncer de vagina bastante avanzado que se comenzó a tratar con quimio-radioterapia externa y luego sobre impresionaros la vagina con un molde de chasal con 3 fuentes radioactivas que estaban en la parte posterior del molde.

El tratamiento tiene la particularidad de que se hizo una predosimetría para saber donde tenían que estar las fuentes para optimizar el tratamiento que se iba a hacer a la paciente.

Es fundamental, en braquiterápia, localizar la zona donde hay que dar el tratamiento y localizar los órganos de riesgo que hay al lado del mismo, consiguiendo un tratamiento “muy elegante” para la pared vaginal posterior donde estaba alojado el tumor, minimizando la dosis de radiación que afecta, en este caso, al recto como órgano más próximo.

Los beneficios de la impresión 3D en este caso concreto es asegurar la geometría personalizada del molde, evitando posibles errores y ahorrando mucho tiempo, ya que con la impresora, anulamos la incertidumbre del humano.

Además posicionamos correctamente las fuentes radioactivas y podemos comprobar a través de una predosimetría la posición y el procedimiento evitando posibles toxicidades al paciente.

Imagen 8 y 9: Diseño final vagina posterior con fuentes radioactivas para tratamiento de radioterapia de una paciente con cáncer de vagina.

La evolución de la impresión 3D, imparable en el mundo sanitario

«La impresión 3D en los hospitales es imparable, la mayoría de hospitales ya disponen de unidades de impresión 3D siendo así, el mundo sanitario, un mundo abierto a nuevas posibilidades para la mejora de los tratamientos médicos, acortar los tiempos y por supuesto para personalizar la medicina”. Por ese motivo, Ana Cabrero, ha animado al sector de la ingeniería a ayudar a regularlo para poder “ir todos a una” y seguir evolucionando juntos.

Ana Cabrero López, Subdirectora de Gestión Técnica del Hospital Universitario 12 de Octubre de Madrid.

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El hospital 12 de Octubre tiene un objetivo claro: No dejar de evolucionar y crecer para ofrecer una mejora en la calidad de vida de los pacientes.

Está claro que el sector sanitario es un mundo en constante crecimiento y con muchas posibilidades, y ahora más, gracias a la incorporación de nuevas tecnologías entre ellas la Impresión 3D.