Rumbo a la democratización de las prótesis con impresión 3D

Por Paloma Carreño Acuña

Morelia, Michoacán. 18 de abril de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- En el mundo se necesitan más de cien millones de prótesis según el reporte de 2015 de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Pero existe un déficit que impide lograr la meta de empoderar y dar movilidad para que se disminuya la brecha de discapacidad. 

Es por eso que Prothesia tiene el objetivo de automatizar el diseño y producción de las prótesis y órtesis utilizando tecnología 3D. En marzo de este año, entregó la primera órtesis en Michoacán, elaborada con impresión 3D, a Charlie, un niño de seis años que padece parálisis cerebral espástica, un trastorno del sistema nervioso central que genera alteraciones en el movimiento y la postura.

"Prothesia es una empresa que se creó para atender la demanda de prótesis y órtesis en el mundo. Nace de la generosidad de Gustavo Salas que nos donó nuestra primera impresora 3D”, comenta Francisco Javier Valencia Valdespino.

La tecnología de escaneo e impresión en 3D la utilizan para diseñar prótesis que atiendan las necesidades específicas de cada paciente.

Los tres jóvenes que conforman Prothesia son Francisco Javier Valencia Valdespino, Julio David Barriga Tehandón, estudiantes de ingeniería en mecatrónica del Tecnológico de Monterrey en Morelia, y Jesús Moreno Escareño, estudiante de medicina en la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH).

Estudiantes del Tec de Monterrey en la entrega de la primera órtesis hecha con impresión 3D para Charlie.Su trabajo se encuentra dirigido principalmente a los niños. Afirman que, según el Consenso de Copenhague, el triunfo de una nación dependerá de la inversión que se haga en la infancia temprana, desde la salud, educación y la dinámica familiar.

Colaboran en el proyecto el doctor Julio César Huazano, de la Facultad de Ciencias Médicas y Biológicas doctor Ignacio Chávez de la UMSNH, junto con un equipo de médicos y estudiantes de medicina con quienes se evalúa cada caso para generar un diagnóstico, una planeación y recomendaciones en la elaboración de las prótesis y órtesis.

También se integraron estudiantes de ingeniería mecatrónica del Tecnológico de Monterrey que, a través de la materia de diseño computarizado y servicio social, aportan al proyecto hacer accesibles las prótesis.

¿Quién es Charlie?

Charlie es un niño de seis años que tiene parálisis cerebral espástica, un tipo de daño cerebral donde existe una falla en la conexión entre el sistema nervioso y los músculos, generando una contracción que pone rígido el cuerpo.

Jesús Moreno explica que los músculos siempre tienen un estado de contracción constante regulado por el sistema nervioso. Lo que sucede con Charlie es que esta regulación no está presente del todo, generando grupos musculares contraídos y rígidos que limitan su movilidad.

Esto pudo haber sido provocado por una agresión al sistema nervioso central en algún momento de la gestación o cercano al momento de parto. Como por ejemplo, una encefalopatía hipóxico-isquémica.

Charlie fue el primer candidato seleccionado para que Prothesia trabajara en el desarrollo de una órtesis para corregir la postura de sus piernas y evitar la sobreposición, así como controlar la posición de sus pies. Todo esto para evitar deformaciones y permitir que realice sus terapias de forma que su avance sea más significativo.

El padecimiento de Charlie no es sencillo, el doctor Huazano les comentó que habían elegido a un paciente difícil para iniciar; sin embargo, los chicos comentan que eso cambió su perspectiva del proyecto. Supieron que no solo se trataba de una órtesis sino que debían involucrarse con Charlie.

Es por eso que su metodología se basa en que una vez seleccionado el candidato, se presenta el caso con el equipo de médicos que evalúan las opciones y concluyen lo que se debe lograr con cada prótesis y órtesis. Estas indicaciones son las que se utilizan en el diseño de los prototipos.

Escaneo 3D

Para hacer el diseño de la prótesis, es necesario tener una imagen digital del miembro del paciente que la requiere, para lograrlo existen diferentes técnicas.

Una de las más utilizadas es la fotogrametría: se toman al menos 50 fotos del objeto desde todos sus ángulos. Los patrones y las sombras permiten detectar la profundidad.

Lo que hicieron en Prothesia fue utilizar un escáner 3D (Sense 3D system) que cuenta con sensores infrarrojo, un láser y una cámara. Se genera un modelo 3D, editable en un software CAD.

Este escáner funciona a través de una malla compuesta por polígonos, “es como lanzar una red de pescar de láser, la cámara lo detecta y lo interpreta para conocer la profundidad. Esta tecnología hace visible lo que no es visible para el ojo humano", señala Julio Barriga.

Escanear las piernas de Charlie representaba un conflicto debido a la condición espástica de su cuerpo, por lo que decidieron hacerlo cuando estuviera dormido. Durante este momento se disipa la rigidez de sus músculos, comenta Jesús Moreno.

El proceso de escaneo dura aproximadamente cinco minutos, por lo que con esta técnica se puede reducir de forma significativa el tiempo y agilizar las demás etapas del proyecto.

Cuando la malla generada se traslada al software, se limpian los modelos y se convierte en sólido donde se puede modificar libremente.

Más preciso que el yeso

Cuando ya tienen la imagen digital, elaboran el diseño de una segunda piel: una placa que pueden moldear desde el software. Cumple la función del yeso tradicional, pero es mucho más rápido y maleable a las formas de cada paciente según su condición.

Con ese bosquejo pueden ingresar la imagen de la prótesis que se construye sobre esa segunda piel. Agregan las uniones, se corta el modelo, se agregan las piezas adicionales y se traslada al software que genera el código para imprimir en las máquinas de control numérico cartesianas.

Las prótesis están elaboradas de ácido poliláctico (PLA), material biodegradable elaborado a partir de maicena o desperdicio de queso polimerizado, que es el usado generalmente en la impresión 3D.

Ellos hicieron pruebas con el material en una máquina universal para hacer una caracterización mecánica, es decir, obtener los gráficos de tensión y deformación del plástico y poder conocer el grado de su resistencia antes de que se rompa.

Tecnología de impresión 3D

Utilizando las posibilidades que da la impresión 3D, el equipo se ha propuesto reducir los tiempos de fabricación de las prótesis para que el alcance sea mayor. Permite reducir los costos de fabricación y propugnar por la tecnología que se pueda personalizar a las necesidades de cada paciente.

"La tecnología 3D permite que tengamos directo contacto con el producto en todas sus etapas, eso asegura la calidad y la producción personalizada", comenta Francisco Valencia.

Reuniendo la tecnología de escaneo e impresión 3D con el conocimiento del equipo de médicos, quieren asegurar una mejor calidad de vida de los pacientes o disminuir la brecha de la discapacidad.

Las opiniones de los médicos en el caso de Charlie es que si continúa con sus terapias utilizando la órtesis que le donó Prothesia, un día volverá a caminar.

Una playa en casa

Sin embargo, un factor en que hacen énfasis los médicos y los estudiantes de ingeniería es que la tecnología no lo resuelve todo, es necesaria la intervención de los padres o familiares de las personas que tienen una discapacidad para lograr una mejora.

Una de las recomendaciones del doctor fue que Charlie estuviera en contacto con aquello que estimulara el sistema sensorial, como la arena de mar. "Al ser oriundos de la costa, su mamá fue a la playa y se llevó arena para hacerle a su hijo un arenero en su casa para poder seguir las indicaciones del médico", comenta Jesús Moreno.  

Muchas de las grandes posibilidades que tiene Charlie de volver a caminar se deben a que su mamá se ha mantenido "al pie del cañón", comentan, en el proceso de recuperación de su hijo: siguiendo las indicaciones de los médicos, haciendo con él las terapias de forma constante y colaborando con el equipo de Prothesia para la adaptación de la órtesis.

La automatización del proceso de diseño de prótesis y órtesis es el camino que el equipo de Prothesia considera, puede asegurar la democratización de las mismas para responder a la desatendida demanda de prótesis en el mundo. 

Entrega de la primer órtesis hecha con impresión 3D para Charlie.

 

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