Implantes personalizados impresos tridimensionales en cirugía ortopédica

Resumen

Este protocolo describe el flujo de trabajo clínico y técnico para diseñar e implementar implantes personalizados impresos en 3D en cirugía ortopédica, con el objetivo de proporcionar soluciones quirúrgicas personalizadas para pacientes con pérdida ósea compleja o deformidades donde los implantes estándar son insuficientes.

Resumen

El objetivo de este protocolo es describir el flujo de trabajo clínico y técnico para el uso de implantes impresos tridimensionales (3D) personalizados en cirugía ortopédica, especialmente en casos de pérdida o deformidad ósea compleja donde los implantes estándar son insuficientes. Aunque la impresión 3D ha ganado amplias aplicaciones médicas, su papel en ortopedia es especialmente transformador para pacientes con patologías que carecen de soluciones quirúrgicas convencionales. Este manuscrito detalla el proceso paso a paso, desde la evaluación inicial del paciente y la toma de decisiones hasta el diseño, fabricación y implantación quirúrgica. Las consideraciones clave incluyen la selección del paciente, establecer expectativas claras y colaborar con ingenieros biomédicos para garantizar un ajuste y funcionalidad óptimos del implante. El protocolo enfatiza el papel fundamental de la imagen por TC de alta resolución, el diseño asistido por ordenador (CAD) preciso y técnicas avanzadas de fabricación como la fusión en lecho de polvo para implantes metálicos. También se discuten los pasos de postprocesado, incluyendo el tratamiento térmico, el mecanizado por descarga eléctrica y el acabado superficial, para destacar el control de calidad en la producción de implantes. A pesar de los prometedores resultados iniciales y el potencial de mejoras en los resultados, el uso de implantes impresos en 3D sigue siendo limitado debido al elevado coste inicial, la falta de datos de resultados a largo plazo y la naturaleza individualizada de cada caso. No obstante, su aplicación ofrece ventajas significativas en la personalización, la planificación quirúrgica y la restauración funcional, subrayando la necesidad de investigación y perfeccionamiento continuos. Este protocolo sirve como guía para los clínicos que consideran la integración de implantes personalizados impresos en 3D en su consulta ortopédica, con el objetivo de ampliar las posibilidades de tratamiento para pacientes con necesidades reconstructivas complejas.

Introducción

La impresión tridimensional (3D) ha revolucionado la cirugía ortopédica al permitir la creación de instrumentos específicos para cada paciente, implantes personalizados y modelos anatómicos preoperatorios para la planificación quirúrgica. Esta tecnología permite prototipado y personalización rápidos, lo que finalmente conduce a mejores resultados quirúrgicos gracias a una mejor planificación preoperatoria y soluciones quirúrgicas personalizadas mediante implantes e instrumentos personalizados. Estas aplicaciones abarcan diversos campos médicos y no solo la^{ortopedia 1,2}. Por ejemplo, en cirugía cardiotorácica, la impresión 3D se utiliza para imprimir modelos de arterias pulmonares para formación quirúrgica, y en la industria farmacéutica esta tecnología se emplea para crear fármacos con propiedades específicas adaptadas a las necesidades del paciente. La generación de modelos anatómicos impresos en 3D ha ayudado a comprender condiciones médicas complejas, a la precisión diagnóstica y a realizar simulaciones quirúrgicas^{dirigidas 1}. Además, el potencial de la impresión de órganos —también llamada bioimprimencia— es incalculable y redefinirá la medicina moderna.

En cirugía ortopédica, la tecnología de impresión 3D ha mejorado enormemente la capacidad de atender a los pacientes de múltiples maneras. Por ejemplo, la impresión 3D ha permitido a los cirujanos crear prótesis personalizadas para pacientes con amputaciones de extremidades. Esta personalización de las prótesis mejora la función de estos dispositivos, lo que puede reducir complicaciones y mejorar los tiempos^{de recuperación 1}. Además, los modelos anatómicos impresos en 3D ayudan a los cirujanos en la planificación preoperatoria, permitiendo una mejor visualización y simulación de procedimientos complejos, lo que puede mejorar los resultados para los pacientes. Sin embargo, una de las mayores áreas de avance en ortopedia ha sido la utilidad de implantes impresos en 3D^{personalizados 1}. Una revisión publicada recientemente sobre impresión 3D dentro de la cirugía ortopédica encontró que los implantes personalizados en el contexto de la artroplastia de rodilla de revisión tenían beneficios^{clínicos 3}. Aunque no son comunes, existen ciertas patologías ortopédicas que, lamentablemente, tienen opciones quirúrgicas limitadas para el manejo con implantes y instrumentación estándar. Estos casos suelen afectar áreas de hueso grande o pérdida de tejidos^{blandos 1,2}. Los métodos quirúrgicos tradicionales que suelen emplearse en estos casos conllevan altos riesgos de complicaciones, altas tasas de fallo y, incluso cuando tienen éxito, a menudo conllevan perjuicios funcionales de por vida para el paciente ^1,2,4. La impresión 3D ha revolucionado la capacidad de los cirujanos para manejar este tipo de casos y ha ofrecido opciones quirúrgicas que antes no estaban disponibles. Este manuscrito destaca los pasos clave implicados en el diseño y la aplicación clínica de implantes personalizados impresos en 3D en cirugía ortopédica y analiza algunos casos de ejemplo.

Protocolo

Toda la información sanitaria protegida queda excluida de las imágenes y datos que se discuten a continuación. En cualquier caso, se informó a los pacientes sobre el estudio y el uso de sus imágenes clínicas. Se obtuvo el consentimiento informado. El estudio se ajustó a la política ética de la institución.

1. El encuentro con el paciente

1. Determina si la patología del paciente es adecuada para un implante impreso en 3D personalizado.
2. Asegúrese de que el paciente cumpla con los criterios adecuados para el uso de implantes personalizados.
   1. Para cumplir los criterios adecuados, asegúrese de que no exista un implante estándar comercialmente disponible que trate adecuadamente la patología del paciente y proporcione un resultado funcional óptimo con bajos riesgos quirúrgicos
3. Optimización médica completa.
   1. Asegúrate de que todas las comorbilidades médicas sean estables y estén adecuadamente gestionadas. Por ejemplo, los pacientes con diabetes deben tener un A1c bajo y los pacientes con enfermedad cardíaca deben realizarse pruebas cardíacas adecuadas para garantizar que son aptos para la cirugía.
4. Asesora extensamente a pacientes y familiares sobre implantes 3D personalizados, incluyendo sus ventajas y sus desventajas.
5. Realizar una tomografía computarizada (TC) de la extremidad operativa del paciente con los parámetros adecuados.
   1. Guarda los archivos como archivos de Imagen Digital y Comunicaciones en Medicina (DICOM). Los parámetros críticos de barrido incluyen un tamaño de píxel de 0,5 mm o menos y un espaciado de cortes de 1,25 mm o menos. Varía el kVp entre 100 y 140, dependiendo del escáner que utilices.
   2. Captura toda la anatomía relevante, como la anatomía deformada del hueso y el campo quirúrgico circundante en el campo visual de la exploración, incluyendo todo el antepié, mediopié y posterior del pié afectado y contralateral hasta la tibia media.

2. Diseño de implantes

1. Transfiere la imagen del paciente, como una tomografía computarizada, al fabricante personalizado del implante junto con la información relevante (es decir, lateralidad, indicación, etc.). Sube las imágenes directamente como archivos DICOM al portal online de los fabricantes de implantes para la presentación de la tomografía computarizada.
2. Convierte la imagen del paciente de cortes CT 2D a un modelo 3D de la anatomía preoperatoria mediante segmentación, donde la anatomía ósea se separa del tejido blando circundante en un software de modelado basado en malla como Materialize Mimics.
   1. Importa los escaneos DICOM al software.
   2. Genera una máscara ósea usando la ventana estándar de hueso .
   3. Utiliza un algoritmo de crecimiento de regiones para seleccionar la anatomía ósea y separar cada hueso en su propia máscara.
   4. Elimina manualmente cualquier zona no ósea incluida en la máscara usando la función de edición de máscara .
   5. Usando la función de máscara dividida , separa cualquier otro hueso que no haya sido separado automáticamente por el algoritmo de crecimiento de regiones.
   6. Convierte la máscara en una pieza usando la función Calcular Pieza .
   7. Exporta cada hueso como una parte individual en un archivo .stl usando la función de exportación .
3. Importa cada archivo .stl de bony al software de modelado basado en malla.

3. Establecer la posición y diseño inicial del implante dentro del software de modelado basado en malla.

1. Refleja la anatomía contralateral para que coincida con el lado afectado.
2. Alinear la anatomía contralateral espejada usando una malla basada en la alineación del contralateral con el calcaneo afectado.
3. Visualiza el talus sano alineado con el espacio articular poco saludable.
4. Idealizar/suavizar el talus sano usando un algoritmo propietario (restor3d) para crear el cuerpo inicial del implante.
5. Ajusta la posición de la tibia y el peroné afectados para reflejar el cambio de altura articular con el cuerpo del implante formado por el taludo contralateral.
6. Realiza una llamada de diseño del implante con el cirujano y los ingenieros para revisar la anatomía segmentada en 3D.
   1. Habla sobre la deformidad nativa y la alineación de la anatomía contralateral.
   2. Habla sobre el implante talar y cualquier cambio específico de cada paciente que deba realizarse.
   3. Habla sobre el tamaño del implante (95%, 100%, 105% de volumen).
   4. Habla sobre los sitios de unión de tejidos blandos si es necesario.
7. Finalizar el diseño del implante mediante diseño asistido por ordenador (CAD) utilizando software especializado (por ejemplo, Materialise 3-matic, SolidWorks).
   1. Remalla el implante talar usando una función de remallado para optimizar el tamaño del triángulo y la suavidad de la malla.
   2. Alisa cualquier prominencia no anatómica, como los osteófitos, usando suavizado local o una opción de suavización gaussiana .
   3. Rellena las cavidades óseas para aumentar la resistencia del material del implante.
   4. Utiliza herramientas locales de alisado para asegurarte de que las superficies articulares del implante talar coincidan con las superficies articulares circundantes.
8. Analizar las propiedades mecánicas del implante (por ejemplo, resistencia, área superficial) utilizando análisis por elementos finitos o cálculos analíticos. Comparar el rendimiento previsto frente a las cargas fisiológicas esperadas para la indicación clínica y con los benchmarks publicados para materiales de aleación de cobalto-cromo impresos en 3D.
   1. Confirma que la sección transversal del implante está por encima del mínimo para la resistencia del material.

4. 3D proceso de impresión

1. Exporta el archivo CAD finalizado del diseño del implante como un archivo STL desde el software de diseño u otro formato compatible para entrada de fabricación aditiva.
2. Rebanar
   1. Importa el archivo STL en el software nativo de la impresora 3D.
   2. Define la orientación de la impresión en función de las regiones anatómicas críticas del implante, colocando las superficies articulares alejadas de la placa de construcción.
   3. Generar estructuras de soporte según sea necesario para las características sobresalientes.
   4. Comienza el proceso de corte desde el software de la impresora y convierte a instrucciones G-code.
3. Impresión 3D de un implante
   1. Fabricar implantes utilizando fusión selectiva por láser (SLM) o tecnología equivalente de fusión de lecho de polvo con polvo Ti-6Al-4V de bajo grado intersticial (ELI).
      NOTA: Los polvos típicos de grado médico tienen una distribución del tamaño de partículas de 15-45 μm y se procesan bajo una atmósfera de argón inerte con niveles de_O2 mantenidos ≤ 1,2 ppm.
   2. Aplica parámetros de escaneo optimizados por el fabricante de la impresora (por ejemplo, sistemas 3D), incluyendo el tipo de láser, la potencia, el espaciamiento de las trampillas y el grosor de la capa. Ejemplos de valores reportados en la literatura incluyen un grosor de capa de 30-60 μm, un espaciamiento de las trampillas de 100-120 μm y una potencia láser de 150-300 W, con la orientación definida en el eje z cuando corresponde.
      1. Utilizar una fuente de calor (por ejemplo, láser de fibra o haz de electrones) para fusionar selectivamente polvo metálico (tamaño de partícula 15-45 μm) en una atmósfera de argón inerte (≤ 1,2 ppm_{O 2}), formando el implante capa por capa en la placa de construcción.
   3. Controla los parámetros relevantes, incluyendo la densidad de energía del haz, el grosor de la capa de polvo y el entorno de la placa de construcción, para garantizar la precisión dimensional y la integridad mecánica.
4. Postprocesado
   1. Refinar las propiedades del implante mediante prensado isostático en caliente (HIP) para eliminar la porosidad residual, aliviar el estrés y mejorar la microestructura. Las condiciones típicas reportadas en la literatura incluyen ~920 °C a 1000 bar durante 120 minutos en una atmósfera inerte.
      NOTA: Se pueden aplicar tratamientos térmicos alternativos, como el recocido, dependiendo del material y diseño del implante.
   2. Retira los implantes de la placa de construcción mediante mecanizado por descarga eléctrica (EDM). Corta la fina capa base de la construcción utilizando erosión controlada por chispas, seleccionando parámetros para minimizar el daño térmico y mantener la precisión dimensional.
   3. Usa herramientas manuales para quitar los soportes usados para impresión (dremels, pulidor manual).
   4. Aplica tratamientos superficiales para eliminar polvo residual, accesorios y ajusta la rugosidad. Chorro todas las superficies porosas y pule a mano las superficies articulares.
      1. Realizar anodización según SAE AMS 2488D Tipo II para mejorar la resistencia a la corrosión y la biocompatibilidad.
5. Realizar una inspección dimensional del implante terminado utilizando un medidor de altura y pinzas calibradas. Cuando se requiera mayor precisión, confirmar las mediciones con una máquina de medición de coordenadas (CMM) frente al modelo CAD.
   1. Inspeccionar visualmente el acabado superficial y la porosidad para asegurar la precisión de las estructuras porosas y las características de mecanizado. Confirmar que los valores de rugosidad superficial (Ra) se ajustan a las especificaciones de diseño para interfaces de osseointegración e instrumentación.
   2. Verifica las propiedades mecánicas mediante pruebas de liberación por lote realizadas en muestras de hueso de perro impresas en la misma placa de construcción. Las muestras de prueba se someten a pruebas de tracción para confirmar que la resistencia mecánica cumple con los estándares publicados para Ti-6Al-4V ELI (u otra aleación implante). Registrar mediciones dimensionales de muestras de prueba para validar la precisión de la impresión.

5. La cirugía

1. Evaluación preoperatoria
   1. Ver encuentro con el paciente (paso 1)
   2. Realiza asesoramiento preoperatorio sobre los riesgos y beneficios del procedimiento quirúrgico.
   3. Obtén el consentimiento informado para la intervención quirúrgica.
   4. Realizar una evaluación preoperatoria por parte del equipo de anestesia, si es necesario.
2. Procedimiento quirúrgico (reemplazo total de talus)
   1. Coloque al paciente bajo anestesia general sobre la mesa de operaciones y asegure al paciente.
   2. Aplica un acolchado adecuado en todas las zonas de prominencia ósea.
   3. Aplica un torniquete en la extremidad operativa.
   4. Luego, prepara y coloca la extremidad operativa de forma estéril.
   5. Realizar un tiempo fuera quirúrgico conforme a la política del hospital, confirmando el paciente, la lateralidad y el procedimiento adecuados.
   6. Administrar antibióticos preoperatorios según el protocolo hospitalario.
   7. Utiliza un enfoque anterior para acceder a la articulación del tobillo, utilizando el intervalo entre los tendones del extensor halucis largo y el tibial anterior.
   8. Retrae lateralmente el haz neurovascular con cuidado y protégelo durante todo el procedimiento.
   9. Identifica y abre longitudinalmente la cápsula de la articulación del tobillo.
   10. Elimina el talus avascular/dañado nativo utilizando hoja de sierra, osteótomos y ronguers. Se cuida la protección de las superficies articulares de la tibia distal, navicular y calcaneo.
   11. Tras la retirada del talus, utiliza los medidores para determinar el tamaño adecuado del implante talar a utilizar.
   12. Una vez determinado el tamaño adecuado, coloca el implante impreso en 3D del tamaño adecuado en el tobillo. Confirmar la colocación adecuada mediante fluoroscopia intraoperatoria y evaluación clínica.
   13. Luego, irriga y cierra la herida de forma en capas.
   14. Aplica apósitos estériles y coloca al paciente en una férula bien acolchada.
3. Protocolo postoperatorio
   1. Retira los puntos a las 2-3 semanas postoperatorios.
   2. Comienza las sesiones de apoyo de peso entre las 8 y las 12 semanas postoperatorias, dependiendo del caso.
      NOTA: El apoyo inicial de peso es en una bota y la transición a una zapatilla normal a lo largo de varias semanas. La fisioterapia es opcional pero recomendada para el entrenamiento de la marcha y la mejora de la movilidad.

Resultados

Generalmente, los resultados representativos a largo plazo para la impresión 3D en cirugía ortopédica son limitados debido al pequeño tamaño de la muestra y al corto tiempo que se ha utilizado la impresión 3D en medicina. Actualmente hay algunos datos representativos disponibles.

A continuación se presentan tres ejemplos de pacientes que fueron tratados con implantes impresos en 3D, a los que se les ofrecieron opciones alternativas escasas para defectos óseos grandes o patologías articulares destructivas. Todos los implantes fueron diseñados utilizando el protocolo mencionado anteriormente.

Paciente 1

Un hombre de 43 años presenta antecedentes crónicos de dolor en el tobillo izquierdo. El paciente 1 sufrió una fractura del cuello talar que fue tratada de forma no quirúrgica durante más de diez años antes. Las radiografías y las tomografías computarizadas mostradas en las Figuras 1 y 2 demuestran necrosis avascular tálar con esclerosis significativa y fragmentación del tágalo. Las superficies articulares adyacentes están bien conservadas, pero el astrágalo muestra una fragmentación y esclerosis significativas, consistentes con necrosis avascular talar avanzada. El paciente fue atendido en un centro externo y se le ofreció un procedimiento de artrodesis para fusionar las articulaciones subtalar y del tobillo. El paciente informa que se requiere un rango completo de movimiento para poder llevar ciertos zapatos en el trabajo, y que no puede someterse a una fusión de la articulación del tobillo. Al discutir opciones con el paciente, comentamos que una alternativa es un talus total impreso en 3D personalizado. Esta es una opción quirúrgica relativamente nueva sin datos a largo plazo; sin embargo, esta opción permite preservar sus articulaciones y el rango de movimiento. Discutimos extensamente los riesgos asociados a este procedimiento y la falta de datos a largo plazo. Sin embargo, el paciente nos expresó que la fusión no es una opción. Tras una extensa discusión, el paciente decidió proceder con un reemplazo total del talus impreso en 3D personalizado. En el caso de este paciente, optamos por usar una aleación de titanio como material del implante. Este material tiene propiedades biomecánicas similares al hueso nativo y una propiedad óptima de desgaste para disminuir el riesgo de daño al cartílago circundante.

El astrágalo está diseñado para reflejar el talus contralateral del paciente, lo cual es normal sin enfermedad. La imagen postoperatoria obtenida en su cita postoperatoria a las 6 semanas se muestra en la Figura 3. El paciente informa que está caminando bien en la postoperatoria, sin dolor, y que ha mostrado mejoras en su nivel funcional. El paciente informa que su rango de movimiento ha aumentado en la postoperatoria y que tiene aproximadamente 10 grados de dorsiflexión con 35 grados de flexión plantar.

Paciente 2

Una mujer de 20 años que se presenta con dolor e hinchazón en el pie izquierdo secundarios a un tumor conocido de células gigantes del primer metatarsiano. Inicialmente, el paciente fue tratado con platillo y injerto óseo, un procedimiento que consiste en raspar el tumor y reemplazarlo por material óseo. Las radiografías y las tomografías computarizadas (Figuras 4 y Figuras 5) demostraron una lesión lítica expansila centrada en el primer metatarsiano, compatible con un tumor de células gigantes probado por biopsia. Debido a síntomas persistentes con la actividad y a la irritación con el uso del calzado, el paciente deberon proceder con una resección quirúrgica de todo el metatarsiano. Había probado procedimientos menos invasivos y locales en el pasado que no habían funcionado. La resección quirúrgica del metatarsiano es un procedimiento de gran envergadura, y el reto viene con la reconstrucción de la zona resecada.

Durante la reunión con la paciente, discutimos sus opciones, que incluían reemplazar todo el hueso metatarsiano por uno impreso en 3D o usar hueso extraído de su pierna, que sería un autoinjerto de peroné. Hablamos sobre los riesgos del injerto de peroné, incluyendo la morbilidad del sitio del injerto y el alto riesgo de no unión. Otra opción es una amputación parcial del pie, que no le interesaba. Tras extensas conversaciones con la paciente y su familia durante varias visitas, decidió proceder con un implante personalizado impreso en 3D. Una jaula metatarsiana personalizada puede mantener la longitud y anatomía del paciente, proporcionar una estructura mecánicamente más robusta que el autoinjerto y no presenta la morbilidad del sitio donante asociada a la extracción libre de peroné. Los diseños preoperatorios creados mediante la llamada de diseño con ingenieros se muestran en la Figura 6. Este procedimiento se realizó con el equipo de oncología ortopédica para asegurar que la resección se realizara adecuadamente. Las imágenes del implante el día de la cirugía se muestran en la Figura 7. Al igual que el paciente 1, el material del implante elegido es una aleación de titanio, que tiene propiedades biomecánicas similares al hueso cortical.

Tras la operación, se mantuvo sin apoyar peso durante un total de 12 semanas. Empezó a apoyar peso a las 12 semanas con una bota y fue dejando la bota gradualmente a los 4 meses. Las radiografías postoperatorias (Figura 8) obtenidas a los 3 meses no mostraron evidencia de fallo hardware con alguna integración ósea del implante. En su visita de los 6 meses, había dejado completamente la bota y empezó sus actividades de bajo impacto. Una tomografía computarizada realizada en la visita de los 6 meses demostró que su implante tenía buen contacto óseo y estabilidad con cierta integración del hueso al implante (Figura 9). Ha pasado más de un año desde la operación y camina sin dolor con zapatos normales.

Paciente 3

Una mujer de 34 años presenta 7 años de dolor crónico en el tobillo derecho secundario a osteonecrosis del talus y al colapso posterior de la cúpula tálar. Sus radiografías preoperatorias se muestran en la Figura 10. También demostró evidencias de osteonecrosis en el plafond tibial y el cuerpo calcáneo con osteoartrosis marcada de la articulación tibiotalar y subtalar. Se creía que esto era secundario al uso crónico de esteroides en dosis altas durante hospitalizaciones prolongadas en el pasado.

En general, estaba significativamente limitada en sus actividades diarias debido al dolor crónico en el tobillo derecho. Había intentado un manejo conservador con fisioterapia prolongada, modificaciones de actividad y medicación para el dolor prescrita por su médico de cabecera. Hablamos de sus opciones quirúrgicas dadas sus persistentes síntomas. Basándonos en sus imágenes, comentamos que una fusión aislada del tobillo probablemente no sería una buena opción para ella, dado su colapso tátalar y su artritis subtalar. Comentamos que la mejor solución quirúrgica es la artrodesis tibiotalocalicaneal (TTC). Sin embargo, el reto en su caso es la significativa pérdida de altura articular debido al colapso de su tálar, pero también el gran vacío óseo que permanecerá tras la excisión del hueso tálar insalubre. El injerto estructural puede realizarse utilizando un aloinjerto de cabeza femoral; Sin embargo, en la literatura se reportan altas tasas de hundimiento y fallo de injertos. Además, es difícil asegurar que recuperemos su altura, ya que el aloinjerto puede ser difícil de moldear adecuadamente y puede no encajar perfectamente. Otra opción es una jaula personalizada impresa en 3D. La jaula metálica puede mantener la altura y la anatomía sin riesgo de hundimiento del injerto y es una construcción mecánicamente resistente. Tras una extensa discusión, decidió proceder con una artrodesis TTC con una jaula personalizada impresa en 3D. De nuevo, la jaula está hecha de una aleación de titanio, que tiene propiedades biomecánicas similares a las del hueso. Esto se elige para imitar el entorno biomecánico natural para el crecimiento óseo en la jaula. La imagen postoperatoria tomada a los 3 meses se muestra en la Figura 11. La altura de la articulación del tobillo se restaura con el implante, y hay una buena integración ósea en la interfaz implante-hueso.

Estuvo sin apoyar peso durante 12 semanas. Luego empezó a caminar con bota y pasó a un programa a los 4 meses. A los 6 meses, la paciente caminaba sin dolor y, al año de seguimiento, no presentaba déficits funcionales debido a su tobillo. Ya no está limitada por el tobillo y está mucho más activa que antes de la operación.

Figura 1: Radiografías preoperatorias del Paciente 1. (A,B) Radiografías preoperatorias de mortaja (A) y radiografía lateral (B) del tobillo izquierdo para el Paciente 1. Las radiografías demuestran necrosis avascular talar significativa con esclerosis y fragmentación del tálus. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 2: TAC preoperatorio del Paciente 1. (A-C) TC axial (A), sagital (B) y coronal (C) del tobillo izquierdo preoperatorio para el Paciente 1. La imagen por TC demuestra necrosis avascular tálar significativa con esclerosis y fragmentación del talus. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura. 

Figura 3: Radiografías postoperatorias del Paciente 1. (A,B) Radiografías postoperatorias AP (A) y mortise (B) del tobillo izquierdo para el Paciente 1 tomadas a las 6 semanas de la cita postoperatoria. Las radiografías realizadas a las 6 semanas demuestran una alineación y colocación adecuadas del implante de talus. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 4: Radiografías preoperatorias del Paciente 2. (A,B) Radiografías preoperatorias con soporte de peso del pie derecho del Paciente 2. Las radiografías demuestran una gran lesión expansil ósea del primer metatarsiano. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 5: TAC preoperatoria del Paciente 2. (A-C) Cortes axiales preoperatorios (A), sagital (B) y coronal (C) del pie derecho del Paciente 2. La tomografía computarizada del paciente muestra la lesión. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 6: Diseños del implante antes de la impresión 3D. Estos son ejemplos de la fase de diseño del implante, donde los ingenieros crean esquemas del implante utilizando la imagen de la tomografía computarizada del paciente. El implante se fija a la cabeza metatarsiano con tornillos que se colocan en el implante. El implante se fija al cuneiforme medial con una quilla. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 7: Imágenes clínicas de los tres tamaños de implantes. Hay tres tamaños impresos para la caja, cada uno con un 5% de variación en volumen. La razón de esto es tener en cuenta cualquier variación intraoperatoria y variación en la tomografía computarizada respecto a la anatomía real del paciente. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 8: Radiografías postoperatorias del Paciente 2. (A,B) Radiografías postoperatorias con carga de peso AP (A) y Radiografías Laterales (B) del Paciente 2. Las radiografías realizadas a los tres meses de postoperatorio demuestran el hardware en el lugar adecuado, con buena alineación y buena posición ósea entre el implante y el hueso nativo. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 9: TAC postoperatorio del Paciente 2. (A,B) La tomografía computarizada postoperatoria sagital (A) y axial (B) demuestra hardware estable y buena aposición ósea en la interfaz del hueso al implante, con formación ósea e integración del implante al hueso nativo. Esta tomografía se realizó a los 6 meses de posoperatorio. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 10: Radiografías preoperatorias del Paciente 3. (A,B) Radiografías preoperatorias de AP (A) y laterales (B) del tobillo derecho del Paciente 3. El paciente presenta un colapso tátal significativo y artritis en el tobillo y la articulación subtalar. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 11: Radiografías postoperatorias del Paciente 3. (A,B) Radiografías postoperatorias AP (A) y laterales (B) del tobillo derecho del Paciente 3. Las radiografías obtenidas en el seguimiento de los 6 meses del paciente demuestran que el hardware está en su lugar con buena aposición ósea en los sitios de fusión. Se restaura la altura de la articulación del tobillo. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Discusión

Los implantes personalizados impresos en 3D en cirugía ortopédica no son comunes; sin embargo, su utilidad en casos complejos se demuestra en los casos anteriores. Para estos pacientes, sin impresión 3D, las soluciones quirúrgicas son bastante limitadas, e incluso las mejores opciones disponibles conllevan consecuencias funcionales y de alto riesgo. Hay muchos pasos importantes a considerar en el proceso de diseño de implantes personalizados. La primera y más importante es si la funda es adecuada para implantes personalizados. Esto implica una reflexión cuidadosa de todas las alternativas y sus pros y contras. Es importante involucrar al paciente y a la familia en estas conversaciones. Los implantes 3D personalizados son más recientes y cuentan con poca literatura, por lo que es imprescindible educar a los pacientes sobre su naturaleza experimental.

El segundo paso más crítico en el proceso es el diseño del implante. El cirujano debe tener en cuenta varios factores, incluyendo el tamaño del implante, el enfoque quirúrgico, la instrumentación necesaria para la colocación del implante y los objetivos quirúrgicos. Esto implica asesorar a cirujanos con experiencia en impresión 3D, pero también trabajar con ingenieros en llamadas de diseño para crear el diseño del implante. Una vez que la producción del implante está en marcha, el margen para modificaciones es limitado; Por tanto, la fase de diseño es crucial.

A pesar del prometedor potencial de la impresión 3D en cirugía ortopédica, quedan varios desafíos. Una limitación importante es el alto coste asociado a la tecnología. El coste de los implantes puede variar entre 14.000 y 20.000 dólares para nuestros implantes, dependiendo de la complejidad del caso. Sin embargo, a medida que la tecnología de impresión 3D continúa evolucionando, se prevé que los costes de producción disminuirán con^{el tiempo 1}. Otra limitación clave es la falta de datos a largo plazo sobre los resultados. Un estudio retrospectivo multicéntrico publicado recientemente evaluó la seguridad de los reemplazos de talus impresos en 3D para el tratamiento de la necrosis^{avascular 4}. En su estudio, tuvieron un total de 15 pacientes con al menos 1 año de seguimiento y determinaron que los primeros resultados eran prometedores con buenos resultados. Adams et al. demostraron resultados seguros similares con jaulas impresas en 3D para defectos óseos^{grandes 5}. En su estudio, compararon ocho pacientes que se sometieron a cirugía con una jaula personalizada con siete que se operaron con hueso aloinjerto de cadáver grande. Kadakia et ^al.6 evaluaron los resultados de la artroplastia total de talus en 22 pacientes durante un periodo de 2 años. Observaron mejoras funcionales significativas con el seguimiento a corto plazo. Curiosamente, existen algunos estudios que evalúan los resultados a largo plazo tras una artroplastia total de talus en centros de Japón. En estos dos estudios, tienen un seguimiento postoperatorio de más de 10 años y encontraron que los pacientes tuvieron buenos resultados reportados tras un reemplazo total del talus o solo un reemplazo del cuerpo^{talar 7,8}. Es importante señalar que estos implantes no eran personalizados ni impresos en 3D y eran cerámicos; Por tanto, estos datos no se traducen en reemplazos actuales de talus totales que sean metálicos y personalizados. En cualquier caso, es interesante señalar que este procedimiento y concepto existen desde hace bastante tiempo, pero cada vez están ganando popularidad en el manejo de patologías talares graves. Aunque el enfoque de este manuscrito ha sido los casos de extremidades inferiores, las aplicaciones de la impresión 3D en ortopedia se han ampliado a muchas^{subespecialidades 2}. Las fracturas distales del radio malunidas pueden tener graves consecuencias funcionales para los pacientes, y las osteotomías correctivas necesarias para corregir esta deformidad son muy complejas debido a los numerosos planos de corrección que deben tenerse en cuenta. Lo mismo puede decirse de las fracturas del antebrazo que cicatrizan de forma incorrecta, ya que hay fuerzas rotacionales que deben considerarse. Varios estudios publicados recientemente han encontrado que guías de corte y instrumentación personalizada impresa en 3D pueden ayudar en estos difíciles casos de corrección de deformidades^{en extremidades superiores 9,10}.

Es importante señalar que, a pesar de los resultados prometedores de implantes y instrumentación impresos en 3D personalizados, los estudios más recientes publicados tienen tamaños de muestra muy pequeños con seguimiento a ^{corto plazo 6,7,8}. Pocos estudios han demostrado los resultados a largo plazo de los implantes impresos en 3D, y se necesitan más investigaciones para evaluar su durabilidad y eficacia a largo plazo. Parte de esto se debe a que esta tecnología es relativamente nueva y a que la patología indicada para la impresión 3D no es común. Además, debido a la naturaleza altamente personalizable de estos implantes, generalizar los resultados entre diferentes casos es muy complicado.

En cualquier caso, los posibles beneficios de la impresión 3D son evidentes con los ejemplos anteriores y la literatura disponible. Una de las ventajas más convincentes es la capacidad de replicar la anatomía humana de formas únicas que antes eran imposibles. La personalización permite adaptar los implantes con precisión a cada paciente, facilitando una coincidencia directa con la necesidad quirúrgica. Con los continuos avances en las tecnologías de imagen por TC e impresión 3D, los implantes se están volviendo cada vez más precisos, duraderos y^{rentables 1,2}.

En general, la impresión 3D sigue siendo una tecnología en rápido desarrollo, ofreciendo una gama creciente de posibilidades en cirugía ortopédica. A medida que la tecnología madura, las aplicaciones futuras podrían incluir el desarrollo de estructuras más intrincadas e interconectadas. A medida que ganemos competencia con implantes articulares y de hueso único, el siguiente paso lógico es explorar la creación de implantes más complejos y multicomponentes. Aunque los implantes actuales utilizan predominantemente aleaciones metálicas biocompatibles, otro gran paso en la impresión 3D incluiría futuras innovaciones en la reconstrucción de tejidos blandos, como la bioimpresión para crear cartílago¹¹. La impresión 3D es un campo tecnológico emocionante que está en constante evolución, y su aplicación en la cirugía ortopédica seguirá creciendo y adaptándose a medida que esta tecnología evoluciona.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Implante de jaula de titanio metatarsiano	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Implante personalizado; Aleación de titanio (Ti-6Al-4V)
Implante de jaula de titanio esférico	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Implante personalizado; Aleación de titanio (Ti-6Al-4V)
Reemplazo total de talus	Restor3D	https://www.restor3d.com/	Implante personalizado; Aleación de titanio (Ti-6Al-4V)