Utilidad de la impresión 3D y el CAD/CAM en cirugía maxilofacial: revisión bibliográfica

Utilidad de la impresión 3D y el CAD/CAM en cirugía maxilofacial: revisión bibliográfica

Autor principal: Hugo Andrés Mora Chaves

Vol. XX; nº 04; 128

Utility of 3D Printing and CAD/CAM in Maxillofacial Surgery: A Literature Review

Fecha de recepción: 20/01/2025

Fecha de aceptación: 21/02/2025

Incluido en Revista Electrónica de PortalesMedicos.com Volumen XX. Número 04 Segunda quincena de Febrero de 2025 – Página inicial: Vol. XX; nº 04; 128

Autores

Hugo Andrés Mora Chaves₁

Hugo Francisco Mora Delgadillo₂

Resumen

En la revisión bibliográfica no se ubicaron artículos que se manifestaran en contra del uso de CAD/CAM en cirugía maxilofacial o reconstructiva de cabeza y cuello ni en otras especialidades quirúrgicas. En la actualidad, hay consenso entre los especialistas de que su uso es el gold standard.

Palabras clave

Cirugía maxilofacial, CAD/CAM, impresión 3D.

Abstract

The literature review did not find any articles that were against the use of CAD/CAM in maxillofacial or reconstructive head and neck surgery or other surgical specialties. Currently there is a consensus among specialists that its use is the gold standard.

Keywords

Maxillofacial surgery, CAD/CAM, 3D printing.

Los autores de este manuscrito declaran que:

Todos ellos han participado en su elaboración y no tienen conflictos de intereses
La investigación se ha realizado siguiendo las Pautas éticas internacionales para la investigación relacionada con la salud con seres humanos elaboradas por el Consejo de Organizaciones Internacionales de las Ciencias Médicas (CIOMS) en colaboración con la Organización Mundial de la Salud (OMS).
El manuscrito es original y no contiene plagio.
El manuscrito no ha sido publicado en ningún medio y no está en proceso de revisión en otra revista.
Han obtenido los permisos necesarios para las imágenes y gráficos utilizados.
Han preservado las identidades de los pacientes.

Es relevante realizar una breve revisión de la evolución y el impacto que ha tenido la Cuarta Revolución Industrial en las ciencias médicas, específicamente en el ámbito de la cirugía, el CAD CAM y la impresión 3D. Al ingresar el tema de este artículo en un metabuscador de Internet en fecha 21-12-24 y en el sitio oficial de los National Institutes of Health (1) del Gobierno de Estados Unidos, la búsqueda reportó más de 8 000 000 publicaciones disponibles, resultado de una década de desarrollo e investigación en el ámbito mundial. Esto marca la tendencia del uso y el impacto de estas técnicas de producción industrial, que han revolucionado la medicina en el primer cuarto del siglo XXI. Por esto, el presente artículo busca concientizar a los profesionales del sector salud que se formaron con esquemas analógicos o tradicionales sobre las ventajas que ofrecen las técnicas digitales de la Industria 4.0 en las etapas pre, trans y posoperatorias aplicadas en la práctica quirúrgica en el área de cabeza y cuello.

El Foro Económico Mundial 2023 (World Economic Forum, WEF) en septiembre definió como una prioridad económica, dentro de los sectores productivos de los países, abordar la transformación digital de manera integral en sus objetivos estratégicos de desarrollo previstos en la agenda global 2020‑2030 de la Organización de las Naciones Unidas (ONU). En este mismo foro, su director ejecutivo, Klaus Schwab, indicó: “Estamos en una transición hacia nuevos sistemas que están construidos sobre la infraestructura de la revolución digital” (2,3). Precisamente, las siglas CAD CAM derivan del término en inglés diseño asistido por computadora (CAD) y manufactura asistida por computadora (CAM), donde el desarrollo de software de diseño simplifica la conceptualización, visualización y eventual producción de objetos en 2D o 3D mediante el uso de dos tipos de procesos o enfoques de fabricación: sustractivo y aditivo.

El primero, el sustractivo, se relaciona con procesos de fresado o troquelado mediante máquinas en las que la punta de corte puede moverse abarcando los tres ejes espaciales X, Y y Z, para desgastar y tallar bloques que se esculpen hasta dar la forma deseada con una exactitud de micras en la pieza copiada o diseñada que se desea fabricar en diversos materiales, como metales, porcelanas, circón, polímeros, resinas industriales o de grado médico. El desarrollo industrial de máquinas fresadoras de cinco ejes aumentó significativamente las capacidades de producción de las fábricas a todos los niveles, lo que reduce costos de operación, tiempos y movimientos, al mismo tiempo que se incrementa el número de unidades de cualquier tipo de componente que se desea producir en esta modalidad.

El segundo proceso, adición, se presenta fundamentalmente en la impresión 3D, técnica que se aborda en esta revisión dentro de la praxis de cirugía oro-cráneo-facial. En este procedimiento, el material se coloca mediante diferentes procesos y equipos de impresión, capa por capa, con grosores variables que se miden en micras, lo cual permite generar modelos reales, de una pieza a cualquier escala, con alta precisión. Las piezas que se fabrican, entiéndase se imprimen, integran todas las propiedades reales de los objetos copiados por medio de sistemas de escaneo digital en 2D o 3D, así como las propiedades fisicoquímicas propias de los materiales de impresión seleccionados, los cuales han revolucionado la ciencia de los materiales de producción industrial en la última década. Un ejemplo de esta reconversión productiva dentro de los países miembros de la OCDE es Costa Rica, donde en los primeros 9 meses del año 2024, la principal línea de producción representó el 43 % de sus exportaciones y consistió en ortesis médicas elaboradas con tecnología CAD CAM. De hecho, se destaca que la producción aumentó un 8 % intertrimestral, según datos de la agencia gubernamental Promotora de Comercio Exterior (Procomer), lo cual marca la tendencia que se muestra en el ámbito mundial con la adaptación a esta nueva revolución.

Las aplicaciones en ciencias médicas son numerosas. El CAD/CAM, a pesar de ser una metodología de producción industrial, representa la unión o interfase entre los medios de diagnóstico digitales, como rayos X, ortopantografías, tomografías y resonancias, que se pueden trasladar a software de diseño para planificar, diseñar y construir aditamentos. Esto permite ejecutar en menos tiempo y con mayor precisión las cirugías más complejas. Definitivamente, esta Revolución Industrial da la posibilidad al cirujano ir más allá de las múltiples técnicas de apoyo a los procesos pre, trans y posquirúrgicos, así como de modelos para el posicionamiento del área de operación, guías para instrumentos de corte, guías para puntos de anclaje, modelos y férulas para las etapas pre y poscirugía, estabilizadores u otras ortesis. Además, los profesionales en el área de la salud han aprendido a diseñar, manufacturar y utilizar estas técnicas durante su proceso de formación universitaria, bajo el esquema tradicional del siglo pasado, en formato analógico. Por lo tanto, esta situación demanda de ellos y de las organizaciones de salud u hospitales un procedimiento de actualización, capacitación e inversión para el desarrollo de nuevas competencias, actitudes y prácticas acordes al flujo digital moderno.

La evolución de este nicho de mercado a partir del año 2014 y hasta la fecha ha permitido el desarrollo de múltiples marcas, tanto en materiales como en modelos de equipos para impresión 3D, cada vez más robustos, rápidos, precisos y económicos, que están al alcance de los profesionales y técnicos de laboratorio para producir directamente en sus oficinas las piezas que requieren las operaciones de sus pacientes, sin depender de grandes empresas que controlaban, hace 20 años, el acceso a este tipo de equipos. A la vez, en esta última década, la Agencia Federal de Alimentos y Drogas (FDA) certifica un número creciente de materiales de impresión 3D biocompatibles con el ser humano. Un ejemplo de esta tendencia fue la aprobación, en diciembre de 2017, de las guías de esta organización para esta clase de productos, denominadas Consideraciones técnicas para la manufactura aditiva. Estas guías se hicieron necesarias ante la avalancha de solicitudes de certificación de más de 80 productos que se recibieron solo en los 2 años previos a su publicación, para la validación de materiales y equipos de impresión destinados a la confección de medicamentos, implantes, ortesis, etc., de uso médico.

En la cirugía maxilofacial, al igual que en cualquier proceso de las ciencias médicas, se deben contemplar varios aspectos: primero, el aval técnico y académico de los organismos internacionales que regulan la práctica médica. La impresión 3D cuenta con un respaldo considerable en el ámbito mundial y se utiliza diariamente desde hace más de una década. Además, es necesario valorar otros elementos fundamentales al evaluar el procedimiento tales como la facilidad para el operador, la reducción de los tiempos de procedimiento, los resultados y la satisfacción del paciente. Estos aspectos se pueden observar a través de múltiples trabajos de investigación, entre ellos el estudio realizado por Louvrier et al., publicado en 2017 (6), que investigó las aplicaciones de la impresión 3D en la cirugía maxilofacial.

En este metaestudio se revisaron 1,047 artículos que se generaron en 35 países, abarcando dos etapas de revisiones bibliográficas sobre el tema impresión 3D y cirugía maxilofacial. En la primera etapa se revisó un total de 2,094 publicaciones, de las cuales se seleccionaron 297 para la segunda etapa. Los reportes de caso correspondían a diferentes procesos quirúrgicos en cabeza y cuello, en los cuales se utilizó manufactura de flujo digital para el diseño del proceso quirúrgico, así como la impresión de modelos, guías, férulas, implantes, entre otros, para resolver los procedimientos quirúrgicos de 2,889 pacientes, lo que representa un promedio de 10 pacientes por artículo. Las cuatro grandes conclusiones de las personas investigadoras del metaestudio fueron:

Desde la década de los noventa, cuando se reportó el primer artículo escrito en la literatura mundial con la publicación de Mankovich et al. (1990), en el que se informaba sobre el uso de la impresión 3D para realizar modelos anatómicos de estudio pre y posquirúrgicos, la producción de artículos científicos aumentó de forma exponencial, especialmente después del año 2008, cuando salieron al mercado modelos de impresoras económicamente accesibles para la práctica privada. A partir de 2015, se alcanzó una meseta en las publicaciones y en el uso de la técnica.
La segunda conclusión fue identificar las principales indicaciones para el uso de impresión 3D en cirugía maxilofacial, las cuales giran en torno a guías quirúrgicas que facilitan la orientación y ejecución de los procedimientos, lo que permite la correcta recolocación de estructuras, así como la planificación preoperatoria para reconstrucciones maxilares. Esto se traduce en una mayor precisión al ubicar las angulaciones correctas para la colocación de estructuras maxilares o craneales, así como en la ubicación de placas de osteosíntesis hechas a medida, al igual que en la confección de piezas para la reconstrucción de formas anatómicas personalizadas para cada paciente. Otros usos frecuentes son: la construcción de férulas oclusales pre y posquirúrgicas, planificaciones operatorias en las que el diseño de estas protege estructuras anatómicas que no se desea incluir en el área de operación, posicionamientos correctos del segmento óseo, osteosíntesis a medida con piezas de reconstrucción esquelética, prótesis de craneoplastía, prótesis de articulación temporomandibular, entre otros.
Otro hallazgo del estudio fue que el 73 % de los autores de los 297 artículos revisados indicó no recurrir a fabricantes oficiales para elaborar los distintos componentes, ya que prefirió ejecutar el diseño y la fabricación de las piezas requeridas entre sus planeamientos quirúrgicos, gracias a la facilidad de uso de los software y dispositivos de impresión o fresado con materiales de grado médico de su elección. De hecho, se concluyó que la mayor parte de los profesionales en cirugía se está convirtiendo en fabricantes oficiales de dispositivos médicos.
En comparación con las técnicas más tradicionales y analógicas, la tecnología CAD/CAM mejora la precisión del cirujano y los resultados que se esperan, al permitir una mejor planificación y ejecución operatoria, debido a que el diseño digital es mucho más exacto y riguroso que en las técnicas convencionales.

Igualmente, Ebeling et al. en un reporte de caso de cirugía de Le Fort-I mediante el uso de técnicas digitales emiten su criterio de que: “La cirugía ortognática sin uso de obleas, férulas y modelos analógicos o tradicionales está en camino de convertirse en el estándar de oro en cirugía oral y maxilofacial. La fabricación de guías y placas de corte CAD/CAM permite que incluso los menos experimentados y los aprendices logren resultados predecibles en el contexto de las osteotomías en un tiempo aceptable. En el contexto de la planificación virtual, no existen límites para los movimientos óseos y el diseño de osteotomías o fragmentos respectivamente” (7).

Waqas Tanveer et al. (8) realizaron un estudio sobre el proceso de flujo digital completo requerido en 30 casos de MFS para corregir defectos de piso y pared de la órbita ocular. En este estudio, se llevó a cabo la planificación preoperatoria para la colocación de implantes cráneo-faciales, el diseño de modelos, moldes y superestructuras de pasos intermedios para pruebas pre y transquirúrgicas, así como la elaboración de plantillas, hasta llegar a la fabricación de las prótesis orbitarias. Las personas investigadoras concluyeron que la planificación, el diseño y la producción digital generaron resultados satisfactorios, tanto para el paciente como para los operadores. Sin embargo, reconocen que el personal necesita desarrollar habilidades digitales y técnicas específicas para cada etapa del procedimiento, así como para el equipo y el software que se desea utilizar en el procedimiento quirúrgico. Esto representa una limitante por considerar, que requiere procesos de capacitación previos y valoraciones de los costos de inversión iniciales para elegir entre las múltiples opciones del mercado y, de este modo, adquirir las tecnologías adecuadas para cada práctica profesional.

Conclusión

La revisión bibliográfica del tema permite concluir que el CAD/CAM es una opción tecnológica madura para la producción industrial, que cuenta con el respaldo de los organismos reguladores internacionales en el ámbito mundial para su uso en el área de la salud. Es, junto con los medios de diagnóstico digital de imágenes médicas, el principal apoyo a la práctica médico-quirúrgica moderna, presente en el ámbito académico y profesional, así como en el mercado, desde hace 35 años. Existe una necesidad real de adaptarse al cambio y, con esto, actualizar, capacitar e invertir en el desarrollo del equipamiento y del recurso humano de los centros de salud. Lo anterior tiene el fin de mejorar conocimientos, actitudes y prácticas digitales. Esto da la posibilidad de reducir costos y aumentar la productividad al optimizar los tiempos de los procesos operatorios, lo que a la vez incrementa la calidad de la cirugía maxilofacial, tanto para el paciente como para el operador. No se encontró literatura que se manifieste en contra del uso de CAD/CAM en cirugía maxilofacial o reconstructiva de cabeza y cuello ni en otras especialidades quirúrgicas. En la actualidad hay consenso en la revisión bibliográfica de que es el gold standard, lo que da la posibilidad de concluir en este año 2025 que su uso ya está generalizado en la práctica médica.

Comparando la impresión 3D industrial y la de fabricación hospitalaria, la principal ventaja de esta última. Además de reducir el costo al eliminar proveedores externos de la cadena de logística, es que asume directamente la producción. Esto les permite contar con capacidades productivas en los centros quirúrgicos, obteniendo la disponibilidad inmediata de diferentes ortesis o complementos que la tecnología puede producir en las unidades de trabajo. De este modo, se brinda atención rápida y oportuna a los pacientes. Asimismo, al disponer en los hospitales de equipos para escanear y generar imágenes médicas digitales, se facilita el diseño y la fabricación de los múltiples componentes que se requieran. Esto da la posibilidad a los equipos de trabajo de los nosocomios resolver detalles de último momento para garantizar el éxito de las cirugías en beneficio de los pacientes.

El análisis de los artículos revisados en esta bibliografía destaca una posición unánimemente favorable hacia la implementación de la tecnología CAD/CAM en la práctica quirúrgica, particularmente en cirugía maxilofacial y áreas que se relacionan. Todos los autores citados coinciden en que estas herramientas representan una revolución en la planificación, ejecución y resultados de los procedimientos quirúrgicos, superando ampliamente las limitaciones de los métodos tradicionales. La capacidad de diseñar y fabricar modelos, guías e implantes personalizados no solo mejora la precisión y eficacia de las intervenciones, sino que también reduce costos y tiempos, beneficiando, tanto a los profesionales como a los pacientes.

En conjunto, estas evidencias consolidan al CAD/CAM como una tecnología madura y bien respaldada, considerada ya como el estándar de oro en diversas aplicaciones médicas. Este consenso subraya la necesidad de que los profesionales de la salud adopten y adapten estas herramientas para estar a la altura de las demandas de la práctica quirúrgica moderna (5,7,8).

Bibliografía

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Promotora de Comercio Exterior. Exportaciones de bienes costarricenses aumentaron un 8% al tercer trimestre del 2024 [Internet]. Costa Rica: Procomer; 2024 [consultado el 21 de diciembre de 2024]. Disponible en: https://www.procomer.com/noticia/exportaciones-de-bienes-costarricenses-aumentaron-un-8-al-tercer-trimestre-del-2024
Louvrier A, et al. How useful is 3D printing in maxillofacial surgery? J Oral Maxillofac Surg [Internet]. 2017;16(2):287-91. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.jormas.2017.07.002
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Ebeling M, Scheurer M, Sakkas A, Wilde F, Schramm A. First-hand experience and result with new robot-assisted laser LeFort-I osteotomy in orthognathic surgery: a case report. J Pers Med. 2023;13(2):287. https://doi.org/10.3390/jpm13020287
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