Reconstrucción e impresión 3D del aparato estomatognático óseo: aplicaciones docentes y médico-quirúrgicas

[ES] INTRODUCCIÓN Las nuevas tecnologías, encabezadas por los sistemas de visualización tridimensional comienzan a introducirse en el estudio de anatomía humana en las facultades de Ciencias de la Salud. La rápida evolución tecnológica en el campo del diagnóstico por imagen ha permitido desarrollar métodos de visualización que proporcionan gran nitidez y capacidad de resolución. Así mismo, el uso de escáneres manuales, cada vez más prácticos, nos permiten la obtención de imágenes en tres dimensiones (3D) que posteriormente, mediante softwares específicos, son tratadas y pueden ser leídas por una impresora 3D para crear objetos 3D. El aparato estomatognático constituye una compleja estructura tanto a nivel funcional y anatómico. Este aparato juega un papel fundamental en la masticación, deglución, expresividad facial y el habla, funciones que lo hacen imprescindible para las necesidades básicas de la alimentación y relaciones sociales. La reconstrucción de este aparato tras lesiones y planificación quirúrgicas es fundamental. A la hora del estudio, de este aparato, por los estudiantes de Anatomía nos encontramos que las estructuras óseas que constituyen este aparato suelen estar muy deterioradas, lo que dificulta un buen estudio morfológico. Las nuevas tecnologías pueden facilitar el estudio anatómico. Actualmente la tecnología de la impresión 3D se encuentra en un punto de evolución que podría representar su extensión masiva en el sistema productivo, gracias a la disminución de precios de los equipos y la evolución del conocimiento asociado a esta tecnología y a los nuevos materiales de impresión incluidos los biomateriales. Las aplicaciones de la impresión 3D en el campo de la medicina están evolucionando cada día abriéndose nuevas líneas de investigación. En el campo médico estas técnicas permiten crear piezas óseas adaptadas a los defectos anatómicos con una gran precisión, así como una planificación previa de las cirugías. La revolución en el campo de la medicina traerá la posibilidad de crear órganos y fragmentos óseos adaptados a cada caso y colocarlos mediante un procedimiento análogo a las técnicas de cirugía dental en el campo de la odontología. En nuestro trabajo de Tesis Doctoral, se fabricaron modelos 3D del aparato estomatognático, incluyendo dientes, partiendo de imágenes obtenidas por distintos medios técnicos como la tomografía computarizada y escáneres láser y de luz estructurada de mano y de brazo. Los modelos 3D óseos se presentaron a los alumnos de Anatomía Humana en la Universidad de Salamanca que valoraron mediante una encuesta su utilidad en el aprendizaje de anatomía ósea. El rápido avance en esa tecnología de impresión 3D, así como en la revolución de los biomateriales, promete una mayor difusión medico quirúrgica de esta técnica

3D digitization of complex exhibition items (mounted skeletons of dinosaurs) and generation of virtual replicas for biomechanical studies

[ES] El presente trabajo forma parte de un estudio más amplio relativo al análisis biomecánico del movimiento de los dinosauros, que será realizado utilizando la técnica de los elementos finitos (FEM). Para este fin, será necesario disponer de modelos virtuales del sistema motor (es decir, el pie, la pierna, etc.) y del sustrato sobre el que el dinosaurio se mueve. Ambos tipos de modelos pueden inferirse, de manera aproximada, a partir de restos fósiles: huesos para los primeros e icnitas (huellas fosilizadas) para los segundos. Por supuesto, existen importantes retos en estos modelos, por ejemplo, el hecho de que un grupo de huesos fósiles (posiblemente incompleto y deteriorado) está muy alejado de un animal articulado que camina, el cual no sólo dispone de huesos y articulaciones, sino también carne, tendones, piel, garras, etc. En todo caso, los huesos fósiles son el único material disponible para comenzar el modelado. Por lo tanto, el primer paso consiste en su digitalización 3D. Como corresponde al uso previsto, las características que deben cumplir estos modelos corresponderán a los estudios biomecánicos, prestando especial atención a la completitud, precisión geométrica y resolución. Por otro lado, se presenta un caso práctico con la comparación de una tecnología de escaneado (luz estructurada) y fotogrametría de objeto cercano en un modelo de una pata trasera de unos dos metros de altura de un espécimen de Edmontosaurus.[EN] The work presented here is part of a broader study concerning the biomechanical analysis of the movement of dinosaurs, which will be done by the finite element method (FEM). For this aim, it will be necessary to count on virtual models of the walking system (that is to say, the foot, leg, etc.) and the substrate on which the dinosaur moved. Both kinds of models can be approximately inferred from fossil remains: bones for the former and ichnites (fossil footprints) for the latter. Obviously, there are important challenges in these models, let us see, for example, that a group of fossil bones (probably incomplete and deteriorate) is very far from a walking animal with not only the bones and the articulations but also with flesh, tendons, skin, claws and so on. In any case, fossil bones are the only material we have to start modelling. Therefore, the first step will be their 3D digitization. As the expected use of the 3D models defines the technical characteristics that these models need to comply with, the manuscript will reflect on the qualities that the models for biomechanical purposes need, paying attention to the completeness, geometric accuracy and resolution. Moreover, a practical case is presented with a comparison of a scanning technology (fringe projection) and close-range photogrammetry in order to model a 2 meters tall leg of a specimen of Edmontosaurus

Development of a smart splint to monitor different parameters during the treatment process

[ES]Para determinadas lesiones musculoesqueléticas por rotura compleja, el único tratamiento disponible es el uso de férulas de inmovilización. Este tipo de tratamiento suele provocar molestias y ciertos contratiempos en los pacientes. Además, suelen generarse otras complicaciones a nivel vascular, muscular o articular. Actualmente, existe una alternativa realmente posible que solucionaría estos problemas e incluso permitiría una recuperación más rápida y mejor. Esto es posible gracias a la aplicación de la ingeniería en técnicas de fabricación aditiva y al uso de materiales biocompatibles disponibles en el mercado. Este estudio propone el uso de estos materiales y técnicas, incluyendo la integración de sensores en el interior de las férulas.Los principales parámetros considerados a estudiar son la presión, la humedad y la temperatura. Estos aspectos se combinan y analizan para determinar cualquier tipo de evolución inesperada del tratamiento. De esta forma, será posible monitorizar algunas señales que se estudiarían para detectar problemas asociados a la propia fase inicial del tratamiento. El objetivo de este estudio es generar una férula inteligente mediante el uso de biomateriales y técnicas de ingeniería basadas en la fabricación avanzada y el sistema de sensores, con fines clínicos. Los resultados muestran que el prototipo de la férula inteligente permite obtener datos cuando se coloca sobre el brazo de un paciente. Durante el tratamiento se leen dos temperaturas: en contacto con la piel y entre la piel y la férula. Las variaciones de humedad debidas al sudor dentro de la férula también se leen mediante un sensor de humedad. Un sensor de presión detecta ligeros cambios de presión en el interior de la férula. Además, se ha incluido un sensor de infrarrojos como detector de presencia.[EN]For certain musculoskeletal complex rupture injuries, the only treatment available is the use of immobilization splints. This type of treatment usually causes discomfort and certain setbacks in patients. In addition, other complications are usually generated at the vascular, muscular, or articular level. Currently, there is a really possible alternative that would solve these problems and even allows a faster and better recovery. This is possible thanks to the application of engineering on additive manufacturing techniques and the use of biocompatible materials available in the market. This study proposes the use of these materials and techniques, including sensor integration inside the splints. The main parameters considered to be studied are pressure, humidity, and temperature. These aspects are combined and analyzed to determine any kind of unexpected evolution of the treatment. This way, it will be possible to monitor some signals that would be studied to detect problems that are associated to the very initial stage of the treatment. The goal of this study is to generate a smart splint by using biomaterials and engineering techniques based on the advanced manufacturing and sensor system, for clinical purposes. The results show that the prototype of the smart splint allows to get data when it is placed over the arm of a patient. Two temperatures are read during the treatment: in contact with the skin and between skin and splint. The humidity variations due to sweat inside the splint are also read by a humidity sensor. A pressure sensor detects slight changes of pressure inside the splint. In addition, an infrared sensor has been included as a presence detector

Different Digitalization Techniques for 3D Printing of Anatomical Pieces

The use of different technological devices that allow the creation of three-dimensional models is in constant evolution, allowing a greater application of these technologies in different fields of health sciences and medical training. The equipment for digitalization is becoming increasingly sophisticated allowing obtaining three-dimensional which are more defined and similar to real image and original object. In this work, different modalities of designing 3D anatomical models of bone pieces are presented, for use by students of different disciplines in Health Sciences. To do this we digitalized bone pieces, with different models of scanners, producing images that can be transformed for 3D printing, with a Colido X 3045 printer by digital treatment with different software