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Introducción
El trauma representa la primera causa de muerte y discapacidad a nivel global1. A su vez, se estima que el 34,5% de estas defunciones podrían ser evitadas con mejoras en los sistemas de atención1. Al analizar los pacientes hospitalizados por esta patología destaca que un 10% pertenece a trauma torácico, siendo este un marcador de mortalidad y severidad2,3. En el manejo de estos pacientes, la toracotomía de resucitación es un procedimiento capaz de salvar vidas, obteniendo tasas de sobrevida de 11,16% en heridas penetrantes torácicas, y hasta 31,1% en el caso de lesiones penetrantes cardiacas4,5.
La evaluación y manejo quirúrgico del trauma corresponde a competencias del cirujano general según lo estipulado por la Sociedad Chilena de Cirujanos6,7. Sin embargo, el contexto de la educación en cirugía está cambiando: la restricción de las horas laborales, mayores demandas de seguridad por parte de los pacientes y énfasis en el manejo conservador del trauma, han llevado a los residentes de cirugía a una menor exposición al trauma8,11. Este fenómeno también se ha dado en países como Estados Unidos y Canadá, donde el número de casos resueltos por residentes durante su periodo de formación ha disminuido progresivamente12,13. En nuestro país, según datos iniciales, aproximadamente un cuarto de los cirujanos recién egresados nunca realizó una toracotomía de urgencia durante su formación.
Por otra parte la simulación se ha consolidado como un complemento validado en el entrenamiento para la adquisición de habilidades quirúrgicas, siendo especialmente útil en procedimientos de baja ocurrencia, pero de alto riesgo14,15. La simulación ha demostrado transferir las habilidades adquiridas en el entramiento a la sala operatoria, logrando así acortar las curvas de aprendizaje mediante la práctica deliberada, donde el ejercicio repetitivo y progresivo de la técnica facilita el aprendizaje mediante el reconocimiento del error y su corrección16,18. Además, provee de un ambiente seguro tanto para el alumno como para el paciente15,19. En Chile existe gran experiencia en simulación para cirugía laparoscópica, sin embargo, la cirugía abierta y el trauma se ha desarrollado en mucho menor medida en parte debido a la menor disponibilidad de modelos de entrenamiento y a su alto costo.
De la mano de la ingeniería, la tecnología biomédica se ha desarrollado de forma exponencial en los últimos 20 años20,21. Dentro de estos avances destaca la alta definición de las imágenes médicas, en especial las de tomografía computada (TC). Por medio de la integración de las imágenes creadas por rayos X, la TC entrega una imagen de alta definición de la anatomía de un paciente, permitiendo crear modelos tridimensionales de los órganos y tejidos corporales22,23. Tras procesar estas imágenes en complejos sistemas computacionales se pueden modelar e imprimir en 3D utilizando impresoras especialmente diseñadas en base a resinas duras y blandas (de látex/siliconas). Estos modelos impresos tienen múltiples aplicaciones en medicina y en educación quirúrgica24,27.
El objetivo de este trabajo es presentar la metodología de elaboración de un simulador de trauma torácico de alta fidelidad mediante modelamiento e impresión 3D a partir de un torso humano cadavérico.
Materiales y Método
Diseño del estudio
Se realizó un estudio descriptivo del desarrollo de un simulador de trauma torácico utilizando metodología centrada en el prototipado y la iteración basada en testeos. Este trabajo forma parte de un proyecto FONDECYT (Proyecto N° 11717908 - “Evaluación de las competencias para el manejo de trauma grave adquiridas con la formación quirúrgica actual y utilidad del aprendizaje simulado para la adquisición de competencias falentes”), como parte del desarrollo de herramientas que permitan evaluar y entrenar habilidades quirúrgicas en el manejo del trauma grave. Este estudio fue aprobado por el comité de ética de nuestra institución (Código Proyecto: 170318009).
Desarrollo del modelo
Se realizó un trabajo conjunto entre la Escuela de Diseño, el Departamento de Anatomía y el Centro de Simulación y Cirugía Experimental de la Pontificia Universidad Católica de Chile.
Se planteó el desarrollo de un simulador de bajo valor adquisitivo, bajo costo operativo, alta fidelidad anatómica, reutilizable y representativo del contexto local. Se siguió una metodología de trabajo Lean, que se basa en un proceso iterativo de desarrollo de un producto mínimo viable y la realización de mejoras consecutivas en base a la evaluación por parte de los usuarios finales28. A fin de privilegiar la mayor fidelidad anatómica posible y mantener una alta costoefectividad se planteó la elaboración de un torso principal resistente y un parche desechable y reemplazable de pared torácica. Al interior del simulador se instalan tejidos de porcino obtenidos en mataderos y son perfundidos y/o ventilados para mayor realismo29.
Resultados
En la Figura 1 se observa el modelo final con la toracotomía realizada y un corazón porcino perfundido en su interior. Se compone de un torso reutilizable, un parche de pared intercambiable y tejido animal porcino perfundido.
Figura 1 Resultado final de modelo de toracotomía. Se observa el torso final (A); con una toracotomía y Finocchietto (B) y corazón/pulmón porcino in situ (C). En (D) ilustra las fracturas costales por exceso de tracción ocasionado por el Finocchieto similar a una situación real.
Digitalización 3D de torso cadavérico
Para la elaboración del torso se realizó el modelamiento tridimensional y digitalización de un torso cadavérico fresco utilizando tomografía computada y scanner 3D (Creaform 3D). Se utilizó tejido cadavérico por las altas dosis de radiación necesarias para obtener imágenes de alta definición y por permitir la realización de una toracotomía para estudiar la retracción exacta de los tejidos con la exposición quirúrgica. Tras la aprobación del comité de ética y bioseguridad, el cadáver fue seleccionado para asegurar la representatividad de la realidad local, seleccionándose un torso femenino de 34 años con IMC de 28 kg/m2 y sin antecedentes quirúrgicos. Posterior a la tomografía basal, se realizó una toracotomía anterolateral y se escaneó con un finochetto sintético a fin de evaluar la distorsión de la anatomía y de los distintos tejidos a la deformación (Figura 2). Luego, se reconstruyó la imagen 3D mediante el software Mimics 3D® el que permite, además, separar los diferentes tejidos en planos separados (Figura 2). Tras la reconstrucción digital se diseñaron los bordes del modelo, además, de las cavidades internas.
Torso principal
El torso principal se realizó inicialmente en madera para crear el molde para, posteriormente, construirlo en poliestireno de alto impacto (de 3 mm de grosor). Para el fresado en 3D en madera se utilizó tecnología de diseño guiado por computador (computer numerical control, CNC). Esta tecnología talla robóticamente el modelo en madera en base a las imágenes computacionales (Figura 3).
Figura 3 Distintos segmentos del simulador de trauma de tórax. En base a las imágenes y modelo 3D se realizó: Fresado robótico de molde en madera (A), impresión 3D de componentes sólidos (B), preparación y armado de componentes sintéticos (C y D).
El torso se construyó con 2 segmentos: anterior y posterior. El segmento anterior proporciona los reparos anatómicos topográficos y cuenta con una fenestra en la región torácica lateral izquierda para ubicar el parche de pared costal usado para el entrenamiento de una toracotomía (Figura 1). El segmento posterior estaba divido en 2 espacios por un diafragma que además aporta estabilidad a la compresión abdominal. En el abdomen del modelo se montó un sistema recolector de sangre simulada para utilizar tejidos perfundidos. En los costados del modelo se ubicaron aperturas para la salida de conexiones a tubos para ventilar y perfundir los tejidos de animales utilizados dentro del modelo (Figura 4).
Parche de pared costal desechable
El parche de toracotomía se observa en la Figura 4D y cuenta con costillas, cartílagos y tejidos blandos cubiertos por una capa de piel sintética. A partir de las imágenes de TC se elaboraron moldes de costillas, esternón y cartílagos impresos en 3D en poliuretano con carga (impresora 3D Stratasys Objet 260 Connex y Zortrax M200). Las costillas fueron, posteriormente, incluidas en los tejidos blandos: músculo intercostal y tejido subcutáneo y cubiertas por una lámina de piel sintética. Estos tejidos fueron confeccionados con distintos materiales para representar con fidelidad la resistencia al corte y tracción de cada uno de ellos (silicona de caucho y ecoflex TM Gel30). Las costillas permiten la fijación del parche de pared costal y se anclan por anterior al esternón y al segmento posterior. El costo de recambio de cada parche es de 30.000 pesos chilenos.
Tejido cardiaco y pulmonar ex vivo
Al interior del torso se ubicó un corazón porcino ex vivo con lesiones penetrantes en aurícula y ventrículo izquierdo y un pulmón porcino con lesiones transfixiantes a los que se acceden mediante la toracotomía anterolateral realizada en el parche (Figura 1). El corazón es perfundido mediante una bomba roller que genera un flujo pulsátil de hasta 5 L/min de sangre artificial. La inyección genera el efecto de latido cardiaco a 120-140 latidos por minuto. La sangre artificial cae dentro del modelo hacia el reservorio abdominal para luego recircular, permitiendo sangrado ilimitado. El pulmón es ventilado por un tubo orotraqueal utilizando un ambú manual o una máquina de anestesia. La ventilación permite evaluar la neumoestasia del pulmón posterior a la sutura.
Discusión
Se presenta un modelo de alta fidelidad para el entrenamiento y evaluación de habilidades quirúrgicas en trauma torácico. El simulador permite realizar una toracotomía anterolateral paso por paso seccionando piel, subcutáneo, músculo y pleura además de instalar correctamente un Finocchietto, para separación costal. Dentro del simulador se instalan tejidos animales que le dan mayor realismo a la reparación cardiaca y pulmonar. Su elaboración a partir de imágenes de un cadáver asegura la fidelidad de los reparos anatómicos. Además, la metodología empleada permite replicar a futuro el mismo proceso de elaboración para obtener modelos de otras poblaciones como, por ejemplo, pacientes obesos o pediátricos.
Existen múltiples modelos de simulación para trauma torácico en la literatura, sin embargo, la mayoría de estos son poco costoefectivos para el entrenamiento31,33. Los modelos animales y cadavéricos si bien son de alta fidelidad, son de costo elevado y de difícil acceso para muchos centros; los modelos sintéticos son de menor costo, pero no logran una representación realista de los tejidos. En el modelo presentado se combina material sintético con tejidos animales preservando el realismo de los tejidos y el bajo costo y accesibilidad del material sintético.
La incorporación en el diseño de un parche de pared costal reemplazable y desechable es un elemento clave para asegurar bajos costos de operatividad. Permite que cada usuario del modelo practique la toracotomía sin necesidad de recambiar el torso completo. Además, la elaboración de moldes impresos en 3D, si bien son costosos en un inicio, permiten replicar a bajo costo los parches de pared costal (costillas, cartílagos, etc.).
Las limitaciones de este modelo incluyen su dependencia en tejidos animales para el manejo de lesiones pulmonares y cardiacas. La validación de su uso como modelo de evaluación y entrenamiento en cirugía está actualmente en investigación.
Conclusión
En este trabajo se presenta un modelo de entrenamiento de trauma de tórax de alta fidelidad realizado en base a imágenes de un torso cadavérico, impresión 3D y tejidos animales. Los elementos principales del simulador son reutilizables y permiten mantener bajos los costos de entrenamiento.
