Introducción

En este trabajo estudiamos la capacidad y viabilidad del uso de impresoras 3D para la elaboración de prótesis que permitan a animales, en este caso a perros, recuperar la movilidad parcial o completa que hayan perdido a causa de la pérdida de alguna de sus extremidades. Estudiamos algunos de los materiales que pueden ser usados para la elaboración de las prótesis, así como las especificaciones que deba tener la impresora 3D que se encargará de fabricar dichas prótesis (¹).

La selección de este tema responde a la curiosidad del autor por conocer más sobre la tecnología de las impresoras 3D, sus aplicaciones y conocer más sobre la forma en que esta tecnología puede ayudar tanto a animales como a personas (²).

La metodología del informe es puramente investigativa y teórica, basada en la investigación y recolección de información de diversas fuentes que permitan un mejor entendimiento del tema desarrollado en este informe. Por lo tanto, el informe presenta un diseño no experimental transversal exploratorio.

Para la elaboración de este informe la principal fuente de información fueron las búsquedas por internet y el acceso a revistas y noticias tanto online como físicas.

Materiales y Métodos

Para el desarrollo de este informe se utilizó el método científico, el cual es un proceso sistematizado para recolectar información, documentarla y analizarla para su posterior validación. El desarrollo del trabajo consta de 6 etapas las cuales se explican a continuación (la sexta etapa no será mencionada, pues está relacionada con la difusión del informe, o sea, el presente artículo de publicación).

La inquietud que se desea resolver la investigación, trata sobre si es viable la elaboración de piezas prostáticas para animales caninos utilizando las impresoras 3D. Por lo tanto, el objetivo del trabajo fue investigar la viabilidad de la elaboración de prótesis para canes usando las impresoras 3D para ser utilizadas como alternativa a las prótesis estándar actuales.

Para ello, los investigadores decidieron investigar las impresoras 3D disponibles y algunas de sus aplicaciones para ser usadas en la cirugía de animales caninos, algunos de los materiales que pueden ser utilizados con las impresoras 3D para elaborar las prótesis personalizadas y adecuadas a cada paciente, así como comparar los materiales utilizados por las impresoras 3D en la elaboración de prótesis para determinar el rendimiento de cada sistema evaluado para elaborar prótesis caninas de uso quirúrgico.

Como la mayoría de los trabajos científicos se debió plantear una hipótesis, la misma tenía como premisa: “Las prótesis para perros elaboradas con las tecnologías actuales de impresoras 3D estarían hechas a la medida del paciente entonces serían por su disponibilidad técnica y costo económico accesibles para el desarrollo de cirugías en pacientes caninos”.

Cuando se tuvo definido el problema y la hipótesis sobre la cual giraría la investigación, fue requerido definir las herramientas, métodos por utilizar, las mismas fueron divididas en tres grandes grupos: recolección de fuentes primarias, recolección de fuentes secundarias, así como los elementos o instrumentos utilizados en la intervención.

Recolección de datos de fuentes primarias. El objetivo del trabajo fue conocer si es factible con las alternativas actuales del mercado (año 2015) fabricar prótesis para canes utilizando las impresoras 3D. Para ello, se procedió a investigar empresas que ya hubieran trabajado con esta tecnología; así como el realizar entrevistas de campo a médicos cirujanos veterinarios que ya hubieran tratado a sus pacientes con alguna prótesis fabricada con una impresora 3D.

Recolección de datos de fuentes secundarias. Se utilizó sitios técnicos sobre tecnologías de impresión 3D disponibles en la web; ya que esta tecnología aún no tiene gran presencia a nivel del mercado de Costa Rica.

Para comprender mejor como puede ser ésta tecnología de impresión 3D, se procedió con una revisión bibliográfica con respecto a los documentos técnicos (hojas de especificaciones y datos técnicos) de diversas impresoras 3D y de los materiales que pueden ser usados con las mismas; de manera que los resultados pudiesen ser comparables y permitiendo analizar las características de cada dispositivo de impresión de manera individual (³), (⁴).

Instrumentos de medición. Se procedió con la creación de cuadros sobre características técnicas, rendimientos, materiales de impresión utilizados, de manera que pudiesen compararse diferentes modelos de impresión seleccionados para el estudio. Ello permitió al investigador definir las características de las prótesis elaboradas con impresoras 3D, compararlas con respecto a algunos tipos de prótesis ya existentes en el mercado. Adicionalmente, se suministran y compararon diferentes modelos de impresoras 3D, las materias primas utilizadas, así como las aplicaciones de software requeridos para su funcionamiento; ello permitió conocer a profundidad los requerimientos mínimos para poder elaborar prótesis y estimar los costos de elaboración de una unidad prostática (⁵), (⁶).

Aplicación de los instrumentos de medición. Para esta actividad utilizamos los datos presentados en las hojas de datos de las diferentes impresoras y materiales analizados, así como las especificaciones presentadas por los softwares en sus páginas de internet oficiales para poder completar cada uno de los rublos montadas en los diferentes cuadros comparativos.

Resultados

Los datos recolectados permiten estimar el uso de las aplicaciones de la tecnología de impresión en 3D; y con esto se logra considerar a ésta tecnología como una alternativa en el uso de las prótesis para la medicina animal en el ámbito de la ortopedia canina, pero que pueden ser extrapolados al ámbito humano también.

Análisis de resultados

Opciones de Sistema de impresión 3D para la fabricación de prótesis para cirugía ortopédica en caninos.

El cuadro 5 muestra las diferentes combinaciones de impresoras, materiales y software que resultan como más acertadas para el diseño y fabricación de prótesis para caninos; lo anterior con base en la información generada en los cuadros 1, 2, 3 y la comparación de cualificaciones técnicas generada en el cuadro 4. La selección de las 3 opciones está basada en la combinación de criterios costo, siendo la primera la combinación más barata y la última la más cara.

Se realizó la comparación de acuerdo al costo, ya que es el rubro donde las prótesis elaboradas en 3D tienen mayor diferencia con las prótesis estándar. En el cuadro 5 que realiza la integración y comparación de opciones de fabricación; sin embargo, no se tomó en consideración los materiales metálicos ya que las impresoras para estos materiales son de un costo muy elevado. De manera análoga no se consideró el software solidworks que es uno de los líderes del mercado por el alto costo de sus licencias.

Opción 01 para Sistema de impresión de prótesis 3D. En la primera combinación tenemos la impresora Prusa i3 Hephestos, con una capacidad de impresión de monoextrusor y monocromático, y utiliza como material para impresión el TCP FELX como se muestra en la cuadro 5; además, presenta el precio más accesible con respecto a las impresoras del estudio con un valor de US$ 699.99, junto con los software de trabajo cuyas licencias son gratis (Firmware derivado de Marlin, Entorno recomendado: Cura Software, Slic3r, Repetier, Kisslicer) y el precio del material no es muy elevado. El software de diseño le permite a la persona diseñar sus propias piezas (prótesis) y ya que el precio de las impresoras y el material no son muy altos como se muestra en el cuadro 3. Los dueños pueden elaborar sus propias prótesis para sus mascotas. Sin embargo, deberán buscar asistencia de algún veterinario para asegurar que el diseño sea adecuado para el can.

Figura 1 Prótesis de extremidad inferior canina con impresión 3 D. Fuente: www.hashem-alghaili.com/#science/3dprintdods 

Opción 02 para Sistema de impresión de prótesis 3D. En la segunda combinación tenemos la Witbox con un precio de US$ 1.690 a US$ 1.999, esta permite un área de impresión mayor y mejor compatibilidad de software (Firmware Marlin preconfigurado, Hosts compatibles Repetier, Pronterface, Cura, ReplicatorG, Slic3r (recomendado y preconfigurado), Skeinforge) y materiales de impresión (Mono extrusor, monocromático) y utiliza como material para impresión el HDPE, como se muestra en el cuadro 5. El software de impresión requiere de la compra de una licencia, pero el costo es muy bajo y el software posee mejores herramientas de diseño e impresión. Sin embargo, la impresora es compatible con otros softwares, incluyendo aquellos que son gratis, lo cual puede generar una ventaja comparativa para si el fabricante tiene una limitación con respecto a los costos de inversión. El software de modelado también es gratis, pero posee mejores herramientas de modelado que los disponibles para la impresión de la Opción 01 (Prusa i3 Hephestos y sus licencias). Además, tiene una versión “PRO” la cual le permite agregar funciones adicionales por la compra de la licencia; lo cual le permitiría al fabricante ir realizando una inversión escalonada en su equipo de fabricación 3D. El material es más fuerte que el presentado en la opción 01 y los acabados son más profesionales.

Opción 03 para Sistema de impresión de prótesis 3D. La tercera combinación presenta la impresora CubePro, esta es la opción más cara con un valor de US$ 2.899, pero ofrece la mayor área de trabajo, así como su propio software dedicado de modelado (Cubify Invent) e impresión (CubePro converter software). El material ofrece las mejores características para elaborar una prótesis y el software de diseño Cubify Invent posee herramientas de modelado más complejas para que los modelos sean lo más precisos posible, para ello utiliza como material para impresión el Ninja Flex, como se muestra en el cuadro 5.

Como podemos apreciar las impresoras 3D ofrecen diferentes combinaciones de sistemas, materiales y software, por lo que tanto dueños como empresas pueden elaborar las prótesis a su medida y con los elementos que crean necesarios, siempre teniendo en cuenta la supervisión de un experto en medicina veterinaria, como lo es el médico veterinario, de preferencia especialista en Cirugía Ortopédica Canina, por ejemplo.

Por lo tanto, a partir de la información recolectada y analizada en el presente estudio; cada vez que se deseé realizar la elaboración de una prótesis con el uso de impresoras 3D se tendrá que estudiar los materiales por utilizar, ya que para realizar las prótesis deben de poseer características específicas de acuerdo al modelo de impresora y aplicación de software seleccionadas.

Sin embargo, si la selección es adecuada, las unidades fabricadas serán similares usados en las prótesis comerciales, con valores de durabilidad y flexibilidad similares.

Implementación de las prótesis en animales. Debido al alcance exploratorio de esta investigación, el conocimiento de que las prótesis impresas en 3D funcionan en los canes se obtuvo gracias a las historias de perros como Derby y Turboroo, los cuales fueron tratados exitosamente con las prótesis 3D. Sin embargo, no se realizó la revisión de casos de estudio para pacientes a nivel de Costa Rica. Se espera que, en un futuro cercano nuevas líneas de investigación puedan reunir datos sobre la aplicación de la tecnología descrita en casos fabricación y cirugía ortopédica veterinaria en Costa Rica. Lo anterior desarrollado por parte de expertos y especialistas en el área, quienes puedan complementar los datos de uso práctico a esta revisión de tecnologías disponibles para el uso de impresión 3D en asistencia ortopédica. Un ejemplo en Costa Rica fue la prótesis generada en el año 2015 al Tucán de Grecia (²¹), (²²).

Conclusiones

La facilidad de algunas aplicaciones de software para diseño de modelos 3D, permiten elaborar prótesis tanto funcionales, como estéticas que se acoplarían más fácilmente al can ya que se pueden diseñar basándose en la forma de la extremidad o la parte donde se ubicará la prótesis.

Un aspecto por destacar es que los mismos propietarios de los sistemas de fabricación 3D, serán capaces de realizar las prótesis, requiriendo el acompañamiento de un profesional en medicina veterinaria y/o fisioterapia canina para el proceso de rehabilitación.

Gracias a esto, los tiempos de prueba y error; así como las modificaciones de las prótesis se darán en periodos de tiempo más cortos. Pues los dispositivos de impresión permitirán tiempos más cortos de recuperación para los pacientes caninos que las utilicen.

Finalmente, en caso de que no se puedan conseguir las impresoras o no se posea el conocimiento para manejar el(los) software(s) de modelado, ya existen empresas que trabajan la tecnología del modelado e impresión en 3D, siendo entre las más conocidas 3Dsystems, la cual participó en la creación de un par de prótesis para un perro llamado Derby, o también empresas dedicadas exclusivamente a la elaboración de prótesis con impresoras 3D como la empresa Orthopets.

La tecnología de la impresión en 3D permite elaborar prótesis de manera rápida y eficiente, hechas a la medida y, a un costo menor que las prótesis tradicionales. Ciertamente, manteniendo las mismas características estructurales que tienen las prótesis estándar .(²²)