Universidad de Ciencias Aplicadas de Tréveris

En el hospital Barmherzige Brüder de Tréveris (Alemania), los estudiantes de medicina y los médicos residentes de primer año perfeccionan sus habilidades en procedimientos quirúrgicos manuales sobre un cráneo sin que haya un ser humano o un cadáver a la vista. En su lugar, trabajan en un modelo impreso en 3D, en el que pueden practicar el fresado y punzonado del hueso del cráneo y llevar a cabo procedimientos como craneotomías, perforaciones, biopsias y técnicas asistidas por ordenador.

Este modelo impreso en 3D es el resultado de un proyecto innovador de los estudiantes de los cursos de Mechanical Engineer y Tecnología del Deporte y la Rehabilitación de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Tréveris. Anne Meier y Lena Pitz, estudiantes de Tecnología del Deporte y la Rehabilitación, trabajaron en el proyecto «HAMLET» (Aplicaciones Hápticas para el Aprendizaje, la Experimentación y la Enseñanza Médicos) en varios módulos de aprendizaje y recogieron tres premios en nombre del equipo en el concurso de ideas de Renania-Palatinado por su trabajo innovador. El equipo fue homenajeado por realizar una contribución excelente y creativa al campo de la formación médica a través de sus estudios de ingeniería.

La universidad a la que asisten, también el a 3DEXPERIENCE Center of Excellence, famoso por su plan de estudios práctico y centrado en la industria. Allí, a estudiantes como Meier y Pitz se les dota de las habilidades transferibles para pensar con originalidad. Lo más especial del Proyecto HAMLET fue que tendió un puente entre la ingeniería mecánica y la ingeniería médica, surgiendo de una idea entre la universidad y el hospital para ayudar a los estudiantes de medicina a progresar en sus estudios de neurocirugía y realizar escenarios de entrenamiento básico como biopsias de tumores cerebrales de una forma innovadora, rentable y sostenible.

«Concedemos gran importancia a la enseñanza basada en proyectos y animamos a los estudiantes a que se comprometan a resolver problemas del mundo real», dijo Michael Hoffmann, director del laboratorio» Desarrollo y Fabricación de Productos Digitales» (LDPF) en el Departamento de Ingeniería de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Tréveris.

La Universidad de Ciencias Aplicadas de Tréveris mantiene desde hace tiempo una asociación con Dassault Systèmes, gracias a la cual los estudiantes obtienen pleno acceso a la plataforma en la nube 3DEXPERIENCE para apoyar sus estudios. Una de las principales razones por las que la plataforma 3DEXPERIENCE es la tecnología elegida por la UAS de Tréveris es dar a los estudiantes acceso a las mismas herramientas que probablemente utilizarán en sus futuras carreras. Esto les dota de las habilidades que necesitan una vez que se gradúan y les prepara mejor para el mundo laboral.

«Estamos muy orientados hacia lo que utilizan los grandes», dijo Hoffmann. «La plataforma 3DEXPERIENCE es una solución interdisciplinar tan avanzada y ofrece a los estudiantes una visión completa, de principio a fin, del ciclo de vida del desarrollo de productos de proyectos estratégicos. Los alumnos aprenden a utilizar el sistema, pero también a aplicar métodos de trabajo estratégicos y metódicos. También valoramos el hecho de que esté basada en la nube para que los estudiantes puedan acceder a la plataforma en la universidad o en casa y continuar sus estudios estén donde estén». 

Hoffmann y sus colegas imparten cursos completos para ayudar a los estudiantes a dominar la gran funcionalidad de la plataforma 3DEXPERIENCE y su enfoque basado en proyectos . En el primer semestre, cubren la funcionalidad básica, incluido el diseño de piezas y conjuntos. A partir de ahí, los alumnos avanzan hacia aplicaciones más avanzadas para poder realizar proyectos más complejos como HAMLET.

«Con el apoyo de la plataforma 3DEXPERIENCE, podemos impartir enseñanza basada en soluciones y procesos y avanzar en este tipo de iniciativas de transferencia de tecnología», dijo Hoffmann. «Nuestros estudiantes reciben todas las herramientas que necesitan para ser creativos y ver sus ideas convertidas en productos acabados, que en repetidas ocasiones encuentran su camino hacia aplicaciones industriales o startups».

«Me llevó un semestre orientarme en la plataforma 3D EXPERIENCE», añadió Pitz.. «Después, tuvimos la libertad de experimentar por nuestra cuenta para el Proyecto HAMLET, que es cuando empecé a comprender lo grande y poderoso que es».  

Usando la plataforma en la nube 3DEXPERIENCE,Meier y Pitz transformaron datos de imágenes médicas clínicas anonimizadas de una tomografía computarizada en un modelo 3D. Esto constituyó la base del cráneo modular realista impreso en 3D que podía utilizarse para practicar procedimientos de neurocirugía, incluso en combinación con datos avanzados de IRM multimodal (imágenes por resonancia magnética).

«Recibimos datos DICOM (médicos) del hospital y los transformamos en un modelo 3D-CAD en la plataforma 3DEXPERIENCE», dijo Meier. «Después de preparar los datos, desarrollamos el diseño de montaje de los componentes que formarían el cráneo modular impreso en 3D con componentes intercambiables».

El cráneo final está hecho de una combinación del modelo impreso en 3D y materiales que incluyen compuestos, látex, silicona y gelatina para asemejarse a la anatomía del cráneo y el cerebro adaptados a la tarea de entrenamiento. A lo largo del proyecto, los estudiantes se comunicaron estrechamente con el departamento de neurocirugía del hospital para compartir ideas, recibir comentarios y asegurarse de que el modelo satisfacía sus necesidades específicas. Toda la colaboración se llevó a cabo en la plataforma 3DEXPERIENCE.

. «Utilizamos la plataforma 3D EXPERIENCE para crear un sólido que pudiéramos imprimir, y experimentamos mucho con distintos materiales para que pareciera hueso de verdad», dijo Pitz.

«Cuando teníamos una idea sobre un material que podíamos utilizar para el diseño de un componente concreto, podíamos construirlo y probarlo en la plataforma y compartir el modelo digital», añadió Meier. «Fue muy valioso poder conectar directamente con el hospital y tener a personas de múltiples disciplinas trabajando juntas».

Incluso utilizar modelos para la formación puede ser muy costoso y material. Los estudiantes de la facultad de medicina utilizan en la experiencia formativa el mismo instrumental y herramientas quirúrgicas que en la cirugía real, por lo que inevitablemente acaban taladrando y cortando material. Por eso, el modelo impreso en 3D debía diseñarse con componentes intercambiables para que no fuera necesario sustituirlo en su totalidad después de cada intervención.

«El cráneo en sí es la pieza más costosa y lenta de imprimir, así que nos centramos en crear piezas modulares a su alrededor que pudieran renovarse fácilmente y no resultaran tan caras de sustituir», dijo Pitz. «Utilizamos la funcionalidad de gestión colaborativa del ciclo de vida de la plataforma 3D EXPERIENCE para probar y perfeccionar cada pieza y hacer un seguimiento de cada iteración. El equipo realizó el proyecto a lo largo de un periodo de 18 meses en diferentes módulos de nuestros estudios, por lo que fue muy valioso poder gestionar y llevar un registro de todo lo que hicimos en la plataforma».

En muchos casos, los modelos digitales y la formación en realidad virtual aún no pueden sustituir al acto de practicar físicamente con un espécimen humano, sobre todo cuando se trata de hacerse una idea real de lo que se siente al realizar estos procedimientos técnicos. Sin embargo, el creciente coste de los cadáveres, por no mencionar el problema de su adquisición, transporte, conservación y eliminación, exige un enfoque más asequible y sostenible. Dr. Marcus Mehlitz, subdirector del Centro de Tumores Cerebrales y asesor principal del departamento de neurocirugía y neurocirugía pediátrica del Hospital Barmherzige Brüder, descubrió que la experiencia simulada con el modelo impreso en 3D ofrecía una representación realista de cómo se desarrollan los procedimientos de neurocirugía en el quirófano.

«Las muestras de cadáver siguen siendo el patrón oro para la formación de habilidades quirúrgicas avanzadas, pero el uso del modelo 3D puso de manifiesto los mismos problemas de manipulación que vemos en el quirófano por parte de cirujanos menos experimentados», dijo Mehlitz. «Está demostrando ser un enfoque más seguro y asequible de la educación médica que proporciona una experiencia similar a la de los cadáveres tradicionales. Mediante este proyecto, queríamos explorar el potencial de utilizar modelos impresos en 3D para aplicar los conocimientos anatómicos en un escenario de entrenamiento específico, una y otra vez. Convertirse en cirujano es cuestión de repetición y poder practicar en un entorno sin presiones como éste marca realmente la diferencia». 

Algunos procedimientos, como las biopsias de tumores cerebrales, están muy estructurados y los estudiantes pueden aprender los pasos esenciales para realizar una intervención quirúrgica con sistemas de neuronavegación, incluida la planificación, la definición de un abordaje seguro, la apertura del cráneo y el uso de equipos técnicos. Ofrecer una formación simulada realista ayuda a mostrar a los estudiantes de medicina cómo será exactamente ser neurocirujano y apoya a los residentes junior con procedimientos más avanzados. Muchos valoran la oportunidad de aprender de esta manera y el programa de neurocirugía para estudiantes de medicina recibe excelentes resultados de evaluación debido a ello.

«Para captar la atención de las mentes más brillantes y dotadas manualmente, tienes que ofrecer experiencias de primera mano que muestren en qué consiste la neurocirugía», dijo Mehlitz. «Con recursos económicos limitados, podemos hacer exactamente eso y ofrecer talleres divertidos e interactivos».

«Lo más interesante y emocionante de este proyecto fue tener la oportunidad de visitar el hospital y ver en acción lo que habíamos creado», añadió Meier. «Fue genial ver cómo se utilizaba nuestro modelo en una sesión realista de cirugía simulada».

Ahora se está trabajando para añadir nuevas funciones al modelo impreso en 3D, como la monitorización de las vías del cerebro, y apoyar otros escenarios de entrenamiento. Más allá de la formación y la investigación clínica, se espera que proyectos como éste puedan utilizarse en el futuro para apoyar tratamientos e intervenciones aún más personalizados para los pacientes.

«La realidad aumentada será una técnica estándar en el tratamiento y la formación quirúrgicos en la próxima década», afirma Mehlitz. Ser capaz de crear rápidamente modelos específicos para cada paciente podría ser una forma adicional de mejorar los resultados de los pacientes y minimizar el riesgo quirúrgico.