Una maqueta de tu corazón en apenas cuatro horas

Los corazones humanos, al igual que sus dueños, no son iguales. Y si hablamos de órganos de niños con defectos congénitos, también pueden presentar características únicas e impredecibles que complicarían una cirugía salvadora. Para verlos y preparar una intervención, los médicos utilizan técnicas de imagen, como los rayos X o la resonancia magnética. Sin embargo, llegado el momento, solo tienen una oportunidad de tener el corazón entre sus manos. Pero, ¿y si se pudiera hacer una maqueta de ese corazón?

Ese es el objetivo de una tecnología desarrollada por médicos del Boston Children’s Hospital e ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) que permite crear una especie de maqueta o modelo tangible del corazón de cada paciente en unas pocas horas gracias a una combinación de técnicas de visión por ordenador, resonancia magnética e impresión 3D.

No es la primera vez que se utiliza la impresión 3D para fabricar modelos de corazón personalizados, pero, gracias a este nuevo enfoque, es posible realizar todo el proceso en apenas tres o cuatro horas y de manera casi automática. Así, los cirujanos pueden disponer de una réplica del corazón en el que van a intervenir de forma casi inmediata, lo que les puede ayudar a familiarizarse con las particularidades anatómicas del mismo y practicar los movimientos que van a realizar durante la operación.

Los investigadores combinan visión por ordenador, resonancia magnética e impresión 3D

"Desde luego que un modelo 3D nos ayuda", ha explicado Sitaram Emani, cirujano cardiaco en el Boston Children's Hospital. "Hemos utilizado este tipo de modelos con algunos pacientes en los que hemos realizado una cirugía virtual para simular las condiciones reales. Hacer esto nos ha ayudado en la cirugía real al permitirnos reducir el tiempo dedicado a examinar el corazón y reparar el mismo".

Para crear estos modelos, un programa de ordenador interpreta los datos de las resonancias magnéticas y los convierte en una serie de instrucciones destinadas a una impresora 3D. Los datos de una resonancia consisten en varios cientos de secciones similares a fotografías en blanco y negro que representan el objeto real. Las transiciones entre zonas oscuras y brillantes en las imágenes indican los bordes de las estructuras anatómicas.

Pero convertir esta información en instrucciones fiables para la impresión 3D presenta una serie dificultades. Por una parte, los sistemas actuales de visión por ordenador no son muy precisos y tienen problemas a la hora de determinar los límites entre distintos objetos. Por otra, en las resonancias, no todas las transiciones entre claro y oscuro representan los bordes de un objeto y hace falta el criterio de un experto humano para interpretarlas. Para suplir ambas carencias, hasta ahora era necesario segmentar las imágenes, es decir, revisar a mano cada una de las doscientas o más tomas que componen una resonancia, indicando manualmente al ordenador la forma real del corazón. Obviamente, se trata de un proceso lento que suele superar las diez horas de trabajo.

Aquí es donde entra en juego la solución ofrecida por los ingenieros del MIT. En ella se pide al experto humano que identifique los límites del corazón solo en algunas de las imágenes y el ordenador se figura el resto usando algoritmos de reconocimiento de imagen. De esta manera, identificando manualmente los límites únicamente en un diez por ciento de las imágenes, se ha conseguido una conformidad superior al 90% comparado con el método manual.

Nuestros colaboradores están convencidos de que disponer de esta tecnología va a marcar una diferencia”

"Nuestros colaboradores están convencidos de que disponer de esta tecnología va a marcar una diferencia", sostiene la profesora de ingeniería eléctrica e informática en el MIT y responsable del proyecto, Pollina Golland. “Ha sido una gran sorpresa. Creo que si me hubieran dicho que lograríamos segmentar todo el corazón a partir de únicamente ocho o diez imágenes no me lo hubiera creído”, añade. En total, el proceso de segmentación y la generación por ordenador del diseño en 3D lleva alrededor de una hora. La impresión 3D del objeto tarda unas dos horas más.

Para determinar si esta tecnología ofrece realmente una ventaja médica, a finales de este año siete cirujanos cardiacos del Boston Children´s Hospital participarán en un estudio destinado a evaluar la utilidad de la misma. Para ello usarán los datos de resonancias magnéticas de diez pacientes reales para crear maquetas de sus corazones que utilizarán para planear cirugías hipotéticas de los mismos. Luego, compararán esos planes con los casos reales para determinar si las cosas se hubieran hecho de otro modo de haber contado con los modelos 3D.

Disponer de estas maquetas ayudará además tanto a pacientes como a familias a comprender mejor las intervenciones que se les van a realizar. "Tener estas maquetas simplifica inmensamente las conversaciones con las familias, quienes a menudo se sienten confusas en materia de anatomía", comenta Emani y añade: "esto les da una referencia visual y muchos pacientes y familias han expresado que esto les permite comprender mejor sus enfermedades".