Cómo citar: Navarro D, Meléndez G, López C. Caracterización de defectos óseos craneofaciales con software de
reconstrucción tridimensional y tecnología CAD/CAM. Ciencia e Innovación en Salud. 2021. e111: 001-012 DOI
10.17081/innosa.111
Caracterización de defectos óseos craneofaciales con software de
reconstrucción tridimensional y tecnología CAD/CAM
Craniofacial bone defects characterization with tridimensional
reconstruction software and CAD/CAM technology
Diana Carolina Navarro León
1
, Genny Liliana Meléndez Flórez
2
y Clara Isabel López Gualdrón
2
1
Hospital Universitario de Santander (HUS). Bucaramanga, Colombia
2
Universidad Industrial de Santander (UIS). Bucaramanga, Colombia
*Dirigir correspondencia a:dicanale@hotmail.com
RESUMEN
Introducción: Analizar y describir las características óseas en pacientes con defectos óseos
cráneo-faciales complejos, utilizando un software de reconstrucción tridimensional. Determinar
la utilidad y aplicabilidad en el planeamiento y tratamiento quirúrgico de los pacientes.
Métodos: Se realizó muestreo poblacional de pacientes con defectos óseos cráneo-faciales
complejos tomando datos de historia clínica y tomografías computarizadas, determinando las
características físicas y densitométricas de los huesos y realizando el análisis diagnóstico y
planeación de tratamiento. Se realizó recolección de datos y posterior análisis usando el
software Stata 12.0, cuantitativo y cualitativo, demostrando significancia estadística con prueba
de chi2. Resultados: Se recolectó información de 50 pacientes de los cuales el 70%
correspondían a hombres, la edad promedio fue de 37 años, la causa más frecuente fue
traumática secundaria a accidente de tránsito, el hueso comprometido en la mayoría de los
pacientes fue la mandíbula y el tamaño del defecto llego a ser hasta de 234 mm. El análisis de
los pacientes con software de reconstrucción tridimensional permitió crear un algoritmo de
enfoque diagnóstico y tratamiento. Se muestran algunos casos. Conclusiones: La utilidad de
la implementación de tecnología CAD/CAM en el manejo de reconstrucciones óseas cráneo-
faciales está demostrada, representan un alto costo para el paciente y el sistema de salud. Es
posible mediante la implementación de software gratuitos y el trabajo multidisciplinario con
servicios como biomedicina, diseño industrial e ingenierías, aplicar esta tecnología en
pacientes, aprovechando sus beneficios en la reconstrucción de defectos complejos así como
disminuyendo sus costos
Palabras clave: Reconstrucción 3D; cráneo-facial; planeamiento quirúrgico; CAD/CAM,
análisis óseo; impresión 3D.
Proceso Editorial
Recibido: 20 01 20
Aceptado: 11 11 20
Publicado: 21 01 21
ABSTRACT
DOI 10.17081/innosa.111
©Copyright 2021.
Navarro
1
et al.
Background: To analyze and describe the bone characteristics in patients with complex
craniofacial bone defects, using a three-dimensional reconstruction software. Methods:
Population sampling of patients with complex craniofacial bone defects was performed, taking
data from the clinical history and computerized tomography, determining the physical and
densitometric characteristics of the bones and performing the diagnostic analysis and treatment
planning. Data collection and subsequent quantitative and qualitative analysis were performed
using the Stata 12.0 software, demonstrating statistical significance with chi2 test. Results:
Information was collected from 50 patients of which 70% were male, the average age was 37
years, the most frequent cause was trauma due to traffic accident, the bone involved in most of
the patients was the jaw and the size of the defect reached up to 234 mm. The analysis of the
patients with three-dimensional reconstruction software allowed to create an algorithm of
diagnostic approach and treatment. Some cases are shown. Conclusions: The utility of CAD /
CAM technology and 3d reconstruction in the analysis and description of craniofacial defects is
demonstrated now days, they represent a high cost for the patient and the health system. It is
possible through the implementation of free software and multidisciplinary work with services such
as biomedicine, industrial design and engineering, to apply this technology in patients, taking
advantage of its benefits in the reconstruction of complex defects as well as reducing their costs.
Keywords: 3D Reconstruction, craniofacial, surgical planing, CAD/CAM, bone analysis, 3D
printing.
2
I. INTRODUCCIÓN
La conformación tridimensional del macizo cráneo-facial determina una reconstrucción compleja
y exigente. Los pacientes con defectos óseos cráneo-faciales requieren un manejo integral y
resultados tanto funcionales como estéticos ideales que permitan restaurar no solo la apariencia
armoniosa sino la funcionalidad, lo cual otorga un papel primordial a la implementación de
ayudas y herramientas tecnológicas que permitan el adecuado y preciso tratamiento de este tipo
de pacientes (1).
La aplicación de tecnologías emergentes como la tecnología de Diseño y Manufactura asistida
por computación con sus siglas en inglés CAD/CAM (computer assisted design/ Computer
assisted manufacturing), y la introducción y participación de las ingenierías biomédicas en el
tratamiento de pacientes con defectos óseos cráneo-faciales complejos ha tenido un crecimiento
exponencial en las últimas décadas, facilitando no solo el manejo de dichos pacientes sino
también impactando el tiempo operatorio, precisión en procedimientos y resultados, posibilidad
de medición y confirmación, diseño de dispositivos, herramientas e implantes a la medida
específica del paciente teniendo en cuenta las características óseas del mismo (2) (3) (4) (5).
En nuestro medio no hay datos disponibles de las diferentes características sociodemográficas
de la población con defectos óseos craneofaciales complejos, así como de las características
geométricas, anatómicas y biomecánicas de estos. Sin embargo, es una patología prevalente y
un sin número de pacientes se podrían beneficiar de la implementación de estas tecnologías
para diagnóstico y tratamiento (6)(7) El acceso a estas tecnologías, es difícil debido a las
limitaciones del sistema de salud, a su alto costo, los trámites administrativos y la falta de
especialistas formados y capacitados en el uso de la tecnología CAD/CAM, por lo cual el diseño
de flujogramas de manejo y herramientas de bajo costo es de gran utilidad.
El presente estudio tiene como objetivo la caracterización de los pacientes con defectos óseos
cráneo-faciales mediante el uso de software de reconstrucción tridimensional, así como
demostrar la aplicabilidad del mismo en el tratamiento de los pacientes con defectos óseos
cráneo-faciales de forma asequible, económica y de fácil implementación en un hospital público
de alta complejidad del territorio colombiano
II. MÉTODOS
2.1. Diseño del estudio. El presente es un estudio de tipo retrospectivo de alcance descriptivo,
realizado en conjunto por los servicios de Cirugía Plástica y Diseño Industrial de la Universidad
Industrial de Santander, se determinó la población, se obtuvo datos de la historia clínica y
tomografías realizadas, realizando un análisis del diagnóstico a su ingreso y tratamiento
propuesto, no se plasma seguimiento de los pacientes a corto ni largo plazo en el presente
estudio, datos que podrán ser objeto para futuras publicaciones.
2.2. Población, muestra y protocolo de muestreo. Debido a la ausencia de datos sobre esta
patología, desconocimiento de nuestra población, se seleccionaron los pacientes con defectos
óseos cráneo-faciales complejos, con indicación de manejo quirúrgico, del Hospital
3
Universitario de Santander, los cuales podrían estar en manejo por los servicios: neurocirugía,
cirugía maxilofacial, otorrinolaringología, cirugía de cabeza y cuello y cirugía plástica, durante
un periodo de 12 meses entre enero y diciembre de 2017, para su análisis y descripción.
2.3. Evaluación de datos clínicos. Se tomaron datos de la historia clínica de cada paciente
incluyendo información sociodemográfica, diagnóstico y antecedentes y datos específicos de
las características del defecto óseo craneofacial.
2.4. Estudios tomográficos. Se obtuvo copia de tomografía computarizada con protocolo:
cortes de menos de 1 mm, axiales, coronales y sagitales, y reconstrucción tridimensional. Se
excluyeron del estudio pacientes con tomografías que no cumplieran el protocolo descrito. Las
tomografías fueron analizadas con software de reconstrucción tridimensional gratuito:
Rhinoceros.4, realizando caracterización del defecto óseo en cuanto a tamaño, características
biomecánicas y densitométricas; se realizó planeamiento quirúrgico y diseño de instrumentos
de utilidad para el tratamiento del paciente, previa creación de protocolo institucional para el
manejo de pacientes con defectos óseos cráneo-faciales complejos. Los instrumentos creados
para la realización de los procedimientos quirúrgicos fueron impresas en la impresora
tridimensional VOXEL BGA del laboratorio de Diseño Industrial, usando como materia prima
resinas de grado médico: Acido poliláctico (PLA) y polimetilmetacrilato (PMMA).
2.5. Análisis estadístico. El análisis se realizó usando el software Stata 12.0. Se procesaron
las variables cuantitativas a las que se les determino medias, medianas, desviación estándar
y rangos intercuartílicos. Las variables cualitativas se analizaron con frecuencias absolutas y
porcentajes. Se realizó una comparación por grupos de edad (mayor o menor de 20 años) y
por sexo a través de Mann-Whitney o Fisher). Se evaluó la asociación empleando Chi
2
.
2.6. Aspectos éticos. Todos los procedimientos realizados en humanos estuvieron regidos
por los estándares éticos del comité de ética institucional: Comité de Ética en investigación
científica de la Universidad Industrial de Santander (CEINCI-UIS), N° 1; y con la declaración
de Helsinki de 1964, y sus posteriores enmiendas o estándares éticos
III. RESULTADOS
Descripcion de la muestra estudiada: Se recolectaron 50 pacientes, de los cuales 35 (70%)
correspondían al sexo masculino y 15 (30%) eran mujeres, el promedio de edad fue de 36.5
años +/- 21, con rango entre 1 a 87 años y un intervalo de confianza de 30,55-42,49. La
etiología más frecuente de los defectos óseos cráneo-faciales fue el trauma, representando el
50% de los casos, Siendo las principales causas: accidentes de tránsito, heridas por arma de
fuego y heteroagresión. En cuanto al tiempo de evolución fueron más frecuentes los defectos
cráneo-faciales de tipo crónico y el 66% de los pacientes habían recibido manejo reconstructivo
previo, principalmente reducción y osteosíntesis de fracturas faciales, otros procedimientos
realizados fueron reconstrucción con injertos óseos, colgajos regionales y libres en menor
proporción. (Tabla 1)
4
Tabla 1. Características del paciente
Características del paciente
Variable
Porcentaje
%
Edad
< 20 años
20
20 – 40 años
38
41 - 60 años
26
> 60 años
16
Sexo
Femenino
30
Masculino
70
Etiología del defecto
Congénito
24
Traumático
50
Oncológico
26
Diagnóstico
Secuelas labio paladar hendido
8
Micrognatismo maxilar
10
Prognatismo mandibular
2
Micrognatismo mandibular
4
Otras malformaciones congénitas*
10
Secuelas de fracturas faciales
14
Fracturas cráneo-faciales
36
Accidentes de tránsito
34
Heridas por arma de fuego
10
Accidente laboral
6
Tumor benigno huesos de la cara
2
Tumor maligno de huesos de la cara
12
Tumor maligno de piel con compromiso óseo
14
Tiempo de evolución
Agudo¨
32
Subagudo¨
2
Crónico¨
66
Antecedente de cirugía reconstructiva previa
Si
34
No
66
Procedimiento realizado
Reducción y osteosíntesis
20
Colgajo libre
4
Colgajo regional
6
Injerto
8
Resección ósea
14
Resección ósea + Colgajo libre
4
Resección ósea + Colgajo regional
2
Resección ósea + Injerto
4
Resección ósea + Injerto + colgajo libre
4
*Microsomía hemifacial, Craneosinostosis, hendiduras craneofaciales.
¨Agudo:<=1 mes,Subagudo: 1-3 meses, Crónico >3 meses Fuente:Elaboración propia
5
Caracterización del defecto óseo: El tamaño del defecto varió entre 10-50 mm en promedio,
siendo el de mayor tamaño de 234 mm. Comprometiéndose en un 44% (22 pacientes) el tercio
inferior, el hueso que con más frecuencia estaba comprometido por el defecto fue la mandíbula
siguiéndolo en frecuencia el maxilar, malar, palatino y frontal. Al analizar la densidad ósea de
los diferentes huesos comprometidos se encontró una ligera diferencia comparando hueso
cortical con esponjoso, sin ningún impacto en cuanto a manejo. El coeficiente de elasticidad
(capacidad de deformación) del hueso fue mayor en el de tipo esponjoso que el cortical. (Tabla
2). En la Tabla 3. Se expone el análisis descriptivo de las variables cuantitativas del estudio.
Tabla 2. Características del efecto óseo
Características del defecto óseo
Variable
MEDIA
DS
25%
50%
75%
MINIMO
MÁXIMO
Tamaño del
Defecto
Altura
31,8
20,7
16
32
38
1
111
Longitud
48,4
46,2
30
35
54
1
234
Ancho
12,7
8,93
8
12
18
1
59
Módulo de
Elasticidad
Hueso cortical
16234,22
8.626.106
14360
15311
15467
11167
75449
Hueso esponjoso
7638,6
276,708
7657
7726,01
7764
6808
7945
Densidad ósea
Hueso cortical
2,255
0,073
2,206
2,264
2,288
2
2,414
Hueso esponjoso
1,721
0,025
1,721
1,726
1,731
1,639
1,745
Variable
Número de casos (n)
Porcentaje %
Tercio facial
Comprometido
Superior
11
22
Medio
21
42
Inferior
22
44
Medio e inferior
2
4
Sup. , Med. E Inf
2
4
Hueso
Comprometido
Occipital
1
2
Temporal
4
8
Parietal
5
10
Frontal
11
22
Malar
18
36
Maxilar
15
30
Palatino
5
10
Nasal
6
12
Esfenoides
6
12
Etmoides
2
4
Lacrimal
1
2
Mandíbula
22
40
Fuente: Elaboración propia
6
Tabla 3. Variables cuantitativas: Análisis descriptivo
.
Variables
Media, DS
IC 95%
Edad
36.52 ± 21
30,55-42,49
Altura del defecto
31.8 ± 20.7
25,39543 - 37,16457
Longitud del defecto
48.4 ± 46.2
35,26874 - 61,57126
Ancho del defecto
12.7 ± 8.93
10,17999 - 15,26001
Densidad ósea del hueso cortical
2.255 ± 0.073
2,2344 - 2,276286
Densidad ósea del hueso
esponjoso
1.721 ± 0.025
1,713921 - 1,72819
Módulo de elasticidad del hueso
cortical
16234,22 ± 8626,106
13782,71 - 18685,73
Módulo de elasticidad del hueso
esponjoso
7638,6 ± 276,708
7559,96 - 7717,24
Fuente:Elaboración propia
Flujograma de manejo propuesto: Se creó un algoritmo basado en búsqueda bibliográfica de
estudios similares con algoritmos propuestos, para implementar el uso de planeamiento quirúrgico
virtual y tecnología CAD/CAM en la institución, dando un valor agregado a este estudio, facilitando el
enfoque diagnóstico y tratamiento de los pacientes en una institución pública de tercer nivel de
atención, referente del Nororiente Colombiano. (Figura 1). En las Figuras 2-5, se esquematizan
algunos de los casos clínicos analizados a través del protocolo de manejo creado, con el fin de
proponer un posible tratamiento.
Figura 1. Resumen de proceso clínico efectuado a pacientes con defectos óseos cráneo-
faciales complejos aplicando planeamiento quirúrgico virtual y tecnología CAD/CAM
Fuente: Elaboración propia
7
Figura 2. Paciente con Ameloblastoma mandibular, se realiza planeamiento quirúrgico
virtual, simulación de resección oncológica y diseño de guías de corte.
Fuente: Elaboración propia
Figura 3. Paciente con pérdida de proyección malar izquierda, secuelas de fractura orbito
malar por heteroagresión, se diseña implante a la medida con imagen en espejo del lado
contralateral.
Fuente: Elaboración propia
8
Figura 4. Paciente con hipoplasia y retrognatismo maxilar, secuelas de Labio – Paladar
Hendido, se realiza planeamiento quirúrgico, simulación y diseño de guías de corte para
osteotomía Lefort I.
Fuente: Elaboración propia
Figura 5. Paciente con fracturas panfaciales secundarias a politraumatismo en accidente de
tránsito, se realiza reconstrucción 3d, reducción de fracturas en simulación, impresión de
modelo estereolitográfico y pre moldeamiento de placas de osteosíntesis
Fuente: Elaboración propia
9
IV. DISCUSIÓN
En la reconstrucción craneofacial, específicamente la que involucra tejido esquelético óseo, se
requiere de un amplio conocimiento anatómico y de las características del defecto que se va a
reconstruir, tanto físicas como biomecánicas con el fin de determinar la mejor opción de
tratamiento. En Colombia no se cuenta con estudios que caractericen el tipo de defectos óseos
cráneo-faciales en cuanto a información demográfica de los pacientes ni a características
específicas de los huesos comprometidos, razón por la cual este estudio es un primer paso
que nos permite conocer nuestra población y ser un punto de partida y comparación para
futuros estudios.
La información encontrada en la literatura mundial es escasa, consta en su mayoría de reporte
de series de casos, presentadas por secciones, tercios faciales comprometidos, o tipo de
huesos comprometidos, sin embargo al comparar los resultados de este estudio con dicha
información, se encontró que al igual que en los estudios disponibles, en su mayoría los
pacientes con defectos óseo cráneo-faciales son de sexo masculino, siendo en pacientes
masculinos menores de 50 años más frecuentes los defectos de origen traumático en su
mayoría secundarias a accidentes de tránsito o heridas por arma de fuego, mientras que en
aquellos mayores de 50 años la etiología tiende a ser más frecuente de origen oncológico (8).
(9) (10) (11).
La patología más frecuente en nuestra población pediátrica, similar a los resultados expuestos
por Gray R. & Cols. (12), fue de etiología congénita y a medida que aumentada la edad de los
pacientes aumento de etiología secundaria a trauma.
Se evidencia que los huesos comprometidos en mayor proporción en orden descendente son
la mandíbula, el hueso maxilar y el malar, seguidos posteriormente por los huesos del cráneo,
datos que concuerdan con la literatura mundial, (13) (14) (15). En cuanto al tamaño del defecto
óseo pocos estudios reportan el tamaño del mismo, muchos lo referencian como segmentos
del hueso comprometido como es el caso de la mandíbula o tipos de resecciones oncológicas
como sucede con el maxilar en la clasificación de Cordeiro, entre otros (11) (16) (17). En el
presente estudio el defecto óseo de mayor tamaño se encontró a nivel mandibular y era de 23
cm, correspondiente a un compromiso completo por tumor de la mandíbula, casos como estos
requieren evidentemente un análisis y planeamiento quirúrgico mucho más minucioso,
inclusive muchos autores han descritos distintos algoritmos para el abordaje de este tipo de
reconstrucciones complejas (18). La reconstrucción de cráneo tiene la más amplia experiencia
en lo referente a planeamiento quirúrgico y diseño de implantes a medida del paciente, en la
literatura el defecto de mayor tamaño encontrado es de 15 x 15 cm, reconstruido con prótesis
en titanio (19), en nuestro estudio, el defecto a nivel de cráneo de mayor tamaño fue de 11 x 8
cm.
Si bien las fracturas pan-faciales no representan como tal un defecto óseo o segmento óseo
faltante, si requieren de un planeamiento quirúrgico complejo y minucioso y además son casos
que se benefician de la aplicación de tecnología CADCAM con el fin de facilitar el tratamiento
de estos pacientes y disminuir el tiempo quirúrgico, obteniendo resultados posoperatorios más
precisos (20).
10
Es de vital importancia el análisis juicioso de las características del defecto óseo que se piensa
reconstruir, el cual debe ser muy preciso en cuanto a dimensiones y subunidades
comprometidas, además de conocer factores importantes de la población atendida, como
etiología del defecto, para poder estipular medidas preventivas, de enfoque diagnóstico
temprano y tratamiento rápido preciso y específico para cada paciente, a la medida. La
implementación de tecnología CAD/CAM, y el trabajo conjunto del área quirúrgica
reconstructiva con ingenieros y diseñadores industriales haciendo uso de dispositivos y
software de reconstrucción tridimensional permite facilitar el tratamiento de pacientes con
defectos óseos complejos, herramientas que están disponibles en nuestro medio.
Un valor agregado de este estudio es la creación de una guía de manejo institucional para el
tratamiento de defectos óseos cráneo-faciales complejos al trabajar multidisciplinariamente y
en proceso de co-creación con diseñadores industriales, con el cual se inició y aplicó el
tratamiento de defectos óseos cráneo-faciales en algunos de los pacientes del Hospital
Universitario de Santander. Al hacer la revisión de literatura referente a defectos cráneo-
faciales reconstruidos con planeamiento quirúrgico virtual y tecnología CAD/CAM, se proponen
algoritmos de manejo (11) (21) (22), también se describe tecnología de bajo costo con software
gratuitos y prototipados rápidos que reducen costos, al igual que el presente estudio (23) (24)
(25). Actualmente dicha guía se encuentra en estudio y desarrollo con el fin de ser ampliado
y organizado para poder enfocar el tratamiento de los distintos defectos óseos cráneo-faciales
por regiones y poder dar una solución más oportuna y específica a cada paciente. El presente
estudio no solamente facilitó y permitió hacer un diagnóstico más preciso y tratamiento de los
pacientes sino que además fortaleció la línea de investigación en cuanto a reconstrucción
cráneo-facial, estimulando la creación de nuevos proyectos de investigación anidados que
buscan en un futuro establecer un servicio que pueda ofrecerse no solamente a nivel local y
regional sino nacionalmente.
V. CONCLUSIONES
Con el advenimiento de la tecnología CAD/CAM, el planeamiento quirúrgico virtual y la
aplicación de estos en el área de cirugía cráneo-facial, tratamientos que en algún momento se
consideraron complejos y generaban gran morbilidad y riesgo para el paciente, además de
difícil acceso por costos y difícil consecución, hoy en día se pueden realizar con mayor facilidad
y precisión, utilizando herramientas que se encuentran disponibles de forma gratuita que
permiten el análisis, diagnóstico del paciente y además un planeamiento y simulación del
procedimiento quirúrgico para asegurar los mejores resultados.
Es además menester hacer énfasis en la importancia del trabajo en equipo multidisciplinario
no solamente entre las diferentes especialidades reconstructivas que abordan el macizo
cráneo-facial sino además la integración de áreas como las ingenierías biomédicas, diseño
industrial las cuales en las últimas décadas han tenido un rol importante en el desarrollo e
implementación de tecnologías y dispositivos que facilitan el tratamiento de los pacientes
Contribución de los autores: Conceptualización, Diana Carolina Navarro León, Genny Liliana
Meléndez Flórez.; metodología, Diana Carolina Navarro León, Genny Liliana Meléndez Flórez.;
software, Clara Isabel, López Gualdrón.; validación, Diana Carolina Navarro León, Genny
11
Liliana Meléndez Flórez, Clara Isabel López Gualdrón.; análisis formal, Diana Carolina Navarro
León.; investigación, Diana Carolina Navarro León, Genny Liliana Meléndez Flórez, Clara
Isabel López Gualdrón.; recursos, Clara Isabel López Gualdrón.; curación de datos, Diana
Carolina Navarro León, Genny Liliana Meléndez Flórez.; escritura: Diana Carolina Navarro
León.; escritura: revisión y edición, Diana Carolina Navarro león.; visualización, Diana Carolina
Navarro León, Genny Liliana Meléndez Flórez.; supervisión, Genny Liliana Meléndez Flórez.;
administración del proyecto, Genny Liliana Meléndez Flórez.; adquisición de fondos, Clara
Isabel López Gualdrón. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del
manuscrito.
Fondos: Esta investigación no recibió fondos externos.
Agradecimientos: A la Universidad Industrial de Santander, que permitió y facilitó esta
investigación con el uso de instrumentos y dispositivos del laboratorio de Diseño Industrial de
la Facultad de Diseño Industrial.
Conflictos de intereses: Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
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