Implantes personalizados de polimetilmetacrilato (PMMA) para aplicaciones en craneoplastia

Abstract

Los implantes a la medida para aplicaciones en craneoplastias tienen el objetivo de restaurar la protección del cerebro que el cráneo proporcionaba y mejorar el aspecto de la superficie después de sufrir un traumatismo o para corregir una malformación. Los principales inconvenientes del procedimiento de craneoplastia incluyen la individualización de la geometría y las propiedades mecánicas del implante para que sea funcional. El objetivo de nuestra investigación fue proponer una metodología integrada para el dise~no biomecánico y fabricación de implantes craneales y aplicarlo a un caso de estudio de un implante personalizado craneofacial para el hueso frontal hecho con polimetilmetacrilato (PMMA) que cumpla con la geometría adecuada y las propiedades mecánicas para su funcionalidad. La primera etapa del procedimiento fue obtener los datos médicos del paciente a través de tomografía axial computarizada (TAC) y luego se realizó un procesamiento de las imágenes para crear un modelo 3D de la región de interés por medio de un software de procesamiento de imágenes. Se desarrollo el diseño del implante utilizando un software CAD y, finalmente, se utilizó la tecnología de prototipado rápido para crear el molde del implante final. La metodología utilizada nos permitió obtener un implante de acuerdo a los requerimientos geométricos y mecánicos. Del mismo modo, se observó que los costos finales de desarrollo del implante individualizado son competitivos, y permite que haya una reducción significativa del tiempo quirúrgico. Igualmente se realizó un análisis biomecánico por medio del método de los elemento finitos como validación del implante con las propiedades del PMMA. Por medio de este se pudo concluir que el PMMA proporciona las condiciones mecánicas suficientes para la protección de las estructuras cerebrales.

Abstract. Custom implants for cranioplasty applications have the aim to restore the brain protection that the skull provided and improve the surface appearance after suffring a trauma or to correct a malformation. Major drawbacks of the procedure of cranioplasty include the individualization of the geometry and mechanical properties of the implant to make it functional. The aim of our investigation was to propose an integrated methodology to biomechanical design and manufacturing of cranial implants and apply it to a case study of a craniofacial custom implant for the frontal bone made with Polymethylmethacrylate (PMMA) that meets the suitable geometry and mechanical properties for its functionality. The first process step was to obtain the medical data from the patient through computed tomography; then the images were processed to create a 3D model of the interest region by an imaging processing software; we designed the implant using CAD software and finally we used rapid prototyping technology to create the implant mold to produce the final geometry of the implant. The used methodology allowed us to obtain an implant according to the geometric and mechanical requirements. Likewise, it was observed that the final costs of developing individualized implant are competitive with surgical time savings and further there is an increased quality of the procedure. Similarly a biomechanical analysis was performed using the finite element method as a validation of the implant with the properties of PMMA. Through this it was possible to concluded that the PMMA provides sufficient mechanical conditions for the protection of brain structures.