Three-dimensional technologies used for patient specific applications in orthopedics

Abstract

Background: Three-dimensional (3D) technologies have numerous medical applications and have gained a lot of interest in medical world. After the advent of three-dimensional printing technology, and especially in last decade, orthopedic surgeons began to apply this innovative technology in almost all areas of orthopedic traumatic surgery. Objective: The aim of this paper is to give an overview of 3D technologies current usage in orthopedic surgery for patient specific applications. Methods: Two major databases PubMed and Web of Science were explored for content description and applications of 3D technologies in orthopedic surgery. It was considered papers presenting controlled studies and series of cases that include descriptions of 3D technologies compatible with applications to human medical purposes. Results: First it is presented the available three-dimensional technologies that can be used in orthopedic surgery as well as methods of integration in order to achieve the desired medical application for patient specific orthopedics. Technology starts with medical images acquisition, followed by design, numerical simulation, and printing. Then it is described the state of the art clinical applications of 3D technologies in orthopedics, by selecting the latest reported articles in medical literature. It is focused on preoperative visualization and planning, trauma, injuries, elective orthopedic surgery, guides and customized surgical instrumentation, implants, orthopedic fixators, orthoses and prostheses. Conclusion: The new 3D digital technologies are revolutionizing orthopedic clinical practices. The vast potential of 3D technologies is increasingly used in clinical practice. These technologies provide useful tools for clinical environment: accurate preoperative planning for cases of complex trauma and elective cases, personalized surgical instruments and personalized implants. There is a need to further explore the vast potential of 3D technologies in many other areas of orthopedics and to accommodate healthcare professionals with these technologies, as well as to study their effectiveness compared to conventional methods.

3D printing in the medical field

“…La impresión 3D también ha supuesto un avance en la industria farmacológica, dado que el uso de biomateriales permite la liberación de biomoléculas como antimicrobianos, biometales o factores de crecimiento; lo cual se ha convertido en una ventaja debido a que la continua liberación de fármacos controlada es eficaz para su administración. (9,10) El desarrollo de los dispositivos implantables que permiten la liberación dosificada de medicamentos, ha permitido crear incluso triple terapias -captropil, nifedipina glipizida-. (10) La biompresión tridimensionada ha llegado a niveles tan complejos como la creación tejidos de neuronas, riñones, músculo esquelético y hepático.…”

“…(9,10) El desarrollo de los dispositivos implantables que permiten la liberación dosificada de medicamentos, ha permitido crear incluso triple terapias -captropil, nifedipina glipizida-. (10) La biompresión tridimensionada ha llegado a niveles tan complejos como la creación tejidos de neuronas, riñones, músculo esquelético y hepático. El enfoque futuro de este método de impresión reside en la viabilidad celular para componer hueso y tejidos blandos carentes.…”

“…En este punto cobran utilidad las herramientas creadas con impresión 3D para la Educación Médica, dado que favorecen la enseñanza a residentes, la superación de especialistas e incluso el desarrollo biomédico de estudiantes con la creación de piezas que doten de experticia a los interesados, debido a que así tendrían retratos fieles que permitan la mejoría, mantenimiento o nacimiento de habilidades quirúrgicas. (12,13) En el desarrollo quirúrgico de la medicina, la impresión 3D ha permitido con el uso conjunto de equipos radiológicos, la manufactura de instrumentos que son personalizados para realizar intervenciones controladas simplificadas que permitan la reducción del costo hasta en 10 veces su precio en el mercado actual con la tecnología tradicional, lo cual logra que los países subdesarrollados, obtengan beneficios con esta industria (8,9,10). En el campo de la Ortopedia y Traumatología, los modelos impresos han demostrado una notable superioridad en cuanto al uso de imágenes, aún con el formato tridimensionado, por lo que ha permitido planificar la resección de tumores o el tratamiento de afecciones del sistema osteomioarticular (14).…”