La manufactura aditiva, conocida informalmente como impresión tridimensional (3D), es un proceso donde se crea un objeto sólido depositando un material en capas a partir de un diseño1. Esta tecnología aplicada en el área cardiológica ha demostrado ser de gran utilidad favoreciendo e incrementando la eficiencia de la educación, el diagnóstico, la planeación de procedimientos quirúrgicos e intervencionistas, incluso la simulación de estas intervenciones, especialmente para cardiopatías congénitas1–7.

Comúnmente, los modelos impresos se producen con imágenes obtenidas de tomografía computarizada (TC) y resonancia magnética (RM). Estas tecnologías tienen como limitaciones el costo, la accesibilidad, el uso de contraste intravenoso, la sedación y la radiación ionizante1–3.

La ecocardiografía transtorácica (ETT) es el método de elección para el diagnóstico y el seguimiento de los pacientes con cardiopatías congénitas. El uso complementario de la ecocardiografía 3D ya forma parte del abordaje en la mayoría de los estudios realizados, principalmente para la valoración morfológica y, recientemente, para la valoración hemodinámica, especialmente en relación con la función ventricular8. Aunque la ecocardiografía transesofágica (ETE) tridimensional (ETE-3D) también es ampliamente usada, su aplicación está limitada en los pacientes pediátricos, ya que hasta el momento la sonda no puede ser utilizada en los pacientes con peso menor a 23kg, por lo que la impresión digital a través de este método está limitada a los pacientes mayores.

El objetivo de este trabajo fue determinar la factibilidad y la precisión de los modelos digitales e impresos a partir de adquisición de imágenes 3D obtenidas con ETT en los pacientes pediátricos con cardiopatía congénita del tipo comunicación interventricular (CIV).

Se seleccionaron 5 pacientes pediátricos estudiados en el Departamento de Ecocardiografía Pediátrica del Instituto Nacional de Cardiología Ignacio Chávez, México. Los criterios de selección incluyeron pacientes en edad pediátrica con peso menor a 23kg, que contaran con un estudio ecocardiográfico volumétrico transtorácico y que tuvieran diagnóstico confirmado de CIV. Se seleccionó un paciente con peso >23kg para realizar complemento con ecocardiograma ETE-3D. La extracción de los datos ecocardiográficos, segmentación, optimización de diseños e impresión de modelos se realizaron con los equipos del Área de Innovación Tecnológica Cardiovascular del propio Instituto. El flujo de trabajo para la obtención de los modelos impresos se muestra en la figura 1 y se describe a continuación.

Figura 1.

Flujo de trabajo para la obtención de los modelos impresos. A) adquisición de datos ecocardiográficos. B) segmentación. C) optimización de diseños. D) impresión de modelo (explicación detallada en el texto). 2D: bidimensional; 3D: tridimensional; 4D: tetradimensional; DICOM: comunicación de imágenes digitales en medicina.

El estudio ha sido aprobado por el comité de Ética para continuar con su publicación con el código identificador CI-052-2024. Se solicitó a los familiares o tutores de los pacientes los consentimientos informados que firmaron al ingreso al hospital.

Mediciones de la comunicación interventricular

Con ETT 2D, el defecto se midió en aproximación apical de 4 cámaras o eje largo paraesternal considerando esta medición como el diámetro longitudinal; para el diámetro transversal se realizó la medición en eje corto. Estas mediciones se realizaron en forma similar con las imágenes obtenidas por adquisición 3D en las vistas de superficie septal desde el ventrículo derecho. Las medidas para el modelo 3D digital e impreso se realizaron bajo la supervisión del cardiólogo pediatra ecocardiografista. Las mediciones se realizaron al final de la diástole; se replicaron las mediciones ecocardiográficas utilizando las herramientas del software Materialise, y de manera similar, en el modelo impreso se utilizó un calibrador digital (escalímetro de Vernier) para asegurar la precisión de las dimensiones (fig. 2).

Figura 2.

Mediciones de comunicación interventricular (CIV) muscular apical amplia. Se muestran vistas de ecocardiografía transtorácica tridimensional (ETT-3D) y de los modelos desde el ventrículo derecho (VD), evidenciando diámetros longitudinal y transverso. La adquisición volumétrica de los ventrículos se divide en 4 segmentos, representando la porción anterior y posterior y el septo interventricular. El modelo digital solo enfoca el defecto para poder ser medido. AD: aurícula derecha; AI: aurícula izquierda; AP: arteria pulmonar; D: derecha; I: izquierda; VI: ventrículo izquierdo.

Las edades, el peso, las modalidades de imagen y los tipos de CIV se muestran en la tabla 1 y en la figura 3, figura 4, figura 5 y figura 6. En los 5 pacientes seleccionados, fue posible realizar una reconstrucción volumétrica transtorácica y el proceso para la obtención de los modelos digital 3D e impreso. En el primer paciente, se complementó con adquisición transesofágica únicamente para comparar la definición del defecto, sin que los datos obtenidos se utilizaran para el cálculo de error absoluto entre mediciones o concordancia de estas.

Figura 3.

Proceso para la obtención de los modelos digital e impreso de una comunicación interventricular (CIV) infundibular subarterial amplia (asterisco). A) ecocardiografía transtorácica tridimensional (3D) en eje largo paraesternal que muestra el diámetro longitudinal y la relación con las sigmoideas aórticas. B) segmentación del defecto. C) modelo 3D digital. D) modelo impreso.

Ao: aorta; VD: ventrículo derecho; VI: ventrículo izquierdo.

Figura 4.

Pirámide impresa que muestra ambos ventrículos y sus válvulas auriculoventriculares. A) mitad anterior de ventrículos y septo interventricular, con línea punteada para el diámetro longitudinal y asterisco en la banda moderadora. B) superficie del septo desde el lado derecho, evidenciando la comunicación interventricular muscular apical de forma semicircular, donde se miden diámetros longitudinal y transverso (líneas punteadas). VD: ventrículo derecho; VI: ventrículo izquierdo.

Figura 5.

Proceso de obtención de modelos tridimensionales (3D) en el paciente con comunicación interventricular de entrada. A) diámetro longitudinal en ecocardiografía transtorácica bidimensional apical de 4 cámaras. B) diámetro transverso en eje corto paraesternal. C) vista del septo interventricular derecho, destacando el defecto sin la valva septal de la tricúspide. D) segmentación para delimitar bordes del defecto. E y F) modelo digital optimizado en vistas de 4 cámaras y septo derecho. G y H) medición longitudinal y transversal en el modelo impreso usando un Vernier. AD: aurícula derecha; AI: aurícula izquierda; VD: ventrículo derecho; VI: ventrículo izquierdo.

Figura 6.

Panel izquierdo: reconstrucción volumétrica ecocardiográfica de una comunicación interventricular trabecular alta desde la vista de superficie de septo izquierdo. Modelo digital (panel central) e impreso (panel derecho), se observa una diferencia entre las mediciones del diámetro transverso de entre la ecocardiografía transtorácica tridimensional y el modelo impreso, consideramos debido a la forma irregular del defecto. Ao: aorta.

Observaciones para cada pacienteCaso 1

Paciente con CIV infundibular subarterial con aorta con desplazamiento posterior. Los modelos digitales obtenidos a partir de la segmentación permitieron visualizar el defecto en su totalidad (fig. 3). En este caso, se complementó con adquisición ETE-3D, y se observó con mejor calidad de la impresión.

Caso 2

Paciente con CIV apical donde la morfología y la localización del defecto fue detallada con ETT3D desde las vistas de 4 cámaras como en las de superficie del septo interventricular derecho en el modelo digital e impreso. En las imágenes usadas para la segmentación fue posible definir el borde inferior hacia el ápex y su relación con la banda moderadora, información crucial para evaluar la posibilidad de cierre percutáneo; en el modelo impreso no se logró delimitar con precisión el borde inferior del defecto (fig. 2 y fig. 4).

Caso 3

Paciente con CIV muscular de entrada. Para una mejor definición de la morfología del defecto se eliminó en la reconstrucción ETT3D la valva septal de la tricúspide con lo que se logró apreciar en su totalidad el defecto tanto en la imagene ecocardiográfica como en el modelo digital e impreso. En esta CIV se observa que es amplia con bordes irregulares con diámetro anteroposterior mayor que el superior inferior o longitudinal y está cercano a la válvula septal tricúspide (fig. 5).

Caso 4

Paciente con CIV trabecular alta, hubo dificultades para visualizar la morfología del defecto, tanto en el modelo digital como en el modelo impreso debido a la forma irregular del defecto, por lo que requirió más tiempo en el proceso; sin embargo, se logró una adecuada correlación de las mediciones en ambos métodos (fig. 6).

Caso 5

Paciente con CIV perimembranosa parcialmente cubierta por tejido tricuspídeo. En la reconstrucción 3D con ecocardiografía se logró medir el orificio efectivo de la CIV y, al «eliminar» electrónicamente la valva septal de la tricúspide, medir el tamaño real de la CIV; sin embargo, este tejido dificultó las mediciones en el modelo digital e impreso.

Las medidas generales y el error absoluto entre las mediciones de ETT3D y los modelos digital e impreso se muestran en la tabla 1. El coeficiente de correlación entre la ecocardiografía 3D con el modelo 3D digital y el modelo impreso fue 0,953, y de 0,952, respectivamente. El error absoluto medio entre los valores obtenidos por la ecocardiografía 3D y los modelos 3D digitales fue de 0,064 (±1,62) mm, con límites de concordancia del 95% de 3,247 a −3,119. El error absoluto medio entre los valores obtenidos por la ecocardiografía 3D y los modelos impresos fue de 0,644 (±1,64) mm, con límites de concordancia del 95% de 3,856 a −2,568. En la figura 7 y la figura 8 se demuestra que no hay relación significativa entre el error y el tamaño de la medición. La prueba de la t de Student emparejada reveló que no hubo una diferencia estadísticamente significativa entre la ecocardiografía 3D y los modelos 3D digitales con un valor de p=0,904 y p=0,245 entre la ecocardiografía 3D y los modelos impresos. Estos resultados indican una alta concordancia entre las mediciones obtenidas entre la ecocardiografía 3D, los modelos 3D digitales y los modelos impresos.

Figura 7.

Se observa la concordancia entre las mediciones por ecocardiografía tridimensional (3D) y las mediciones en los modelos 3D digitales. El error absoluto medio fue de 0,064 (±1,62) mm. No hay relación significativa entre el error y el tamaño de la medición. DE: desviación estándar.

Figura 8.

Se observa la concordancia entre las mediciones por ecocardiografía tridimensional (3D) y las mediciones en los modelos 3D impresos. El error absoluto medio fue de 0,644 (±1,64) mm. No hay relación significativa entre el error y el tamaño de la medición. DE: desviación estándar.

El estudio con ETT de los defectos cardiacos congénitos es hasta ahora el método diagnóstico de elección inicial por su precisión en demostrar la morfología y la función del corazón, así como por su seguridad, bajo costo y disponibilidad. Se utiliza desde la etapa fetal hasta el paciente adulto, con la ventaja de que, en la mayoría de los pacientes pediátricos, la ventana acústica es adecuada. Actualmente en la mayoría de los estudios se complementa con ecocardiografía 3D para el mejor entendimiento de las relaciones espaciales en las diversas cardiopatías. Los nuevos transductores ecocardiográficos, junto con adelantos en software y hardware avanzados, han mejorado significativamente las imágenes 3D ecocardiográficas. Recientemente se ha incorporado al estudio de estas cardiopatías la impresión digital 3D, con la finalidad de visualizar con precisión la anatomía compleja, planificar procedimientos quirúrgicos o intervencionistas10, realizar simulaciones previas al procedimiento, mejorar la enseñanza y el asesoramiento a los pacientes y sus familias.

La impresión 3D cardiaca se realiza principalmente a partir de conjuntos de datos 3D de imágenes de RM y TC11,12 y, en algunos casos, ETT3D. Sin embargo, existe limitación en los pacientes pediátricos con peso de menos de 23kg, ya que hasta el momento no está disponible la sonda transesofágica 3D pediátrica en nuestro país. Existen algunos informes aislados del uso de ETT para obtener modelos impresos 3D13 principalmente en el estudio de la válvula tricúspide6 y en algunas cardiopatías congénitas con buenos resultados en la viabilidad y precisión del modelo impreso3,4,7,14. La ecocardiografía 3D proporciona una evaluación muy detallada de las válvulas atrio ventriculares, con alta resolución temporal y espacial en los pacientes con ventanas acústicas adecuadas. Para lograrlo, el conjunto de imágenes volumétricas debe procurar tener la resolución espacial más alta posible y la minimización de artefactos como los acústicos o de pegado, para lograr una separación definida del área de interés de las estructuras adyacentes2,3,5. Los defectos por drop-out secundarios a una débil señal de ultrasonido se presentan con mayor frecuencia en estructuras delgadas como el septo interauricular o valvas. Todos los artefactos que aparezcan en la imagen también se manifestaran en el modelo impreso1,5,15. Olivieri et al. utilizaron la ETT para obtención de datos y modelos digitales, y demostraron que al utilizar ganancias bajas y sondas 3D de mayor frecuencia se lograban obtener imágenes con mejor resolución espacial y menor posibilidad de artefactos4. Nosotros observamos que para adquisición 3D la mejor calidad de imágenes se logró con transductor matricial X5-1 y alta TVolQ.

Por otro lado, el uso de datos dinámicos permite la impresión en la fase deseada del ciclo cardiaco, y la ecocardiografía es la modalidad de imágenes 3D con la resolución temporal más alta1,13. Normalmente, para obtener modelos impresos solo se necesitan guardar las imágenes de los pacientes provenientes de TC o RM en formato DICOM e importarlos a un software de procesamiento de imágenes médicas. Uno de los obstáculos más importantes que limita la adopción generalizada del uso de modelos impresos obtenidos con datos ecocardiográficos en la práctica clínica es que los propietarios del software limitan el acceso a la información almacenada3,5,15. Se requiere el uso de software proporcionado por los mismos propietarios para importar los datos en los softwares de procesamiento de imagen.

A pesar de que se ha sugerido que la TC cardiaca y RM son los métodos de elección para impresión 3D para grandes vasos, cavidades cardiacas y defectos interventriculares7,10 y que la ecocardiografía es mejor para las válvulas auriculoventriculares y septo interauricular, decidimos en el presente trabajo estudiar la CIV aislada, ya que la variabilidad de su localización y relaciones espaciales con otras estructuras adyacentes como la banda moderadora en el ventrículo derecho en los defectos musculares o su relación con la valva septal de la tricúspide en la CIV de entrada o la válvula aórtica en las perimembranosas o infundibulares subarteriales, representan un reto en el diagnóstico ya que esta información anatómica es necesaria para definir el tipo de tratamiento, bien sea quirúrgico —para planear el abordaje— o, en su caso, el cierre percutáneo con dispositivos. Como se comentó previamente, la localización, forma y dimensiones del defecto fueron completamente valoradas con ETT 2D y 3D; en esta última, la valoración desde las vistas de superficie del septum interventricular tanto derecho e izquierdo fueron especialmente útiles para detallar la morfología y las mediciones de los diámetros longitudinal y transversal. Para el modelo digital e impreso se realizaron mediciones similares, observando que las CIV de localización de entrada o musculares son más precisas en las mediciones que los defectos perimembranosos, sobre todo en donde existía cierre parcial por tejido tricúspideo. A pesar de esto, no encontramos diferencias significativas en las mediciones entre las imágenes ecocardiográficas 3D y los modelos digitales e impresos, con una alta concordancia entre las mediciones de ambos. Esto sugiere que, en casos de cardiopatías congénitas de anatomía compleja, como en algunos tipos de doble salida de ventrículo derecho, será posible reconstruir el modelo digital a partir de ETT y definir la relación de la CIV con las grandes arterias para determinar el tipo de abordaje quirúrgico.

Se ha descrito que una de las limitaciones más importantes de la impresión 3D es la precisión de los modelos. Esta precisión depende directamente de la resolución del equipo de ecocardiografía, ya que lo que se visualiza en la pantalla es lo que se reproduce en el modelo impreso. En el caso particular del paciente 5, en donde la CIV estaba parcialmente cubierta por tejido tricuspídeo, se logró imprimir el orificio efectivo de la CIV que tenía un diámetro de 4,8mm, por lo que consideramos que la técnica es precisa, con una adecuada correlación entre las mediciones. La variación dependió de la dificultad en medir los defectos con el calibrador, ya que los modelos se hicieron en tamaño real. Aun así, la correlación fue adecuada con un coeficiente de correlación de Pearson de 0,953 entre la ecocardiografía 3D y el modelo 3D digital y de 0,952 entre la ecocardiografía 3D y el modelo impreso. Es necesaria la supervisión de la segmentación manual por un cardiólogo pediatra experto en imagen para la adecuada delimitación de los defectos.

Otras limitaciones que se han discutido en relación con la impresión digital cardiaca son el tiempo de preparación y el costo económico5,15,16. En promedio, la segmentación de los casos presentados requirió entre 4 a 6h, dependiendo de la complejidad del defecto y la calidad de las imágenes obtenidas. Adicionalmente, se requieren aproximadamente 3h para optimizar el modelo y prepararlo para su impresión. El proceso de impresión de una pirámide completa puede tardar entre 9 a 11h, tiempos similares a lo previamente reportado por Mowers et al.3. A medida que la tecnología de impresión 3D se vuelva más accesible y competitiva, es probable que los tiempos tanto de segmentación como de impresión se reduzcan progresivamente. Los costos varían de acuerdo a los modelos de las impresoras, material de impresión y licencias de software; calculamos un costo aproximado del software QLAB, la licencia anual de Mimics v24.0 y la impresora 3BL de $70,000 USD. Las resinas utilizadas pueden tener un precio aproximado de $170 USD.

Aunque las imágenes 3D han aportado grandes beneficios, su visualización en pantallas planas aún limita la apreciación real de la anatomía cardiaca, por lo que consideramos que a pesar del tiempo que se invierte y los costos, los modelos 3D con ETT son una herramienta útil y valiosa, ya que permiten obtener impresiones de calidad que son cruciales para el análisis y planificación del tratamiento en diversas cardiopatías, principalmente cardiopatías congénitas complejas y de difícil abordaje. Esta tecnología no solo ofrece la posibilidad de crear modelos físicos que proporcionan una representación tangible y reflejan la anatomía específica del paciente, sino que mejora la comprensión anatómica y las relaciones espaciales facilitando la elección de la técnica más adecuada, lo que ayuda al cirujano o intervencionista a planear el abordaje previo al tratamiento, sobre todo en cardiopatías que requieren técnicas quirúrgicas complejas, o bien como materiales para enseñanza.

Es fundamental que esta tecnología sea utilizada en centros de referencia, donde se estudian y tratan no solo cardiopatías congénitas, sino cardiopatía estructural, que requieren de cirugías y tratamientos intervencionistas de alta complejidad. Esta tecnología debe aplicarse en casos seleccionados para maximizar la información disponible para la toma de decisiones y de acuerdo con la diversidad de enfermedades y no necesariamente en forma rutinaria. En un mismo centro hospitalario dependiendo de los recursos con los que se cuenten, puede realizarse la impresión digital a través de imágenes adquiridas por TAC o RMC, o a través de imágenes ecocardiográficas las cuales además de disminuir los costos, evitan riesgos adicionales para el paciente, como la exposición a radiación. Derivado del presente trabajo podemos concluir que también es factible realizar impresión digital 3D a partir de ETT en los pacientes pediátricos con ventanas acústicas adecuadas.

Los modelos digitales e impresos 3D obtenidos a partir datos ecocardiográficos transtorácicos en los pacientes pediátricos son técnicamente factibles y reflejan con precisión la morfología, relaciones espaciales y dimensiones de los diferentes tipos de la comunicación CIV.

Los autores declaran no haber recibido financiación para la realización de este trabajo.

Los autores declaran que para esta investigación no se han realizado experimentos en seres humanos ni en animales. El estudio ha sido aprobado por el comité de Ética para continuar con su publicación con el código identificador CI-052-2024. Se solicitó a los familiares o tutores de los pacientes los consentimientos informados que firmaron al ingreso al hospital.

Durante la preparación de este trabajo los autores utilizaron ChatGPT (basado en GPT-4), desarrollado por OpenAI a fin de tener mejoras menores en la claridad, fluidez y la corrección gramatical del texto. Tras utilizar dicha herramienta, los autores revisaron y editaron adecuadamente el contenido, y asumen la plena responsabilidad del contenido de la publicación.

C. Vázquez Antona es responsable de la concepción y el diseño del manuscrito, supervisión y adquisición de datos ecocardiográficos, supervisión de la segmentación y mediciones en el modelo digital e impreso, análisis e interpretación de datos, redacción del artículo y aprobación final de la versión final.

L.A. Jiménez Salinas es responsable de la concepción del artículo, procesamiento de la imagen, segmentación, proceso de impresión 3D, toma de medidas, análisis estadístico y contribución en la redacción del artículo.

T.E. Sánchez Pérez es responsable de la supervisión del procesamiento de la imagen, segmentación y del proceso de impresión 3D, así como de la redacción del artículo y revisión crítica.

J.C. Barrera de la Torre aportó apoyo en la adquisición de los datos ecocardiográficos, en el proceso de segmentación y toma de medidas.

A.L. Trujeque Ruiz aportó apoyo en la adquisición de los datos ecocardiográficos, revisión crítica del manuscrito final.

Todos los autores revisaron y aprobaron la versión final.

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.