Desarrollo de la metodología de fabricación de un prototipo de aplicador personalizado por medio de manufactura aditiva para aplicación en braquiterapia en pacientes con cáncer de piel no melanoma
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2023
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Resumen
El cáncer de piel no melanoma (NMSC) es el cáncer más frecuentemente diagnosticado, y a nivel nacional ha incrementado su incidencia en la población en los últimos 15 años según cifras del Instituto Nacional de Cancerología. Para ser tratado se utiliza la braquiterapia superficial HDR con aplicadores superficiales desarrollados por medio de manufactura manual en parafina, no obstante, esta metodología de fabricación ocasiona inconsistencias en la dosimetría y volumetría del plan de tratamiento establecido.
Por tal motivo, el presente trabajo de grado se enfocó en el desarrollo de una metodología de fabricación para un prototipo de aplicador personalizado por medio de manufactura aditiva para una potencial aplicación en braquiterapia superficial HDR en pacientes que presentan cáncer de piel no melanoma. Durante el proyecto se caracterizaron los procesos de manufactura, materiales y protocolos de fabricación; se diseñó una metodología de fabricación con base en la caracterización previamente realizada, y finalmente; se evaluó la eficiencia de la metodología propuesta con base en características físicas clave como lo son el volumen de espacios de aire y el porcentaje de adherencia del aplicador.
La metodología de fabricación diseñada permitió el desarrollo de un prototipo de aplicador personalizado hecho de ABS Medical Smartfil que garantiza la reproducibilidad y repetitividad del método, permitiendo obtener múltiples prototipos de aplicadores de diversas geometrías anatómicas que cumplen con los requerimientos de ingeniería y médicos.
Finalmente, se comparó el desempeño de la metodología de fabricación con un aplicador de parafina diseñado por medio de la metodología de fabricación convencional, obteniendo que: El prototipo de aplicador personalizado hecho por medio de manufactura aditiva presenta un volumen de espacios de aire de 3806,79 mm3 y un grosor de espacios de aire de entre 0.148 mm3 y 2.725 mm3 , mientras que el aplicador personalizado hecho por medio de manufactura manual presenta un volumen de espacios de aire de 7534,35 mm3 y un grosor de espacios de aire de entre 0.21 mm3 y 4.39 mm3 . En cuanto al porcentaje de adherencia, se obtuvo que para el prototipo desarrollado por medio de la metodología propuesta se tiene un grado de adherencia del 3.98 %, por otra parte, el aplicador de parafina cuenta con un grado de adherencia del 42.94 %.
Por lo tanto, se desarrolló una metodología de fabricación por medio de manufactura aditiva que reduce el volumen de espacios de aire, el grosor de los espacios de aire y cuenta con mejor porcentaje de adherencia en comparación con los aplicadores de parafina convencionales, garantizando un mejor encaje anatómico, y disminuyendo los volúmenes de espacios de aire indeseados que impactan directamente sobre la dosimetría del plan de tratamiento establecido.
Descripción
Abstract
Non-melanoma skin cancer (NMSC) is the most frequently diagnosed cancer, and its incidence has increased nationally in the population in the last 15 years according to statistics from the National Cancer Institute (Instituto Nacional de Cancerología). HDR superficial brachytherapy is used with superficial applicators developed by manual manufacture in paraffin, however, this methodology causes inconsistencies in the dosimetry and volumetry of the established treatment plan.
For this reason, this work is focused on the development of a manufacturing methodology for a prototype of a personalized applicator through additive manufacturing for a potential application in HDR surface brachytherapy in patients with non-melanoma skin cancer. During the project, manufacturing processes, materials and fabrication protocols were characterized; a fabrication methodology was designed based on the previously performed characterization, and finally, the efficiency of the proposed methodology was evaluated based on key physical characteristics such as the air gap volume and the percentage of adhesion of the applicator.
The manufacturing methodology designed allowed the development of a customized applicator prototype made of ABS Medical Smartfil that guarantees the reproducibility and repeatability of the method, being able to obtain multiple prototypes of applicators of different anatomical geometries that fulfill engineering and medical requirements.
Finally, the performance of the manufacturing methodology was compared with a paraffin applicator designed by conventional manufacturing methodology, obtaining: The custom applicator prototype made by additive manufacturing presents an air gap volume of 3806.79 mm3 and an air gap thickness of 0.148 mm3 and 2. 725 mm3 , while the custom applicator made by hand manufacturing presents an air gap volume of 7534.35 mm3 and an air gap thickness of 0.21 mm3 and 4.39 mm3 .
Regarding the adhesion percentage, it was obtained that the prototype developed by means of the proposed methodology has a degree of adhesion of 3.98 %, on the other hand, the paraffin applicator has a degree of adhesion of 42.94 %. Therefore, a fabrication methodology was developed by additive manufacturing that reduces the volume of air spaces, the thickness of the air spaces and has a better adhesion percentage compared to conventional paraffin applicators, ensuring a better anatomical fit, and decreasing the volumes of undesirable air gap volumes that directly impact the dosimetry of the established treatment plan.
Palabras clave
Cáncer de piel no melanoma, Braquiterapia, Manufactura aditiva
Keywords
Non-melanoma skin cancer, Brachytherapy, Additive manufacture