Bioprinting Tecnologia di imaging

Doctor sees virtual images of the patient on a blue background.

Abbiamo parlato del modo in cui i fantasmi vengono creati all’interno del bioprinting nel nostro precedente articolo. In questo articolo, ci concentreremo maggiormente sulla tecnologia di imaging che rende possibile tutto ciò. Il campo medico ha utilizzato la tecnologia di imaging per un bel po ‘di tempo per diagnosi, prognosi e applicazioni sanitarie generali. L’ambito della tecnologia di imaging è stato ampliato con l’interazione che sta avendo con la bioprinting, e analizzeremo i processi di imaging e il loro impatto su questo campo.

Perché l’imaging è così importante per il bioprinting che potresti chiedere? C’è una grande quantità di dati che viene elaborata all’interno di un’immagine. Le immagini hanno valori di risoluzione determinati dai dati di pixelizzazione. Per elaborare un’immagine, è necessario digitalizzare l’immagine in una forma pixelata. Le immagini pixellate sono la chiave per i modelli 3D. Per avere un preciso modello 3D di un cuore, dobbiamo avere immagini ad altissima risoluzione all’interno della sfera 2D. Le immagini 2D sono unite insieme per creare un oggetto trasformato 3D. In termini di tecnologia di imaging, migliori sono le immagini 2D originali, un oggetto 3D cucito da dette immagini avrà una qualità superiore nell’aspetto generale. Quando si tratta di un oggetto o fantasma tridimensionato in 3D, vogliamo essere sicuri che abbia un’alta fedeltà e una qualità dell’immagine 3D, quindi la precisione delle diverse tecnologie di imaging diventa molto critica.

Una scansione di tomografia computerizzata (CT) combina una serie di immagini a raggi X prese da diverse angolazioni attorno al corpo e utilizza l’elaborazione del computer per creare immagini trasversali (fette) di ossa, vasi sanguigni e tessuti molli all’interno del corpo. Le immagini di scansione CT forniscono informazioni più dettagliate rispetto a semplici raggi X. Una scansione CT ha molti usi, ma è particolarmente adatta per esaminare rapidamente le persone che possono avere lesioni interne da incidenti d’auto o altri tipi di trauma. Una scansione TC può essere utilizzata per visualizzare quasi tutte le parti del corpo e viene utilizzata per diagnosticare malattie o lesioni e per pianificare trattamenti medici, chirurgici o radioterapici. Per eseguire il bioprint con un approccio strato per strato, la ricostruzione tomografica viene eseguita sulle immagini. Ricostruzione tomograficaè un tipo di problema inverso multidimensionale in cui la sfida consiste nel fornire una stima di un sistema specifico da un numero finito di proiezioni. Le basi matematiche per l’imaging tomografico sono state stabilite da Johann Radon . Il sistema di cui ci occupiamo è l’oggetto tridimensionale che viene creato attraverso l’analisi geometrica rotazionale su più immagini 2D che abbiamo acquisito con uno scanner CT. Le immagini ora 2D vengono quindi inviate alla stampante da realizzare. Queste cellule vengono poi mescolate con uno speciale materiale liquefatto che fornisce ossigeno e altri nutrienti per mantenerli in vita. In alcuni processi, le cellule sono incapsulate in sferoidi cellulari di 500 μm di diametro. Questa aggregazione di cellule non richiede uno scaffold e è richiesta per il posizionamento nella fusione del tessuto tubulare per processi come l’estrusione.

La risonanza magnetica (MRI) è una tecnica di imaging medicale utilizzata in radiologia per formare immagini dell’anatomia e dei processi fisiologici del corpo sia in salute che in malattia. Gli scanner MRI utilizzano forti campi magnetici, gradienti di campo magnetico e onde radio per generare immagini degli organi nel corpo. La risonanza magnetica non coinvolge i raggi X o l’uso di radiazioni ionizzanti, che lo distinguono dalle scansioni TC o CAT e dalle scansioni PET. La risonanza magnetica è un’applicazione medica di risonanza magnetica nucleare (NMR). L’NMR può anche essere utilizzato per l’ imaging in altre applicazioni NMR come la spettroscopia NMR.

Ecografia diagnostica, detta anche ecografia o sonografia diagnostica medica, è un metodo di imaging che utilizza onde sonore ad alta frequenza per produrre immagini di strutture all’interno del corpo. Le immagini possono fornire preziose informazioni per diagnosticare e trattare una varietà di malattie e condizioni. La maggior parte degli esami a ultrasuoni viene effettuata utilizzando un dispositivo a ultrasuoni al di fuori del corpo, anche se alcuni prevedono il posizionamento di un dispositivo all’interno del corpo. L’ecografia diagnostica è una procedura sicura che utilizza onde sonore a bassa potenza. Non ci sono rischi noti. L’ultrasuono è uno strumento prezioso, ma ha dei limiti. Il suono non viaggia bene attraverso l’aria o l’osso, quindi l’ultrasuono non è efficace per l’imaging di parti del corpo che contengono gas o sono nascosti dall’osso, come i polmoni o la testa. Per visualizzare queste aree, il medico può ordinare altri esami di imaging, come scansioni TC o MRI o raggi X.

Dobbiamo spiegare un software specifico che aiuti a ricamare le immagini in file 3D. Quel software si chiama Mimics. Materialise Mimics è un software di elaborazione delle immagini per la progettazione e la modellazione 3D, sviluppato da Materialise NV, un’azienda belga specializzata in software di produzione additiva e tecnologia per industrie di produzione medica, dentale e additiva. Materialize Mimics viene utilizzato per creare modelli di superfici 3D da pile di dati di immagini 2D. Questi modelli 3D possono quindi essere utilizzati per una varietà di applicazioni di ingegneria. Mimics è l’acronimo di Materialize Interactive Medical Control System. È sviluppato in un ambiente ISO con approvazione del mercato anteriore CE e FDA 510k.

Uno sviluppo importante nella bioprinting è lo sviluppo della tecnologia di imaging. La radiologia e l’imaging consentono una qualità dell’immagine di precisione che porta a modelli 3D di struttura del corpo con una risoluzione più elevata. Alla precedente conferenza di RSNA del 2018, erano presenti diverse aziende di stampa 3D che mostravano l’importanza della radiologia e della tecnologia di imaging per il futuro della stampa 3D. Questo mostra il trend del settore e sarà interessante vedere cosa può accadere in futuro. La precisione è molto importante per il futuro della bioprinting. Sarà bello vedere quanto possiamo esporre con l’imaging e la ricostruzione del modello 3D.

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