Dalla diagnostica migliorata alla pianificazione pre-chirurgica: stampa 3D multimateriale a stampa ad alta risoluzione funzionale di set di dati biografici tomografici

Professionisti medici e chirurghi di tutto il mondo sono stati di grande aiuto con l’emergere e l’innovazione di modelli stampati in 3D che non solo aiutano a individuare una diagnosi, ma educano anche i pazienti e le loro famiglie in merito a problemi di salute (spesso riguardo a malattie come tumori che devono essere rimossi ). In definitiva, questi modelli possono essere utilizzati dai chirurghi per esercitarsi in delicati interventi chirurgici e quindi anche come guida nella sala operatoria.

Sia gli scienziati statunitensi che quelli tedeschi si sono riuniti per trovare metodi migliorati di stampa 3D di tali modelli e guide, pubblicando le loro scoperte in ” Dalla diagnostica migliorata alla pianificazione pre-chirurgica: stampa 3D multimateriale a stampa ad alta risoluzione funzionale di set di dati biografici tomografici “. Mentre gli autori sottolineano quanto siano utili le strutture anatomiche in campo medico, spiegano anche perché i modelli medici di stampa 3D sono attualmente pieni di sfide:

“In genere, le caratteristiche di interesse per i set di dati biomedici di origine (ad esempio, immagini biomediche cross-section-based o volumi da file MRI o CT DICOM) vengono prima isolate dai tessuti circostanti, sia attraverso un approccio di segmentazione manuale che richiede tempo o attraverso l’uso di specifiche soglie di intensità che catturano al meglio le caratteristiche di interesse “, affermano gli autori. “Il risultato di questa fase di filtraggio viene utilizzato per generare una singola isosuperficie che viene poi tradotta in un formato stampabile [cioè file stereolitografia (.stl), lo standard corrente per i flussi di lavoro di stampa 3D], che descrive le geometrie della superficie attraverso le rappresentazioni mesh dei vertici del viso e normali. “

La stampa 3D dei modelli chirurgici può essere imperfetta a causa di motivi come la soglia, o errori nella struttura digitale che impediscono la stampa dei file e quindi richiedono agli utenti di apportare ulteriori modifiche in seguito. I ricercatori vedono le stampanti 3D multimateriali come una soluzione grazie alla loro capacità di utilizzare più di un file .stl:

“Questo approccio espande notevolmente il numero di diverse strutture anatomiche che possono essere rappresentate da diversi colori o materiali (ad esempio, attraverso l’uso di più soglie) e, come tale, può migliorare il valore interpretativo dei modelli anatomici stampati in 3D”, affermano ricercatori. “Tuttavia, la stampa di più file .stl annidati richiede molto lavoro, è computazionalmente costosa e alla fine non scalabile.”

Di conseguenza, il loro studio è incentrato sulla dimostrazione di come i flussi di lavoro basati su bitmap funzionali siano utili nella produzione di set di dati biomedici, consentendo la rapida creazione di modelli anatomici senza soglia. Gli scienziati hanno inoltre “aggirato” i flussi di lavoro di stampa 3D più tipici a causa del loro potenziale errore e hanno lavorato sia con i dati MRI che CT.

“Nonostante i vantaggi di questo flusso di lavoro basato su bitmap rispetto alla tradizionale controparte basata su .stl, ci sono ancora alcune limitazioni alla tecnica”, hanno concluso i ricercatori. “Ad esempio, sebbene i nostri modelli stampati in 3D possano replicare fedelmente i dettagli dei loro file sorgente originali CT o MRI, la loro capacità di rappresentare con successo le caratteristiche anatomiche di interesse è direttamente limitata dalla risoluzione intrinseca di ciascuna modalità di imaging.

“Le imprecisioni possono anche essere introdotte da metodi di ricostruzione delle immagini progettati per ottimizzare la visualizzazione delle immagini umane piuttosto che la stampa 3D e i tradizionali protocolli di compressione e archiviazione dei file di tomografia clinica dovranno a loro volta essere modificati poiché la stampa 3D biomedica diventa più diffusa. I problemi specifici del set di dati riguardano anche l’intensità e l’intervallo del segnale. “

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