Il Bioprinting e i Fantasmi

Bioprinting Fantasmi

All’interno dell’area di bioprinting, un fantasmasi riferisce a un modello del corpo o di una sua parte specifica. In genere utilizziamo le repliche di un organo per modellarlo, apprenderlo e sperimentarlo al di fuori del corpo. Si può pensare in termini di cuore. Se un cuore ha una valvola che potrebbe non essere nel migliore allineamento geometrico, possiamo replicare il cuore all’interno di un essere umano e usare questo fantoccio per sperimentare chirurgicamente al di fuori del corpo del paziente per garantire risultati migliori per una procedura reale. Con i bioprinters 3D, stiamo imitando gli organi specifici che sono all’interno di un individuo umano. C’è molta importanza per questo imitare. Questo può essere usato per aiutare gli studenti nelle scuole di medicina, così come i professionisti nei loro campi reali. Le geometrie complesse degli organi sono specifiche per persone diverse. Avere comprensione delle varie differenze da persona a persona attraverso i fantocci ci consente di apprendere più approfonditamente il corpo umano e le sue parti. I fantasmi non devono essere utilizzati all’interno di un paziente. Sono utilizzati per la pratica al di fuori di un paziente in genere.

Come sono creati questi fantasmi allora? Sono tipicamente realizzati attraverso l’uso di tecnologie di imaging che sono presenti nel campo medico. Queste tecnologie includono quanto segue e non sono limitate a:

CT
MRI
ANIMALE DOMESTICO
SPECT
ultrasuono
elastografia
Parleremo brevemente di questi metodi, ma li illustreremo ulteriormente all’interno della nostra serie sul bioprinting.

Immagine fantasma e immagine reale dell’organo

Una scansione TC , nota anche come tomografia computerizzata e precedentemente nota come scansione tomografica assiale computerizzata o scansione CAT, utilizza combinazioni computerizzate di molte misurazioni a raggi X prese da diversi angoli per produrre immagini (tomografiche) a sezione trasversale (“fette” virtuali) di aree specifiche di un oggetto scansionato, consentendo all’utente di vedere all’interno dell’oggetto senza tagliare.

Una risonanza magnetica 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 tomografia ad emissione di positroni ( PET ) è una tecnica di imaging funzionale della medicina nucleare che viene utilizzata per osservare i processi metabolici nel corpo come ausilio alla diagnosi di malattia. Il sistema rileva coppie di raggi gamma emessi indirettamente da un positrone -emitting radioligando , più comunemente fluoro-18 , che viene introdotto nel corpo su una molecola biologicamente attiva chiamato un tracciante radioattivo .

La tomografia computerizzata a emissione di singoli fotoni ( SPECT, o meno comunemente, SPET) è una tecnica di imaging tomografico di medicina nucleare che utilizza raggi gamma. È molto simile all’immagine planare convenzionale della medicina nucleare che utilizza una gamma camera (ovvero, la scintigrafia ) ma è in grado di fornire informazioni 3D reali. Questa informazione viene tipicamente presentata come sezioni trasversali attraverso il paziente, ma può essere liberamente riformattata o manipolata come richiesto.

L’ecografia medica (nota anche come ecografia diagnostica o ecografia) è una tecnica di imaging diagnostico basata sull’applicazione degli ultrasuoni. È usato per creare un’immagine di strutture interne del corpo come tendini, muscoli, articolazioni, vasi sanguigni e organi interni. Il suo scopo è spesso quello di trovare una fonte di una malattia o di escludere la patologia.

L’elastografia è una modalità di imaging medicale che associa le proprietà elastiche e la rigidità dei tessuti molli. L’idea principale è che se il tessuto è duro o morbido fornirà informazioni diagnostiche sulla presenza o sullo stato della malattia. Ad esempio, i tumori cancerosi saranno spesso più difficili del tessuto circostante e i fegati malati sono più rigidi di quelli sani.

Dopo una scansione, in genere viene utilizzato un fantoccio per valutare lo stato di un organo all’interno del corpo senza la necessità di eseguire operazioni invasive. Essere in grado di replicare un organo in questo modo è decisamente vantaggioso. Permette ai medici di avere meno la necessità di aprire un paziente per sezionare i problemi del loro organo specifico. È un buon controllo iniziale ed è utile per evitare operazioni non necessarie. Porta anche a una diagnosi più facile dei problemi all’interno di un organo. Si può probabilmente usare un fantoccio per scopi di trapianto, ma questo non è necessariamente ancora fattibile. L’importanza della risoluzione e dei dettagli è troppo alta per replicare in modo affidabile un organo per l’uso di trapianto al momento.

In generale, le immagini scattate con la tecnologia sopra elencata sono in formato 2D. Per avere una rappresentazione di un oggetto nel suo complesso, dobbiamo vederlo in un modo 3D. Questo ci impone di sfruttare più immagini all’interno del modulo 2D in un processo chiamato image stitching. Cucitura di immagineo il fotoritocco è il processo di combinazione di più immagini fotografiche con campi visivi sovrapposti per produrre un panorama segmentato o un’immagine ad alta risoluzione. Comunemente eseguite attraverso l’uso di software per computer, la maggior parte degli approcci per la cucitura di immagini richiede sovrapposizioni quasi esatte tra immagini e esposizioni identiche per produrre risultati senza soluzione di continuità. Per creare un modulo 3D mediante l’uso di immagini 2D, è necessario ruotare le immagini tramite software per computer e quindi ottimizzare gli algoritmi per ricucire un modulo 3D basato su dati di immagine rotazionali. Software come Materialize Mimics viene utilizzato per generare dati STL dai file Dicom che sono l’output di scansioni CT o MRI. L’STL può quindi essere stampato in 3D. Al giorno d’oggi una tendenza emergente è quella di avere fantasmi realizzati su stampanti desktop 3D che li rendono più accessibili e meno costosi. Stampanti SLA come le macchine Formlabs o FDM come quelle di Prusa poco costose sono state usate per generare fantasmi che costano solo pochi dollari. Stampanti 3D industriali come lo Stratasys J750 sono state utilizzate anche per dare parti sfumate di aree morbide, ad esempio mentre altre stampe utilizzano stereolitografia industriale o macchine DLP per realizzare parti altamente accurate.

L’importanza delle tecniche di imaging e la creazione di fantasmi si trovano nella precisione di un’immagine 3D. Vogliamo la massima risoluzione di qualità. Ciò consente la ricostruzione e la costruzione di un fantoccio che imita al meglio gli organi che possono trovarsi all’interno del corpo specifico di un essere umano. Analizzeremo questa importanza della precisione all’interno di articoli futuri che descrivono queste diverse tecniche e il loro rapporto con la bioprintazione nel suo complesso.

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