Inaccuratezza cumulativa nell’implementazione della produzione additiva attraverso imaging medico, soglia 3D e modellazione 3D: un caso di studio per un impianto per uso finale

Finlandia: studio dell’impatto delle imprecisioni dell’imaging medico sugli impianti per uso finale

Ricercatori finlandesi riportano inesattezze nella catena del processo AM, rilasciando i loro risultati in ” Inaccuratezza cumulativa nell’implementazione della produzione additiva attraverso imaging medico, soglia 3D e modellazione 3D: un caso di studio per un impianto per uso finale “.

La stampa 3D è emersa negli anni ’80 come strumento di prototipazione, ma nel corso degli anni designer e ingegneri hanno iniziato a fare affidamento sulla tecnologia per le parti funzionali e critiche in applicazioni come quelle automobilistiche / automobilistiche e aerospaziali ; tuttavia, il regno medico ha avuto un impatto enorme – e positivo – con un maggiore accesso a modelli, dispositivi e impianti stampati in 3D.

“L’AM è stata ampiamente implementata nel settore medico e ha ottenuto l’autorizzazione per oltre 80 dispositivi medici AM come impianti maxillo-facciali e un sistema di sostituzione dell’articolazione del ginocchio della Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti”, affermano gli autori di il loro studio.

“La sostanziale crescita AM è resa possibile dalla sua dimensione di lotto economica-uno che consente una libertà geometrica senza precedenti in un ciclo di costruzione utilizzando un set-up minimo perché è una tecnologia digitale per tutti gli usi che non è vincolata da strumenti specifici del paziente. Inoltre, consente una catena di fornitura unica con maggiore comunicazione e reattività che completa lo stato di urgenza in campo medico. “

Oggi gli impianti personalizzati sono spesso realizzati in titanio, specialmente per quelli che colpiscono l’area della testa o del collo. Tuttavia, vi è una maggiore necessità di titanio poroso, in grado di promuovere l’osteointegrazione con le corrette proprietà meccaniche in atto. Vi è anche una maggiore necessità di imaging privo di errori, che porta a un migliore trattamento specifico per il paziente poiché le scansioni CT vengono convertite in immagini 3D e, di conseguenza, stampe 3D. Mentre vengono utilizzati CT multi-slice fan-beam (MSCT) e possono offrire una migliore risoluzione in termini di basso contrasto, il sistema CT cone-beam (CBCT) offre i seguenti vantaggi:

Qualità dell’immagine accettabile
Buon tempo di scansione
Migliore convenienza
Dose di radiazioni ridotta
Poiché le immagini 2D vengono convertite in 3D, tuttavia, è necessario l’uso di tecniche di soglia, indipendentemente dal fatto che gli utenti utilizzino un approccio basato sul volume, sul contorno o sulla nuvola di punti. Il volume è più comunemente usato, tramite un algoritmo di cubi in marcia.

“Ogni fase del processo può contribuire all’errore geometrico all’impianto risultante”, hanno affermato i ricercatori.

Nel corso del tempo, i ricercatori hanno studiato la catena di inesattezze nei sistemi CT e nei processi risultanti, risultando in domande riguardanti dettagli come tensione, valori soglia, software, tecniche AM variabili, hardware variabile e altro, lasciando qui gli autori a notare che tutti questi preoccupazioni “hanno richiesto ulteriori studi di verifica che tengono conto dell’intera catena di processo”.

Nel seguire un caso di studio che coinvolge la pianificazione preoperatoria di un impianto, gli autori indagano su possibili inesattezze e su come incidono su un impianto di uso finale.

Usando un cranio secco di nove mesi di un maiale, i ricercatori hanno scansionato il campione e fatto punti di riferimento. Hanno anche progettato un fantasma QA per confermare le misurazioni, realizzato in poliossimetilene (POM), un materiale utilizzato per diversi fantasmi QA in altri studi.

“Supponendo un caso in cui un paziente ha dovuto subire una resezione di un tumore osseo zigomatico, un impianto è stato modellato digitalmente per sostituire la deformità utilizzando il software 3Data Expert (11.0.0.32, Deskartes Oy, Espoo, Finlandia). L’impianto è stato progettato utilizzando le giuste proiezioni ossee zigomatiche della testa SD ottenute dai parametri ottimali di imaging TC e soglia ”, hanno affermato i ricercatori.

“L’errore di imaging CT nel caso peggiore è emerso nell’asse z del sistema MSCT e ha generato il secondo valore di errore minimo rispetto agli altri processi”, hanno affermato i ricercatori.

I risultati hanno mostrato che la superficie conteneva una dimensione di mesh adeguata, a “valori di stato stazionario” dalla terza alla sesta iterazione. L’errore di soglia per questo caso ha mostrato deviazioni asimmetriche inclinate negativamente a sinistra. Gli autori hanno osservato che questo errore era “uno degli errori più significativi rispetto agli altri processi”, portandoli a raccomandare ai professionisti medici di essere consapevoli del fatto che l’errore “consente la correzione di un effetto sistematico per l’impianto”.

Un tale errore si propaga anche all’impianto in quanto è stato creato come negativo della testa del campione segmentata. Potrebbero essere necessarie anche alternative a soglia manuale e, sebbene ciò possa richiedere più tempo, gli autori suggeriscono che tale sforzo può produrre modelli .stl più accurati.

“I professionisti che richiedono un’elevata precisione per gli impianti, ad esempio gli impianti del pavimento orbitale, devono rispettare il margine di sicurezza raccomandato. Le misure di correzione prescritte possono essere adottate se i processi e le apparecchiature previsti sono identici a questo studio o dopo aver implementato la metodologia applicata con i processi e le apparecchiature pertinenti come protocollo di controllo qualità e garanzia “, hanno concluso i ricercatori.

“Inoltre, si dovrebbe considerare che potrebbe non essere sempre assolutamente necessario progettare l’impianto per adattarlo perfettamente alla fase iniziale. La perforazione della mucosa linguale è una delle complicazioni legate all’impianto specifico del paziente. Se la lamina linguale dell’impalcatura dell’impianto è troppo alta, è incline a perforare la mucosa linguale durante la guarigione postoperatoria. Ad esempio, l’estrazione dei denti nella linea dell’osteotomia porterà a un riassorbimento e, successivamente, al rimodellamento della cresta alveolare marginale, che deve essere presa in considerazione durante la pianificazione dell’impianto. “

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