CASMER: Il manichino per imaging medicale con modelli di organi stampati in 3D

Ricercatori canadesi hanno utilizzato la stampa 3D per creare modelli anatomicamente corretti di organi umani, illustrando in dettaglio le loro scoperte nel manichino della struttura addominale con stampa 3D basato su CT per consentire la ricerca . Tentando di migliorare il processo di imaging medico, oltre a offrire una formazione più completa, il team ha creato “gusci” di organi stampati in 3D per il manichino.

Quando si trattano pazienti con radiazioni, è fondamentale che non vengano commessi errori, esponendoli a radiazioni dannose aggiunte. Gli autori sottolineano quanto sia importante, in effetti, ridurre al minimo le radiazioni massimizzando i dati diagnostici delle scansioni. I fantasmi di raggi X antropomorfi sono creati sotto forma di corpo umano per dettagliare le aree che devono essere colpite dalle radiazioni, ma possono anche essere strumenti critici per la formazione di professionisti medici.

I fantasmi creati oggi con metodi tradizionali non sono solo limitati, ma sono proibitivi dal punto di vista produttivo.

“Vi è stata una particolare mancanza di fantasmi addominali antropomorfi modulari che consentono all’utente di rimuovere e sostituire gli organi per replicare diverse patologie e, se necessario, posizionare corpi estranei come dosimetri o dispositivi chirurgici all’interno della cavità addominale”, spiegano i ricercatori . “I progressi nella tecnologia di stampa 3D hanno aumentato la gamma di possibilità nella creazione di modelli innovativi per scopi medici.”

Con la stampa 3D arriva il vantaggio di poter fabbricare modelli di organo accurati e rimovibili. Quando decidono i materiali, tuttavia, gli utenti devono essere esigenti in termini di proprietà strutturali, proprietà meccaniche e proprietà radiologiche che definiscono l’interazione con i raggi X.

Il manichino di struttura addominale basato su CT campione, noto anche come CASMER, presentava sia la stampa 3D di quasi tutti i gusci di organo, sia un materiale di imballaggio aggiuntivo per rendere più corretta l’anatomia. Anche la stampa 3D non è stata un’impresa casuale, che richiede numerosi passaggi e input dai seguenti:

radiologi
tecnologi
I fisici
Ingegneri biomedici
Sono state utilizzate quattro diverse tecniche:

Stampa 3D realistica degli organi addominali
Stampaggio a base di materiale del pancreas
Scultura in cera d’api del grasso addominale
‘Parti pronte all’uso per lo scheletro e il guscio esterno
Il muscolo è stato realizzato in gomma uretanica Clear Flex® (Smooth-ON, PA), mentre il grasso è stato creato dalla cera d’api modellante. Il manichino, un modello di “corpo vuoto in policarbonato”, conteneva organi stampati in 3D, insieme a ossa e muscoli di campionamento e anche un pancreas.

“Il guscio in policarbonato è stato confermato per attenuare minimamente la radiazione a raggi X dalla scansione TC ed era trasparente alla luce visibile, il che ha facilitato la visualizzazione delle strutture interne durante la fabbricazione e il test fantasma”, hanno affermato gli autori.

La segmentazione manuale è stata eseguita sulla milza e su altri organi utilizzando le immagini transassiali della TAC addominale

Il fegato è stato sezionato in 3 componenti in modo digitale utilizzando il software Blender per adattarsi al letto della stampante 3D

È stata utilizzata una stampante commerciale Rostock Max V2 3D, con i dati di immagine di origine convertiti tramite software di segmentazione, nonché Slicer di provenienza aperta per “tagliare l’organo di interesse”. Sono stati richiesti supporti strutturali per ciascun modello stampato in 3D, quindi sono stati coinvolti lavori di post-elaborazione.

Ciascuna delle cavità stampate in 3D scavate è stata riempita con materiale attenuante per una maggiore precisione. Le vascolarizzazioni centrali sono state riempite con mezzi di contrasto / soluzione salina e agar solubili in acqua hanno riempito le cavità.

“Per riempire i gusci di organi stampati in 3D con la soluzione di agar, acqua distillata e fibre, una siringa da 250 ml è stata inserita in una piccola apertura nel guscio di organo”, hanno affermato i ricercatori.

Una vista in sezione trasversale delle cavità interne delle due metà del rene mostra il riempimento con soluzione di agar (azzurro) per una corrispondenza radiologica

Durante lo studio, i ricercatori hanno sottolineato che, sebbene l’accuratezza strutturale fosse necessaria, non era critica quanto l’ accuratezza radiologica . I materiali dovevano “imitare da vicino il tessuto rispetto alle proprietà radiologiche” e un radiologo ha richiesto una revisione approfondita. Anche l’acquisizione delle immagini doveva essere eccellente, e i ricercatori usano come esempio l’esempio della vascolarizzazione epatica interna dettagliata.

I ricercatori hanno affermato che durante il progetto, sia l’intestino tenue che quello più grande erano i più difficili da segmentare:

“I dati di scansione CT disponibili erano non ottimali per la segmentazione e la stampa 3D dell’intestino. Pertanto, è stata presa la decisione di utilizzare un rendering artistico dell’intestino crasso e piccolo che potrebbe essere più facilmente ridimensionato per adattarsi alla cavità fantasma. Era necessaria una considerevole modifica del guscio per creare un canale cavo continuo dallo sfintere gastrico fino all’ano. Sono stati inoltre creati quattro tappi filettati per consentire l’accesso all’interno dell’intestino allo scopo di aggiungere materiale radiopaco per simulare ostruzioni e altro materiale normalmente presente nel tratto digestivo. ”

“CASMER sarà disponibile per la formazione degli studenti della tecnologia di radiazione medica (MRT) nell’anatomia della sezione trasversale dell’addome e per i calcoli della dosimetria delle radiazioni”, hanno concluso i ricercatori. “Esploreremo anche la stampa 3D di patologie all’interno degli organi per facilitare la formazione nell’esecuzione di procedure guidate da immagini.