Il team di ricerca CU si avvicina di un passo alla stampa di modelli di organi 3D realistici
Definizione dei tessuti molli: stampa bitmap di tessuti molli per la pianificazione chirurgica
Un team di ricercatori dell’Università del Colorado ha sviluppato una nuova strategia per trasformare le immagini mediche, come le scansioni TC o MRI, in modelli 3D incredibilmente dettagliati sul computer. Il progresso segna un passo importante verso la stampa di rappresentazioni realistiche dell’anatomia umana che i professionisti medici possono schiacciare, colpire e pungolare nel mondo reale.
I ricercatori descrivono i loro risultati in un articolo pubblicato a dicembre sulla rivista 3D Printing and Additive Manufacturing .
La scoperta nasce da una collaborazione tra gli scienziati del CU Boulder e del CU Medical Campus, progettata per soddisfare un’esigenza importante nel mondo medico: i chirurghi utilizzano da tempo strumenti di imaging per pianificare le loro procedure prima di entrare in sala operatoria. Ma non puoi toccare una scansione MRI, ha affermato Robert MacCurdy, assistente professore di ingegneria meccanica e autore senior del nuovo studio.
Il suo team vuole risolvere questo problema, offrendo ai medici un nuovo modo per stampare modelli realistici e comprensibili delle varie parti del corpo dei loro pazienti, fino al dettaglio dei loro minuscoli vasi sanguigni.
Un modello del tuo rene, in altre parole, interamente fabbricato con polimeri morbidi e flessibili.
“Il nostro metodo risponde alla necessità fondamentale di fornire a chirurghi e pazienti una maggiore comprensione dell’anatomia specifica del paziente prima che l’intervento chirurgico abbia luogo”, ha affermato Robert MacCurdy, autore senior del nuovo articolo e assistente professore di ingegneria meccanica presso CU Boulder.
L’ultimo studio avvicina il team al raggiungimento di tale obiettivo. In esso, MacCurdy e i suoi colleghi elaborano un metodo per utilizzare i dati di scansione per sviluppare mappe di organi composte da miliardi di pixel volumetrici, o “voxel”, come i pixel che compongono una fotografia digitale, solo tridimensionali.
I ricercatori stanno attualmente sperimentando come utilizzare le stampanti 3D per trasformare quelle mappe in modelli fisici più accurati di quelli disponibili attraverso gli strumenti esistenti.
Il progetto, guidato da MacCurdy con Nicholas Jacobson di CU Anschutz, è finanziato da AB Nexus , un programma di sovvenzioni che cerca di stimolare nuove collaborazioni tra i due campus del Colorado.
“Nel mio laboratorio cerchiamo modi alternativi di rappresentazione che alimenteranno, piuttosto che interrompere, il processo di pensiero dei chirurghi”, ha affermato Jacobson, ricercatore di design clinico presso l’ Inworks Innovation Initiative . “Queste rappresentazioni diventano fonti di idee che aiutano noi e i nostri collaboratori chirurgici a vedere e reagire a ciò che c’è di più nei dati disponibili”.
Affettare l’arancia
Gli organi umani sono complicati, costituiti da reti di tessuti, vasi sanguigni, nervi e altro, tutti con la propria consistenza e i propri colori.
Attualmente, i professionisti medici cercano di catturare queste strutture utilizzando la mappatura della “superficie di confine”, che, essenzialmente, rappresenta un oggetto come una serie di superfici.
“Pensa ai metodi esistenti come a rappresentare un’intera arancia considerando solo la buccia d’arancia esterna”, ha detto MacCurdy. “Se visto in questo modo, l’intera arancia è buccia.”
Il metodo della sua squadra, al contrario, è tutto interno succoso.
L’approccio inizia con un file DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), i dati 3D standard prodotti dalle scansioni TC e MRI. Usando un software personalizzato, MacCurdy e i suoi colleghi convertono queste informazioni in voxel, tagliando un organo in minuscoli cubi con un volume molto più piccolo di una tipica lacrima.
E, ha affermato MacCurdy, il gruppo può fare tutto ciò senza perdere alcuna informazione sugli organi nel processo, cosa impossibile con i metodi di mappatura esistenti.
Per testare questi strumenti, il team ha prelevato dati di scansione reali di cuore, rene e cervello umani, quindi ha creato una mappa per ciascuna di queste strutture. Le mappe risultanti erano abbastanza dettagliate da poter, ad esempio, distinguere tra l’interno carnoso del rene, o midollo, e il suo strato esterno o corteccia, entrambi che sembrano rosa all’occhio umano.
“I chirurghi toccano e interagiscono costantemente con i tessuti”, ha detto MacCurdy. “Quindi vogliamo dare loro modelli che siano sia visivi che tattili e rappresentativi di ciò che dovranno affrontare il più possibile”.
