La ricerca sfida la precisione dei modelli medici stampati in 3D FDM
Ben Searle e Deborah Starkey, entrambi ricercatori australiani della Queensland University of Technology , esplorano modi migliori per creare modelli medici stampati in 3D. Le loro scoperte sono delineate nel recente pubblicato ” Un’indagine sull’effetto del cambiamento dell’intervallo di ricostruzione della fetta di tomografia computerizzata sull’accuratezza della replicazione spaziale dei modelli anatomici stampati tridimensionali costruiti con la modellazione a deposizione fusa “.
Mentre la stampa 3D continua ad espandersi come una presenza importante nell’area della medicina, i medici stanno diventando più dipendenti dai modelli stampati in 3D e da una vasta gamma di dispositivi che aiutano a diagnosticare, curare, educare e pianificare interventi chirurgici; infatti, anche i modelli stampati in 3D svolgono un ruolo nella sala operatoria, fungendo da guida per i chirurghi che potrebbero eseguire procedure nuove o estremamente rare. L’accesso ai cadaveri, in precedenza una delle principali forme di addestramento, è spesso limitato, mentre i modelli stampati in 3D possono essere realizzati (e facilmente modificati) su richiesta.
Il tempo in sala operatoria può essere notevolmente ridotto, a volte fino al 20 percento. Rapporto Searle e Starkey; tuttavia, che la “rappresentazione anatomica inesatta” è ancora un grave problema e un grave difetto, soprattutto quando i risultati potrebbero portare a una “pianificazione del trattamento non ottimale”. Sono stati segnalati difetti, inclusa la visione inferiore di dettagli come arterie, foramina occlusa e suture sfocate.
Mentre le scansioni CT vengono utilizzate per l’imaging, la stampa 3D FDM viene spesso utilizzata per i modelli stampati in 3D a causa dell’accessibilità e della convenienza:
“Le stampanti FDM possono essere utilizzate e gestite senza una formazione avanzata e possono adattarsi facilmente alle aree di lavoro esistenti”, spiegano gli autori.
In questo studio, tuttavia, i ricercatori si preoccupano dell’accuratezza e dell’impatto della larghezza della fetta e di quali miglioramenti potrebbero essere apportati:
“La larghezza della sezione ha un impatto diretto sui modelli 3D creati da un set di dati di imaging, poiché una larghezza della sezione più elevata comporta una risoluzione dell’immagine e dettagli anatomici inferiori. I dati provenienti da elementi rivelatori consecutivi in uno scanner CT possono essere combinati per ricostruire un numero di serie di immagini in una gamma di larghezze di sezione dagli stessi dati di scansione grezzi ”, scrivono gli autori. “A causa della natura innovativa della tecnologia, manca la letteratura pubblicata che affronta l’influenza della ricostruzione nei dati di scansione TC sull’accurata riproduzione di modelli anatomici stampati in 3D, in particolare l’SRI.”.
Per la loro ricerca, gli autori hanno usato tre vertebre bovine (nessun animale è stato danneggiato) e un fantasma di imaging, separando i dati in intervalli di ricostruzione della fetta (SRI) di 0,1, 0,3, 0,5 e 1 mm.
Dopo aver creato un file mesh da importare in Meshmixer, gli autori hanno esportato i file su un Malyan M200 (risoluzione x-y di 0,011 mm, risoluzione dello strato di 0,1 mm e larghezza dell’ugello di 0,4 mm), con i supporti utilizzati durante la stampa 3D.
I campioni che sono stati fabbricati sono stati considerati “altamente realistici” e “adatti per la misurazione e l’analisi”. Inoltre, i ricercatori hanno notato che, durante il processo di taglio, si verificava una perdita di precisione nei modelli quando utilizzavano SRI più piccoli rispetto al fattore limitante primario delle capacità di acquisizione dello spazio o della risoluzione spaziale della stampante. L’uso di SRI più elevati ha inoltre comportato una minore precisione, a causa di quanto segue:
Somma degli effetti della media del volume
Errore di stampa
Errore di elaborazione
Perdita di risoluzione spaziale
Gli autori hanno anche notato che anche per i modelli 3D più accurati che hanno prodotto, c’è stata una “variazione media di circa 0,5 mm”.
“Tuttavia, l’errore di risoluzione spaziale delle stampanti FDM può essere significativo rispetto alla larghezza della fetta di acquisizione e alle distanze SRI a causa delle limitazioni della larghezza dell’ugello della stampante. Ciò è particolarmente applicabile in questo studio in cui la larghezza dell’ugello della stampante FDM di 0,4 mm è simile alla larghezza della fetta di acquisizione di 0,5 mm “, hanno spiegato gli autori.
“Questo studio ha raggiunto con successo obiettivi di ricerca dimostrando che il cambiamento dello SRI influenza l’accuratezza della replicazione spaziale dei modelli anatomici stampati in 3D. Ha anche dimostrato che esiste un vantaggio nell’utilizzare uno SRI uguale o inferiore al fattore limitante primario della larghezza della sezione di acquisizione o delle capacità della stampante ottimizzando l’accuratezza della replica del modello minimizzando al contempo le dimensioni digitali dei dati e i tempi di elaborazione richiesti investimento. Di conseguenza, questo studio può aiutare a perfezionare i protocolli di stampa 3D in applicazioni mediche e di ingegneria dei tessuti e aiutare i professionisti a creare riproduzioni accurate di anatomia per vari scopi didattici e clinici. “
