I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica che trasforma le immagini mediche delle risonanze magnetiche in modelli computerizzati 3D dettagliati. Questo nuovo progresso è un passo importante verso la creazione di modelli 3D realistici di organi umani per la ricerca e la formazione medica. Questo progresso segna un passo importante verso la stampa di rappresentazioni realistiche dell’anatomia umana che i professionisti del settore medico potranno schiacciare, punzecchiare 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 stampa 3D di organi
La scoperta nasce da una collaborazione tra gli scienziati del CU Boulder e del CU Anschutz Medical Campus per rispondere a un’importante esigenza del mondo medico: I chirurghi utilizzano da tempo strumenti di imaging per pianificare le loro procedure prima di entrare in sala operatoria. Ma non è possibile toccare una risonanza magnetica, ha dichiarato Robert MacCurdy, professore assistente di ingegneria meccanica e autore senior del nuovo studio. Il suo team vuole porre rimedio a questa situazione, offrendo ai medici un nuovo modo di stampare modelli realistici e afferrabili delle varie parti del corpo dei loro pazienti, fino al dettaglio dei loro minuscoli vasi sanguigni: in altre parole, un modello del vostro rene interamente fabbricato con polimeri morbidi e malleabili. “Il nostro metodo risponde all’esigenza cruciale di fornire ai chirurghi e ai pazienti una maggiore comprensione dell’anatomia specifica del paziente prima che l’intervento abbia luogo”, ha dichiarato Robert MacCurdy, autore senior del nuovo lavoro e assistente alla cattedra di ingegneria meccanica della CU Boulder. L’ultimo studio avvicina il team al raggiungimento di questo obiettivo. In esso, MacCurdy e i suoi colleghi illustrano un metodo per utilizzare i dati delle scansioni per sviluppare mappe degli 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 queste mappe in modelli fisici più precisi di quelli disponibili con gli strumenti esistenti.
Il progetto e la squadra di ricercatori
Il progetto, guidato da MacCurdy e Nicholas Jacobson della 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 alimentino, anziché interrompere, il processo di pensiero dei chirurghi”, ha dichiarato Jacobson, ricercatore di design clinico presso la Inworks Innovation Initiative. “Queste rappresentazioni diventano fonti di idee che aiutano noi e i nostri collaboratori chirurghi a vedere e a reagire a un maggior numero di dati disponibili”.
Affettare l’arancia
Gli organi umani sono complicati, costituiti da reti di tessuti, vasi sanguigni, nervi e altro ancora, tutti con una propria struttura e colori. Attualmente, i professionisti del settore medico cercano di catturare queste strutture utilizzando la mappatura della “superficie limite”, che, essenzialmente, rappresenta un oggetto come una serie di superfici. “Pensate ai metodi esistenti come se rappresentassero un’intera arancia considerando solo la buccia esterna”, ha detto MacCurdy. “In questo modo, l’intera arancia è una buccia”. Il metodo del suo team, al contrario, è tutto un succoso interno. L’approccio inizia con un file Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), i dati 3D standard prodotti dalle scansioni TC e RM. Utilizzando un software personalizzato, MacCurdy e i suoi colleghi convertono queste informazioni in voxel, tagliando essenzialmente un organo in minuscoli cubetti con un volume molto più piccolo di una tipica goccia di lacrima. Inoltre, secondo MacCurdy, il gruppo è in grado di 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 preso i dati di scansioni reali di un cuore, di un rene e di un cervello umani, quindi ha creato una mappa per ciascuna di queste strutture. Le mappe risultanti erano sufficientemente dettagliate da poter distinguere, ad esempio, tra l’interno carnoso del rene, o midollo, e il suo strato esterno, o corteccia, entrambi di colore rosa per l’occhio umano. “I chirurghi toccano e interagiscono costantemente con i tessuti”, ha detto MacCurdy, “quindi vogliamo fornire loro modelli che siano sia visivi che tattili e il più possibile rappresentativi di ciò che dovranno affrontare”.
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