Сreare impianti toracici specifici con gli scanner 3D Artec e il software Geomagic Freeform

Riepilogo: Tradizionalmente, la realizzazione di impianti per pazienti con malformazioni toraciche richiedeva una colata di gesso e scansioni CT, ma entrambi i metodi sono molto imprecisi. Tutto è cambiato con l'arrivo della scansione 3D.

Obiettivo: utilizzare gli scanner 3D palmari per creare precisi modelli digitali dell'anatomia dei pazienti e utilizzarli per progettare impianti in silicone perfettamente calzanti che miglioreranno la vita dei pazienti, con tempo e disagio ridotti al minimo.

Strumenti utilizzati: Artec Eva, Spider, Artec Studio, Geomagic Freeform

La missione dell'azienda è quella di fornire soluzioni 3D sanitarie personalizzate che si adattino perfettamente all'anatomia di ogni paziente e che siano adatte per un trattamento a bassa invasività di patologie come le malformazione toraciche congenite, ossia anomalie nella crescita della parete toracica.

I rapidi progressi tecnologici nel settore dell'assistenza sanitaria si sono dimostrati fondamentali nello sviluppo di soluzioni mediche personalizzate. Quello che solo un paio di anni fa sembrava impossibile è diventato una realtà nel mondo dell’alta tecnologia di oggi. Sia le strutture sanitarie pubbliche che quelle private utilizzano tecnologie innovative, come la scansione 3D, per diagnosticare e curare i loro pazienti, nonché creare dispositivi medici su misura per aumentare significativamente la qualità della vita.

Anatomik Modeling è un'azienda con una lunga esperienza nella progettazione e nello sviluppo di impianti 3D personalizzati. La missione dell'azienda è quella di fornire soluzioni 3D sanitarie personalizzate che si adattino perfettamente all'anatomia di ogni paziente e che siano adatte per un trattamento a bassa invasività di patologie come le malformazione toraciche congenite, ossia anomalie nella crescita della parete toracica. Alcuni esempi di queste malformazione includono il pectus excavatum, che è una crescita eccessiva della cartilagine che unisce le costole allo sterno creando una cavità nello sterno; oppure la sindrome di Poland, che causa il sottosviluppo di un muscolo toracico su un lato del corpo.

Benjamin Moreno, CTO e co-fondatore di Anatomik Modeling, ritiene che l'assistenza sanitaria personalizzata e i dispositivi medici personalizzati forniscano le cure e le soluzioni necessarie per i pazienti con i quali i dispositivi medici tradizionali non funzionano. I dispositivi medici personalizzati possono soddisfare una serie di complessi casi di anatomia, produrre risultati migliori e ridurre significativamente la durata degli interventi chirurgici e dei tempi di recupero.

In particolare, Benjamin e il suo team di professionisti utilizzano le soluzioni di scansione 3D di Artec insieme al software Geomagic Freeform per progettare impianti toracici personalizzati. L'attuale flusso di lavoro è come segue: prima dell'operazione, il paziente viene sottoposto a diverse sessioni di scansione per raccogliere i dati richiesti sulla malformazione. Gli scanner Artec 3D vengono utilizzati per acquisire le informazioni sul petto del paziente all'esterno, mentre per vedere la struttura interna della cassa toracica del paziente viene eseguita una scansione TC.

Al lavoro sulla progettazione di un impianto 3D personalizzato per il trattamento di una malformazione congenita del torace (pectus excavatum).

Quindi, per progettare un impianto personalizzato, i dati della scansione CT del paziente vengono importati direttamente nel software Geomagic Freeform in un formato file standard, per esempio STL o OBJ. Questo avanzato software 3D è l'ideale per progettare e produrre forme organiche, in particolare perché può essere utilizzato con un dispositivo tattile, uno strumento di scultura che offre agli utenti la sensazione fisica mentre scolpiscono in un ambiente virtuale.

"Freeform viene utilizzato per progettare dispositivi medici che si adattano all'anatomia del paziente in modo impeccabile. È il software perfetto per questo utilizzo, dato che tutti i nostri dispositivi medici hanno forme organiche.Ovviamente utilizziamo il dispositivo Phantom Haptic che ci consente di manipolare e scolpire i dispositivi medici in totale libertà, facendoci risparmiare molto tempo di progettazione." Benjamin Moreno.

Rendering 3D di una grave malformazione del petto congenita di pectus excavatum da un set di dati di scansione TC in Geomagic Freeform

Creazione di impianti personalizzati utilizzando il software Geomagic Freeform e il dispositivo tattile Phantom

Una volta completato il progetto, viene prodotto un prototipo utilizzando la stampa CNC. Si crea in seguito uno stampo in gesso del prototipo. Del silicone per uso medico viene versato nello stampo in gesso per dare forma all'impianto. Questo metodo viene utilizzato poiché non sono disponibili tecnologie di stampa 3D attualmente in grado di stampare elastomeri siliconici in silicone di qualità medica.

L'impianto 3D personalizzato viene poi inserito chirurgicamente in profondità all'interno del torace, tra la gabbia toracica e i muscoli pettorali, e uno scanner Artec Eva 3D viene utilizzato per catturare la nuova forma del torace. Le dettagliate scansioni 3D pre-operazione e post-operazione vengono quindi allineate e vengono eseguiti confronti della mappa della distanza direttamente nel software di scansione ed elaborazione Artec Studio .Ciò fornisce una chiara rappresentazione di dove e come sono proiettati i tessuti corporei - i modelli 3D consentono agli esperti di comprendere meglio come i tessuti molli sulla parte superiore degli impianti si riposizionano secondo la struttura anatomica standard della gabbia toracica.

Risultato della mappatura della distanza in Artec Studio 12 che confronta i dati 3D prima e dopo l'operazione per valutare il riposizionamento dei tessuti molli nel torace del paziente

Scansioni 3D del torace di un paziente affetto da un pectus excavatum. A sinistra: prima dell'intervento. A destra: dopo l'intervento chirurgico con un impianto 3D personalizzato

L'attuale processo di lavoro è semplice, veloce, sicuro e facile da realizzare. Tuttavia, non è sempre stato così. Prima di implementare le soluzioni di scansione 3D Artec, Anatomik Modeling utilizzava altri metodi più convenzionali per raccogliere i dati necessari per l'analisi, come calchi in gesso o scansioni TC. La colatura di modelli in gesso richiede molto tempo, mentre le scansioni TC possono essere eseguite solo mentre il paziente è sdraiato, non in piedi. Di conseguenza i tessuti molli si muovono, rendendo i dati raccolti molto imprecisi.

Per ottenere dati 3D in modo rapido, preciso e sicuro, la società ha prima acquistato un Artec MH 3D e un Artec EVA. MH ed Eva erano delle soluzioni portatili perfette per l'acquisizione di dati per l'analisi delle malformazione del torace. Successivamente, l'azienda ha acquistato anche un Artec Spider per scansionare volti e teste di pazienti in altissima risoluzione. Ora, i pazienti possono essere facilmente scansionati in 3D sia prima che dopo le operazioni, anche mentre si trovano in piedi, garantendo sempre risultati precisi. Inoltre, anche se le scansioni TC sono ancora necessarie per creare un impianto personalizzato, l'esposizione dei pazienti alle radiazioni nocive è ora significativamente ridotta.

"Utilizzare Artec EVA e Spider invece che lo stampo in gesso consente di risparmiare molto tempo ed è molto più affidabile, dando un maggiore comfort al paziente rispetto a quando viene utilizzato il gesso. Inoltre, avere i modelli 3D dell'anatomia del paziente consente di effettuare misurazioni che sarebbe impossibile ottenere utilizzando gli stampi in gesso". Benjamin Moreno, CTO e Cofondatore di Anatomik Modeling.

Risultati della chirurgia di correzione del pectus excavatum utilizzando gli impianti personalizzati 3D di Anatomik Modeling. A sinistra: prima dell'intervento. A destra: dopo l'intervento

L'integrazione di hardware e software 3D professionali si è rivelata un grande successo e sta migliorando significativamente la vita di molte persone. Con sempre più nuovi progetti e sviluppi costanti, la tecnologia 3D sta spianando la strada all'industria sanitaria personalizzata, sia per i professionisti di Anatomik Modeling che per gli esperti della sanità di tutto il mondo.

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