Equipe de pesquisa mais próxima da impressão 3D de órgãos realistas

Uma equipe de pesquisadores da Universidade do Colorado desenvolveu uma nova estratégia para transformar imagens médicas, como tomografia computadorizada ou ressonância magnética, em modelos 3D incrivelmente detalhados no computador. O avanço marca um passo importante para a impressão de representações realistas da anatomia humana que os profissionais médicos podem esmagar, cutucar e cutucar no mundo real.

Os pesquisadores descrevem seus resultados em um artigo publicado em dezembro na revista Impressão 3D e Manufatura Aditiva.

A descoberta decorre de uma colaboração entre cientistas da CU Boulder e da CU Anschutz Medical Campus, projetada para atender a uma grande necessidade no mundo médico: os cirurgiões há muito usam ferramentas de imagem para planejar seus procedimentos antes de entrar na sala de cirurgia. Mas você não pode tocar em uma ressonância magnética, disse Robert MacCurdy, professor assistente de engenharia mecânica e autor sênior do novo estudo.

Sua equipe quer consertar isso, dando aos médicos uma nova maneira de imprimir modelos realistas e compreensíveis das várias partes do corpo de seus pacientes, até o detalhe de seus minúsculos vasos sanguíneos – em outras palavras, um modelo inteiramente de seu próprio rim. fabricado a partir de polímeros macios e flexíveis.

“Nosso método atende à necessidade crítica de fornecer aos cirurgiões e pacientes uma maior compreensão da anatomia específica do paciente antes que a cirurgia ocorra”, disse Robert MacCurdy, autor sênior do novo artigo e professor assistente de engenharia mecânica na CU Boulder.

O estudo mais recente aproxima a equipe de atingir esse objetivo. Nele, MacCurdy e seus colegas apresentam um método para usar dados de varredura para desenvolver mapas de órgãos compostos de bilhões de pixels volumétricos, ou “voxels” – como os pixels que compõem uma fotografia digital, apenas tridimensionais.

Os pesquisadores estão atualmente experimentando como podem usar impressoras 3D para transformar esses mapas em modelos físicos mais precisos do que os disponíveis por meio de ferramentas existentes.

“Em meu laboratório, procuramos formas alternativas de representação que alimentarão, em vez de interromper, o processo de pensamento dos cirurgiões”, disse Jacobson, pesquisador de design clínico da Inworks Innovation Initiative. “Essas representações se tornam fontes de ideias que ajudam a nós e nossos colaboradores cirúrgicos a ver e reagir a mais do que está nos dados disponíveis.”

Cortando a laranja

Os órgãos humanos são complicados – compostos de redes de tecidos, vasos sanguíneos, nervos e muito mais, todos com suas próprias texturas e cores.

Atualmente, profissionais médicos tente capturar essas estruturas usando o mapeamento de “superfície de contorno”, que, essencialmente, representa um objeto como uma série de superfícies.

“Pense nos métodos existentes como representando uma laranja inteira considerando apenas a casca exterior da laranja”, disse MacCurdy. “Quando vista dessa forma, toda a laranja é descascada.”

O método de sua equipe, em contraste, é todo suculento por dentro.

A abordagem começa com um arquivo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), os dados 3D padrão produzidos por tomografias computadorizadas e ressonâncias magnéticas. Usando um software personalizado, MacCurdy e seus colegas convertem essas informações em voxels, essencialmente cortando um órgão em pequenos cubos com um volume muito menor do que uma gota de lágrima típica.

E, disse MacCurdy, o grupo pode fazer tudo isso sem perder nenhuma informação sobre os órgãos no processo – algo que é impossível com os métodos de mapeamento existentes.

Para testar essas ferramentas, a equipe pegou dados reais de varredura de um coração, rim e cérebro humanos e criou um mapa para cada uma dessas estruturas. Os mapas resultantes foram detalhados o suficiente para que pudessem, por exemplo, distinguir entre o interior carnoso do rim, ou medula, e sua camada externa ou córtex – ambos os quais parecem rosados ​​ao olho humano.

“Os cirurgiões estão constantemente tocando e interagindo com os tecidos”, disse MacCurdy, “portanto, queremos dar a eles modelos que sejam visuais e táteis e representativos do que eles vão enfrentar.”