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Résoudre les défis de l’impression 3D médicale basée sur l’image – ImpressionEn3D.com

DICOM de l’IRM d’un foie importé dans Simpleware [Source: 3D LifePrints ]

L’impression 3D médicale devient de plus en plus précieuse pour les fabricants et les cliniciens pour résoudre les problèmes spécifiques aux patients grâce à des implants sur mesure afin d’améliorer la prise de décision diagnostique.

La création de modèles à partir de données d’image telles que l’IRM et la tomodensitométrie ajoute de la valeur à cette approche en capturant l’anatomie réaliste d’un patient, plutôt que de s’appuyer sur un modèle CAO idéalisé.

De nouvelles solutions relèvent le défi de relier la numérisation 3D avec le traitement basé sur l’image, la simulation et l’impression 3D. Plusieurs entreprises s’attaquent à ces problèmes en utilisant les dernières techniques basées sur l’image pour créer des modèles imprimés en 3D robustes. Les exemples suivants examinent les différentes façons dont la thérapie tumorale peut être améliorée grâce à l’impression 3D médicale.

Thérapie de radiothérapie tumorale avec LifePrints 3D

Un exemple de ces solutions vient de 3D LifePrints, une société britannique qui crée une variété de dispositifs médicaux personnalisés à l’aide des technologies 3D, et qui a récemment fabriqué une série de fantômes physiques d’organes imprimés en 3D pour aider les chirurgiens à prendre des décisions de diagnostic plus éclairées. 3D LifePrints utilise le logiciel Synopsys Simpleware pour créer des modèles à partir de données d’imagerie.

La procédure normale de pré-évaluation et de planification avant la procédure interventionnelle repose sur les cliniciens à la recherche d’une variété de scans de données d’images de patients. La procédure suivante utilise des rayons X pour fournir la dose de rayonnement ciblée pour la zone d’intérêt. Il existe actuellement peu d’options de planification autres que les scanners CT / IRM affichés sur un écran 2D. Les fantômes imprimés en 3D fabriqués ont permis aux chirurgiens de mieux comprendre l’anatomie du patient et en utilisant le dosage mesuré et le volume de cavité connu pour le patient, l’exposition environnante sur le foie a pu être estimée.

Fantôme de foie imprimé en 3D en polymère [Source: 3D LifePrints]

Un projet particulièrement réussi pour 3D LifePrints a consisté à créer un modèle de foie pour étudier les mesures de dosage pour la radiothérapie. 3D LifePrints a obtenu les données IRM des patients et segmenté les régions d’intérêt dans le logiciel Simpleware. Les images segmentées ont ensuite été exportées dans un format adapté à l’impression 3D sur une machine PolyJet. Pour ce modèle, trois chambres ont été incluses pour contenir des échantillons de radio-isotopes. Le fantôme imprimé en 3D a ensuite été scanné à l’aide d’une machine TEP / CT Philips et utilisé pour estimer l’exposition du foie aux rayonnements par le dosage mesuré et le volume de cavité connu.

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Fantôme hépatique imprimé en 3D dans un scanner IRM [Source: 3D LifePrints ]

Être capable d’identifier les frontières entre le foie et la tumeur est important pour personnaliser les voies de traitement pour les patients individuels. Un modèle imprimé en 3D est précieux pour que les cliniciens comprennent les géométries de la tumeur afin de calibrer plus précisément les diamètres du faisceau de rayonnement, réduisant ainsi le risque d’exposition aux rayonnements des tissus environnants. Paul Fotheringham, fondateur et CTO chez 3D LifePrints, commente ainsi:

«En tant qu’organisation spécialisée dans l’impression 3D médicale, la capacité à disposer d’une application de modélisation médicale riche en fonctionnalités et efficace est cruciale pour que 3D LifePrints réponde aux exigences complexes de nos clients en matière de dispositifs médicaux.

Visualiser les traitements contre le cancer avec le centre médical Wake Forest Baptist

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Combinaison de différentes parties du modèle imprimé en 3D [Source: Wake Forest Baptist Medical Center ]

Un succès similaire a été obtenu par des chercheurs et des cliniciens du Wake Forest Baptist Medical Center en Caroline du Nord, qui utilisent des modèles d’impression 3D médicale pour visualiser les tumeurs afin d’éduquer les patients sur les traitements du cancer. Dans ce cas, le département de radiologie du Wake Forest Baptist Medical Center a acquis des données IRM spécifiques au patient au format DICOM pour la segmentation dans le logiciel Simpleware. Des outils de traitement d’image ont été utilisés pour identifier une tumeur dans un modèle de sein, avant de générer des fichiers .stl du sein et de la tumeur.

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Les données DICOM des scans IRM ont été segmentées dans Simpleware ScanIP pour générer deux modèles 3D [Source: Wake Forest Baptist Medical Center ]

Ces modèles ont ensuite été modifiés pour s’assurer qu’ils pourraient être combinés efficacement après l’impression. Le modèle de sein a été creusé de sorte que la partie imprimée représente la forme externe sans remplissage interne – cela signifie que le modèle de tumeur peut être facilement placé dans le sein et fixé à l’aide d’un montant spécialement conçu pour maintenir l’emplacement souhaité.

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Modèle de sein en matériau transparent et tumeur en matériaux opaques pour faciliter la visualisation [Source: Wake Forest Baptist Medical Center ]

Les deux fichiers .stl ont été imprimés sur une imprimante Stratasys J750 avec du matériel Vero. Les trois parties distinctes du modèle, représentant les deux moitiés du sein et de la tumeur, permettent aux cliniciens de démontrer la taille et l’emplacement de la tumeur aux patients grâce à une aide visuelle. Les médecins qui ont utilisé les modèles ont été impressionnés par la façon dont les modèles imprimés en 3D facilitent la communication avec les patients, par exemple en démontrant différentes options de traitement.

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Plus largement, ces types de modèles sont précieux pour visualiser les traitements des patients, en particulier lorsqu’ils sont imprimés à l’aide de matériaux qui imitent l’apparence et les propriétés tactiles d’une pathologie et des tissus environnants. La bio-impression spécifique au patient est également une option pour potentiellement générer un tissu de remplacement qui peut être implanté pour remplacer ou régénérer une zone affectée. L’utilisation de plastiques et d’hydrogels biodégradables peut fonctionner ici pour créer une solution multi-matériaux. Carlos Kengla, PhD, associé de recherche, Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, commente:

«Les modèles anatomiques imprimés en 3D commencent à avoir un impact significatif sur la médecine. La première étape pour l’impression de modèles spécifiques au patient est la segmentation des ensembles de données d’imagerie du patient. Simpleware ScanIP rend ce processus simple et efficace car des modèles imprimables peuvent être rapidement produits à partir de parties segmentées des données d’imagerie. Nous avons produit un modèle du sein avec une tumeur en cours de traitement, afin que la patiente puisse mieux comprendre le diagnostic et les options de traitement ultérieures proposées par les médecins.

Les deux exemples montrent comment l’impression 3D médicale fournit des solutions pour simuler des options de traitement et pour visualiser efficacement les pathologies complexes des patients.

À l’avenir, nous prévoyons de voir l’impression 3D médicale devenir un moyen standard de planifier les traitements et d’aider les patients à comprendre les informations cliniques souvent difficiles à décrire avec précision.

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