Αναμείνατε ολίγον τι
ΕπιστήμεςΤεχνολογία

Εκτύπωση 3D μοντέλων εγκεφάλου που βασίζονται στις ιατρικές εξετάσεις του ασθενή

Εκτύπωση 3D μοντέλων εγκεφάλου που βασίζονται στις ιατρικές εξετάσεις του ασθενή

Όλα ξεκίνησαν όταν ένας διδακτορικός φοιτητής διεγνώσθη με όγκο στον εγκέφαλο. Ο Brian Keating, ο οποίος έκανε το διδακτορικό του στην ομάδα Mediated Matter του Media Lab του ΜΙΤ, ήθελε να κατανοήσει καλύτερα το τι συνέβαινε στο κεφάλι του πριν προχωρήσει σε επέμβαση για την αφαίρεση του όγκου.

Συγκέντρωσε τα ιατρικά του δεδομένα και άρχισε να εκτυπώνει σε τρισδιάστατη μορφή τις μαγνητικές (MRI) και υπολογιστικές του τομογραφίες (CT). Ωστόσο, απογοητεύτηκε από το γεγονός ότι οι υπάρχουσες μέθοδοι ήταν απαγορευτικά χρονοβόρες, δυσκίνητες και αποτύγχαναν στο να αναπαραστήσουν με ακρίβεια σημαντικά σημεία.

Έτσι, ο Keating ήρθε σε επαφή με μερικούς από τους συνεργάτες της ομάδας του, συμπεριλαμβανομένων των μελών του Ινστιτούτου Wyss του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, οι οποίοι διερευνούσαν μια νέα μέθοδο για  την 3D εκτύπωση βιολογικών δειγμάτων.

Το αποτέλεσμα; Η ομάδα δημιούργησε μια μέθοδο, ώστε να είναι σε θέση να κατασκευάσουν τρισδιάστατα εκτυπωμένα (3D printed) αντίγραφα εγκεφάλων βάσει των CT και MRI τομογραφιών των ασθενών. Τα αποτελέσματα της εργασίας τους δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό 3D Printing and Additive Manufacturing.

Οι δύο τεχνολογίες που χρησιμοποίησαν – η τρισδιάστατη εκτύπωση και οι τεχνικές απεικόνισης του εγκεφάλου – είναι εκπληκτικά συμβατές. Οι εκτυπωτές λειτουργούν με τη σταδιακή στρωματοποίηση τμημάτων του αντικειμένου από κάτω προς τα πάνω.

Οι CT τομογραφίες συγκεντρώνουν εικόνες του εγκεφάλου (ή οποιουδήποτε άλλου μέρους του σώματος) με τον ίδιο τρόπο, χρησιμοποιώντας κάθετες τομές, όμως με την αντίθετη φορά- από πάνω προς τα κάτω. Ο Keating και οι συνάδελφοί του, θα μπορούσαν να συγκεντρώσουν τα δεδομένα για τον εγκέφαλό του τροφοδοτώντας το μηχάνημα με τα αποτελέσματα των CT τομογραφιών με τη σωστή σειρά.

Ωστόσο, αυτή δεν είναι η πρώτη φορά που κάποια ομάδα επιχειρεί να μετατρέψει τα αποτελέσματα των τομογραφιών εγκεφάλου σε απτά 3D αντικείμενα. Πέρυσι για παράδειγμα, ερευνητές στο UT Southwestern Medical Center χρησιμοποίησαν παρόμοια μοντέλα για να μελετήσουν πώς η σκλήρυνση κατά πλάκας επηρεάζει τον εγκέφαλο.

Όμως, αυτά τα μοντέλα παρέλειπαν την αναπαράσταση σημαντικών λεπτομερειών. Οι CT τομογραφίες διαθέτουν πολύ υψηλή ανάλυση, δημιουργώντας εικόνες σε μια κλίμακα με αποχρώσεις του γκρι. Αλλά οι προηγούμενες μέθοδοι εκτύπωσης που δεν ήταν τόσο λεπτομερείς, μείωναν την κλίμακα του γκρι σε μαύρο ή άσπρο. Το αποτέλεσμα: ένα λιγότερο ακριβές τρισδιάστατα εκτυπωμένο προϊόν. Και όταν πρόκειται για την απεικόνιση του εγκεφάλου, οι λεπτομέρειες έχουν σημασία.

Για να αποφύγουν αυτό το σημαντικό πρόβλημα, ο Keating και οι συνεργάτες του διαίρεσαν κάθε γκρι εικονοστοιχείο (pixel) σε ακόμη περισσότερα εικονοστοιχεία, καθένα από τα οποία ήταν μαύρο ή λευκό. Με αυτόν τον τρόπο, ο 3D εκτυπωτής θα μπορούσε να καταγράψει εξαιρετικά λεπτομερείς αλλαγές στην εικόνα με βάση τις αναλογίες αυτών των πολύ μικροσκοπικών εικονοστοιχείων.

Η ερευνητική ομάδα ήταν σε θέση να μεταφράσει τις εικόνες για να εισάγει τα δεδομένα στον εκτυπωτή σε λιγότερο από 60 λεπτά. Εάν οι ακτινολόγοι το κάνουν αυτό με το χέρι, όπως συνήθως γίνεται, ενδέχεται να χρειαστούν περισσότερες από 30 ώρες.

Με αυτά τα εξαιρετικά ακριβή 3D τυπωμένα μοντέλα που μπορούν να παραχθούν πιο γρήγορα από ποτέ, η ερευνητική ομάδα ελπίζει ότι τα μοντέλα θα μπορούσαν να προσαρμοστούν με τέτοιο τρόπο ώστε να χρησιμοποιούνται από ιατρικές ομάδες. Ίσως το να υπάρχει μια εξατομικευμένη οπτική των ιατρικών δεδομένων των ασθενών, να βοηθήσει σημαντικά τους ειδικούς στην επιλογή της καταλληλότερης θεραπείας.

Πηγές

Μοιραστείτε το άρθρο

The following two tabs change content below.
Γιώτα Ζώτου

Γιώτα Ζώτου

Είμαι απόφοιτος του Τμήματος Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Κρήτης και κάθε προσπάθεια για περαιτέρω βελτίωση, που έχει σαν στόχο την διευκόλυνση της καθημερινότητας του ανθρώπου άπτεται των ενδιαφερόντων μου. Μέσα από αυτό το site λοιπόν θα μοιραζόμαστε ερευνητικά δεδομένα και εξελίξεις που αφορούν στις επιστήμες και την τεχνολογία, τα οποία έμμεσα ή άμεσα μας αφορούν και αξίζει να γνωρίζουμε.

Αφήστε ένα σχόλιο

Επιλογές της ομάδας
Oumuamua
σκίτσο του Άλμπερτ Αϊνστάιν
Τι θα γινόταν αν ο αυτισμός ήταν ... υπερδύναμη;
Η Σοφία, το πρώτο ρομπότ πολίτης στον κόσμο, δήλωσε ότι θα ήθελε να αποκτήσει οικογένεια
Πώς δημιουργήθηκαν τα μαθηματικά σύμβολα;
NASA: το πείραμα των πανομοιότυπων διδύμων