Stratasys Ltd., azienda leader nel campo della stampa 3D, si avvale del supporto della ricerca clinica per potenziare la stampante 3D J750 Digital Anatomy™ dotandola di funzionalità avanzate per la realizzazione di ossa che non solo sembrano reali, ma che sono biomeccanicamente realistiche.
L’aggiornamento del software consente ai sistemi di replicare le strutture porose delle ossa, il tessuto fibrotico e i legamenti in modo da permettere ai professionisti del settore sanitario di creare modelli con un comportamento identico a quello delle ossa umane.

La stampante 3D Digital Anatomy consente l’inserimento di viti per applicazioni ortopediche con un realismo biomeccanico simile all’anatomia umana

La stampante Digital Anatomy è stata presentata per la prima volta un anno fa con l’obiettivo iniziale di imitare i tessuti molli della cardiologia, come cuore e vasi sanguigni, utilizzando il potente software Digital Anatomy e materiali come GelMatrix™ e TissueMatrix™.
La tecnologia ha aiutato gli operatori sanitari a migliorare la preparazione chirurgica e i produttori di dispositivi medici a condurre test e a formare i professionisti nell’uso di nuove apparecchiature. Grazie al materiale BoneMatrix™ e alle funzionalità potenziate del software, anche le applicazioni ortopediche beneficiano di questi vantaggi.

«Riteniamo che una migliore preparazione porti a risultati clinici migliori», ha dichiarato il vicepresidente Osnat Philipp, che guida il team globale di Stratasys per il settore sanitario. «Le proprietà meccaniche dell’osso sono fondamentali per sostenere il movimento dello scheletro, per proteggere gli organi vitali e, in ultima analisi, per migliorare la qualità della vita. Essere in grado di stampare modelli in 3D biomeccanicamente accurati e specifici per ciascun paziente risulta essenziale per questa preparazione».

La stampante 3D Digital Anatomy produce modelli ossei accurati fino al livello del singolo voxel, compreso il midollo, e permette anche di includere caratteristiche quali i tumori

Nonostante l’elevata domanda, le opzioni tradizionali di modelli ossei presentano importanti lacune. Il settore medico ha convenzionalmente utilizzato ossa umane provenienti da cadaveri o soluzioni di stampa 3D che si sono dimostrate inadeguate.
L’osso umano è costoso, difficile da ottenere e da acquisire con le precise caratteristiche patologiche necessarie, per esempio con tumori o con caratteristiche che rispecchiano le diverse età. Inoltre, i modelli ossei prodotti in serie mancano di quelle caratteristiche specifiche del paziente, mentre altre soluzioni tradizionali di stampa 3D sono biomeccanicamente irreali.
Adesso invece, sia che si inserisca una vite o che si fori o si seghi un osso, gli operatori del settore sanitario possono aspettarsi un feedback tattile molto realistico dai modelli di anatomia digitale e ogni modello può essere creato a partire da una vera e propria scansione del paziente.

Come ha affermato la direttrice medica di un ospedale pediatrico della Florida, i modelli tridimensionali del cranio e della colonna vertebrale per i corsi di formazione del personale sanitario permettono ai medici di praticare il taglio e la perforazione delle ossa.
Infatti, ha concentrato l’attenzione sul ricorso a simulazioni all’avanguardia capaci di trasformare la formazione e l’istruzione in campo pediatrico.

«A mio parere, le opportunità sembrano inesauribili, perché i medici possono fare pratica prima di eseguire gli interventi. Questo ridurrà il tempo in sala operatoria, ridurrà la morbilità e la mortalità, e ci aiuterà a ridurre il tempo di anestesia, che è meglio per lo sviluppo del cervello.
Sebbene la stampa 3D sia di per sé una tecnologia all’avanguardia, è il software Digital Anatomy che permette di sfruttarne appieno la potenza. Sono state sviluppate e perfezionate più di 100 sofisticate configurazioni predefinite in anni di test condotti da esperti, in collaborazione con i migliori centri sanitari e ospedali universitari di tutto il mondo. Per esempio, è possibile stampare dischi intervertebrali normali o deteriorati.
Le articolazioni tra le vertebre possono essere stampate con vari gradi di rigidità. La struttura più densa delle ossa del cranio si differenzia da quella delle ossa in generale. Gli ossi lunghi possono essere stampati con quantità variabili di midollo. Diverse combinazioni di materiali vengono prodotte a livello di voxel 3D per garantire le giuste proprietà biomeccaniche».

I ricercatori del Laboratorio di Meccanica Computazionale e Biomeccanica Sperimentale dell’Università di Tel Aviv hanno realizzato una valutazione clinica delle caratteristiche dei modelli ossei stampati in 3D sul sistema Digital Anatomy, concentrandosi in particolare sulla precisione con cui viene replicata la forza di estrazione della vite e la coppia motrice utilizzando viti corticali e viti cancellose.
Lo studio del 2020 ha concluso che la forza di estrazione delle viti ortopediche nei modelli stampati in 3D genera una percezione aptica analoga a quella dell’osso di un cadavere umano.

Un secondo studio dei ricercatori del Technion Institute of Technology’s Materials Science and Engineering Laboratory in Israele ha evidenziato la precisione meccanica dei modelli di spina dorsale stampati in 3D rispetto alla colonna vertebrale di un cadavere.
Lo studio è stato in grado di dimostrare che i modelli stampati in 3D delle vertebre lombari rappresentano accuratamente le possibilità di movimento rispetto alla letteratura pubblicata sulla colonna vertebrale umana.

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