Возможности 3D-принтера 3DUJ-553 от Mimaki, производителя широкоформатных струйных принтеров и каттеров, были использованы Университетом Флоренции и эксклюзивным итальянским импортером Mimaki Bompan для производства 3D-печатных анатомических моделей с ранее недостижимой степенью цветопередачи и точности.
Во время проекта команда врачей и исследователей объединилась, чтобы реализовать возможности полноцветной и фотореалистичной технологии 3D-печати Mimaki, которая, по их мнению, может стать поворотным моментом в анатомических моделях и обучении науке о человеческом теле.
После создания и патентования уникального алгоритма реализации изображения и интеграции для создания точных графических репродукций анатомических систем, исследователи обратились к Mimaki 3DUJ-553, чтобы напечатать первую модель, сердце, с реальными размерами, четкостью деталей и «превосходной» цветопередачей.
Mimaki запустила свой полноцветный 3D-принтер UV LED 3DUJ-553 в 2017 году, предложив 10 миллионов возможных цветовых комбинаций на тогдашнем в основном монохромном рынке 3D-принтеров.
Машина промышленного размера основана на технологии УФ-струйной печати, которая сочетает в себе традиционную струйную печатающую головку с экономичным источником УФ-светодиодного света. Принтер работает путем нанесения последовательных слоев чернил, которые мгновенно затвердевают, создавая полноцветный трехмерный объект.
3DUJ-553 ранее использовался для поддержки разработки привлекательных экспонатов и для производства 3D-печатных моделей для общественных программ в студии Smithsonian Exhibit в Ландовере. Машина также была использована в игровом секторе для 3D-печати сложной модели дизайна, выигравшего в конкурсе, проводимом Minecraft, популярной видеоигрой-песочницей, созданной шведским разработчиком Mojang.
С момента запуска 3DUJ-553, Mimaki определила потребность в более компактной машине начального уровня на рынке по более доступной цене. Впоследствии в ноябре прошлого года компания выпустила свой полноцветный настольный 3D-принтер 3DUJ-2207, который коммерчески доступен менее чем за 40 000 евро.
На протяжении веков анатомия была основой медицинских и научных знаний и остаётся жизненно важным инструментом в обучении и профессиональном развитии врачей во всем мире. Поэтому создание реалистичных и точных представлений морфологии человеческого тела имеет жизненно важное значение для преподавания анатомических знаний, и именно здесь преимущества технологий 3D-печати могут сыграть ключевую роль.
Основным методом анатомического исследования в настоящее время остается вскрытие, которое позволяет исследователям получать знания и создавать иконографические изображения структур человеческого тела. Однако из-за таких проблем, как скоропортящийся характер трупов и юридические сложности, этот метод становится все менее практичным.
Таким образом, врач и доцент Флорентийского университета Фердинандо Патерностро и доктор Джакомо Гелати приступили к поиску новых способов восполнить существующий пробел в анатомических исследованиях.
«Во время учебы в медицине, благодаря Фердинандо, который был моим профессором, я увлекся анатомией», - сказал Гелати. «Однако вскоре я осознал ряд трудностей. Мало того, что было невозможно принять участие в практических занятиях по анатомическому вскрытию, но и использовавшаяся иконография (хотя и основанная на фотографиях, показывающих реалистичные анатомические детали и акварели, имеющие большую художественную ценность, несмотря на то, что полагалась на схематическое изображение анатомических структур) оставалась плоской и статичной, и поэтому не очень удобной.
«ДЛЯ ЛЮДЕЙ, ИЗУЧАЮЩИХ АНАТОМИЮ ИЛИ ПРАКТИЧЕСКУЮ МЕДИЦИНУ, ВОЗМОЖНОСТЬ УВИДЕТЬ НАСТОЯЩИЙ СВЕТ И ЦВЕТ АНАТОМИЧЕСКОГО ОБРАЗЦА, И ПРОВЕРИТЬ ЕГО СОСТОЯНИЕ И ВЗАИМОСВЯЗЬ С ОКРУЖАЮЩИМИ СТРУКТУРАМИ, ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ИМЕЕТ БОЛЬШОЕ ЗНАЧЕНИЕ».
Чтобы решить эту проблему, Гелати создал и запатентовал уникальный алгоритм реализации и интеграции изображений, который генерирует точное графическое воспроизведение анатомических систем. Как только это было достигнуто, врачи обратились к 3D-печати, чтобы воплотить свое видение в жизнь.
«У нас были красивые и эффективные графические изображения, поэтому мы начали рассматривать возможность их преобразования в трехмерные, управляемые и непреходящие объекты», - продолжил Гелати. «Мы сразу подумали о 3D-печати, сосредоточив внимание на точности цветопередачи, что является для нас ключевым элементом».
Исследователи обратились к технологии 3D-печати Bompan и Mimaki для производства моделей, причем технология была выбрана специально из-за её полноцветных возможностей.
«Это был вызов внутри вызова», - сказал Гелати. «Качество графики и качество печати идут рука об рук, без хорошего исходного файла никогда не будет хорошего 3D-печатного объекта, и, наоборот, без хорошей 3D-печати исходный файл потеряет свое качество в процессе печати. Вот почему мы решили объединиться с отличной компанией, занимающейся цветной 3D-печатью».
Исследователи из Университета Флоренции и Bompan работали вместе над 3D-печатью первой модели органа - сердца - с помощью 3D-принтера Mimaki 3DUJ-553. Пилотный проект оказался успешным, позволив создать трехмерную модель сердца с хорошими размерами, четкостью деталей и отличной цветопередачей. По словам Патерностро, способность воспроизводить качество цвета графических изображений было самым важным фактором при выборе исследователями технологии.
«Различные анатомические структуры, с которыми мы сталкиваемся при проведении хирургических операций или в кабинете препарирования, имеют свой особый цвет и окружены топографическим контекстом различных цветов», - пояснил он. «Различать структуры в их анатомо-топографическом контексте непросто, и цвет играет решающую роль».
Таким образом, цель команды состоит в том, чтобы в полной мере использовать качество цвета, воспроизводимость и долговечность 3D-печатных объектов в медицинской практике, чтобы помочь распознавать структуры во время хирургического и анатомического вскрытия.
«Объекты, которые мы создаем, комбинируя наш алгоритм с технологией 3D-печати Mimaki, хроматически и морфологически реалистичны, измеримы и воспроизводимы», - добавил Патерностро. «Используя этот метод, мы потенциально можем пересечь новые границы. В патологической анатомии, например, мы сможем создать трехмерный орган, который показывает аномалии, вызванные определенным заболеванием, - таким образом, предоставляя очень полезный инструмент для подготовки к любому хирургическому вмешательству и для общения с пациентом».
Андреа Ферранте, специалист по 3D-печати из Bompan, считает, что проект демонстрирует превосходные качества технологии 3D-печати Mimaki и её способность обеспечивать точность цветопередачи и сверхреалистичное определение деталей, необходимых для анатомических моделей, комментируя: «Мы убеждены, что эта технология будет широко использоваться в самых разных областях, и возможности будут расширены за счет скорого появления 3DUJ-2207 - версии с более компактной и доступной конструкцией, но оснащенной той же технологией, что и 3DUJ-553».
По словам Патерностро, 3D-печать в целом может существенно помочь в преобразовании преподавания, образования и медицинских научных исследований в будущем.
«Мы все еще находимся на начальной стадии, но мы уверены, что находимся на правильном пути», - сказал он. «У нас есть возможность заменить анатомические модели и пластинированные анатомические части - обе очень ценные, но хрупкие, скоропортящиеся и, следовательно, пригодные для использования только в определенных контекстах - на 3D-печатные анатомические части, доступные университетам, исследовательским институтам, больницам и клиникам.
«КРАСИВАЯ АНАТОМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНАЛЬНА ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ, ОБЩЕНИЯ, МЕДИЦИНСКОЙ И ХИРУРГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКИ».