Tecnologia di realtà mista e stampa tridimensionale nell'insegnamento: l'anatomia del cuore come esempio

Questo studio si concentra sull'integrazione della realtà mista nell'educazione anatomica sviluppando modelli stampati in 3D ad alta fedeltà e ologrammi cardiaci, utilizzando l'applicazione CarnaLife Holo con Microsoft HoloLens nelle sessioni di formazione degli studenti di medicina per migliorare la loro esperienza di apprendimento. I ricercatori di tutto il mondo stanno riconoscendo sempre più il potenziale della stampa 3D e delle tecnologie immersive, compresa la realtà mista nell'educazione medica e nella pratica clinica. Il loro continuo progresso e la loro più ampia adozione segnano un cambiamento fondamentale nel futuro dell'innovazione medica.

L'obiettivo di questo studio è esplorare le applicazioni in espansione della realtà mista, non solo nell'educazione anatomica, ma anche nella pratica clinica di routine in tutte le discipline mediche, tra cui l'ortopedia e la chirurgia dei traumi muscoloscheletrici per migliorare la precisione diagnostica e la pianificazione chirurgica. Per iniziare, apri 3D Slicer versione 5.6.0 e passa al modulo dati. Fare clic su Aggiungi dati e selezionare le immagini TC specifiche del paziente in formato DICOM.

Valuta la qualità delle immagini ispezionando le viste assiali, sagittali e coronali nel visualizzatore di sezioni. Verificare un contrasto sufficiente per distinguere tra il miocardio e le camere cardiache. Ora vai al modulo dell'editor di segmenti e fai clic su aggiungi per creare una nuova segmentazione.

Seleziona la soglia dagli strumenti di segmentazione. Impostare i valori di soglia inferiore e superiore per isolare con precisione il miocardio e le camere cardiache. Regolare l'intervallo utilizzando i cursori o inserendo i valori per assicurarsi che le strutture anatomiche corrette vengano catturate correttamente.

Dopo aver applicato la segmentazione basata su soglia, ispezionare il modello segmentato nelle viste assiale, sagittale e coronale per assicurarsi che il miocardio e le camere cardiache siano acquisiti correttamente. Se mancano delle aree, aggiungi le regioni mancanti utilizzando lo strumento di disegno nel modulo dell'editor dei segmenti. Aggiungi con attenzione la segmentazione alle regioni che non sono state acquisite correttamente dalla soglia.

Regola le dimensioni del pennello secondo necessità per una migliore precisione, soprattutto in aree piccole o complesse. Allo stesso modo, se nella segmentazione sono presenti tessuti o artefatti indesiderati, utilizzare lo strumento di cancellazione per rimuoverli. Per aree errate più grandi, usa lo strumento delle forbici per tagliarle via in modo efficiente.

Una volta apportate tutte le correzioni necessarie, rivedere la segmentazione per assicurarsi che il miocardio sia completamente segmentato senza aree mancanti o extra e che le camere cardiache siano definite correttamente senza connessioni indesiderate. Fare clic su Applica per finalizzare la segmentazione. Per esportare separatamente i file STL sia per il miocardio che per le camere cardiache, passare alle segmentazioni, quindi all'esportazione in file, quindi selezionare il formato STL.

Successivamente, per ottimizzare il miocardio e le camere cardiache, apri Meshmixer e vai al file, quindi all'importazione. Caricare i file STL sia per il miocardio che per la camera cardiaca. Assicurarsi che entrambi i modelli siano allineati correttamente e visibili nell'area di lavoro.

Seleziona ogni modello e vai su modifica, seguito da Rendi solido. Regola il cursore di precisione dei solidi per bilanciare i dettagli e la stabilità della mesh. Applicare l'operazione e verificare che il modello rimanga intatto.

Scegli la precisione del tipo solido per preservare i dettagli anatomici. Ora usa lo strumento di selezione per evidenziare piccoli artefatti indesiderati ed eliminarli usando la modifica, seguita da scarta. Se necessario, ricostruite le aree interrotte navigando per selezionare, quindi per modificare, cancellare e riempire, oppure utilizzando i pennelli.

Per ottimizzare il modello per la stampa 3D, selezionare l'area con irregolarità della superficie. Fare clic su deformare e poi levigare. Applicalo in modo iterativo.

Regolare il cursore dell'intensità uniforme in base alla gravità delle irregolarità della superficie. Quindi, per unire le camere del miocardio e del cuore, vai su modifica, differenza booleana e seleziona entrambi i modelli. Assicurarsi che l'operazione unisca correttamente le strutture senza creare fori interni o superfici sovrapposte.

Una volta completate l'unione e il perfezionamento, vai al file, quindi all'esportazione. Salva il modello unificato finale in formato STL, assicurandoti che sia pronto per lo slicing e la stampa 3D. La visualizzazione in realtà mista ha fornito una rappresentazione interattiva e dinamica dei dati CT, consentendo la manipolazione in tempo reale delle strutture cardiache.

Tuttavia, l'eccessiva segmentazione ha portato a imprecisioni di rendering superficiale, distorcendo i dettagli anatomici interni. La tecnica di rendering del volume ha permesso la visualizzazione di diverse densità di tessuto, migliorando il riconoscimento dei dettagli anatomici. Questo approccio ha permesso una migliore differenziazione di strutture complesse in cui la segmentazione da sola non era sufficiente.