¿Qué software se usa en Impresión 3D médica?

🧠 ¿Sabes qué programas se usan en un proyecto real de impresión 3D médica?

Con nuestra experiencia colaborando en el Laboratorio de Impresión 3D del Hospital Gregorio Marañón, el proyecto de impresión 3D médica más potente de España, te damos las claves de los programas que se usan en un proyecto de verdad.

De imagen médica a modelo 3D: segmentación

La mayoría de procesos de impresión 3D médica comienzan con algún sistema para sacar imágenes del cuerpo humano, como por ejemplo el TAC o Tomografía Axial Computerizada.

Al hacerle un TAC a un paciente, se obtiene un conjunto de secciones del cuerpo a diferentes alturas, como si fuesen rodajas. Habitualmente estas imágenes están en un formato llamado DICOM, un protocolo estándar de comunicación entre sistemas de información y a la vez un formato de almacenamiento de imágenes médicas.

Como ya te estarás imaginando, esto se parece mucho a un escaneado 3D, y de hecho se utiliza la tomografía para el escaneo 3D también en otros sectores como ya te explicamos en este artículo. Una vez que tenemos todas las fotos del paciente es la hora de realizar el proceso llamado segmentación. Esta segmentación consistirá en seleccionar qué partes de cada imagen queremos que se convierta en un modelo 3D.

En el caso del TAC del cráneo que os enseñamos en la imagen anterior, el proceso de segmentación consistiría en seleccionar sólo las partes de la imagen que corresponden al cerebro, excluyendo el cráneo y el líquido entre ambos. Hay muchas maneras de realizar esta segmentación: manualmente, mediante detección automática usando gradientes de color, usando técnicas de segmentación de imagen más avanzadas o incluso mediante inteligencia artificial

Existen bastantes programas que pueden realizar este proceso de pasar el conjunto de imágenes a un modelo 3D escogiendo sólo aquellas partes que nos interesen, pero nosotros te vamos a hablar de 3 : 3DSlicer, IntelliSpace Portal 10 by Philips y Materialise Mimics.

3DSlicer

3DSlicer es un software de segmentación gratuito y libre (OpenSource) que se autodefine como: “una plataforma de software libre para imagen médica, procesado de imagen y visualización tridimensional de imágenes”

Este software es bastante potente para ser gratuito, y al ser de código libre cualquier usuario puede contribuir al proyecto para mejorarlo. Una de las herramientas más potentes que presenta este software es la segmentación por contraste o umbralización. Con esta herramienta podemos segmentar de manera automática todas las imágenes en función de si alguno de sus parámetros está por encima o por debajo de un cierto umbral. Esta umbralización se puede hacer sobre el brillo de la imagen o sobre la transparencia a la radiación, un canal adicional presente en el formato DICOM.

Un ejemplo práctico de qué se puede lograr con 3D slicer lo podéis ver en nuestro artículo sobre impresión 3D médica.

IntelliSpace Portal 10 by Philips

Intellispace Portal 10 es un software propietario de Philips, que no es ni gratuito ni libre pero que, a cambio ofrece un amplio abanico de características avanzadas. Se define a sí mismo como: ” una ayuda a resolver las dificultades de adquisición de imágenes y a proporcionar diagnósticos definitivos”.

Este software es un kit completo que promete ser capaz de llevar a cabo todo el ciclo de procesos necesarios para pasar de los archivos DICOM a un modelo 3D imprimible. Las principales características que ofrece son:

• Mejorar los tratamientos y cuidados ofrecidos a los pacientes: A través de diagnósticos más fiables y de herramientas para la toma de decisión de manera rápida y segura, IntelliSpace portal 10 mejora la atención recibida por los pacientes.
• Simplificar la adquisición de datos: La adquisición y recopilación de datos de diferentes fuentes suele ser una de las partes más lentas y costosas, por lo que este software promete una compatibilidad con muchos otros sistemas tanto de adquisición como de procesado de datos clínicos para agilizar el proceso
• Reducción de costes: Mediante el uso de algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje automático, en combinación con flujos de trabajo optimizados, se reduce la interacción y supervisión humana necesaria, reduciendo los costes.
• Soporte para el futuro: La plataforma de Philips promete mantenerse siempre actualizada para ofrecer siempre las soluciones más modernas y eficientes, incorporando a modo de nuevas herramientas los métodos más modernos de procesamiento de imagen clínica.

Este software integra diferentes módulos especializados para tareas muy diversas dentro del mundo clínico:

• Neurología
• Cardiología
• Hígado
• Oncología
• Vascular
• Modelado optimizado para impresión 3D

En general es un software bastante completo y que ofrece sencillez en su uso y soporte de calidad, eso sí, es un programa caro que puede costar miles de euros en función de qué versión elijamos.

Materialise Mimics

Mimics es un software de la empresa Materialise. Materialise, por si no la conoces, es una de las empresas de impresión 3D más grandes del mundo, así que realmente son expertos en el tema y tienen mucho valor que aportar.

Este programa pretende ser una solución sencilla pero muy potente para obtener modelos 3D perfectamente imprimibles a partir de imágenes clínicas. Al igual que la solución de Philips, no es gratuito ni libre, pero es una de las soluciones más cuidadas y de más calidad. Esta calidad se nota en diversos aspectos, desde la simplicidad y facilidad de acceso de la interfaz hasta la modularidad del software, que permite agregar funcionalidades nuevas de manera sencilla.

Materialise es también un software muy caro, pero la simplicidad que ofrece permite reducir mucho tiempo y costes de mano de obra por lo que es muy popular en el sector profesional.

Algunas de las funcionalidades que ofrece son:

• Cirugía virtual
• Mediciones anatómicas
• Diseño de modelos de pruebas
• Diseño de piezas adaptadas al paciente
• Análisis postoperatorio

Software de edición de mallas

Todos los programas que te hemos explicado hasta ahora sirven para extraer un modelo 3D, un archivo STL, a partir de las imágenes clínicas. El problema es que a veces, sobretodo con soluciones gratuitas como 3DSlicer, los modelos 3D generados no son perfectos. Al igual que ocurre cuando escaneamos en 3D algún objeto, es muy posible que algún área del mismo contenga algún error o necesite ser ligeramente retocada. Es aquí donde entran los programas para edición de mallas que servirán para realizar estos pequeños pero necesarios retoques, como:

• Escalar, mover y rotar la pieza
• Eliminar zonas no deseadas, producto de una segmentación imperfecta
• Cerrar huecos que hayan podido aparecer por una segmentación incorrecta
• Suavizar áreas que presenten alguna deformidad indeseada
• Modificar la geometría de algunas áreas concretas para adaptarla a nuestras necesidades específicas
• Realizar cortes de la pieza para obtener secciones de ésta

En nuestro caso te recomendamos que probéis Meshmixer, un programa gratuito de Autodesk que es la navaja suiza de la edición de mallas.

Nosotros ya hemos hecho una guía de este programa, que puedes encontrar aquí y que te enseñará qué cosas puedes hacer con él y cómo te permitirá llevar la impresión 3D médica a un nivel muy superior.

Algunos de los programas de segmentación de pago como Mimics tienen su propia herramienta de edición para que puedas trabajar los modelos generados por el propio programa, pero siempre es interesante conocer una herramienta externa como Meshmixer.

Laminadores

Como en cualquier otro proceso de impresión 3D, el paso final es pasar nuestro archivo STL por un laminador para generar el Gcode que nuestra impresora pueda interpretar. Para esto existen multitud de alternativas, y seguro que en un futuro artículo haremos una comparativa a fondo de todos estos laminadores o slicers. Los principales y más importantes son :

• Cura: Muy usado en el sector médico debido a su buena integración con las impresoras de Ultimaker tan populares en el sector profesional
• Prusa Slicer: Al igual que en el caso anterior es un software muy popular debido a su buena integración con las impresoras de marca Prusa (configurable al resto de impresoras), una de las mejores opciones para granjas de impresión. Muchísimo control sobre la impresión y opciones avanzadas.
• PreForm: El laminador de Formlabs pensado para sus impresoras y su ecosistema de postprocesado. En el sector profesional, y particularmente en el ámbito médico, las impresoras de resina de Formlabs son extremadamente populares debido a lo ventajosas que resultan frente a alternativas para impresión en resina de bajo coste. Este slicer es uno de los más sencillos y permite realizar el proceso de laminado de nuestras piezas en resina de manera casi automática y con un muy buen sistema de auto orientación y colocación automática de soportes

Para terminar

Hemos visto los diferentes pasos que hay que seguir en el proceso de la impresión 3D médica:

• Convertir las imágenes en un modelo 3D usando un software de segmentación como 3DSlicer (gratuito), Mimics o Portal
• Corregir posibles errores en el modelo 3D resultante usando algún software de edición de mallas como Meshmixer
• Laminar este modelo 3D definitivo usando laminadores apropiados para la máquina que tengamos como Cura (Ultimaker), PrusaSlicer (Prusa) o Preform (Formlabs)

Y tú, ¿tienes un proyecto de impresión 3D médica o clínica en mente?

Con nuestra experiencia en impresión 3D médica podemos asesorarte y formarte para poner en marcha tu proyecto: