Thomas More Lab crea protesi personalizzate con l'intelligenza artificiale e la scansione 3D Artec

Un paziente sottoposto a scansione 3D della gamba da un ricercatore del Thomas More con Artec Leo

Le persone nate con deformità, vittime di malattie o incidenti o che hanno perso un arto per altri motivi incontrano ostacoli quotidiani che la maggior parte delle persone non deve affrontare. Questi ostacoli insorgono non solo durante le attività quotidiane, come il sollevamento e il trasporto di oggetti, ma possono assumere una forma psicologica, con pazienti che soffrono di ansia sociale o dolore agli arti fantasma.

Al momento, quando tali amputati scelgono di adottare una protesi, ottengono di solito un'invasatura prodotta con un tradizionale calco in gesso. Questo processo, che prevede la misurazione manuale del moncherino, può richiedere molto tempo ed è spesso scomodo per i pazienti. In molti casi, i calchi risultanti non vengono conservati, portando alla perdita di misurazioni che potrebbero ancora essere necessarie ai pazienti, per non parlare dello spreco dei costosi materiali per i calchi.

Fortunatamente, ricercatori come quelli del laboratorio Thomas More Mobilab & Care continuano a cercare nuovi modi per rendere la personalizzazione protesica meno invasiva e più facile per i medici. Con l'aiuto della scansione Artec 3D, sembra che siamo già più vicini a una svolta.

Digitalizzazione della progettazione di protesi

Con sede nella città belga di Geel, il team di Mobilab & Care si dedica a migliorare la qualità della vita di chiunque abbia bisogno della loro assistenza o supporto. Gli ultimi 16 anni li hanno visti studiare il modo in cui medici ortopedici e pazienti interagiscono e cercano nuovi approcci per creare migliori dispositivi su misura.

Uno dei tanti modi in cui i ricercatori hanno tentato di farlo è con l'aiuto di tecnologie avanzate come la scansione 3D e la stampa 3D. Secondo il team, la digitalizzazione del processo di personalizzazione di protesi, cavità e arti ai pazienti consente loro di essere progettati con maggiore libertà creativa e fabbricati molto più rapidamente.

Sebbene sia un gruppo di ricerca della Thomas More University of Applied Sciences, la squadra di Mobilab & Care è stato in grado di creare diverse partnership con aziende ortopediche, ospedali e istituzioni accademiche per mettere alla prova le proprie idee. Finora, questi progetti si sono svolti sia in ambito clinico che accademico e hanno visto i ricercatori lavorare con medici e pazienti per sviluppare protesi e ortesi personalizzate per mani, polsi e altri arti danneggiati.

I ricercatori di Thomas More Mobilab & Care utilizzano il loro Artec Leo in un altro progetto

All'inizio di queste iniziative, il ricercatore e business developer di Mobilab & Care Tom Saey ha affermato che tra gli scanner 3D più spesso utilizzati dai medici e ciò di cui avevano effettivamente bisogno c'era una lacuna da colmare.

"Abbiamo notato che nel settore ortopedico si utilizzavano già scanner 3D, ma non per stampare ortesi in 3D, quanto per fresare modelli positivi", ha spiegato Saey. "Quindi la maggior parte degli scanner utilizzati era venduta dai fornitori di questi sistemi di fresatura e dei software necessari per operarli. Abbiamo esaminato questi scanner, ma presto ci siamo imbattuti in diverse limitazioni."

Sulla base delle loro scoperte, Saey e i suoi colleghi hanno iniziato a cercare un'alternativa più efficace. All'inizio, il team usava Artec Eva, già scansionando arti con successo, ma è stato quando l'ambasciatore Artec 4C Creative CAD CAM Consultants gli ha presentato Artec Leo, uno scanner wireless e basato sull'intelligenza artificiale e display incorporato, che Saey ha capito di aver trovato la soluzione che faceva per loro.

"Quando i nostri studenti usavano gli scanner con cavi, abbiamo notato che guardare lo schermo di un computer durante la scansione è difficile", ha detto Saey. "Per molte persone, questo è un grande svantaggio. Inoltre, se devi scansionare dei pazienti e hai bisogno di muoverti intorno a loro, è sempre più facile farlo senza cavi. Questi sono i due motivi principali per cui abbiamo adottato Leo."

I ricercatori affermano che il display integrato di Artec Leo è uno dei motivi principali per cui l'hanno acquistatoey bought it

Edwin Rappard, direttore di 4C Creative CAD CAM Consultants, ritiene inoltre che la capacità di effettuare scansioni 3D senza contatto rende questo strumento perfetto per passare da un processo manuale disorganizzato a precise misurazioni digitali.

"L'enorme vantaggio nell'utilizzare uno scanner per effettuare misurazioni accurate è che non è più necessario toccare il paziente. È quindi molto più conveniente," ha detto Rappard. "Con Artec Eva e Leo, le preziose misurazioni raccolte possono essere conservate e archiviate elettronicamente, e non perse quando il gesso viene buttato via. Un vantaggio indiscutibile rispetto alla misurazione con i calchi in gesso."

Automatizzare la scansione con l'AI

Dopo aver adottato Artec Leo, il team di Mobilab & Care lo ha subito messo al lavoro, nell'ambito di un progetto di ricerca con lo studio belga Orthobroker, istituito per sviluppare un modello predittivo per la progettazione di protesi degli arti inferiori. Secondo Saey, questi dispositivi vengono di solito "progettati da zero" ogni volta, in un processo che richiede "molte operazioni su software CAD" e correzioni manuali.

Tuttavia, poiché la stragrande maggioranza di questi cambiamenti è simile per molti pazienti, l'algoritmo di intelligenza artificiale sviluppato dai ricercatori potrebbe essere in grado di prevedere e apportare modifiche automaticamente.

Ma come ha imparato fare queste predizioni? È qui che entra in gioco la scansione Artec 3D.

Con i loro dispositivi Eva e Leo, il team è riuscito a catturare con precisione i corpi di un ampio gruppo di amputati, per poi esportare le mesh 3D risultanti in Rhino 3D, un software CAD noto soprattutto per i suoi strumenti di modellazione a mano libera. Una volta importate, le caratteristiche chiave dei modelli sono state estratte e utilizzate per addestrare il loro modello predittivo di personalizzazione di protesi.

Anche se ancora in fase di ricerca e sviluppo da parte di Orthobroker, si dice che una volta terminato, l'algoritmo sarà integrato in una piattaforma pensata per accelerare la progettazione delle invasature protesiche.

In futuro, il team ritiene che la velocità, l'accuratezza e l'accessibilità guideranno l'adozione della scansione 3D

"Normalmente i medici lavorano sullo stampo, apportando correzioni prima di usarlo per realizzare la protesi finale. Ma il 95% delle correzioni sono simili in molti pazienti," ha detto Saey. "Abbiamo deciso di prevederle basandoci sulla scansione del moncone del paziente e su alcuni altri parametri. In questo modo, possiamo evitare la tradizionale necessità di passare ore davanti al computer, senza togliere la possibilità di apportare piccole modifiche specifiche per il paziente."

Il futuro della scansione 3D nella medicina

Mentre Orthobroker continua a mettere a punto questo modello predittivo guidato dall'intelligenza artificiale, il team di Mobilab & Care ha ripreso la sua ricerca per trovare ulteriori modi per migliorare la vita degli amputati in tutto il mondo. Quando si tratta di scansione 3D, Saey afferma che la tecnologia ha un ruolo importante, ma afferma che i dispositivi devono essere rapidi, accurati e facili da usare per trovare un'adozione diffusa.

Saey ha scoperto che la scansione Artec 3D ha tutte le carte in regola per soddisfare queste esigenze. Quando elabora le scansioni in Artec Studio afferma di apprezzare particolarmente il modo in cui è possibile analizzare da vicino "i fotogrammi e farne quello che vuoi", o automatizzare questo passaggio con il pilota automatico del programma, una funzionalità ideale per i medici che devono scansionare un numero elevato di pazienti.

Andando avanti, Saey ritiene che Artec Leo abbia anche il potenziale di essere uno strumento di personalizzazione protesica, in quanto è in grado di misurare i corpi dei pazienti con un livello di velocità e precisione che non ha eguali nei dispositivi attualmente utilizzati dai medici.

"Nel settore vediamo molte aziende che cercano alternative più economiche, ma devono conoscerne gli aspetti negativi, perché non puoi aspettarti che ti daranno le stesse scansioni di alta qualità," ha concluso Saey. "Se hai bisogno di precisione, è importante utilizzare uno scanner di qualità, perché se intendi stampare in 3D partendo da una scansione scadente, anche il risultato sarà scadente. Quindi penso che fare una scelta ponderata sia un primo passo importante."

"In campo medico, ci sono sicuramente più applicazioni per cui possiamo usarlo. Penso che la personalizzazione di quasi tutti i dispositivi ortopedici potrebbe beneficiare della scansione 3D ".