Insegnare agli studenti con modelli 3D di anatomia realistici scansionati da Artec Leo

Artec Leo e il modello anatomico 3D di un cervello in Artec Studio. Immagine per gentile concessione di NUS

Le tecnologie 3D stanno rapidamente diventando indispensabili in campo medico. Che si tratti di informare i pazienti prima degli interventi chirurgici o di insegnare agli studenti come eseguirli, i modelli anatomici (sia stampati in 3D che digitali) offrono una soluzione ideale per visualizzare l'operazione in anticipo.

Una delle principali sfide alla base della digitalizzazione dell'anatomia umana è l'accuratezza. I nostri corpi sono pieni di sistemi complessi e dettagli microscopici molto difficili da catturare. I vasi sanguigni, ad esempio, si formano in reti strette e intricate soggette ad artefatti da movimento durante la digitalizzazione.

C'è da considerare anche il problema dell'integrazione tecnologica. In teoria, la modellazione anatomica sembra un ottimo metodo per educare pazienti e studenti in modo interattivo. Ma passare da un modello acquisito a dati di stampa 3D, VR o AR utilizzabili può essere complicato. La dimensione dei file è un altro problema: la scansione 3D è uno strumento eccellente per l'acquisizione di oggetti complessi, ma i modelli dettagliati possono essere troppo pesanti per la realtà virtuale.

Per aggirare questi problemi, la National University of Singapore (NUS) ha iniziato a creare materiali didattici 3D con Artec Leo. Questo scanner wireless senza target cattura i corpi umani in alta risoluzione, nella loro interezza, in pochi secondi, senza alcun contatto. Questo lo rende perfetto per trasformare campioni plastinati o conservati in liquido, più delicati, in modelli 3D realistici.

Acquisizione anatomica ultraveloce e versatile

Quando l'ambasciatore Artec Shonan 3D li ha consegnato Leo, la dott.ssa Chandrika Muthukrishnan e il dott. Arthur Lau Chin Haeng del NUS si sono subito resi conto di aver fatto una scelta saggia. Le scansioni iniziali del modello del cranio hanno rilevato tutti i dettagli, dai muscoli del collo al tessuto cerebrale.

Il personale accademico NUS cattura un campione di osso con Artec Leo. Immagine per gentile concessione di NUS

Rispetto ad Artec Space Spider che il team aveva precedentemente utilizzato in una collaborazione con altre università, Leo si è dimostrato molto più maneggevole. Il dispositivo senza cavi è dotato di display, batteria e processore integrati, il che significa che non è necessario alcun laptop mentre lo si usa. Leo fornisce anche un feedback in tempo reale, garantendo facilità d'uso e che nessun dettaglio venga tralasciato.

Naturalmente, Spider vanta una risoluzione ancora più elevata, quindi sarebbe più che all'altezza del compito. In questo caso, la versatilità di Leo si è dimostrata vitale. Per catturare campioni da tutte le angolazioni, i docenti del NUS li attaccano a dei ganci sospesi, in un processo che sarebbe difficile se ci fossero anche i cavi dello scanner. Leo non sacrifica mai la precisione e ha fornito risultati eccezionali.

"Abbiamo catturato un modello 3D di un inguine e i nostri consulenti clinici sono rimasti molto colpiti da quanto fosse realistico e utile per spiegare i dettagli agli studenti", ha affermato il dott. Muthukrishnan. "La regione pelvica, la parte anteriore della coscia e i genitali esterni sono tutti visibili e l'area del bacino, la vescica e il retto sono tutti molto importanti per l'ostetricia e la ginecologia".

Alla scoperta di Artec Studio

Dato che era la sua prima esperienza con Artec Studio, il team NUS ha impiegato un po' di tempo per padroneggiarlo, ma con l'aiuto da Shonan 3D hanno imparato a utilizzare il suo set di strumenti per ottenere ottimi risultati. Gli elementi essenziali per la modifica delle mesh consentono agli utenti di ridurre il rumore, rimuovere i valori anomali e colmare gli spazi vuoti per modelli a tenuta stagna e splendidamente strutturati. Grazie agli strumenti di misurazione integrati, è persino possibile confrontare e analizzare.

Studenti del NUS che studiano il corpo umano utilizzando modelli anatomici. Immagine per gentile concessione di NUS

È importante sottolineare che per le applicazioni VR, Artec Studio consente la decimazione della scansione. Ciò consente di ridurre la dimensione complessiva del file dei modelli acquisiti senza perdere dettagli vitali. Il software converte anche in file OBJ e STL con il solo clic di un pulsante, semplificando l'esportazione per la visualizzazione e la stampa 3D. Secondo l'amministratore delegato di Shonan 3D, Patrick Sng, il potenziale applicativo è enorme.

"Quando si genera un rendering 3D, gli studenti sono in grado di visualizzarlo direttamente dai loro laptop: questo metodo di insegnamento ha un potenziale incredibile", ha spiegato Patrick Sng, MD di Shonan 3D. "Grazie alla grafica, al colore e alla rappresentazione delle texture gli studenti hanno una comprensione molto migliore di quella che avrebbero con un campione fisico".

Con l'accesso a tali risorse di apprendimento, gli studenti sono in grado di manipolare dati anatomici reali in uno spazio 3D, ingrandendo le aree di studio di loro interesse, sia su PC che in VR. Nel NUS, questo approccio non si limita alla medicina: farmacia, scienze della vita e odontoiatria sono tutte aree in cui potrebbe essere applicato.

Opportunità per la messa a punto e la stampa 3D

Il personale accademico del NUS continua ad affinare le proprie capacità di scansione 3D. Le parti anatomiche conservate in soluzioni liquide, ad esempio, possono essere ancora difficili da sospendere. Gli strumenti avanzati di allineamento di Artec Studio possono aiutare in questo compito, e ci sono molti campioni difficili in attesa di digitalizzazione.

Un modello pelvico ricreato utilizzando una scansione 3D di Artec Leo. Immagine per gentile concessione di NUS

In futuro, il Dr. Muthukrishnan prevede di espandere questa iniziativa di modellazione 3D affinché includa anche l'anatomia della testa e del collo, così come altre strutture anatomiche complesse, consentendo agli studenti di medicina di comprendere meglio le intricate relazioni tra di loro e il significato evolutivo. Per fare questo verranno creati diversi gemelli digitali per la valutazione, l'insegnamento e la riproduzione fisica. In seguito, il Dr. Lau Chin Haeng prevede che la VR diventerà uno strumento importante per il personale docente.

"Abbiamo molti visori VR, anch'io possiedo un Apple Vision Pro", ha aggiunto il dott. Lau Chin Haeng. "C'è anche un software che può essere collegato al telefono. Ti permette di inserire oggetti scansionati in 3D. Quindi, questi modelli non sono solo per la stampa 3D, ma anche per l'insegnamento in realtà virtuale. Possiamo anche trasmettere in screencast su computer portatili, questo potrebbe essere utile in classe, per esempio."

Chiaramente, lo studio medico sta procedendo a passi da gigante. Le tecnologie avanzate stanno diventando parte del quadro didattico quotidiano. Le esperienze di apprendimento stanno diventando sempre più approfondite e interattive in modo da migliorare la comprensione e lo studio. Come in molti campi, il futuro è digitale, e alla National University of Singapore sembra che il futuro sia già qui.