sábado, 13 de diciembre de 2014

Impresión 3d desde tomografías computadas para planeamiento y optimización de cirugía maxilobucal.

El caso transdisciplinario de un maxilar con piezas supernumerarias.


Hace unos meses se acercó al CMD Lab, el laboratorio de fabricación digital de la Ciudad de Buenos Aires, donde trabajo en temas de investigación y desarrollo referidos al diseño, modelado e impresión 3d, Agustín Deza Marín, odontólogo especialista en cirugía y traumatología maxilofacial, con un caso de un paciente de bajos recursos próximo a una cirugía de extracción de piezas dentarias supernumerarias propias de una disostosis cleido-craneal deformante y congénita.

Se preguntaba si podríamos imprimir en 3d un modelo óseo con piezas dentarias correspondiente a los maxilares del paciente para, llegado el momento de la cirugía, poder minimizar la morbilidad de la misma, los riesgos y complicaciones postoperatorios, estudiando en profundidad los modelos tridimensionales físicos provenientes de datos médicos proporcionados por tomografía computada, a fin de conseguir una práxis rápida y eficaz, pudiendo intervenir únicamene en las zonas que fuera necesario sin dañar el resto de las piezas dentarias que debían ser conservadas.

La idea entonces era conseguir un modelo tridimensional palpable para planear la cirugía a ser realizada sobre el paciente con anterioridad, y al mismo tiempo, que el mecánico dental pudiera diseñar aparatos precisos para tratar el desarrollo posterior del paciente, que serían “injertados” de forma intraquirúrgica en el cuerpo del mismo, por lo que el objeto impreso en 3d debía ser absolutamente preciso.

Las tomografías computadas están compuestas y divididas en 3 cortes, el corte axial, el sagital y, por último, el corte coronal, que proveen una visión tridimensional de la zona analizada mediante la superposición de todas estas capas en programas de visualización médica y de los que puede exportarse una malla estereolitográfica para impresión 3d o fresado CNC. Había que convertir las rodajas de las tomografías en una superficie tridimensional para después exportar, en base a esa superficie, un archivo .stl imprimible.

Uno de los grandes problemas al trabajar con tomografías computadas de pacientes con graves irregularidades se presenta al momento de buscar la obtención de una pieza “limpia” que sea posible de imprimir en 3d y que, al mismo tiempo, resulte idéntica al cuerpo del paciente. No es lo mismo trabajar una fractura de femur que un maxilar superior con desplazamientos oseos en la apófisis palatina o la sínfisis mentoniana...

Para poder imprimir en 3d mediante el proceso de fabricación por deposición de filamento fundido un modelo tridimensional generado por una computadora, es necesario que éste sea cerrado, que su espesor mínimo no sea inferior a la altura de capa o resolución de la cantidad de material que el pico extrusor puede depositar, que no existan partes flotantes en la pieza, es decir porciones inconexas, que no haya ningún tipo de superposición de vértices ni entrecruzamiento de caras y que, teniendo en cuenta la fuerza de gravedad y el material de soporte, que va a utilizarse para construir el objeto, éste último no sea imposible de extraer de la pieza que se busca obtener. Todo esto es lo que llamamos, en impresión 3d, un objeto “manifold”.

En este caso las piezas dentarias del paciente desplazaban gran cantidad de porciones óseas, al mismo tiempo que se encontraban en zonas porosas debido a la presencia de múltiples cavidades vasculares y varios conductos, como el lacrimonasal en el maxilar superior, la fosa mirtiforme, el conducto mandibular contenedor del nervio milohiodeo y cavidades propias de los huesos mandibulares además de varias irregularidades en las eminencias alveolares. Lo que proporcionaba, tras la conversión a malla tridimensional, un objeto completamente “sucio” del que era menester extraer sobrantes e incluso efectuar mínimas recontruscciones, sin modificar en absoluto, por la necesidad de precisión que a posteriori los modelos debían cumplir, el modelo real del que la malla para impresión provenía.

Este tipo de acciones, realizadas exclusivamente para el correcto planeamiento de diversas cirugías, es bastante común en diferentes países capacitados en tecnologías de prototipado rápido, como la impresión 3d y el fresado cnc. Por lo que pude sumergirme en una basta cantidad de artículos académicos y estudios de anatomía de casos similares para comprender con exactitud, tras la exposicion del caso y las necesidades por parte de Agustín, qué porciones debían resultar expuestas en el objeto impreso y cuáles dificultaban la visualización de las piezas a ser extraídas.

Fué un arduo trabajo de combinación de diferentes softwares hasta dar con las mallas adecuadas para la impresión. El primer paso fué cargar los cortes de TC a dos softwares de visualización y conversión de archivos de datos médicos, en este caso utilicé InVesalius y Slicer, dos programas libres de código abierto creados para la comunidad médica con el fin de posibilitar el prototipado rápido, el planeamiento quirúrgico y la creación de dispositivos como implantes, prótesis y órtesis.
Ambos contienen una base de datos programable para enfocar la reconstrucción de mallas en zonas específicas señaladas por la densidad de la imágen, sin embargo las imágenes tomográficas no son del todo regulares y el trabajo manual humano siempre es necesario, sobre todo en casos de este tipo. Así fué que, habiendo obtenido las mallas correspondientes al maxilar superior y la mandíbula me ví en la necesidad de extraer porciones óseas innecesarias para el caso y muchos otros “artefactos” erroneos propios de la TC, llevando la abstracción tridimensional a límites de contraste desde los que fuera posible evitar errores para, tras una limpieza veloz en MeshMixer, unificar las diferentes piezas con Blender, comparar las mallas a imprimir con la superficie 3d del cuerpo del paciente y, al fin, enviar los archivos .stl a Catalyst, software de generación de códigos bcm para impresión 3d en una impresora 3d Dimension de la compañía Stratasys.
En ambos casos, maxilar superior y mandíbula, generé un modelo únicamente con  las piezas dentarias para facilitar la visualización del espacio entre ellas y las direcciones que poseían, para facilitarle a Agustín la comprensión de su disposición.

Creo importante destacar que el procedimiento de reconstrucción fué realizado en su mayor parte mediante el uso de software de código abierto, desarrollado en gran parte por diferentes comunidades de todo el mundo que añaden incansablemente nuevas funciones, perfeccionan las existentes, colaboran liberando su conocimiento y promueven la libertad de los usuarios.



Con Agustín Deza Marín estuvimos exponiendo el caso en un congreso de impresión 3d para inspirar a nuestros colegas, tanto de la salud como de la impresión 3d, a animarse a unir fuerzas, cruzar disciplinas y conseguir mejoras en la calidad de vida.

Les dejo algunas capturas de pantalla del desarrollo, algunas de los objetos impresos y otras del congreso.
















domingo, 21 de septiembre de 2014

Premios impresos en 3d para la Tercera Bienal Kosice Latinoamericana.

Hace algo más de un mes Luján Oultón, de la prudctora de arte Objeto A, se comunicó conmigo interesada en la fabricación digital de los premios, menciones y selecciones para la Tercera Bienal Kosice Latinoamericana. Su intención se fundaba en la observación de los cambios en la producción de objetos físicos mediante impresión 3d y la influencia que este método de fabricación ejerce en la contemporaneidad, específicamente la manufactura por deposición de filamento. 
Me propuso diseñar, modelar e imprimir en 3d 3 premios, 5 menciones y 4 selecciones para entregar en la ceremonia de premiación en la inauguración de la bienal en el Centro Cultural Borges.




Por tratarse de un trabajo en forma de alianza, fuimos pocos los del equipo de Fab Lab Buenos Aires, lamentablemente, los que pudimos comprometernos y aceptar la labor, no sin sacrificar grandes porciones de tiempo, esfuerzo y dedicación.

FabLab Buenos Aires es una iniciativa de trabajo colaborativo orientada a la fabricación digital donde modelos generados por computadora pueden ser materializados mediante máquinas de fabricación, en 2 y 3 dimensiones, y replicados simultaneamente al rededor del mundo sin la necesidad del transporte físico ni temporal mediante la utilización de las nuevas tecnologías de comunicación digitales y satelitales. Nuestra visión apunta a la creación de comunidades globales enfocadas en las necesidades locales y adaptables a diferentes medios. El modelo de laboratorio de fabricación digital nace a principios del año 2000 en el Center for Bits and Atoms (CBA) del Massachussets Institute of Technology (MIT). Su particularidad reside en el sólido vinculo social que el mismo genera, dando lugar a un área abierta, cuyo objetivo consiste en democratizar el acceso a la fabricación digital y el conocimiento.


https://www.fablabs.io/fablabbuenosaires


Por suerte Maximiliano Torres Sagardoy, un colega extremadamente profesional y miembro activo de Fab Lab Buenos Aires, que se destaca por el tratamiento y fabricación en materiales como fibra de carbono, kevlar, fibras de vidrio, plásticos; la confección de moldes y matrices en caucho de silicona, resinas, laminado de piezas mediante bombas de vacío; modelado en 2 y 3 dimensiones, confección de planos, modelos a escala, maquetados, prototipos funcionales, mecanizado de piezas mediante torno y fresa, y routeo CNC. Se ofreció a llevar adelante la tarea de impresión 3d, pulido de piezas impresas, tratamiento de superficies y documentación del proceso de producción. Maximiliano además de formar parte de la iniciativa Fab Lab en Buenos Aires, posee su propio emprendimiento de impresión 3d del que dejo link https://www.facebook.com/mts25design

Objeto escultórico impreso en 3d, en proceso, otorgado como Mención del jurado en la Bienal Kosice Latinoamericana.

Objeto escultórico impreso en 3d, en proceso, otorgado como Selección del jurado en la Bienal Kosice Latinoamericana.

Objeto escultórico impreso en 3d, en proceso, otorgado como Premio del jurado en la Bienal Kosice Latinoamericana.

El diseño y modelado 3d de las piezas quedó a mi cargo, diseñadas y modeladas completamente en Blender mediante diversas técnicas, como modelado preciso de mallas para respetar los tamaños y grosores establecidos para impresión 3d, uniones booleanas para generar mallas completamente cerradas que construyeran una única pieza, desplazamiento de vértices mediante texturas para grabar las inscripciones de las bases de los objetos y redireccionamiento de normales y reducción de vértices posteriores a los análisis para impresión 3d que provee Blender de forma interna. Exportados, finalmente, como archivos de extensión".stl" para generar el código-g necesario para la impresión 3D.
A continuación pueden visualizar los modelos tridimensionales en tiempo real y recorrerlos con el mouse.

Selección



Las piezas debían inspirarse en la labor del artista Gyula Kosice, lo que me llevó a producir varios modelos donde se destacara la gota de agua característica de gran parte de su obra basada en el agua, completadas en todos los casos por geometrías primitivas circulares y dinámicas, en concordancia con la etapa Madí del artista y los desarrollos de sus ciudades hydroespaciales, con vacíos y de lectura circular, de las que seleccionamos, junto a la gente de Objeto a tres modelos para las tres categorías. Maximiliano imprimió las piezas en PLA azul enfatizando el color principal del trabajo de Kosice y trató cada una extrayendo el material de soporte, limpiando residuos, suavizándo y dándole brillo acuático, como húmedo, con laca transparente.  El resultado:






Tuvimos el agrado de divertirnos escaneando en 3d mediante la digitalización óptica de emisiones de infra rojo a Tomás Oulton de Objeto a y quedó inmortalizado en la web en tres dimensiones, pueden recorrerlo utilizando el mouse.



    3d Scan - Tomas Oulton - Objeto A
    by Bankito
    on Sketchfab


La Bienal contó con varias pantallas táctiles donde podía encontrarse información tanto de las obras que componían la muestra como también de la trayectoria de Kosice, la productora Objeto A y los premios, para las que envié algunos renders, generados con el motor interno de renderizado de Blender. Pueden verlos en el siguiente video.




Pasamos un buen rato en la Bienal, recorriendo las obras seleccionadas para esta edición, que continuará abierta hasta el 28 de Septiembre del 2014 en el Centro Cultural Borges.
Las fotografías de la Bienal fueron tomadas por Carolina F. Fracarossi y Juan Francisco Cabrera
El jurado de premiación que figura en dichas fotografías estuvo compuesto por Graciela Taquini, Rodrigo Alonso, Enrique Rivera, Mariela Staude, Tomás Oulton y Gyula Kosice.











Links:

domingo, 24 de agosto de 2014

Accesorios de moda mediante impresión 3d en BAFWeek 2014.

Hace unas semanas estuve a cargo de liderar, junto a Juan Garat (Gerente General de CAFYDMA), Maximiliano Torres Sagardoy (Staff CMD Lab) y Maximiliano Iriart Crespo (Coordinador del departamento de moda del CMD), un proyecto dentro del marco de la Ciudad de la Moda en la Buenos Aires Fashion Week 2014, para el que diseñé, junto a Jessica Pullo (Diseñadora de indumentaria UBA - Contacto) y Maximiliano Iriart, varios accesorios, modelados en Blender, para impresión 3d FDM (siglas en inglés para "Manufactura por Deposición de Filamento", la famosa técnica por la que un extrusor caliente, automatizado mediante plaquetas electrónicas que indican a una serie de motores las coordenadas del objeto tridimensional computarizado, deposita filamento de plástico capa por capa reproduciendo la volumetría del modelo digital en formato físico). Los modelos tridimensionales fueron impresos por un equipo de expertos en impresión 3d constituido por Maximiliano Torres Sagardoy (Staff CMD Lab - Contacto ) , Hermes Holtz (1er Miembro del CMD Lab - Investigación ) y David Cimino (3D Insumos - CEO y Fundador en Chimak 3d y 3D Insumos - Contacto ) , para el CMD Lab con el apoyo de CAFYDMA. Los accesorios fueron impresos en PLA (ácido polyláctico [plástico biodegradable proveniente del sintetizado del maíz]) con 3 impresoras RepRap (máquinas de prototipado rápido open source hardware que cuentan con una gran comunidad de usuarios y desarrolladores en todo el mundo y pueden construirse fácilmente con un presupuesto de 10.000 a 15.000 pesos argentinos). El tiempo de impresión por cada accesorio fué de alrededor de 14 hs. reloj y cada accesorio tiene su propia composición estructural.
Pueden recorrer los accesorios en 3 dimensiones renderizados en tiempo real en la nube clickeando sobre ellos y arrastrando el mouse sin soltar el botón izquierdo del mismo:


    BAF Week Buenos Aires 2014 3d Print.
    by Bankito
    on Sketchfab



Para ver algunas fotografías del stand y leer acerca del proyecto pueden dirigirse a los siguientes links:






Fotos que me envió mi equipo:







Y otras que tomamos en el evento:









Si están interesados en desarrollos personalizados, información acerca del diseño y modelado para impresión 3d o fabricación digital en general, necesitan imprimir algún modelo, recibir un presupuesto, o desean tomar un curso de capacitación para aprender el ABC de la cuestión, contáctenme o acérquense al laboratorio, ubicado en el Centro Metropolitano de Diseño (Algarrobo 1041, Barracas, Ciudad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina).

CURSOS CAFYDMA - CMD LAB - MTySS



Para descargar otros accesorios de forma gratuita, imprimirlos, modificarlos, o lo que sea, pueden acceder a mi espacio en Thingiverse, donde las cosas en forma de bits viajan más rápido que los planos y Euclides pide a gritos su conexión WiFi:


Donde pueden descargar cosas como esta, también modelada en Blender (Open Source, Comunnity Powered, Mind Blowing 3d Software)



Que incluso ya fué impresa en 3d por Mariel Lluch, quien me envió un par de fotos de la gorra en color chicle de tutifruti. Ella hace impresiones excelentes, tiene  mucha experiencia en el campo y está llevando adelante una iniciativa de impresión 3d de figuras, objetos y personajes llamada WIP-3D, les dejo un link a su página y algunas fotos de la gorra fabricada mediante deposición de filamento.