Logiciel automatisé gratuit pour concevoir des implants crâniens imprimables en 3D

Logiciel automatisé gratuit pour concevoir des implants crâniens imprimables en 3D

La réparation des défauts du crâne avec des implants crâniens personnalisés, également connus sous le nom de cranioplastie, est coûteuse et prend beaucoup de temps, car le processus existant entraîne souvent des goulots d'étranglement en raison des longs délais d'attente pour la conception, la fabrication et l'expédition de l'implant. Alors que l'impression 3D des implants peut aider à résoudre ces problèmes, une équipe de chercheurs de l'Université de technologie de Graz et de l'Université médicale de Graz en Autriche a publié un article,

« En raison des exigences élevées pour la conception d’implants crâniens, telles que l’expérience professionnelle requise et le logiciel commercial, la cranioplastie peut entraîner une opération coûteuse pour le système de santé », ont écrit les chercheurs. «De plus, le processus actuel est une cause de souffrance supplémentaire pour le patient, car au moins deux opérations chirurgicales sont impliquées: la craniotomie, au cours de laquelle la structure osseuse est enlevée, et la cranioplastie, au cours de laquelle le défaut est restauré à l’aide du implant conçu. Lorsque l’implant crânien est conçu à l’extérieur par un fabricant tiers, ce processus peut prendre plusieurs jours [1], laissant le patient avec un crâne incomplet. »

Dans l'étude de cas qu'ils ont citée ci-dessus, les chercheurs ont expliqué qu'un centre de conception professionnel au Royaume-Uni avait conçu l'implant crânien pour un patient qui vivait en Espagne. Les tomodensitogrammes ont dû être transférés de l'hôpital en Espagne au centre de conception britannique, puis une entreprise britannique distincte a imprimé en 3D l'implant en titane, qui a été renvoyé en Espagne. Cette

« Par conséquent, l’optimisation du flux de travail actuel en cranioplastie reste un problème ouvert, avec la conception de l’implant comme principal goulot d’étranglement », ont-ils déclaré.

«Illustration du processus en salle d’opération pour la conception et la fabrication d’implants crâniens. A gauche: un workflow possible. À droite: comment l’implant doit s’adapter au défaut du crâne en termes de limite de défaut et d’épaisseur osseuse. »

Une option consiste à développer un logiciel de CAO gratuit ad hoc pour la conception d'implants crâniens, mais le processus de conception nécessite toujours une expertise et une attente prolongée.

«Dans cette étude, nous introduisons un système rapide et entièrement automatique pour la conception d’implants crâniens. Le système est intégré dans une plateforme en ligne librement accessible », a expliqué l’équipe. «De plus, nous discutons de la manière dont un tel système, combiné à la MA, peut être intégré à la pratique de la cranioplastie pour optimiser considérablement la routine clinique actuelle.»

Le système qu'ils ont développé a été intégré à Studierfenster, une plate-forme de traitement d'images médicales basée sur le cloud qui, à l'aide d'algorithmes d'apprentissage en profondeur, restaure automatiquement la partie manquante d'un crâne. La plate-forme génère ensuite le fichier STL pour un implant spécifique au patient en soustrayant le crâne défectueux de celui terminé, et il peut être imprimé en 3D sur place.

« En outre, grâce au format standard, l’utilisateur peut ensuite charger le modèle dans une autre application pour le post-traitement chaque fois que nécessaire », ont écrit les chercheurs. «Plusieurs fonctionnalités supplémentaires ont été intégrées à la plate-forme depuis sa première version, telles que la reconstruction faciale 3D à partir d’une image 2D, la peinture et la restauration de dissections aortiques (AD) [4], la détection automatique de points de repère aortiques et la conception automatique d’implants crâniens. La plupart des algorithmes derrière ces fonctionnalités interactives s’exécutent côté serveur et sont facilement accessibles par le client à l’aide d’une interface de navigateur commune. Les calculs côté serveur permettent également d’utiliser la plate-forme distante sur des appareils plus petits avec des capacités de calcul moindres. »

L'impression 3D des implants accélère le processus et sa combinaison avec des solutions de conception d'implants automatisées accélère encore plus les choses. Les chercheurs ont expliqué comment leur flux de travail optimisé pourrait potentiellement aller:

«Après qu’une partie du crâne a été enlevée par un chirurgien, le défaut du crâne est reconstruit par un logiciel donné en entrée au scanner de tête postopératoire du patient. Le logiciel génère l’implant en prenant la différence entre les deux crânes. Ensuite, le modèle de surface de l’implant est extrait et envoyé à l’imprimante 3D dans la salle d’opération pour l’impression 3D. L’implant peut donc être fabriqué en loco. L’ensemble du processus de conception et de fabrication des implants se fait de manière entièrement automatique et en salle d’opération. »

Le coût diminue, car aucun expert n'est requis, et le temps d'attente est également réduit, grâce au logiciel de conception automatique d'implants et à l'impression 3D sur site. Le patient

«Architecture du système de conception d’implants crâniens automatiques à Studierfenster. Le côté serveur est responsable de la génération de l’implant et du rendu du maillage. Le côté navigateur est responsable de la visualisation des modèles 3D et de l’interaction avec l’utilisateur. »

L'équipe

«Un exemple de restauration automatique de défauts du crâne et de conception d’implants. Première rangée: le crâne défectueux, le crâne terminé et l’implant. Deuxième rangée: comment l’implant s’adapte au crâne défectueux en termes de limite de défaut, d’épaisseur et de forme osseuse. Pour se différencier, l’implant utilise une couleur différente du crâne. »

« Le système est actuellement destiné à un usage éducatif et de recherche uniquement, mais représente la tendance du développement technologique dans ce domaine », ont conclu les chercheurs. «Le système étant intégré dans la plateforme ouverte Studierfenster, ses performances dépendent considérablement du matériel / de l’architecture de la plateforme. La conversion du volume du crâne en maillage peut être lente, car le maillage est généralement très dense (par exemple, des millions de points). Cela sera amélioré en introduisant un meilleur matériel côté serveur. Un autre facteur limitant est l’architecture basée sur le client / serveur de la plate-forme. Le grand maillage doit être transféré du côté serveur au côté navigateur afin d’être visualisé, ce qui peut être lent, selon la qualité de la connexion Internet de l’utilisateur. « 

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