miércoles, 20 de agosto de 2014

Ohhh!!! Imprimiendo el Cuerpo Humano

En esta publicación veremos como hice para imprimir una vertebra lumbar a partir de una Tomografia, al final veremos como quedo el modelo en una impresora 3D.

De seguro habremos visto aunque sea por CNN, Discovery o NatGeo algun programa de TV donde utilizando un Tomografo reconstruyen huesos del cuerpo humano o algún otro animal, valga la redundancia.

Para hacer esto hay que desarrollar varias destrezas en el mundo modelado 3d especialmente lo relacionado con imagenes médicas. Lo recomendable en estos casos y lo digo por experiencia es tomar un curso de imagenes biomédicas, yo hice uno en linea con la Universidad de Sidney.

Googleen un poco y encontraran mucha información al respecto, trataremos de ser breve porque el tema es muy amplio y profundo.

En el mundo de la fotografia todos sabemos lo que es un pixel, lo primero que nos viene a la cabeza es photoshop y los megapixeles de una camara fotográfica; en el mundo 3d el pixel tiene profundidad y se llama Voxel, entre más pequeño sea el voxel mayor sera la definición de un volumen en 3d, vemos el siguiente ejemplo.

fig. 1. Voxels

El volumen A01 tiene una definición de voxel muy grande no podemos distinguir exáctamente que es, a medida que avanzamos y llegamos al modelo A04 los voxels soy muy pequeños y podemos apreciar perfectamente de que se trata de unos de los mejores vehículos el legendario Volkswagen escarabajo.

Cuando se uno se hace una tomografia el operador establece el número de cortes que tendrá el volumen, entre más cortes tenga la imagen el tamaño del voxel será mas pequeño por consiguiente podremos generar una buena impresion 3d.

Ahora bien definamos algunos otros conceptos; una cosa es una imagen de photoshop y otra un dibujo vectorizado hecho con Corel Draw, cuando uno hace un Acercamiento o Zoom en Photoshop la imágen se pixela, el cambio cuando uno hace Zoom a un dibujo vectorizado no ocurre esto ya que son coordenadas no pixeles.

Esta analogía se aplica para imprimir partes de una tomografía en una impresora 3d ya que el Tomógrafo solo nos entrega pixeles en formato de imagenes medicas conocida como DICOM, y sí solo cortes en dos dimensiones, hay que utilizar algun software que dados los cortes 2d se generen voxels 3D del volumen a estudiar; he usado varios pero el que me parece mas completo es el 3dSlicer.

 fig. 2. Volumen a partir de cortes 2d


Una vez que tenemos los voxels debemos "vectorizar" bueno asi se diría en 2d pero en el mundo 3d se llamaria algo asi como crear el modelo 3d, esto es en realidad lo más complicado.

Primeramente a cada corte 2d hay que aplicar la técnica de segmentación o lo que sería agruparlo por características similares utilizando algoritmos o técnicas que nos permitan separar el área de interes del resto de los pixeles del corte, este proceso se hace manual no es automático requiere de analisis y la aplicación de filtros especializados.

fig. 3. Corte de Vertebra en 2d


En la fig 3 podemos apreciar un corte de la vertebra, a uno le correponde con el software que hace la segmentacion indicarle cual es la parte que nos intersa, en este caso es el borde de la vertebra. Una vez terminado el proceso por cada corte se debe generar le modelo en VTK, este es el formato estándar en el mundo medico para los modelos 3d

 fig. 4. Modelo en formato VTK

Luego hay que convertirlo en formato STL (Stereo Lithography) para que el software de la impresora 3d lo entienda y pueda generar el formato de control numérico CNC estándar el gcode.

Es muy importante el archivo STL tenga la menor cantidad de caras y no contenga errores como caras ocultas, invertidas, vertices repetidos, porque si no el software que convierte a gcode sencillamente no va a funcionar.

La vertebra que imprimí es la Lumbar 3 el archivo gcode quedó de un tamaño de 4MB



Y por ultimo la impresión en ABS de color blanco.