La stampa 3D di Mimaki dà colore al “bello” dell’anatomia

Un progetto di portata rivoluzionaria vede un team di medici e ricercatori dell’Università degli Studi di Firenze utilizzare la stampante 3D di Mimaki, 3DUJ-553, per realizzare in 3D preparati anatomici con una elevatissima fedeltà cromatica, ritenuta finora irraggiungibile.

Che cosa hanno in comune l’anatomia e la stampa 3D? Scienza che studia la forma e la struttura del corpo umano, l’anatomia ha rappresentato nel corso dei secoli la base delle conoscenze medico-scientifiche ed è tuttora leitmotiv nel percorso di formazione e aggiornamento professionale di ogni medico. Fulcro di questa disciplina, il metodo di indagine e la conseguente rappresentazione figurativa della morfologia del corpo umano, il cui livello di realismo e accuratezza iconografici hanno svolto – e continuano a svolgere – un ruolo cruciale nell’efficacia dell’insegnamento e della divulgazione delle nozioni anatomiche. Ed è proprio qui che entra in gioco la stampa 3D, una tecnologia di ultima generazione che, per le proprie caratteristiche, potrebbe segnare una svolta nella rappresentazione anatomica del corpo umano.

Un importante passo in avanti in questa direzione lo ha compiuto un recente progetto italiano che vede protagonisti Università degli Studi di Firenze e Bompan, importatore esclusivo di Mimaki in Italia, e che fa leva su passione, competenza e determinazione di un team di medici e ricercatori visionari e sulla capacità full colour e fotorealistica della tecnologia di stampa 3D di Mimaki.

Un algoritmo rivoluzionario per una straordinaria rappresentazione grafica

È stata la comune passione per l’anatomia a spingere Ferdinando Paternostro, medico e professore associato presso la Sezione di Anatomia del Dipartimento di Medicina Sperimentale dell’Università degli Studi di Firenze, e Giacomo Gelati, medico e specializzando, a esplorare nuove strade per colmare il gap esistente e compiere il salto di qualità definitivo nella rappresentazione anatomica. Di fatto, alcune criticità quali la deperibilità dei cadaveri e complicazioni a livello legislativo, hanno via via contribuito a rendere sempre meno accessibile la pratica della dissezione – ovvero il principale metodo di indagine anatomica che ha permesso di acquisire conoscenze e dare una rappresentazione iconografica alle strutture del corpo umano. «Durante il percorso di studi in medicina mi sono appassionato – grazie a Ferdinando, che era mio professore – all’anatomia. Tuttavia, mi sono presto reso conto di una serie di difficoltà: da un lato, l’impossibilità di partecipare a pratiche di dissezione anatomica – tuttora il migliore strumento a disposizione nell’apprendimento della morfologia del corpo umano; dall’altro, l’utilizzo di un’iconografia che – seppur basata su fotografie capaci di mostrare i dettagli anatomici con maggiore realismo, e tavole acquarellate di grande valore artistico, ma facenti leva su una rappresentazione schematica delle strutture anatomiche – restava ancora piatta e statica, e dunque poco fruibile», racconta Gelati. «Per chi studia anatomia o svolge la professione medica, la possibilità di vedere luce e colori reali di un preparato anatomico, e di poterne saggiare la consistenza e il rapporto con le strutture circostanti può davvero fare la differenza».

E proprio la volontà di trovare una soluzione ha spinto il giovane medico a condurre una serie di sperimentazioni, il cui risultato è un algoritmo di implementazione e integrazione di immagini unico, in grado di generare una riproduzione grafica fedele degli apparati anatomici. «Avevo un chiaro obiettivo e per raggiungerlo ho utilizzato diversi strumenti, la cui combinazione ha dato risultati importanti. Sono partito da una scansione e successivamente ho aggiunto la fotografia, per acquisire il colore. Infine, servivano informazioni dettagliate sulle strutture interne, che ho integrato utilizzando una risonanza. Sono così riuscito a ottenere una raffigurazione tridimensionale esplorabile, osservabile da tutti i punti di vista – in superficie e in profondità – e, soprattutto, fedele nella luce, nei colori, nella morfologia e nei rapporti topografici anatomici».

Questo algoritmo, già brevettato da Gelati, ha subito suscitato molto interesse, in ambito accademico e di divulgazione scientifica. «Gli studenti hanno reagito con entusiasmo, perché finalmente avevano la possibilità di accedere a immagini realistiche e, di conseguenza, di comprendere in modo immediato e memorizzare con maggiore facilità la materia. Presentate in ambito di congressi medici internazionali, le nostre immagini hanno suscitato altrettanto entusiasmo nei nostri colleghi, che ci hanno incoraggiato a proseguire con il progetto», spiega Paternostro. «Si è trattato di una piacevole riscoperta sia per me, sia per Giacomo: ciò che è esteticamente bello, è altrettanto didatticamente bello e dunque utile».

Il ruolo della stampa 3D

Una volta varcato il primo traguardo, il passo successivo era quasi d’obbligo, ma di certo non scontato. «Avevamo a disposizione immagini grafiche belle ed efficaci e, a quel punto, abbiamo cominciato a valutare l’opportunità di trasformarle in oggetti tridimensionali, maneggiabili e imperituri. Abbiamo subito pensato alla stampa 3D, concentrandoci su un elemento per noi cruciale, ovvero la fedeltà cromatica», racconta Gelati. Proprio quest’ultimo aspetto ha spinto i due medici e ricercatori a rivolgersi a Bompan e alla tecnologia di stampa additiva con colori realistici di Mimaki. «È stata una sfida nella sfida. Qualità grafica e qualità di stampa vanno di pari passo: senza un buon file sorgente non ci sarà mai un buon oggetto stampato in 3D e, viceversa, senza una buona stampante 3D, un file sorgente perderà le proprie qualità nel processo di stampa. Per questo abbiamo deciso di fare squadra con un’eccellenza nella stampa 3D a colori».

Il team di Università di Firenze e quello di Bompan hanno così collaborato per stampare in 3D un primo organo – un cuore – utilizzando la stampante 3D UV LED 3DUJ-553 di Mimaki. Questa stampante 3D si contraddistingue per l’utilizzo dei profili colore e un metodo di polimerizzazione UV LED, che consentono una riproduzione di un range di oltre 10 milioni di colori – in quadricromia CMYK, bianco e trasparente – con qualità fotografica. Il risultato di questo progetto pilota è stato molto positivo e incoraggiante: secondo Parternostro e Gelati, la stampante di Mimaki ha consentito di produrre un cuore tridimensionale, con buone dimensioni e con una buona definizione dei dettagli, e soprattuto con un’ottima fedeltà cromatica. «Siamo rimasti impressionati da questa tecnologia che offre davvero una stampa full color con una gamma vastissima di colori, e che ci ha così consentito di raggiungere un traguardo fondamentale nello studio anatomico. Seppur vi siano svariate tecnologie 3D che consentono di ottenere riproduzioni con fedeltà morfologica, quello su cui stiamo lavorando intensamente è la riproduzione della qualità del colore».

Perché il colore sia così importante lo spiega Paternostro: «Di fatto, le varie strutture anatomiche che troviamo sul campo operatorio o in sala settoria emergono all’atto di dissezione chirurgica o anatomica mostrandosi con il proprio colore e immerse in un contesto topografico di vari colori. Distinguere le strutture nel loro contesto topografico anatomico non è così semplice, e il colore gioca un ruolo cruciale». In una parola, il dato cromatico è essenziale all’atto dell’apprendimento e, consequenzialmente, all’atto del riconoscimento di quella struttura durante una dissezione chirurgica o anatomica. Ed è questo l’obiettivo del team: sfruttare qualità cromatica, replicabilità e resistenza nel tempo dei pezzi stampati in 3D nella pratica medica.

«I pezzi che possiamo realizzare combinando il nostro algoritmo con la tecnologia di stampa 3D di Mimaki sono cromaticamente e morfologicamente realistici, misurabili, ripetibili. Potenzialmente, con questo metodo potremo varcare ulteriori frontiere. Pensando, ad esempio, all’anatomia patologica, sarà possibile creare un organo in 3D che mostri le anomalie determinate da una specifica patologia – rendendo così disponibile uno strumento di grande utilità sia per la preparazione di un eventuale intervento chirurgico, sia per la comunicazione con il paziente». 

Secondo il team di Università degli Studi di Firenze, la stampa 3D può concretamente contribuire a trasformare il mondo della didattica e della ricerca medico-scientifica. «Siamo ancora in una fase iniziale, ma siamo convinti di essere sulla strada giusta. Abbiamo l’opportunità di sostituire i preparati anatomici e i plastinati di varianti anatomiche – entrambi di grande valore, ma delicati, deperibili e dunque utilizzabili solo in determinati contesti – con pezzi anatomici stampati in 3D, a disposizione di atenei universitari, istituti di ricerca e ospedali e cliniche».

«Tornando a quanto affermato poco fa, mi piace ricollegarmi alla “kalokagathia”, il concetto greco di salute e bellezza, per il quale la perfezione estetica del corpo e la meraviglia funzionale interna dei singoli organi sono strettamente collegate. La salute è bellezza e viceversa. Un pezzo anatomico bello è funzionale all’apprendimento, alla comunicazione, alla pratica medica e chirurgica», conclude Paternostro.

Andrea Ferrante, 3D Specialist di Bompan, commenta: «Siamo entusiasti di questa questa collaborazione con il team di Università degli Studi di Firenze. Questo progetto dimostra e conferma le qualità superiori della nostra tecnologia di stampa 3D: la stampante 3DUJ-553 si è infatti rivelata come la soluzione più idonea, di fatto l’unica in grado di ottenere l’elevata fedeltà e – consistenza – cromatica, nonché una definizione ultra realistica dei dettagli richieste per queste applicazioni. Siamo convinti che questa tecnologia troverà ampio utilizzo in ambiti diversi e le opportunità saranno ancora maggiori con l’imminente arrivo della 3DUJ-2207 – una versione dal design più compatto e più accessibile, ma dotata della medesima tecnologia della 3DUJ-553».