Prototyping and 3D printing of computed tomography images with an emphasis on soft tissues, especially muscles, for teaching human anatomy

Ferreira da-Silva, Adriano; Donato, Mariane Cristina; Oliveira da-Silva, Mauricio; Gonçalves de-Sousa, Severino Denicio; Parada Simão, Thelma Renata; Simone Kietzer, Kátia; Liberti, Edson Aparecido; Frank, Patrick William

SUMMARY:

The study on cadavers, although considered fundamental in the teaching of human anatomy, is limited in several universities, mainly due to the acquisition and manipulation of cadaveric material. Throughout history, several artificial anatomical models have been used to complement the real anatomical pieces.

The present study offers a new alternative:

the making of three-dimensional models from Computed Tomography (3D-CT) patient image acquisition. CT images from the USP University Hospital database were used. Patients underwent examinations for reasons other than the present study and were anonymized to maintain confidentiality. The CT slices obtained in thin cross-sections (approximately 1.0 mm thick) were converted into three-dimensional images by a technique named Volume Rendering for visualization of soft tissue and bone. The reconstructions were then converted to an STL (Standard Triangle Language) model and printed through two printers (LONGER LK4 Pro® and Sethi S3®), using PLA and ABS filaments. The 3D impressions of the thigh and leg muscles obtained better visual quality, being able to readily identify the local musculature. The images of the face, heart, and head bones, although easily identifiable, although seemed to present lower quality aesthetic results. This pilot study may be one of the first to perform 3D impressions of images from CT to visualize the musculature in Brazil and may become an additional tool for teaching.

El estudio en cadáveres, a pesar de considerarse un aspecto fundamental en la enseñanza de la anatomía humana, se encuentra limitado en varias universidades, principalmente por la adquisición y manipulación de material cadavérico. A lo largo de la historia se han utilizado varios modelos anatómicos artificiales para complementar las piezas anatómicas reales.

El presente estudio ofrece una nueva alternativa:

la elaboración de modelos tridimensionales a partir de la adquisición de imágenes de pacientes por Tomografía Computarizada (3D-CT). Se utilizaron imágenes de TC de la base de datos del Hospital Universitario de la USP. Los pacientes se sometieron a exámenes por razones distintas al presente estudio y fueron anonimizados para mantener la confidencialidad. Los cortes de TC obtenidos en secciones transversales delgadas (aproximadamente 1,0 mm de grosor) se convirtieron en imágenes tridimensionales mediante una técnica denominada Volume Rendering para la visualización de tejido blando y hueso. Luego, las reconstrucciones se convirtieron a un modelo STL (Standard Triangle Language) y se imprimieron a través de dos impresoras (LONGER LK4 Pro® y Sethi S3®), utilizando filamentos PLA y ABS. Se obtuvo una mejor calidad visual de las impresiones 3D de los músculos del muslo y la pierna, pudiendo identificar fácilmente la musculatura local. Las imágenes de la cara, el corazón y los huesos de la cabeza, aunque fácilmente identificables, parecían presentar resultados estéticos de menor calidad. Este estudio piloto puede ser uno de los primeros en realizar impresiones 3D de imágenes de TC para visualizar la musculatura y podría ser en una herramienta adicional para la enseñanza.