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Precision grafting - Ricostruzione 3D di tessuto osseo

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3° Presentazione del workshop finale del progetto Custom Implants

Precision Grafting

Sviluppo, messa a punto e validazione in camera bianca di una innovativa piattaforma di lavorazione asettica dei tessuti ossei che integri un braccio robotico ed un sistema di visione 3D basato su scansione laser, al fine di ottimizzare la fabbricazione di tessuti di precisione.

Principali settori indirizzati: Dispositivi medici, Strumentari chirurgici, Guide di taglio personalizzate

Sito web del progetto: www.custom-implants.it

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Precision grafting - Ricostruzione 3D di tessuto osseo

  1. 1. Precision Grafting Tessuti umani di precisione, mediante manifattura sottrattiva robotizzata Ing. Alessandro Gherardi, PhD CIRI-ICT Università di Bologna WORKSHOP CUSTOM IMPLANTS, Istituti Ortopedici Rizzoli, Bologna 10/07/2018
  2. 2. !2 Precision Grafting Tessuti umani di precisione, mediante manifattura sottrattiva robotizzata. Output: CAD del tessuto osseo da lavorare tramite macchina fresatrice robotizzata Scopo: realizzare un sistema accurato di scansione 3D di tessuto osseo
  3. 3. !3 Precision Grafting Sviluppo di un sistema di scansione 3D custom basato su tecniche di triangolazione con laser eye-safe
  4. 4. !4 Attività ❖ Specifiche del sistema di acquisizione a triangolazione laser: risoluzione richiesta, laser, sensore, ottiche, modalità e tempi di acquisizione ❖ Setup e calibrazione ❖ Sviluppo di algoritmi di ricostruzione d β x θ ),( zxP 0f z 1x laser surface lens p sensor P′ Precision Grafting
  5. 5. !5 Vincoli sul sistema di scansione Setup geometrico Baseline 260 mm Angolo 𝛂 54 deg Focale obiettivo (+dist) 25 mm FOV Width (sopra) 53,8 4 mm FOV Width (sotto) 62,8 mm Baseline α eversed ordinary x y z Ordinary Z Y X Risoluzione immagine: 1536x512 pixel Precision Grafting Risoluzione scansione X (piano immagine) ~ 20-50 µm Y (asse di scansione) ~ 10-50 µm Z (piano immagine, subpixel) ~ 10-50 µm 35-40 µm 10-50 µm (v) 10-15 µm
  6. 6. Problematiche 6
  7. 7. !7 Sviluppo di algoritmi di ricostruzione 3D di materiali ad alto potere diffusivo Prototipo di scansione preliminare Precision Grafting
  8. 8. !8 Sviluppo di algoritmi di ricostruzione 3D di materiali ad alto potere diffusivo Prototipo di scansione preliminare Precision Grafting
  9. 9. Calibrazione del sistema
  10. 10. Precision Grafting Sistema di scansione Telecamera Mandrino Laser Sistema di scorrimento
  11. 11. Precision Grafting Sistema di scansione con vetro di protezione 𝛥z p 𝜗1 η1 η2 η1 𝜗2 p’ α eversedordinary
  12. 12. Precision Grafting 1) ottica (intrinseci) 2) prospettica (estrinseci) ⍺ 3) asse rotazione η1 η2 η1 4) vetro di protezione O 5) centro sistema di riferimento Calibrazione α eversed ordinary x y z Ordinary α Look-away α Specular
  13. 13. Precision Grafting Targets di calibrazione custom Ottica tlc 
 e prospettiva Offset pinza
 centro sistema Asse rotazione determinazione degli intrinseci ed estrinseci della telecamera
  14. 14. Risultati
  15. 15. !15 Acquisizione 3D di tessuto osseo Prototipo di scansione Risultati Precisione (1𝜎) 20 µm Accuratezza 16 µm Frammento di cresta iliaca Precision Grafting
  16. 16. Precision Grafting
  17. 17. Acquisizione del tessuto osseo Precision Grafting 3D “raw” Point Cloud Modello 3D CAD ~1M punti 3D
 40 µm risoluzione ~900K poligoni
 40 µm risoluzione Tessuto 
 osseo
  18. 18. Precision Grafting
  19. 19. Conclusioni e sviluppi futuri Precision Grafting
  20. 20. • Aumentare la velocità di scansione • Aumentare l’area di acquisizione Precision Grafting • E’ stato sviluppato un sistema di acquisizione 3D di tessuto osseo in grado di fornire scansioni ad alta risoluzione per ottenere tessuti custom ad alta precisione Conclusioni Ulteriori sviluppi
  21. 21. The End Grazie per l’attenzione.

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