Modelos de enfermedades pulmonares basados en impresión 3D

Querejeta Roca, Luis María (2017). Modelos de enfermedades pulmonares basados en impresión 3D. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Modelos de enfermedades pulmonares basados en impresión 3D
Autor/es:
  • Querejeta Roca, Luis María
Director/es:
  • San José Estépar, Raúl
  • Martínez Muneta, María Luisa
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Mecánica
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

Texto completo

[img]
Vista Previa
PDF (Document Portable Format) - Se necesita un visor de ficheros PDF, como GSview, Xpdf o Adobe Acrobat Reader
Descargar (4MB) | Vista Previa

Resumen

En este proyecto se ha buscado aplicar una de las nuevas tecnologías que ha despertado mayor interés en los últimos años al ámbito de la investigación médica y de la salud. Se trata de la Fabricación Aditiva, conocida más coloquialmente como impresión 3D. Esta técnica se basa en la fabricación de objetos mediante la deposición de materiales capa a capa. Se aleja, por tanto, de los métodos más tradicionales de fabricación por sustracción de material (como el fresado) o por adición (como la soldadura). Durante los últimos años se ha generado un intenso debate acerca de si esta tecnología supone un valor añadido o resulta viable en el ámbito de la fabricación comercial. Parece clara su incompatibilidad con el concepto de economía de escala y se destaca frente a todo su utilidad en la creación de piezas únicas, personalizadas y a un coste más reducido. Es este aspecto el que resulta interesante a la hora de realizar este proyecto, pues se utiliza para crear modelos únicos. Dentro de la fabricación aditiva pueden encontrarse distintas tecnologías que trabajan con diferentes materiales como metales o plásticos. Algunos ejemplos de estas tecnologías son el sinterizado de metal por láser, la foto-solidificación o el empleado en este proyecto, el conocido como Modelado por Deposición Fundida que aplica plástico fundido capa a capa para crear un modelo tridimensional del objeto diseñado. Esta tecnología se aplica en este proyecto al campo de la investigación médica, en particular al estudio de un conjunto de enfermedades que afectan al parénquima pulmonar, es decir, al tejido. Este proyecto se ha ocupado de la creación de dos conjuntos de modelos, el primer conjunto trata de modelizar el efecto de las enfermedades pulmonares mediante una aproximación por densidad, mientras que el segundo modeliza los efectos del enfisema pulmonar mediante una aproximación geométrica. El objetivo principal de este proyecto es la definición de modelos de enfermedad y su posterior impresión en modelos altamente controlados con tecnologías de impresión 3D con el fin de analizar métodos asociados a la medida de progresión de enfermedad con imagen cuantitativa (tomada mediante tomografía computarizada) y evaluar sus límites. Para ello es necesario estudiar las limitaciones de los softwares de “slicing” y de las impresoras 3D utilizadas para elaborar los modelos. Para la realización de este proyecto se han utilizado las siguientes herramientas de hardware y software: • Las impresoras utilizadas emplean el modelado por deposición fundida con diferentes materiales. La impresora Dremel3D20 Idea Builder, que utiliza PLA para la impresión de los modelos y la impresora UP! Plus 3D printer, que emplea el plástico ABS. • El programa utilizado para crear los modelos de progresión de las enfermedades pulmonares es el OpenSCAD. Un software libre y sencillo que permite la creación de los modelos mediante un código simple y la exportación al formato .stl, que es el formato de lectura de las impresoras 3D. • Se ha seleccionado el programa Print Studio para realizar el “slicing”, es decir, para generador los caminos que el extrusor de la impresora debe seguir durante la impresión de los modelos. Otros programas como Cura han sido evaluados para intentar conseguir un resultado óptimo. • Los escáneres han sido realizados utilizando equipos de última generación de Tomografía Computarizada (TC). El resultado principal son los modelos de enfermedad definidos y que permiten su reproducción con tecnología de fabricación aditiva. Además de los prototipos impresos y sobre los que se han realizado escáneres TC con el fin de evaluar su viabilidad y estudiar si son adecuados para las comprobaciones matemáticas de medición de progresión. Las imágenes resultantes del escaneado han sido tratadas utilizando el programa 3D Slicer. Un software libre utilizado para el procesado de imagen médica. Gracias a este software, pueden obtenerse imágenes donde puede apreciarse, no solo el renderizado de densidades, si no también aplicar códigos de colores para las distintas densidades de los materiales presentes. Las conclusiones principales que se extraen son: - Los modelos han sufrido un gran cambio en las dimensiones respecto a las inicialmente planteadas debido a las limitaciones de la impresora y el software de “slicing”. - La porosidad del PLA hace que no sea el material más adecuado para la impresión de estos modelos ya que se producen filtraciones. - El código desarrollado permite una alta adaptabilidad de los modelos. - Para medir los incrementos a nivel de monobloque es necesario imprimir los modelos mediante una impresión profesional. - Utilizando impresiones profesionales podría reducirse los tamaños de los modelos y conseguir datos más robustos. - El escaneado mediante TC de los modelos de enfisema pulmonar por aproximación geométrica, muestra una estructura alveolar consistente con el modelo diseñado, además de que las mediciones HU de los modelos muestran una correlación entre las densidades medidas en el TC y las definidas por los modelos. Debe tenerse en cuenta que los modelos se han impreso a una escala 5:1 por las limitaciones. - La alta correlación entre los datos mostrados en el TC y la simulación de daño por enfisema de los modelos indican que pueden utilizarse las medidas de TC en pacientes in-vivo para entender mejor el daño por enfisema a nivel de ácino aunque aún deben compararse más datos in-vivo para validar este modelo inicial como un modelo viable de enfermedad. A la vista de los datos, se concluye que la impresión 3D es una tecnología viable para el modelado de estructuras pulmonares y la creación de prototipos más económicos y en plazos de tiempo más reducidos. Contribuyendo a crear un modelo de investigación más eficiente.

Más información

ID de Registro: 47480
Identificador DC: http://oa.upm.es/47480/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47480
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 29 Ago 2017 07:23
Ultima Modificación: 29 Ago 2017 07:23
  • Open Access
  • Open Access
  • Sherpa-Romeo
    Compruebe si la revista anglosajona en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Dulcinea
    Compruebe si la revista española en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Recolecta
  • e-ciencia
  • Observatorio I+D+i UPM
  • OpenCourseWare UPM