APPLICAZIONE DI PROCEDURE DI MISURA OTTICA

APPLICAZIONE DI PROCEDURE DI MISURA OTTICA TRIDIMENSIONALE
AL SETTORE DELLA RICOSTRUZIONE PROTESICA MAXILLO-FACCIALE
G. Sansoni (1), F. Docchio (1), M. Trebeschi(1), M. Scalvenzi(1), G. Cavagnini(1), G. Gastaldi(2)
Laboratorio di Optoelettronica, Dip. di Elettronica per l’Automazione, Univ. degli Studi di Brescia
(2)
Cattedra di Protesi Rimovibile, Università degli Studi di Brescia
(1)
1. INTRODUZIONE
Il presente lavoro riguarda l’applicazione di tecniche di misura ottica tridimensionale senza contatto
al settore della ricostruzione protesica maxillo-facciale. La finalità principale è quella di ricavare e
attuare procedure per la progettazione e la produzione di protesi maxillo-facciali, impiegando tecniche mutuate dal settore del reverse engineering industriale.
Nello specifico caso trattato si studia la possibilità di offrire al medico e ai tecnici del settore un supporto valido ed oggettivo per la realizzazione e il posizionamento di protesi: in particolare si analizza
il caso di una paziente alla quale era stato asportato chirurgicamente il naso a causa di un carcinoma.
La realizzazione del modello virtuale del viso del paziente ha consentito di effettuare operazioni di
modellazione e ricostruzione della parte mancante. La possibilità di ottenere, attraverso un processo
di prototipazione rapida, il particolare fisico voluto, ha permesso infine di creare lo stampo successivamente utilizzato per la realizzazione della protesi.
2. LA SITUAZIONE OPERATIVA
La situazione di partenza del caso trattato era la seguente: la paziente presentava una lacuna nella
zona del naso a causa della rimozione chirurgica dello stesso. A questo punto, il tradizionale modo di
procedere prevede che, senza alcun riferimento, il tecnico progetti “a mano libera” la protesi: si intuisce come il risultato finale sia fortemente dipendente dall’abilità e dall’estro dell’esecutore e come
non ci sia garanzia né di un risultato coerente con la morfologia preesistente del volto, né della gradevolezza estetica dell’operazione.
La nuova metodologia operativa da noi sperimentata prevede i seguenti passi:
a – Acquisizione (con strumentazione ottica non a contatto) del volto del paziente
b – Elaborazione del modello acquisito con applicazione virtuale della parte mancante
c – Prototipazione rapida del modello ottenuto
d – Utilizzo dello stampo prodotto per modellare la protesi
Si andranno di seguito ad illustrare e documentare le fasi esposte.
Per effettuare il rilievo si è adottato lo strumento commerciale Konica Minolta Vivid 910 [1], scanner
a triangolazione ottica attiva basato sulla proiezione di una lama di luce laser. L’elaborazione delle
nuvole di punti acquisite e le operazioni di editing sui modelli creati sono stati effettuati con la suite
Polyworks di Innovmetric [2].
3. LA PROCEDURA SEGUITA
In seguito al processo di scansione si è ottenuto il modello tridimensionale del viso della paziente, mostrato in Figura 1. Sono state
acquisite 6 viste con un setup close-range, che ha permesso di ottenere una risoluzione di misura di 130µm.
La seconda fase del lavoro è stata svolta in laboratorio, ed ha comportato l’acquisizione di un discreto numero di nasi appartenenti a
persone diverse, ottenendo un database virtuale con differenti tipologie morfologiche dell’organo in esame. Per ognuna delle acquisizioni condotte si sono effettuate 4 viste, in modo tale da ricostruire
la zona interessata (che comprendeva anche parte degli zigomi e
delle guance) con un sufficiente grado di completezza.
Si è quindi valutato, grazie alle possibilità di virtualizzazione offerte dal programma di navigazione tridimensionale e trattamento dei
dati, quale naso si adattasse meglio alla conformazione del viso
della paziente, sia in base a criteri oggettivi (quali proporzioni e
317
Figura 1: Modello del volto
della paziente
dimensioni) sia in base a parametri estetici. Per effettuare questa operazione si è operato sul modello
acquisito del volto, importando ed applicando, di volta in volta, una differente “protesi virtuale”.
Una volta determinata la scelta più idonea, si è proceduto alla fusione e alla “ricucitura” del naso sul
volto originale, effettuando un opportuno editing finalizzato
a smussare le due superfici nelle zone di raccordo e modificando leggermente la conformazione del naso per compensare l’asimmetria del volto della paziente.
Si è quindi effettuata la prototipazione rapida dei due modelli in resina epossidica, ottenendo due “maschere” (visibili in Figura 2) riproducenti rispettivamente le fattezze del
viso (a destra) e l’aspetto finale desiderato (a sinistra).
Per la produzione delle maschere si è generato uno spessore
(o offset) sui modelli tridimensionali: per la maschera che
rappresentava il volto originale esso è stato applicato verso
Figura 2: Le “maschere” ottenute con
l’interno, mentre per quella con la protesi verso l’esterno.
la prototipazione rapida dei modelli
In tal modo, sovrapponendo i due prototipi, si è venuto a
creare un incavo interno che rappresenta la differenza morfologica tra
i due modelli e che coincide con lo stampo della protesi che deve essere creata per ottenere il naso desiderato.
A questo punto, il tecnico ha colmato questo “negativo” (Figura 3)
con cera fusa, che, una volta raffreddata e solidificata, ha costituito il
prototipo finale per la costruzione della protesi. Da questo momento
sono state seguite le consuete procedure per la produzione della protesi definitiva in silicone, applicata sul volto della paziente con opportune tecniche. Anche in questa fase, la possibilità di disporre del moFigura 3: Utilizzo di cera
dello virtuale ha vincolato il posizionamento della protesi sul volto.
fusa per l’ottenimento della
protesi
4. I RISULTATI PRODOTTI
La procedura seguita ha permesso di conseguire risultati decisamente validi nella produzione di protesi maxillo-facciali: si veda la Figura 4 per confrontare i ‘prodotti finiti’ ottenuti mediante tecniche
tradizionali (Figura 4.a) e mediante il procedimento di scansione e prototipazione descritto nel corpo
dell’articolo (Figura 4.b). Si noti, in particolare, come la seconda protesi si adatti in modo molto più
naturale al viso della paziente; la possibilità di effettuare tutti gli adattamenti e le modifiche virtualmente (anziché fisicamente) consente inoltre un notevole risparmio temporale, garantendo al contempo un’effettiva e realistica “preview” del risultato finale.
(a)
(b)
Figura 4: Applicazione sul volto della paziente delle protesi prodotte (a): con tecniche
tradizionali (b): con tecniche di reverse engineering
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
[1]
[2]
http://www.minolta3d.com
http://www.innovmetric.com
318