3D-printede organer giver indsigt i kompliceret anatomi
Et hold danske forskere fra Aarhus Universitet viser i et nyt studie, hvordan de med billige 3D-printere kan skabe detaljerede plastikmodeller af de organer, de studerer. Det gør det lettere at forstå anatomien.
For omkring 5.000 kroner kan du få en 3D-printer derhjemme og eksempelvis printe en model af din hånd eller dit ansigt. Det er lettere, end man skulle tro, viser forskerne i studiet. (Foto: Shutterstock)

 

Forestil dig, at du har opdaget en ny dyreart, og du vil beskrive den bedst muligt. Hvordan gør du det?

Du kunne jo tage et billede af den og skrive en tilhørende tekst. Men du kunne også scanne den ind på din computer og printe den ud i faktisk størrelse på en 3D-printer.

Et hold danske forskere fra Aarhus Universitet har netop offentliggjort et nyt studie, der har til formål at vise, hvor let tilgængeligt det er at printe detaljerede modeller af dyrs anatomi på billige 3D-printere.

Forskerne har scannet 20 forskellige dyr igennem og fremstillet forskellige 3D-print af dem ved at bruge flere slags scanningsmetoder og printere.

De har eksempelvis printet frøer, torsk, giraffer og muldvarpe.

»Hvis man som forsker skal beskrive en kompliceret anatomisk struktur på et dyr, som ingen har kigget på før, kan det være svært, når man ikke har andet end et fladt stykke papir at gøre godt med. At kunne omsætte det til 3D-struktur og få det ud i hænderne gør det meget lettere at sætte sig ind i den anatomi, der er beskrevet,« siger Henrik Lauridsen, adjunkt på Institut for Klinisk Medicin på Aarhus Universitet og hovedforfatter til studiet.

3D-modeller gør det lettere at forstå anatomien

Fakta

I Henrik Lauridsen og hans kollegaers studie brugte de en del forskellige printere. Den mest simple har et plastikmateriale, den varmer op som en limpistol, og så trækker den materialet ud i en tynd tråd. Lag for lag bygger printeren på den måde strukturen op. De billige printere kan kun printe i ét materiale, og det er et biologisk nedbrydeligt plast. De mere sofistikerede printere, der er brugt i studiet, bygger materialet op i pulver. Printeren smelter et snitbillede ned i overfladen af et pulverlag, der trækkes et nyt lag pulver hen over, der smeltes igen, og sådan fortsætter det. Det giver en lidt højere opløsning. Her kan man få sin model i ensfarvet plastik eller i forskellige farver, så man kan farvekode forskellige anatomiske dele på sit print. Man kan også få det i bøjeligt gummi, og man kan sågar printe i metal.

3D-teknikken vil både kunne gøre det lettere for forskerne selv eksempelvis at forstå komplekse, små kamre i et tudsehjerte.

Men når forskerne skriver videnskabelige artikler om dyret til andre forskere, vil de også kunne gøre det lettere for dem ved at vedlægge en 3D-fil, som enten kan tilgås som virtuel model på computeren eller printes ud.

»Man kan få meget ud af at have en flad tegning foran sig og læse en anatomibog. Men prøv at forestille dig den menneskelige torso, man havde i biologilokalet i skolen. Der kunne man skille organerne ad, stå med dem i hænderne og derved forstå anatomien langt bedre. Anatomi foregår jo i tre dimensioner, så man mister forståelse, hvis ikke man har det i 3D,« siger Henrik Lauridsen.

En fordel ved 3D-print er også, at man kan skalere modellen, som man har lyst til. Et lillebitte insekt kan man skalere op og printe i en størrelse, der er ti gange større end den oprindelige.

Forskerne mangler at tage 3D-metoden til sig

Inden for området komparativ anatomi og fysiologi har man traditionelt lagt megen vægt på dissektion og mikroskopi i beskrivelsen af dyr.

Herfra kan det være vanskeligt at bygge bro til et mere teknisk felt som 3D-print af organmodeller, og derfor har dette studie sin berettigelse, mener Henrik Lauridsen.

Nederst ses et eksempel på de 3D-print af komplekse strukturer, som forskerne i studiet lavede i plastik. Til venstre ses et girafhjertes arterielle trådnet, og til højre ses det samme på en afrikansk elefant. (Foto: Aarhus Universitet)

Der er desuden ikke et udbredt kendskab til, at 3D-printere efterhånden er blevet rimelig tilgængelige og billige, og det kan være en anden årsag til den manglende udbredelse af metoden.

Inden for de seneste fem år har man kunnet få 3D-printere til mellem 5.000 og 20.000 kr.

»Vi ved, at interessen er der, for forskerne vil rigtig gerne have, at det er let at forstå de beskrivelser, de laver. De skal bare stoppe med at være så bange for at kaste sig ud i de her lidt tekniske redskaber,« siger Henrik Lauridsen.

David Bue Pedersen forsker i 3D-printere på Danmarks Tekniske Universitet og har ikke noget med det nye studie at gøre. Ifølge ham er det, som holder mange forskere tilbage, at teknikken er meget ny.

Dertil kommer, at der er stor forskel på, om man har fat i en 3D-printer i den dyre eller billige ende i forhold til, hvor let det vil være for forskere at anvende 3D-print.

»Markedet kan godt være en jungle, da der er en stor kløft mellem 3D-print på hobbyplan og industrielt 3D-print. Ønsker man at lave en helt korrekt model af et organ med detaljerede blodårer, vævsstrukturer og overfladeteksturer i forskellige farver, skal man have fat i CT-scanning i millionklassen. Vil forskerne bare have en model, der ligner nogenlunde, er en billig metode med smartphone-billeder rigeligt,« siger David Bue Pedersen (se sidehistorien under artiklen).

 

Du kan printe en bordtennisbold på en halv time

Henrik Lauridsen og hans kollegaer fremstiller også 3D-printede hjertemodeller af komplicerede defekter i børne- og voksenhjerter til hjertekirurgerne på Skejby Sygehus. De benyttes til at foretage en forbedret planlægning af kirurgiske indgreb. En af dem ses på dette billede, hvor modellen er fremstillet med et ’låg’ i hver side, så man kan se indersiden. (Foto: Henrik Lauridsen)

Ifølge David Bue Pedersen er der ikke noget, der står i vejen for at bruge 3D-printere, hvis man har motivationen for at komme i gang.

»De fleste er i stand til at sætte sig ind i, hvordan 3D-scanning fungerer. Studerende på første semester herude på DTU kan uden forudsætninger efter en dags øvelser betjene en standard 3D-printer,« siger David Bue Pedersen.

Spørgsmålet er, hvor lang tid det tager at printe eksempelvis et organ ud. Hvis det tager for lang tid, er det måske ikke noget, forskerne vil kaste sig over, når de skal foretage videnskabelige beskrivelser af en ny art.

»Det tager cirka otte minutter pr. kubikcentimeter, når man printer. Volumen eskalerer med en faktor otte, og det vil sige, at når vi skalerer noget op til dobbelt størrelse, tager det otte gange så lang tid at printe. En bordtennisbold vil tage cirka en halv time at printe. En liter mælk vil måske tage nogle timer eller først være færdig i morgen,« forklarer David Bue Pedersen.

Det kan således være en ganske hurtig metode, hvis man skal printe mindre ting, og ifølge David Bue Pedersen vil den snart blive mere udbredt.

»Udbredelsen kommer helt af sig selv. Om fem års tid vil flere områder få øjnene op for, hvad 3D-printerne kan. Men det handler om, at de skal gå fra at være den her mystiske, nye teknologi, man ikke rigtig ved, om man tør røre ved, til at folk lærer det at kende,« siger han.

 

I videoen demonstrerer forskerne fra Aarhus Universitet, hvor præcise modeller man kan lave med 3D-print. Her ses en model af en fossilprøve fra en lårbensknogle på en hadrosaurus. Både tekstur, form og farve er reproduceret i modellen. Video: Aarhus Universitet

Fire skridt på vejen til at printe dit eget ansigt

Du kan få en 3D-printer derhjemme til ned mod 5.000 kroner. Men hvordan gør du så, hvis du eksempelvis gerne vil frembringe et 3D-print af dit ansigt? Forskernes opskrift fra studiet kommer her:

  1. Først skal du foretage en fotografisk optagning af dit ansigt. Du tager eksempelvis 70 overfladebilleder af ansigtet med din smartphone.
     
  2. Så skal billederne sættes sammen i et 3D-redskab på computeren, eksempelvis programmet Autodesk 123D Catch, som så bygger en teknisk model af ansigtet. Det gør computeren af sig selv.
     
  3. Ansigtet skal dernæst igennem databehandling, hvor filerne skal eksporteres i et format, som kan læses af en 3D-printer, eksempelvis et STL-format.
     
  4. Sidste skridt er at sende filen til en 3D-printer, og så printer den ud i farvet plastik.

En anden, mere kompliceret metode, som forskerne også benyttede sig af i studiet, er at optage data i form af CT-scanning eller MR-scanning. Der får man en masse snitbilleder igennem sit præparat.

De snitbilleder kan man så efterfølgende bygge til en interaktiv model, som man fra en computer kan eksportere til et filformat, som en 3D-printer kan læse, og så kan man printe den ud.