Dal Cervello alla Stampa 3D: La Magia di brain2print con l’AI!

Ciao a tutti! Siete pronti a fare un viaggio incredibile nel mondo della tecnologia medica e della stampa 3D? Oggi voglio parlarvi di qualcosa che fino a poco tempo fa sembrava fantascienza: trasformare una scansione del cervello direttamente in un modello 3D fisico, pronto per essere stampato. E tutto questo grazie a un fantastico strumento web chiamato brain2print, potenziato dall’intelligenza artificiale!

Immaginate di poter tenere tra le mani una replica esatta del vostro cervello, o di quello di un paziente, per studiarne le forme complesse, pianificare un intervento chirurgico o semplicemente per capire meglio come siamo fatti. Sembra pazzesco, vero? Eppure, è proprio quello che brain2print ci permette di fare.

La Rivoluzione: Addio Complessità, Benvenuta Semplicità!

Prima di brain2print, creare un modello 3D stampabile da una risonanza magnetica (MRI) era un’impresa titanica. Vi dico solo che richiedeva l’uso di diversi software complessi, alcuni difficili da installare (specialmente su certi sistemi operativi come Windows), altri a pagamento, e il processo intero poteva durare “molte ore”, come dicono gli esperti. Un vero incubo, soprattutto per chi non è un mago del computer! Pensate a FreeSurfer, meshgeometry, VCGLib, MeshLab, netfabb… una catena di montaggio digitale che richiedeva pazienza e competenze specifiche.

Poi sono arrivate soluzioni basate sul cloud, come NiftyWeb. Comode, certo, perché bastava caricare la scansione e aspettare una mail con il modello. Ma c’erano due grossi “ma”: la privacy (i dati sensibili venivano inviati esternamente) e i tempi di attesa comunque lunghi (ore!), con risultati che spesso necessitavano di ulteriori correzioni manuali.

Ed è qui che entra in gioco brain2print (lo trovate su brain2print.org). La vera magia sta nel fatto che è un’applicazione web-based che funziona interamente sul vostro computer, direttamente nel browser! Sì, avete capito bene: nessun software da installare, niente licenze complicate, niente attese infinite. Funziona su qualsiasi computer, indipendentemente dall’hardware o dal sistema operativo. E la privacy? Assolutamente protetta, perché i dati della vostra scansione MRI (specificamente quelle T1-weighted, le più comuni per studiare l’anatomia cerebrale) non lasciano mai il vostro dispositivo. Tutto viene elaborato localmente.

Come Funziona Questa Magia?

È incredibilmente semplice. Basta trascinare il file della vostra scansione MRI (supporta formati comuni come DICOM, NIfTI, NRRD e altri grazie all’integrazione con NiiVue) sulla pagina web. Vedrete subito l’immagine interattiva del cervello.

Il passo successivo è scegliere un modello di intelligenza artificiale (basato sulla tecnologia BrainChop) per la “segmentazione”. In pratica, l’AI riconosce e suddivide le diverse aree del cervello. Ci sono modelli più o meno complessi, così potete scegliere quello più adatto alle prestazioni del vostro computer. L’AI sfrutta la potenza della vostra scheda grafica (GPU) per fare questi calcoli velocemente.

Una volta soddisfatti della segmentazione (che vedrete colorata sullo schermo), cliccate su “Create Mesh”. Si aprirà una finestra dove potrete personalizzare il modello 3D (chiamato “mesh”), decidendo quanto dettagliato o semplificato lo volete. Potete anche applicare uno “smoothing” per rendere le superfici meno spigolose. L’anteprima interattiva vi permette di controllare il risultato prima di salvarlo.

Infine, premete “Save Mesh” e il gioco è fatto! Avrete un file pronto per essere inviato alla vostra stampante 3D o a un servizio di stampa online. Il tutto? Questione di minuti, non ore!

Non Solo Veloce, Ma Anche Flessibile

La creazione della mesh, cioè della superficie tridimensionale fatta di tanti piccoli triangoli, non è banale. A seconda dell’uso che se ne vuole fare, servono caratteristiche diverse. brain2print offre due “pipeline” principali:

• Pipeline Veloce: Ottimizzata per la stampa 3D. Genera la mesh in pochi secondi, anche su computer non potentissimi. È pensata per ridurre al minimo l’errore geometrico rispetto alla forma originale, anche se questo può portare alla creazione di triangoli di forme diverse (anisotropi) e, in rari casi, a piccoli difetti come buchini o triangoli che si auto-intersecano. Niente paura, le moderne stampanti 3D solitamente gestiscono bene questi piccoli “nei”. Questa pipeline usa codice C ottimizzato e compilato in WebAssembly per la massima velocità.
• Pipeline Accurata: Più lenta, ma produce mesh “perfette”, senza difetti, con triangoli di dimensioni e forme più uniformi (quasi equilateri). Questa è ideale per applicazioni più sensibili, come le simulazioni al computer (es. finite element simulations). Si basa sul metodo “cuberille” implementato tramite ITK-wasm.

Un’altra cosa furba per la stampa 3D: i modelli generati sono tipicamente cavi all’interno per risparmiare materiale. brain2print gestisce anche questo, assicurandosi che ci siano dei piccoli fori (“escape holes”) per far uscire eventuale materiale di riempimento usato durante la stampa.

Prestazioni da Urlo (Verificate!)

Gli sviluppatori hanno testato brain2print su diverse macchine: da una workstation Linux potentissima a un MacBook Pro di fascia media, fino a un vecchio laptop Apple del 2018 con processore Intel. Risultato? Anche il computer più datato è riuscito a segmentare il cervello e a creare la mesh in pochi secondi! Questo dimostra quanto sia efficiente e accessibile. Hanno stampato con successo diversi modelli cerebrali usando stampanti comuni come le Bambu Lab, senza alcuna complicazione.

Limiti Attuali e Sviluppi Futuri (C’è Anche ct2print!)

Al momento, brain2print è specializzato per le scansioni MRI T1-weighted della testa. Non funziona (ancora) con altre modalità (come MRI T2, TAC) o altre parti del corpo.

Ma niente paura! Per le scansioni TAC (Tomografia Assiale Computerizzata), dove spesso basta la differenza di intensità dei voxel per distinguere i tessuti (osso, aria, tessuti molli), hanno creato uno strumento gemello: ct2print (lo trovate su ct2print.org). Questo tool permette di creare mesh 3D basandosi su soglie di intensità dei voxel, perfetto per stampare ossa da una TAC o modelli da librerie di morfologia digitale. Hanno mostrato esempi con TAC della testa umana e persino la testa di un’iguana!

Il bello di brain2print è che è open-source. Questo significa che altri sviluppatori possono contribuire, magari creando modelli AI per altre modalità di imaging o altre parti del corpo. Già esiste un’implementazione funzionante con ONNX e WebGPU (tecnologie web emergenti) per chi vuole sperimentare.

Le potenzialità future vanno oltre la semplice stampa 3D. La capacità di segmentare e creare mesh potrebbe essere usata per modellare la stimolazione cerebrale o migliorare la localizzazione delle sorgenti dei segnali EEG registrati sullo scalpo.

In Conclusione

Insomma, che dire? brain2print è una vera svolta. Rende la creazione di modelli cerebrali 3D stampabili incredibilmente semplice, veloce e sicura per tutti: studenti, insegnanti, medici, ricercatori e anche semplici curiosi. Abbattendo le barriere tecniche e proteggendo la privacy, apre le porte a un utilizzo molto più ampio della stampa 3D in campo medico ed educativo. È un esempio fantastico di come l’intelligenza artificiale e le tecnologie web possano lavorare insieme per creare strumenti potenti e accessibili. Non vedo l’ora di vedere come si evolverà!

Fonte: Springer