2017

Modelado e impresión 3D en

Veterinaria

Modelado e impresión 3D en Veterinaria

Fecha de curso: 19 a 23 de febrero de 2018, de 9 a 18 hs.

Lugar: sala de Informática, Facultad de Veterinaria, Montevideo, Uruguay

Docentes participantes de: Histología: Graciela Pedrana, Alejandro Bielli. Departamento de Educación Veterinaria: José Passarini, Claudia Borlido. Invitados: Anna Sieben (The Netherlands, Groninger), Facultad de Artes (Udelar): Pablo Sedraschi Participantes: Dirigido principalmente a docentes y estudiantes de posgrados que puedan encontrar en los diseños e impresiones 3D mejoras para sus actividades académicas: investigación, docencia y extensión. Conocimientos previos necesarios: - Es necesario que los participantes manejen algunos conceptos sobre diseño, puede ser Photoshop o programas más complejos. - La partes del curso que imparta Anna Sieben serán en inglés, pero se le ha solicitado a varios compañeros que colaboren en la traducción, por lo que no será una limitante, aunque el manejo del idioma facilitará la comunicación directa con la docente invitada.

Justificación y antecedentes

La relevancia de los modelos 3D en la ciencia es cada vez mayor. Lo demuestran los centros de investigación de modelado 3D para estructuras biológicas en polos de desarrollo mundiales. Hoy en día los archivos 3D pueden ser incorporados en artículos científicos, dado que la obtención de imágenes biomédicas veterinarias y humanas representa grandes volúmenes de datos de imágenes, tanto microscópicas como macroscópicas. El poder realizar el diseño y representación 3D se presenta como un gran desafío para la imaginación y para el pensamiento científico. En nuestra era el trabajo de un investigador y docente puede ser visualizado en diferentes plataformas con la creación de un modelo histológico 3D basado en 2D imágenes histológicas. Hoy en día hay disponibles programas de modelado 3D que pueden ser utilizados para este objetivo de creación de modelos biológicos, que permitan explicar no sólo la morfología sino, las interacciones entre células y estructuras biológicas. Uno de ellos es el Blender. Por otra parte, el modelado de proteínas también es hoy una realidad, con softwares como Bioblender, basado para la creación de estructuras moleculares, que maneja base de datos de proteínas. Además, ya hay disponibles plataformas como Sketchfab, para modelos científicos en 3D. En nuestra obligación estar como científicos a la vanguardia de estos cambios en las dinámicas de comprensión que implican la realización de Modelado e impresión 3D.

Asimismo, hoy en día los modelos generados en investigaciones que requieran visualización de estructuras en 3D pueden ser incorporados en artículos científicos, dado que la obtención de imágenes biomédicas veterinarias y humanas representa grandes volúmenes de datos de imágenes, tanto microscópicas como macroscópicas. El poder realizar el diseño y representación 3D se presenta como un gran desafío para la imaginación y para el pensamiento científico. En nuestra obligación estar como científicos a la vanguardia de estos cambios en las dinámicas de comprensión que implican la realización de Modelado e impresión 3D. Por lo tanto, le proponemos en el curso, crear su modelo a partir de muestras microscópicas y hacerlo tangible, como un recurso para la investigación, la docencia y la extensión. En los últimos años la impresión 3D ha sido uno de los desarrollos tecnológicos más espectaculares y prometedores a nivel de medicina humana. Los diversos usos que hoy en día tiene el uso de dicha tecnología van desde el didáctico hasta su uso en la clínica veterinaria.

¿Qué es el modelado y la impresión 3D? La historia de la impresión 3D se remonta a principios de los años 80, cuando se inventó la estereolitografía, que permite crear objetos sólidos a partir de diseños digitales. Esta técnica consiste en ir depositando capa a capa una resina líquida sobre una placa, hasta obtener el objeto deseado. El proceso puede tardar desde unos pocos minutos hasta varias horas, dependiendo de la complejidad del diseño.

Uso del modelado y la impresión 3D como recurso educativo Dentro de los recursos digitales educativos existe una gran variedad vídeos, audios, animaciones, presentaciones, PowerPoint, fotogalerías, actividades interactivas. Todos ellos presentan ventajas educativas, entre las que se pueden destacar la motivación para incidir en el desarrollo de aprendizajes significativos. Dentro de dichos recursos digitales la visualización 3D abre múltiples opciones para la tarea docente de asignaturas de las ciencias biológicas. Este tipo de tecnología permite trabajar en tres dimensiones, desde representaciones de órganos y tejidos, y sus componentes de organización celulares hasta moleculares,

Experiencia de modelado e impresión 3D en ciencias biológicas como recurso didáctico Si, tal es el caso del proyecto LabTeD del Plan Ceibal, que facilita el desarrollo de nuevos aprendizajes y capacidades que permiten al estudiante adquirir destrezas necesarias para enfrentarse a un mundo como protagonista de su propio desarrollo. La exploración del proceso de impresión 3D, involucra desde el diseño hasta la producción, lo que plantea nuevos desafíos didácticos para las actividades de aprendizaje. Se aprende paso a paso, a través de un proceso que inicia con una idea y termina con un objeto impreso, real y tangible. Uno de los aspectos más destacable en el Plan Ceibal es que apunta esta

tecnología al desarrollo de la creatividad que deriva de la posibilidad de diseñar objetos que puedan formar parte de otras estructuras mecanizadas como brazos, grúas o robots, o una centralita domótica integrando el uso de sensores.

2- OBJETIVOS

Objetivos generales Se espera que los participantes sean capaces de generar y diseñar modelos celulares y moleculares tridimensionales que les permitan mejorar el conocimiento de las estructuras y funciones de los mismos.

Objetivos específicos Se espera que los participantes:

1. Profundicen sus conocimientos en los temas de análisis de imágenes biológicas moleculares, celulares microscópicas o macroscópicas

2. Diseñen modelos de estructuras tridimensionales que le ayuden a comprender su función biológica

3. Generación de biblioteca 3D: Estos modelos podrán ser parte de una biblioteca 3D en línea que elaboraremos en el curso en plataforma Sketchfab.

4. Exposición de modelos: los modelos 3D creados en el curso se podrán ver en exposiciones en facultad de veterinaria, con cuadros explicativos de los mismos.

3 DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES Y ACTIVIDADES

Contenidos temáticos

1. La relevancia de los modelos 3D en la ciencia: los archivos 3D ahora pueden ser incorporados en artículos científicos

Https://www.journals.elsevier.com/cities/news/interactive-3d-models-embedded-in-scientific-articles

2. Software de modelado 3D (especialmente para impresión): Http://www.3ders.org/3d-software/3d-software-list.html Creación de modelos 3D basados en imágenes médicas: un ejemplo utilizando tomografías computarizadas Obtención de datos médicos Utilizar Invesalius para crear filtros y extraer bases para modelos Limpieza de los modelos (en Zbrush)

3. Flujo de trabajo de la creación de un modelo histológico 3D en Zbrush basado en 2d imágenes histológicas

Flujo de trabajo de modelado en Zbrush Flujo de trabajo de pintura en ZBrush (Polypaint + Spotlight) Exportar a Sketchfab mediante el complemento: https://sketchfab.com/exporters/zbrush

4. Flujo de trabajo de la creación de un modelo 3D basado en dos vistas de imágenes (por ejemplo, vista frontal y lateral) en Autodesk Maya (A esto podría trabajar en Blender, así, pero nunca lo he probado).

Bioblender: un paquete de software basado en la licuadora para la creación de estructuras moleculares Http://www.bioblender.eu/ Los archivos de base de datos de proteínas se pueden importar en BioBlender.

5. Sketchfab como una plataforma para modelos científicos en 3D Cómo usarlo Cómo incrustar los visores de sketchfab en otro lugar - usar el embedder en la plataforma - incrustación de modelos de sketchfab en ibooks: https://blog.sketchfab.com/embedding-sketchfab-ibooks/

6. Open source: los pros y los contras Bibliotecas 3D en línea: Bodyparts3D: una biblioteca en línea de código abierto de la anatomía humana Http://lifesciencedb.jp/bp3d/ BigBrain: el cerebro humano en 3D Https://bigbrain.cbrain.mcgill.ca/

7. Una visión general de todas las imágenes médicas de acceso abierto: (Que puede ser útil como referencia cuando se construyen modelos) Http://www.aylward.org/notes/open-access-medical-image-repositories

8. Cómo preparar su modelo para imprimir Https://www.lifewire.com/how-to-prepare-y-model-for-3d-printing-2109

CONTENIDO TEMÁTICO PARA EL CURSO

Creación de modelos 3D basados en imágenes médicas:

1. Imágenes de tomografías computarizadas,

2. Imágenes de radiografías

3. Imágenes de ecografías

4. Imágenes de microscopía confocal

5. cortes seriados de microscopía fotónica,

6. cortes seriados de microscopia electrónica

7. microscopia de barrido

Obtención de datos médicos.

Utilización de programas informáticos para crear filtros y extraer bases para modelos. Utilizar Invesalius para crear filtros y extraer bases para modelos Limpieza de los modelos (en Zbrush).

Creación de un modelo histológico 3D en Zbrush basado en 2d imágenes histológicas.

Flujo de trabajo de la creación de un modelo histológico 3D en Zbrush basado en 2d imágenes histológicas Flujo de trabajo de modelado en Zbrush. Limpieza de los modelos (en Zbrush) Flujo de trabajo de pintura en ZBrush (Polypaint + Spotlight) Exportar a Sketchfab mediante el complemento: https://sketchfab.com/exporters/zbrush

Creación de un modelo 3D basado en dos vistas de imágenes ( vista frontal y lateral) en

Autodesk Maya. Sketchfab como una plataforma para modelos científicos en 3. Cómo

usarlo e incrustar los visores de sketchfab.

Bioblender: un paquete de software basado en la licuadora para la creación de estructuras moleculares Http://www.bioblender.eu/ Los archivos de base de datos de proteínas se pueden importar en BioBlender. Sketchfab como una plataforma para modelos científicos en 3D Cómo usarlo Cómo incrustar los visores de sketchfab en otro lugar - usar el embedder en la plataforma - incrustación de modelos de sketchfab en ibooks: https://blog.sketchfab.com/embedding-sketchfab-ibooks/ Bibliotecas 3D en línea: Bodyparts3D: una biblioteca en línea de código abierto de la

anatomía humana. BigBrain: el cerebro humano en 3D.

La relevancia de los modelos 3D en la ciencia:

los archivos 3D ahora pueden ser incorporados en artículos científicos. Cómo usarlo.

Cómo incrustar los visores de sketchfab. Bibliotecas 3D en línea: Bodyparts3D: una

biblioteca en línea de código abierto de la anatomía humana. BigBrain: el cerebro

humano en 3D. La relevancia de los modelos 3D en la ciencia: incorporados en artículos

científicos.

Modelado de estructuras celulares 3D en microscopía óptica y confocal _ Utilización de plugin ImageJ y FIJI con plugin 3D Viewer utilizando serie de

imágenes de microscopio confocal _ Medición de estructuras biológicas, intensidad de fluorescencia _ Exportación del archivo: export surfaces > stl (binary or ascii). Conversión de TIFF

stack y coversión a STL. _ Impresión final: como resultado final del proceso de reconstrucción de

estructuras y análisis de las mismas

Materiales

Sala de informática _ Computadoras de la sala de informática 20 computadoras _ Programa ImageJ: con imágenes de modelos biológicos de microscopio óptico,

microscopio confocal, microscopio de barrido, generación de stacks de imágenes en el plano Z.

_ Programa de modelado de proteínas _ Se utilizarán para el diseño de los modelos a imprimir las computadoras que se

utilizan en la sala de informática de la facultad de veterinaria, _ Se conectarán las computadoras que a la impresora 3D XYZ Mod. Da Vinci 1.0,

con calibración semiautomática, insumos filamento de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) material plástico resistente a impacto, levemente flexible, utilizado en la fabricación de juguetes, autopartes, electrónica, instrumentos musicales y artículos de oficina. Se utilizarán colores: Negro, azul, dorado, verde, gris, rosado, rojo, transparente, blanco y amarillo. Tecnología: Fabricación en filamento fundido Máxima capacidad: 20 x 20 x 20 cm. Máxima Calidad: 0.1 mm (100 Micrones), Velocidad de impresión: 150 mm/s (alta), Capacidad del Cartucho: 600 g, Sistema Operativo: Windows® XP (requiere .Net 4.0), Windows® 7 o superior, MAC OSX® 10.8 64-bit o superior, Software: XYZ Ware, Tipo de archivos: STL, OBJ, THING Tamaño de la impresora: 46.8 x 51 x 55.8 cm, Material de Impresión: ABS (12 Colores).http://www.geant.com.uy/impresora-3d-xyz-da-vinci-1-0-675344/p.Impresora 3d Xyz Da Vinci Jr

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4 -

IMPACTO ESPERADO Se espera que los participantes logren: 1- Diseñar modelos biológicos para impresión 3D. 2- Reconstruir estructuras biológicas que se analizan durante el curso: células, órganos

o tejidos previamente analizados con programa de reconstrucción y análisis de imágenes: FIJI, ImageJ.

3- Profundicen en los conceptos de estructuras y funciones de células y tejidos biológicos.

EVALUACIÓN

Consiste en un trabajo individual o grupal (hasta de dos personas), en el que se debe realizar una presentación del modelo 3D de una estructura biológica que sea parte de su objeto de estudio, que debe tener una aplicación para la mejora de sus actividades académicas. Se realizará una exposición oral detallando objetivos, procesamiento de imágenes y proyección del trabajo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Use the "Insert Citation" button to add citations to this document. Argentina. Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva Impresión 3D en Argentina: acciones, proyectos, actores /; con prólogo de Lino Barañao. - 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, 2015. http://www.areatecnologia.com/informatica/impresoras-3d.html (Dirección tomada en Noviembre 2015) http://ingenieriagenetica-b.web.unq.edu.ar/wp-content/uploads/sites/31/2015/04/Agenda-CONICET-15-03-2016.pdf http://www.cromo.com.uy/las-impresoras-3d-del-plan-ceibal-n570532

Sitios, Artículos y blogs: Https://www.upwork.com/hiring/design/3d-modeling-the-science-and-art-behind-it/ http://www.scivis.it/images/stories/3d_interactive/VIS_CaCaM/VIS_CaCaM.html Resources for the course

Digital 3D modelling the basics

Articles and blogs:

https://www.upwork.com/hiring/design/3d-modeling-the-science-and-art-behind-it/

List of 3D modellin software (especially for printing):

http://www.3ders.org/3d-software/3d-software-list.html

Creating 3D models based on medical imagery: an example using CT scans

Getting medical data

Using Invesalius to create filters and extract foundations for models

Cleaning up the models (in Zbrush)

Workflow of the creation of a 3D histological model in Zbrush based on 2d histological images

Workflow of modelling in Zbrush

Workflow of painting in ZBrush (Polypaint + Spotlight)

Exporting to Sketchfab, using the plugin: https://sketchfab.com/exporters/zbrush

Workflow of the creation of a 3D model based on two views of images (for example frontal and lateral view) in Autodesk Maya

(à this could possibly work in Blender as well, but I’ve never tried it).

Bioblender: a software package based upon blender for the creation of molecular

structures

http://www.bioblender.eu/ Protein Data Base files can be imported into BioBlender.

Sketchfab as a platform for scientific 3D models

How to use it

How to embed the sketchfab viewers elsewhere

- using the embedder on the platform

- embedding sketchfab models in ibooks: https://blog.sketchfab.com/embedding-

sketchfab-ibooks/

Open source: the pros and cons

Online 3D libraries:

Bodyparts3D: an online open source library of human anatomy

http://lifesciencedb.jp/bp3d/

BigBrain: the human brain in 3D

https://bigbrain.cbrain.mcgill.ca/

An overview of all open access medical imagery:

(which can be useful as reference when building models)

http://www.aylward.org/notes/open-access-medical-image-repositories

The relevance of 3D models in Science: 3D files can now be embedded in scientific articles

https://www.journals.elsevier.com/cities/news/interactive-3d-models-embedded-in-

scientific-articles

How to prepare your model for printing

https://www.lifewire.com/how-to-prepare-your-model-for-3d-printing-2109

Open source: los pros y los contras Bibliotecas 3D en línea: Bodyparts3D: una biblioteca en línea de código abierto de la anatomía humana Http://lifesciencedb.jp/bp3d/ BigBrain: el cerebro humano en 3D Https://bigbrain.cbrain.mcgill.ca/ Una visión general de todas las imágenes médicas de acceso abierto: (Que puede ser útil como referencia cuando se construyen modelos) Http://www.aylward.org/notes/open-access-medical-image-repositories