Desarrollo de un modelo anatómico cerebral de rata mediante técnicas de impresión 3D y análisis de imagen por resonancia magnética

Abstract

[ES] El sistema nervioso central, encabezado por el cerebro, cumple varias de las funciones más complicadas de los organismos superiores. Para poder actuar sobre él, son necesarios amplios conocimientos neurológicos, los cuales se obtienen mediante la investigación. Los conocimientos tecnológicos, como lo son las diferentes técnicas de imagen, cumplen un papel determinante en este proceso, permitiendo nuevos hitos como la observación anatómica in vivo. Para realizar este tipo de investigaciones, es habitual trabajar con organismos que cumplan ciertos criterios, como lo son los animales de experimentación en general, y en particular las ratas. En este Trabajo de Fin de Grado en Ingeniería Biomédica, se ha desarrollado un modelo educativo y a escala manejable de las ocho principales regiones del cerebro de una rata. Además dispone de una carcasa donde se albergan, la cual representa un encéfalo completo escalado. Para realizar el proceso, ha sido necesario la consulta de bibliografía y material de referencia con el objetivo de realizar una correcta clasificación de las diferentes partes del cerebro en ocho macroregiones. Estas son las cinco subdivisiones del Telencéfalo (o corteza cerebral); el Neocórtex, el Archicórtex, el Paleocórtex, los Ganglios basales y el Telencéfalo Basal, y por otra parte el Diencéfalo, el Mesencéfalo y el Metencéfalo. Una vez obtenidas las geometrías mediante la segmentación de imágenes de resonancia magnética (IRM), se ha utilizado software específico para su modificado y adaptación a las exigencias requeridas. Se ha realizado sobre estas piezas suavizados, divisiones y otras operaciones del tipo, todo unido mediante la implementación de un sistema de sujeción. Finalmente se ha realizado un prototipo físico a partir de técnicas de impresión 3D, que cumple la función de material docente mostrando la anatomía de esta especie ampliamente utilizada en la investigación preclínica.

[CA] El Sistema Nerviós Central, encapçalat per el cervell, compleix diverses de les funcions més complicades dels organismes superiors. Per poder actuar sobre ell, cal amplis coneixements neurològics, els quals poden obtenir-se mitjançant la investigació. Els coneixements tecnològics, com ho son les diferents tècniques d’imatge, acompleixen un paper determinant en aquest procés, permetent nous èxits com l’ observació anatòmica in vivo. Per realitzar aquest tipus d’ investigació, es habitual treballar amb organismes que compleixen certs criteris, com ho son els animals d’experimentació en general, i en particular les rates. En aquest Treball de Fi de Grau en Enginyeria Biomèdica, s’ha desenvolupat un model educatiu i a una escala manejable de les huit principals regions del cervell d’ una rata. A més disposa d’ una carcassa on s’ alberguen, la qual representa un encèfal complet a escala. Per realitzar aquest procés, ha sigut necessari la consulta de bibliografia i material de referencia, amb l’objectiu de realitzar una correcta classificació de les diferents parts del cervell en huit macroregions. Aquestes son les cinc subdivisions del Telencèfal (o cortesa cerebral); el Neocòrtex, l’Archicòrtex, el Paleocòrtex, els Ganglis basals y el Telencèfal basal, i per altra banda el Diencèfal, el Mesencèfal i el Metencèfal. Una volta s’ha obtés les geometries mitjançant la segmentació d’imatges de ressonància magnètica (IRM), s’ha utilitzat software específic per al seu modificat i adaptació a les exigències requerides. S’ha realitzat sobre aquestes peces suavitzats, divisions y altres operacions del mateix tipus, tot unit mitjançant la implementació d’un sistema de subjecció. Finalment s’ha realitzat un prototip físic a partir de tècniques de impressió 3D, el qual compleix la funció de material d’us docent, mostrant l’anatomia d’aquesta espècie comunament utilitzada a la investigació preclínica.

[EN] Central nervous system, with the brain at its highest part, makes some of the most complicated functions of complex organisms. In order to work on it, wide neurological knowledge is needed, acquired by research. Technical knowledge, i.e. imaging techniques, play important roles, since they made possible milestones like in vivo observation. In order to work on this kind of research, it is common to use organisms meeting some conditions, like animals of experimentation, and rats in particular. In this Biomedical Engineering Bachelor Thesis, a detachable and easy-to-use scaled model has been developed to imitate the rat brain. It is covered by a carcass that represents an entire encephalon similarly scaled. A bibliographic and reference material review were performed to properly divide the rat brain in eight macro-parts. There are the five divisions of the cerebrum; Neocortex, Archicortex, Paleocortex, Basal Ganglia and Basal Forebrain, and on the other hand Diencephalon, Midbrain and Metencephalon. Once the geometry of every part was obtained by segmentation of magnetic resonance imaging (MRI), specific software was used to modify and adapt them to the required specifications. Softening, divisions and other similar modifications were performed and everything was kept together using a fastening system. Finally, a physical prototype was created using 3D printing techniques. It can be used as a teaching resource that shows the anatomy of this species widely used for research.