Amigos del Club de Ciencias Forenses esta semana presentamos el artículo “A Preliminary Investigation into the Accuracy of 3D Modeling and 3D Printing in Forensic Anthropology Evidence Reconstruction” de Carew, Morgan y Rando. En este artículo hablan sobre la investigación que se está llevando a cabo para comprobar la precisión y confiabilidad de las evidencias impresas con la tecnología 3D en antropología forense.

La impresión de huesos en 3D por parte de antropólogos forenses, patólogos o radiólogos de lesiones esqueléticas sirve para explicar traumas, mecanismo y modo de lesión, son más fáciles de entender por parte de jurados y personas no profesionales del ámbito que los recursos fotográficos, siendo, por tanto, utilizadas en tribunales de muchos países. A pesar de su utilización, no existen investigaciones sobre la precisión que tienen en la representación de lesiones osteológicas.

En este estudio se comparan muestras de huesos reales, con modelos virtuales y físicos en 3D para estudiar su precisión y capacidades como técnica de reconstrucción. Se comprueban los diferentes tipos de impresoras evaluando su nivel de precisión.

Los modelos en 3D son especialmente útiles en antropología forense debido a la imposibilidad de llevar muestras de huesos a los tribunales y por ello cada vez son más populares. Si bien es cierto que tanto los modelos en 2D como las fotografías pueden presentar imprecisiones debido al ángulo de la luz o el utilizado para realizar la toma. También se pierde la perspectiva de la profundidad. El problema de la profundidad se puede solucionar con los modelos en 3D, ya que las réplicas en tres dimensiones tienen profundidad y características hápticas y espaciales.

Hay varios casos tanto en la literatura como en los medios de comunicación en los cuales se ha utilizado esta técnica como prueba en los tribunales, tanto en Reino Unido como en Alemania se han dado casos. Hay dos casos en los que se presentó ante los tribunales y otros dos, en el Reino Unido y en Polonia donde el fiscal lo utilizó, pero no se llegó a presentar en el tribunal.

En el año 2016 en Reino Unido un abogado defensor cuestionó un cráneo impreso en 3D, durante el juicio se dijo que la impresión en 3D no estaba validado en el contexto forense y que por tanto solo podía ser considerado como una interpretación. Por ello el presente estudio examinar el nivel de precisión demostrado al producir una réplica de hueso impresa en 3D y evaluar la confiabilidad de las réplicas de las diferentes impresoras.

En el presente estudio se utiliza como método de escaneo de los huesos la tomografía computarizada ya que ofrece ciertas ventajas sobre las otras técnicas como son: que es sin contacto y por tanto no es invasiva, que puede ser usada tanto en sujetos vivos como fallecidos y que registra datos volumétricos, lo cual te ayuda a examinar lesiones esqueléticas antemortem y no solo las lesiones superficiales.

En cuanto a las técnicas de impresión en 3D, éstas son clasificadas en polimerización en cuba, extrusión de material, inyección de material, inyección de aglomerante, fusión de lecho de polvo, laminación de láminas y deposición de energía. Cada una de estas técnicas puede combinarse con diferentes materiales lo que da múltiples opciones para las impresoras en 3D. Cada técnica tiene sus ventajas y sus inconvenientes. En el presente estudio se tuvo en cuenta la resolución de impresión, el tipo de material, el límite de tamaño de construcción y el uso y eliminación de estructuras de soporte.

Para realizar el estudio se utilizaron un cráneo por su estructura grande y compleja y una clavícula y un primer metatarsiano por su estructura similar a los huesos largos pero su tamaño más reducido. Los huesos estaban secos y en buen estado y fueron prestados por el Instituto de Arqueología de la Universidad de Londres. Fueron escaneados en el University College London Hospital por un radiólogo clínico utilizando un escáner helicoidal multidetector de Toshiba Aquilion ONE Vision Edition. Los datos fueron reconstruidos utilizando 3D Slicer, un programa gratuito, de código abierto y multiplataforma. Se generó un modelo de superficie que se suavizó automáticamente y luego se exportó en un archivo STL, que posteriormente fue abierto en Blender. Después se generaron tres modelos de hueso, uno original, otro suavizado x10 y uno alisado x20. Se utilizaron seis impresoras diferente que utilizaban: extrusión de material (modelado por deposición fundida, FDM) fusión de lecho de polvo (sinterización por láser selectiva, SLS, chorro de material), polimerización de la cuba (estereolitografía, SLA).

Se generaron cinco modelos virtuales en 3D y se replicaron ocho impresiones en 3D utilizando seis impresoras 3D diferentes. La calidad de la superficie en todas las impresoras fue marcadamente diferente, al igual que la variación entre los volúmenes de reconstrucción de la tomografía y las alteraciones de las apariencias con el suavizado de la superficie. A continuación, se midieron tanto los originales como los modelos virtuales como las réplicas a ordenador por un observador, con más de cinco años de experiencia en mediciones de este tipo. Después tanto los huesos originales como los modelos virtuales fueron medidos por cinco observadores adicionales estudiantes de doctorado en antropología forense/arqueología.

Se encontró una buena confiabilidad intraobservador e indican una buena precisión. Los modelos virtuales en 3D y las impresiones en 3D producidas fueron en promedio exactos a los huesos de origen, con diferencias en medias de mm, por lo tanto, dentro de los niveles aceptados. También se descubrió que las mediadas por un método en 2D son menos confiables que la medición a partir de un modelo 3D para estructuras complejas de gran superficie. Los modelos 3D son superiores para visualizar características morfológicas. La resolución de la impresora fue mayor que la de la tomografía para el cráneo y la clavícula y mayor o igual para el metatarsiano. Los conjuntos de datos del cráneo mostraron una menor confiabilidad y precisión en comparación con los otros huesos más pequeños, esto puede ser debido a la superficie mayor y curva que posee.

En lo referente a las técnicas de impresión, la preferida fue la SLS ya que produjo impresiones de alta precisión y exhibió una excelente calidad de superficie y no requería estructuras de soporte durante la impresión.

Para concluir se recomienda usar la resolución más alta posible en la tomografía, el uso de un filtro de reconstrucción de la tomografía, la aplicación de un grado apropiado de suavizado de superficie y el uso de una impresora en 3D que no requiera estructuras de soporte, recomendándose las que utilicen la técnica SLS.