|
Използване на специфични пациентски данни като
основа за конструиране
Интегрирането на анатомични STL
файлове с бързите технологии за създаване на 3D реконструкции все още е трудно
изпълнимо.
Susan Smith
Фигура: Реконструкция на CT изображение на млад пациент с вродена
тазобедрена дисплазия (около 50 части). Данните са предоставени с любезното
съдействие на Болница Shriners,
Минеаполис.
Точката на пресичане на CAD и бързото производство с
медицинското анатомично сканиране остава трудна за управление. На преден план в
усилията за намиране на по-плавна интеграция излиза Alair Emory, ръководител
дигитално конструиране и развойна дейност за Javelin 3D, производител на
анатомични 3D конструкции и медицински модели, намираща се в Park City,
Utah.
Emory, която
притежава научни степени по инженерна химия и биология, купува първата си машина
за бързо създаване на прототипи през 1991 година. Тя е също един от основателите
на Javelin 3D, Image3 и BodyReplicas. Участвала е също и в разработката
на софтуера Velocity 2, пакет, който импортира черно-белите данни, за да
създадете 3D повърхнини.
При представянето на RAPID 2008, озаглавено "Интегриране на анатомичен
STL файлове с CAD" Emory казва, че целта й е да се използват специфични
пациентски данни като основа за конструиране. "Имам клиенти, които биха искали
да могат да използват тези данни в своята CAD програма," казва тя. Това все още
е много трудно и скъпо, а в някои случаи дори невъзможно. "
Emory казва,
че компанията й използва софтуер, който ще импортира медицинските данни от
скенера като CAT сканиране на костите. Velocity2 софтуера на Javelin 3D
позволява идентификация на анатомичната област, която представлява интерес и
след това "навързване на всяко парче в 3D, за да реконструира определената
област". CAT сканираните данни не се считат за 3D данни от CAD пакета.
Чрез
използване на Velocity2, конструкторите могат да стигнат до STL с DICOM, Tiff
или друго 2D ниво и да направят сегменация, 3D реконструкция, изглаждане, както
и намаляване на размера на файлове - всичко в рамките на една и съща програма.
Emory казва, че има и други програми, които могат да направят същото, като 3D
Doctor на Able Software и Mimics на Materialise .
След като черно-белите 2D
данни се импортират, конструкторите могат да търсят тъканта, от която се
интересуват при възстановяването в рамките на тези данни. Проблемът, каза Emory,
е, че медицинските реконструкции не са добре интегрирани с бързите технологии за
производство.
"Често работим с рентгенолог или хирург, който познава само
Dicom формата, нищо друго", казва тя. Необходим е мултидисциплинарен контекст,
за да може да се направи връзка между бързите технологии като 3D принтирането и
продуктовото развитие в областта на медицината. Има също и други
предизвикателства: Dicom форматът е стандартизиран в рамките на медицинската
общност, медицинските зрители са свободни, имат здравна застраховка и спорни
въпроси, както и АМА стандарти и изисквания, които трябва да бъдат изпълнени.
Emory предполага, че "медицинският 3D подход" за справяне с тези
предизвикателства включва получаване на възможно най-малък по размер файл, без
загуба на важни данни; намиране на начини за обмен на геометрична информация в
множество дисциплини (например използване на STL файлови визуализиращи средства)
и определяне на CAD софтуерните изисквания за преобразуване, необходими за
задействане на медицинските приложения.
"Използвах примерен STL файл, който
бях преобразувал от сканираните CAT данни - 18,2 мегабайта", казва Emory. При
оценяването на продуктите, тя се обръща директно към вендорите или изтегля демо
версии и безплатни формати на софтуера.
Фигура: Структурата на човешкия мозък на
базата на 3D файлове, получени от ядрено-магнитен резонанс, пресъздадена от
Velocity2 PLUS и
изображение чрез софтуер на трети страни. Изображение Javelin.
Визуализация на STL файл
Emory споделя, че
търсейки STL файлови визуализиращи средства, лесни за инсталиране и с
възможности за обработване на големи файлове, включващи функции за измерване,
попаднала на евтини или безплатни варианти, които изваждат 2D изображения и
работят на "обикновени" компютри. Тя обяснява, че разпечатването на 2D
изображения е важно, тъй като медицинската общност може лесно да ги види. Сред
фаворитите си при научните изследвания, Emory посочва MiniMagics на Materialise,
който оглавява списъка. Другите възможности за избор включват Quick3D, който има
"объркващ zoom контрол, но предлага добро обслужване на клиентите" и един
продукт, наречен I-Know 2D от CCIM, който лесно генерира 2D чертежи и технически
измервания, но не е безплатен.
Намаляване на размера на
анатомичния файл
Според
Emory при медицинското бързо прототипиране, намаляването на големината на файла
трябва да бъде направено директно в пакета, използван за генериране на файла.
"Ако работите в медицински RP, не трябва да използвате помощни файлови програми
за намаляване на размера на файла."
Има някои
юридически причини за това. "Когато прибягвате към софтуерни пакети на трета
страна, които редуцират STL файловете, не получавате обратно въведените данни,
както при медицинския RP пакет", обяснява Emory. Също така, казва тя, не трябва
пропускате и медицинските данни от файла. Инженерите в промишлеността може би
искат да направят това, в противен случай, как един инженер би определи какъв е
най-важният аспект от анатомията?
Тъй като анатомичните файлове са подробни,
ако получите медицинско STL досие (файл), трябва да кажете на съответния човек
да направи необходимата ви редукция. Според Emory е важно да се намали размера
на файловете много внимателно.
"Ако
работите с индустриалната сфера ..., то ще бъде по-лесно обслужващото ви
конструкторско бюро да намали размера на файла преди изграждането на модел",
казва тя. "Бюрото също е заинтересовано да намали размера на файла, тъй като при
големи файлове, може да се затрудни предварителния процес при една RP операция.
В сферата на индустрията би било доста лесно за RP оператор визуално да разгледа
оригиналния файл и този с намален размер и даде "зелена светлина" на процеса на
изграждане.
"Като
цяло", казва тя, "Медицинските STL досиета (файлове) са големи и притеснението
идва от това, че RP-операторът автоматично ще иска да намали размера на файла.
Но това, което не изглежда важно за оператора, всъщност може да бъде важно за
медицинската диагностика. ... Изглежда, че най-добрият вариант би бил да се
създаде стандарт за медицинските STL файлове, който ограничава файловите
модификации от страна на създателя на файла."
Един пример за механично
намаление е VizUp, който също може да служи като визуализиращо
средство.
CAD
програми
CAD
програми, използвани често за анатомични STL включват Pro/ENGINEER на PTC и
SolidWorks. Rhino от McNeel North America също е много добър. Препоръката от
техническата поддръжка на SolidWorks е, че анатомичните STL файлове трябва да
бъдат обработвани от софтуерни програми от трета страна преди да се импортират в
SolidWorks.
Rhino бил
"най-отзивчив", според Emory. "Техническата поддръжка на програмата е без
проблемна и бяхме в състояние да демонстрираме импортирането на данни от
гръбначни прешлени в софтуера на Rhino." Въпреки това, Emory твърди, че не е
имала клиенти, ползващи Rhino.
Pro/ENGINEER има ре-инженерен модул и лицензионен код за външно
съответствие, който е ядрото вътре в базовия код. "Ние можахме да демонстрираме
многобройните изменения на STL файла на челюстта, предвидени за стоматологични
нужди", казва Emory.
Програми за
конвертиране
Според Emory, програмите за конвертиране са скъпи, но ще
осигуряват ценни решения. SolidWorks препоръчва Geomagic софтуера (за
конвертиране на анатомични STL файлове към NURBs, който се
нуждаете само от два модула и специална графична карта); NuGraf от Okino с много
изходни опции и Rapidform от INUS Technology.
Emory завършва с това, че
сферата на медицинските проучвания (RP) все още е доста объркваща за много хора.
Някои програми просто не вършат работа и решенията са все още скъпи. Тя предлага
да бъдат разработени стандарти за употреба на медицински RP данни.
Нейните
предложения включват:
• Насоки за изменения на медицинското RP досие
(файл)
• Насоки за превръщането на тези файлове в други файлови формати,
работещи със стандартни CAD програми или FEA анализи
• Насоки за качеството
на оригиналните медицински данни за сканиране
• Препоръки за правилното
използване на RP системи (Някои от тези системи са много по-точни, отколкото
другите, но лекарите могат да се объркат от всички възможности.)
• Препоръки
за употреба на физическите 3D медицински модели в операционната зала. RP модели
редовно са били използвани в операционните зали извън САЩ.
|
