Точный процесс преобразования данных медицинских изображений в модели 3D-печати.

Важность данных медицинской визуализации

Точные медицинские модели, напечатанные на 3D-принтере, играют все более важную роль в клинической диагностике, планировании хирургического вмешательства, медицинском образовании и общении с пациентами. Высокоточные данные изображения поперечного сечения, генерируемые медицинским оборудованием для визуализации, таким как КТ и МРТ, являются основой для создания моделей 3D-печати. Однако преобразование данных 2D-изображения в твердотельную 3D-модель не является простым процессом суммирования и требует профессиональной обработки данных и моделирования. Качество данных напрямую влияет на точность и надежность окончательной модели, поэтому крайне важно установить стандартизированный процесс преобразования. Пространственное разрешение современного медицинского оборудования для визуализации достигло субмиллиметрового уровня, обеспечивая гарантию данных для производства высокоточных 3D-моделей.

Сбор и предварительная обработка данных

Сбор высококачественных данных — отправная точка процесса преобразования. При настройке параметров компьютерной томографии необходимо учитывать назначение модели. Рекомендуется, чтобы толщина слоя модели хирургического планирования не превышала 1 мм, а образовательная демонстрационная модель может быть соответственно уменьшена до 2-3 мм. Диапазон сканирования должен охватывать всю анатомическую структуру, чтобы избежать пропуска моделей из-за недостаточного диапазона сканирования. Использование контрастных веществ может повысить контрастность конкретных тканей, чтобы облегчить последующую обработку сегментации. Что касается формата данных, формат DICOM сохраняет всю информацию исходного изображения и является стандартным форматом для обмена данными медицинских изображений. Предварительная обработка включает в себя фильтрацию и шумоподавление изображения, коррекцию артефактов, нормализацию оттенков серого и т. д., чтобы улучшить качество изображения и заложить основу для последующей обработки.

Сегментация изображения и трехмерная реконструкция

Сегментация изображения — ключевой шаг для отделения целевой анатомической структуры от фона. Ручная сегментация имеет высокую точность, но занимает много времени и подходит для точной сегментации сложных структур. Полуавтоматическая сегментация сочетает в себе человеческое мнение и помощь алгоритма, чтобы обеспечить баланс между точностью и эффективностью. Алгоритмы глубокого обучения добились значительного прогресса в автоматической сегментации костной ткани, крупных органов и других структур, при этом скорость сегментации увеличилась более чем в 10 раз. Трехмерная реконструкция использует технологию рендеринга поверхности или объемного рендеринга для преобразования сегментированной серии изображений поперечного сечения в трехмерную модель поверхности. При рендеринге поверхности создаются поверхностные треугольные сетки, а размер файла небольшой и его легко обрабатывать. Объемный рендеринг сохраняет информацию о вокселах и может отображать внутренние структуры, но имеет большой размер файла. Выбор параметров реконструкции должен определяться в зависимости от цели модели, хирургическое планирование требует высокой точности, а обучение пациентов может соответствующим образом снизить требования к точности.

Оптимизация и проверка модели

Трехмерную модель, созданную в результате реконструкции, необходимо оптимизировать, прежде чем ее можно будет использовать для 3D-печати. Ремонт сетки включает в себя заполнение отверстий, удаление свободного мусора, восстановление нормальных направлений и т. д., чтобы обеспечить полное закрытие сетки. Сглаживание уменьшает эффект ступеньки на изображениях поперечного сечения, делая поверхность модели более гладкой и естественной. Упрощение модели уменьшает количество патчей при сохранении характеристик формы, а также снижает нагрузку на обработку и печать данных. Регулировка толщины стенок устанавливает соответствующую толщину стенок в соответствии с печатным материалом и требованиями процесса, чтобы избежать сбоев при печати, вызванных слишком тонкой толщиной. Проверка модели — необходимый шаг для обеспечения качества с использованием профессионального программного обеспечения для проверки ошибок сетки, измерения критических размеров и проверки структурной целостности. Для моделей хирургического планирования их необходимо сравнивать и проверять с исходными данными изображения, чтобы обеспечить точное воспроизведение анатомических структур.

Процесс печати и выбор материалов

Различные сценарии медицинского применения предъявляют разные требования к процессу печати и материалам. Модели хирургического планирования отличаются высокой точностью и реалистичностью. Рекомендуется использовать технологию светоотверждения SLA со стандартной смолой или смолой высокой точности. Толщина слоя установлена ​​на уровне 0,05-0,1 мм, что позволяет точно воспроизводить мелкие анатомические структуры. Модель общения с пациентом ориентирована на интуитивность и безопасность. Вы можете выбрать полноцветный песчаник или материалы PLA, которые являются недорогими, экологически чистыми и биоразлагаемыми. Учебные демонстрационные модели должны быть прочными и пригодными для многократного использования, а нейлоновые материалы SLS или ABS должны обладать хорошей прочностью и ударной вязкостью. Для моделей медицинских исследований могут потребоваться особые свойства, такие как прозрачные видимые внутренние структуры, эластичные моделируемые мягкие ткани, комбинации нескольких материалов и т. д. Постпечатная обработка включает очистку, отверждение, полировку, окраску и т. д. для дальнейшего улучшения качества модели. Создайте полную систему управления качеством, чтобы гарантировать, что каждое звено соответствует стандартам медицинского применения.