3D影像 3D建模等数字化影像在医学应用领域的案例窥览

医疗器械 来源:贝壳社(微信号:iBio4P) 作者:廖胜辉
2015
06/18
22:29
贝壳社(微信号:iBio4P)
作者:廖胜辉
医疗器械

大家好,我是廖胜辉,从本科阶段开始,一直专注于计算机辅助医学的图形图像处理。多年来,通过产、学、研结合的方式,不断进行计算机辅助医学的开发,形成了一系列自主知识产权的医疗软件系统,部分系统已经在外面推广应用。

今天很高兴有机会与大家一起交流,分享医学图像处理、三维建模、辅助手术设计、生物力学仿真、虚拟手术培训等一系列技术的心得体会,以及3D打印应用的案例。

医学影像检查发展迅速日益广泛,医学图像处理是临床诊断分析和后续三维建模的基础。

CT等设备自带软件三维重建功能有限,不能精细化建模、清晰区分病灶和周围重要组织,如果开发专门的三维医学辅助软件,我觉得方便实用的图像分割功能是很重要的。

常规的阀值分割,只方便提取清晰的骨组织区域,复杂的软组织的分割与提取是开发的难点。一些处理软件和发表的论文以全自动的分割为目标,但是往往只是运行演示的例子数据的结果好看,处理实际临床影像数据的结果并不好。

我个人觉得,最实用的功能应该是:最简单的、傻瓜式的用户交互,加上智能的软件算法处理功能。以下面这个脑部的血块图像为例。如果进行常规的阀值分割,肯定会有噪声杂质一起被分割出来。

而如果用户很简单的在血块区域、和周围组织上勾画一下(只要大概标记血块和周围组织,不需要严格标志边界线),智能的分割算法可以很好的一键提取出血块区域。

另一种智能分割工具,用户可以简单将鼠标移动到血块区域边界附近,智能算法将自动分割出血块的清晰的边界

类似的半自动的、简单交互的分割工具,对于分割提取复杂的软组织,是很方便的,并且质量比较好。其它的分割工具,我觉得比较实用的有三维视图套索等,这种在CT设备软件中也有这种功能。

对于医学三维重建的技术,也是很重要的一个功能,并且在图像分割中,经常要结合三维重建看看效果,然后修改分割的结果。但是现有的软件,包括 Minics等,重建时都要等几十秒,甚至几分钟。

在我的辅助软件体系中,专门开发了一种快速预览分割结果的功能,可以实时展示分割的三维结果,如取的这个效果图。

这个技术的底层用的是体绘制技术,但是常规的体绘制技术直接显示图像分割结果,会是下面的效果,粗糙很不光滑。而我们上面的显示的图形非常光滑清晰。这个技术,结合特定的功能设计,是非常实用的。

对于计算机辅助手术设计,涉及很多技术,今天我想和大家分享的,是结合3D打印技术的一些手术设计。这个方面应用得很广的,除了骨科,可能口腔科是用得最多的科室之一。口腔科的一个典型应用,是辅助种植手术的导板,下面的设计的流程。

另一个应用是三维正畸, 这里的一个关键技术,是单个牙齿模型的智能提取。

在这个基础上,可以做隐形牙套,等等。口腔颌面的辅助设计和3D打印也应用很多。比如用自身腓骨重建有肿瘤的下颌,这里需要各种手术导板,切割的、定位的、截骨的。

当然还有全身其它各种手术的辅助设计和3D打印

接下来看一下生物力学仿真这个在医学也是比较有用的

这个可以做各种生物力学、和流体的仿真,除了宏观的,还可以做微观的分析。

仿真一方面可以结合临床来做,比如整形美容的仿真

另一方面,我觉得医学上的培训系统的开发也是很大一个方面

目前,我们正在大力开发这个方面,传统的三维图形图像处理技术,加上虚拟现实设备, 如3D立体显示,基于体感设备的三维交互

今天讲的内容面还是太宽了,发现有点凌乱,一些东西也没有展得开,最后总结一下,我这边的核心是做数字化医疗三维设计。

只要有医学影像数据,可以做各方面的分析、重建、设计、仿真、培训等等,当然也包括3D打印的应用。

Q&A

Q:廖老师,Mr的提取您们是怎么做到那么短时间做到的?

A:不太清楚的医学图像的分割提取,就像我刚才说的,最好是有一定的用户简单指示,这样能限制处理范围,同时提供一个初始边界条件,这样算法可以更快、更准确的处理, 如果全自动的,我估计不太现实。

Q:肝脏的血管构造影像提取是不是要造影?

A:肝脏的血管,有些CT里面也可以看到,多数要造影。

Q:模型您用什么机器打印的?导板用sls的?

A:多数是光敏树脂的机器,也有激光烧结的,和FDM的,只要是有数字三维模型就行。导板我们用的是进口的医用材料,如果用来临床,手术中用,我个人觉得用专门的医用材料更好,当然那个贵一点。

Q:这些都是用于临床手术的模型类打印,目前有没有运用活体细胞打印技术应用于医药大规模检测?

A:我所了解的,好像还没有。

来源:贝壳社(微信号:iBio4P)   作者:廖胜辉

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