3D на службе у хирурга. О моей работе, Специально для ЯП. Будет интересно

Здравствуйте. В противовес политическим постам, сегодня я вам хочу рассказать о новых технологиях внедряемых в медицину. Понимаю что медиков на япе не много но почитать будет интересно всем.
А рассказ мой будет о моей работе и о самых передовых технология широко применяемых на западе, но к сожалению в странах снг данные технологии не только не используются, но даже не многие специалисты в данной сфере слышали о них. Поэтому еще одной целью данного поста будет просветительская!

Итак 3D на службе у хирурга.
11 фото + текст

Часть 1. Вступительная.

Многие в своих блогах пишут о своих успехах в мире 3д. Но в основном специфика не очень разнообразна - виз, геймдев, анимация, реклама и тд.

3d используется гораздо шире в наши дни. Просто остальные отрасли довольно специфические и не многие о них вообще слышали. Я немного это исправлю.

А расказывать я вам буду о 3d в медицине, а точнее в хирургии, а точнее в протезировании. Рассказ будет, так сказать, из первых уст, так как это то, чем я занимаюсь на работе.

Отечественная медицина не очень жалует 3d вернее эти технологии уже есть у нас, но распространены они не широко. Я работаю не на отечественную медицину и поэтому технологии с которыми работаю одни из передовых.

Итак. В Европе есть очень много людей нуждающихся в замене суставов. Это может быть коленный сустав или же сустав бедра. И в последнее время начали производить протезы межпозвоночных дисков. Да и еще много всего но работаю я с этими.

Чем отличается европа от отечественного производителя, так это индивидуальным подходом, а не штамповкой типовых образцов рекордными партиями. Собственно об этом и будет статья - как делают индивидуальные протезы с использованием 3d.

Сразу хочу сказать, что весь процесс я описать не смогу - присутствуют элементы коммерческой тайны, но они к делу не относятся, ведь упор буду делать именно на использование виртуального пространства.

Часть 2. Подготовка пациента.

Где-то в Европе, есть пациент, которому нужно провести операцию по замене сустава. В подавляющем большинстве - это пожилые люди у которых в силу возраста стирается поверхность хряща в суставе либо же разрушается кость. Их направляют к хирургу, который их отправляет на СT сканер (по нашему томограф).

Сканер сканирует нужную часть тела, обычно ногу, если нужна замена сустава колена или бедра. Сканирование идет с шагом 0.5 мм. По итогу имеем секвенцию снимков с поперечным сечением ноги. Вот пример.

Часть 3. Soft

Задачи у нас весьма специфические, поэтому программное обеспечение - тоже не особо известно широкому кругу людей и даже тридешникам. Работаю в программе под названием Mimics 16. Вот ссылка на офф сайт http://biomedical.materialise.com/mimics

Это неизвестная у нас программа и довольно известная во всем остальном мире но сугубо в околомедицинских кругах. Основана она на моделировании 3д объектов по маскам в 3х проекциях. Но знатокам зебр сразу хочу сказать что это не шадоубокс а скорее очень отдаленное сплайновое моделирование.

Главной особенностью программы, является автоматическое разделение градаций серого на полученых изображениях согласно тканям организма. Поясню. При сканировании человека снимок формируется согласно ослаблению рентгеновских лучей проходящих через ткани. К примеру кости при таком методе исследований будут всегда светиться в одном диапазоне серого, мышцы - в другом. Программа обрабатывая снимки оставляет тот диапазон серого который обычно относится к интересующей нас ткани и на основании узора на изображении создает маску. Вот как на этом изображении - создалась маска желтого цвета повторяющая контур кости.

Маска создается сразу на каждом снимке , а их может быть очень много.

Вот на основании этой маски как раз и проходит расчет первичной 3д модели. Как видим модель крайне шумная.

И это при том, что в данном случае мы имеем почти идеальные по качеству снимки сканера. Что бы это исправить мы применяем алгоритм сглаживания (функция wrap). Он очень отдаленно напоминают функцию smooth в обычных 3d редакторах

Вот, модель стала выглядеть уже получше. Но мы можем сделать еще лучше. Для этого используем еще одну функцию - smooth. На этот раз это действительно функция smooth.

Но так бывает очень редко, когда попадаются идеальные снимки. Во всех остальных случаях приходиться работать руками. Тоесть править маску согласно контуру. Время это занимает разное от 40 минут и до нескольких дней на один случай. Несколько дней это уже экстремальные варианты, когда снимок сильно засвечен уже имеющимся у пациента протезом.

Немного о форматах файлов. Базовый формат программы - (.mcs). А формат экспорта - (.stl)

Вот именно .stl файлы 3d моделей мы и получаем на выходе.

Часть 4. Что дальше?

А дальше эти 3d модели отправляются на печать. После печати получаются вот такие вот модели.

Модели соотносятся с реальными костями в соотношении 1 к 1. Они выполняют 2 функции.

Первая - еще до операции хирург может посмотреть и покрутить в руках кость с которой ему предстоит работать.

Ко второй же функции относится то, что эти 3д модели используются в виртуальном пространстве, что бы сделать специальный, индивидуальный режущий блок для операции. Эту работу делаем тоже мы в SolidWorks, но к сожалению расказать про эти блоки я не могу, так как это собственность компании на которую я работаю. В общих чертах, это специальная распорка, которая имеет несколько поверхностей касания с конкретной костью (для каждой кости и пациента идет своя распорка) и несет она направляющие для пилы хирурга. Во время операции, что бы поставить протез необходимо из головки кости сделать особой формы фигуру, что бы протез мог фиксироваться на ней. И во время операции хирург добравшись до кости ставит на нее эти распорки, фиксирует их винтами и при помощи специальной пилы срезает часть кости. Затем установка протеза и реабилитация пациента.

Немного все сумбурно вышло но вот одна из практических сторон применения 3d. Ниже приведу еще пару скринов и видео самой операции для смелых. Делаем мы не только кости на которых будут проводиться операция, но и другие для соответствующих расчетов центра тяжести и нагрузки.

Надо уже работать на отечественную медицину:)))Понимаю, что оплата за ваш уникальный труд очень отличается от западной, но хотя бы проводите мастер-класс! Глядишь, и у нас все наладится

Ну и напоследок хотел бы обратиться к мед работникам, аспирантам и студентам. В русскоязычном сегменте интернета совершенно нет обучающих уроков по дынным программам, но как ни странно некоторые люди все же пытаются ее изучать для научных статей и других работ. Вот для таких людей мы и решили создать группу вконтакте, что бы их объеденить. Со своей стороны мы запишем уроки по работе в мимиксе. Вот группа https://vk.com/club81176831

Програм такого рода не много, но они есть. Если вы владеете ими то не поленитесь сделайте туторы и выложите в группе.
Поможем внедрить новые технологии в медицину))

И на последок)



Добавлено в 21:20
Все, я закончил. И кстати статью я уже печатал тут http://www.render.ru/blog/Alexblog/2395
но так как я автор, то позволил себе закинуть на ЯП)

Это сообщение отредактировал pix8700 - 23.11.2014 - 21:19

Круто и непонятно) А моя специфика по 3D это конструирование в машиностроении.

В такой проге работаю


3D вообще весч. Мы в своей конторе троем в этой программе делаем за месяц столько, сколько раньше за кульманом отдел за несколько месяцев разрабатывал.

PS: Работаем и зарабатываем в России. Даже не в Москве.

Это сообщение отредактировал Fenya - 23.11.2014 - 21:27

У нас всё наладится...
Даже слов нет, как это ёмко и пафосно звучит по отношению к российскому здравоохранению.
Разрушены традиции, династии.
У светлых голов работать на Родине за копейки да при всеобщей подлости нет вообще желания.
Сам просто много хороших врачей лично знаю.
Все они так и говорят.

Короче - зелень кидаю, тока ответь - сколько мне будет стоить починить плечевой сустав? После травматического остеомиелита большой бугорок "растворился" - ответ можно в личку.

В последнее время мед технологии очень сильно рванули вперед, вы даже не представляете на сколько. Такие вещи по новостям не показывают, потому что они интересны сугубо узкому кругу специалистов. Но они интересные. Вот хотя бы на добровольных началах нужно проводить популяризацию.

Добавлено в 21:29

К сожалению я работаю в отделе инжинеров, и такой инфой не владею. Мы все таки не на русских работаем а на швейцарцев. Они стараются не деляться инфой которая нас не касается.

а я вот ансис не могу никак осилить, нет времени, а ведь можно все там сделать и ветер смоделировать и выстрел из танка и краштесты.. ...незнаю когда руки дойдут

Это действительно, очень и очень необходимая вещь!! Клиники в России которые делают замены суставов, работают как на конвейере, ооочень много людей с проблемами суставов.

Поддержу автора, вот такие шлема для детской челюстно-лицевой хирургии делаем
Повторяет форму детского черепа. Присылают STL черепа, а мы печатаем на 3d принтере

Это сообщение отредактировал evgrinin - 23.11.2014 - 21:57

Какие у людей проблемы-то... Работаем с программами Materialise (Mimics, Magics) более 10 лет, обучаем собственный персонал и всех желающих...

Сами матовцы тоже всегда идут навстречу по любым вопросам. Дайте догадаюсь почему у вас проблемы с информацией по продуктам и обучением... Программу мягко говоря не покупали? ;)

Офис Материалайза в котором сидят разработчики и сервисники находится в Киеве. Кому интересно - могу дать все контакты, обращайтесь, обучат.

Вот мы кости как раз в стл и выгружаем и отправляем дальше по конвееру)

У меня в семье три поколения врачей, и сын тоже продолжает. Учиться в Новосибирском меде, надеется на лучшее и в нашей стране. Кто-то же должен лечить нас, россиян. Остаются как всегда неучи, и настоящие врачи, которые клятву Гиппократа давали, бессеребрянники. Знаю, на опыте собственной семьи, как мало платят, поэтому и работаю не врачом, чтобы своих врачей прокормить.

это обалденно. вот действительно достойное занятие. это вам не мебель по феншую в Кадах двигать.

Не, не угадали) Все лицензия. работаем в 16 мимиксе. Пока что скоро на 17 перейдем. Контора ж платит)