Медицинские снимки – мощная база для инженеров и исследователей, которые занимаются разработкой решений для получения более эффективных и предсказуемых результатов лечения. Чтобы этот процесс был максимально простым и продуктивным, компания Materialise разработала Mimics Innovation Suite (MIS) – универсальный модульный программный комплекс для преобразования графических 3D-данных (КТ, МРТ и ультразвуковых изображений) в высококачественные цифровые модели.

MIS включает передовую технологию обработки данных, широчайший набор функций для анатомических измерений, эффективные CAD-инструменты для анатомического проектирования и 3D-печати, а также обеспечивает возможности создания точных моделей для конечно-элементного анализа (FEA) и гидродинамического моделирования (CFD).

Mimics – решение, ставшее стандартом в анатомическом проектировании, оно используется в медицинских, исследовательских и образовательных учреждениях по всему миру.

Назначение Mimics Innovation Suite

1. Получение анатомических 3D-моделей костей, мускулов, дыхательных путей и легких, сердечно-сосудистой системы из снимков КТ.

2. Моделирование уникальных имплантатов и хирургической оснастки для пациентов по индивидуальным параметрам непосредственно на анатомической модели.

3. Измерения анатомических моделей, в частности средних линий сосудов, диаметров артерий, вен, дыхательных путей, исследование пористости костных или тканевых структур, используя данные микротомографии, сравнение пред- и послеоперационных данных.

Области применения

• Хирургия, в том числе челюстно-лицевая;

• стоматология;

• онкология;

• кардиология;

• эндопротезирование;

• ортопедия;

• травматология.

Пример эффективного предоперационного планирования

Рис. 1. Измерения аортального кольца, выполненные на обработанных изображениях
Рис. 2. 3D-модель корня аорты до операции, включающая створки клапана и области кальцификации
Рис. 3. Визуализация системы CoreValve на примере индивидуальной модели корня аорты
Рис. 4. Визуализация наслоения каркаса стента и юбки биопротеза (красные области – неудачное наслоение)
Рис. 5. Сравнение прогнозируемого (слева) и наблюдаемого (по снимку компьютерной томографии справа) смещения кальциевых отложений

Задача: оптимизация предоперационного планирования для транскатетерной имплантации аортального клапана

Результаты применения MIS:

• благодаря ПО специалистам удалось улучшить новые биопротезы аортального клапана, системы доставки и процедуры, а также значительно повысить качество лечения пациентов;

• 3D-моделирование позволило на ранних этапах сделать прогнозы относительно деформации стента для клапана и оценить риск возникновения осложнений, таких как регургитация клапана, до хирургического вмешательства;   

• проведено проверочное исследование с участием 18 пациентов, получивших посредством замены аортального клапана 26 и 29-миллиметровые биопротезы. В результате теста была подтверждена точность прогнозируемой деформации стента.

Как работает программный продукт

Materialise Mimics Innovation Suite состоит из программ Mimics и 3-matic, а также облачной платформы для обмена кейсами Mimics Viewer. Базовое программное обеспечение можно улучшить при помощи различных модулей, которые описаны ниже.

Стандартные модули MIS

Mimics Base – основа комплекса Mimics Innovation Suite. Этот модуль обязателен, поскольку именно к нему добавляются другие, специализированные модули. Основными его функциями являются импорт медицинских изображений (КТ, МРТ) и простое, точное и эффективное создание достоверных анатомических 3D-моделей на их основе. Также он содержит все инструменты, необходимые для подготовки модели к 3D-печати (т.е. исправления 3D-модели) и ее экспорта в формат STL – «золотой стандарт» 3D-печати. Кроме того, Base позволяет экспортировать модели в 3D PDF и делиться кейсами в интернете с коллегами или пациентами на облачной платформе Mimics Viewer. Таким образом, кейсы и анатомические модели можно передавать без лицензии.

Вспомогательный модуль CT Bone (включен в MIS Base) предназначен для пользователей, работающих с большими объемами данных компьютерной томографии на сегмент. Он оснащен интуитивно понятным интерфейсом для простой единовременной сегментации нескольких костей.

Mimics Viewer (включен в MIS Base) – это облачная платформа для загрузки файлов Mimics или 3-matic и обмена ими. Она обеспечивает простую навигацию по медицинским изображениям и 3D-файлам, а также номинальным профилям, измерениям и аннотациям. Mimics Viewer Base входит в состав Mimics Base. Каждый клиент MIS может бесплатно загрузить до 10 кейсов одновременно. Версия Professional – дополнительный модуль, который обеспечивает загрузку до 1000 кейсов (подробнее – в разделе «Модули MIS Advanced»).

Design превращает ваше ПО в пакет CAD, чем облегчает планирование операций и дает возможность проектировать прямо на анатомических моделях (индивидуальные имплантаты, пластины, протезы, хирургические шаблоны и пр.), в том числе добавлять дополнительный слой на сердечно-сосудистую или костную модель для печати пустотелой детали.

Anatomical Reverse Engineering (ARE) позволяет конвертировать файлы STL в формат IGES в виде NURBS-поверхностей. NURBS широко используются в автоматизированных системах проектирования, производства и инженерии (CAD/CAM/CAE). Модуль может работать с простыми формами и формами средней сложности, такими как суставы, трубчатые кости и пр., но не подойдет для обработки особо сложных форм типа черепа или сердца целиком.

Модуль FEA оптимизирует полигональные сетки для анализа конечных элементов (FEA), гидродинамического моделирования (CFD), создания объемных сеток, назначения свойств материалов и экспорта моделей в совместимые с пакетами FEA форматы (Ansys, Abacus, Comsol и другие).

Назначение модуля Simulation – обрезать, отражать, масштабировать и объединять 3D-модели, планировать и моделировать хирургические операции, перемещать анатомические конструкции и фрагменты и использовать шаблоны для анализа совокупности данных.

Analysis обеспечивает определение ориентиров и выполнение расширенного анализа и измерений.

• Расширенный анализ и измерения: сложные измерения центровой линии и сплайнов, анализ толщины стенок, сравнительный анализ деталей, анализ искривления и пр.

• Ориентиры: одной из основных задач модуля является облегчение планирования хирургических операций. Analysis позволяет использовать расширенные функции, связанные с ориентирами, например, размещать ориентиры (точки) и отслеживать, рассчитывать и накладывать линии, плоскости, сферы и другие примитивные фигуры. Эти функции можно применять для выполнения сложных измерений, повышающих точность планирования операции.

Import IGES дает возможность импортировать в программу файлы IGES и конвертировать их в формат STL. Таким образом, становится возможным импорт проектов из стандартных пакетов CAD в формате .iges.

Модули MIS Advanced

Lattice Structures – это расширение модуля Design. Он позволяет добавлять ячеистые (пористые) структуры в анатомические модели и проекты. Таким образом, вы можете создавать объекты с определенной пористостью на основе различных типов ячеистых структур с рандомизацией или без нее. Ячеистые структуры можно наложить на поверхность одной или сразу нескольких моделей.

Texturing – еще одно расширение Design. С его помощью можно добавлять текстуры на поверхности моделей. Модуль обладает довольно узкой областью применения – это, например, создание шероховатости при проектировании ножки протеза бедра.

X-Ray предназначен для выполнения предоперационного и послеоперационного анализа. Вы можете импортировать и регистрировать послеоперационные рентгеновские снимки во время предоперационного 3D-планирования в Mimics и оценивать разницу между результатами планирования в Mimics и фактическими результатами операции.

Muscle Segmentation позволяет осуществлять сегментацию большого количества мускулов на МРТ на основе Atlases. Это означает, что сначала нужно создать Atlases на основе выполненной вручную сегментации существенного количества проверенных сканов. Модуль будет полезен в проектах с сегментацией большого количества мускулов.

Pulmonology обеспечивает выполнение расширенной сегментации легких и дыхательных путей, а также анализ нижней респираторной системы.

C&V Segmentation дает возможность осуществлять сегментацию сердца и сердечно-сосудистой системы. Он содержит полуавтоматические и автоматические инструменты сегментации таких структур.

Mimics Viewer Professional снимает единовременное ограничение на десять кейсов модуля Mimics Viewer Base, доступного по лицензии MIS. С его помощью вы сможете загружать до 1000 кейсов, которые хранятся до десяти лет.

All Imports позволяет 3-matic импортировать и преобразовывать в STL следующие форматы файлов, обеспечивая импорт CAD из стандартных пакетов: Iges, Catia4, Catia5, STEP, VDA, UG, Pro/E, 3mf.

Scripting предназначен для автоматизации рабочего процесса посредством кодирования на языке Python с использованием богатого API Mimics и 3-matric.

SSM дает возможность клиентам создавать статистические модели формы. Для эффективного и расширенного создания статистических моделей формы рекомендуется совместить этот модуль с модулями кодирования и анализа. Для клиентов, которые предпочитают выполнение этой задачи с помощью сервисов ADAM на аутсорсе, существует облегченный модуль под названием SSM Viewer. Он предназначен для просмотра выходных данных этих сервисов.

Все модули MIS Advanced доступны в лицензии USL+, включены в USL Unlimited (подробнее об этом – в следующем разделе).

University Site License – специальное предложение для образовательных учреждений

Для успешной работы в области медицинских инноваций необходимы исследовательские инструменты, которые предлагают максимальную гибкость, признаны медицинским сообществом и легко взаимодействуют с другими системами. Лицензия University Site License (USL) представляет собой комплексное исследовательское решение для одной или нескольких кафедр и включает в себя лицензию Student Edition на учебные пособия с упражнениями и соответствующие наборы данных. USL поможет обучить студентов работе с современным медоборудованием.

Проводите исследования с доступом ко всем основным инструментам Mimics Innovation Suite. Публикуйте статьи с уверенностью, что вы использовали набор проверенных инструментов, и помогите своим студентам сделать первые шаги в профессиональной сфере. Доступ к MIS в учебных заведениях еще никогда не был настолько простым.

Автор: Виктор Наумов

Источник