Druk 3D modelu specyficznego kręgu lędźwiowego pacjenta
April 14th, 2023
To badanie ma na celu stworzenie wydrukowanego w 3D modelu kręgu lędźwiowego specyficznego dla pacjenta, który zawiera zarówno modele kręgów, jak i nerwów rdzeniowych połączone z wysokorozdzielczą tomografią komputerową (HRCT) i danymi MRI-Dixon.
Protokół wypełnia złożone obrazy CT i MRI ludzkich struktur anatomicznych, wykorzystując odpowiednio zalety obu rodzajów obrazowania. Jest to znacząca innowacja w dziedzinie obrazowania medycznego. W modelu zespolenym lekarze mogą oglądać zarówno strukturę kości z tomografii komputerowej, jak i struktury tkanek miękkich z rezonansu magnetycznego.
Dodatkowo model 3D może być wykorzystany do precyzyjnej nawigacji 3D robotów chirurgicznych. Technologia ta ma zastosowanie u prawie wszystkich seniorów, którzy wymagają fuzji multimodalnej, takiej jak ultradźwiękowa fuzja obrazu. Model fuzji 3D ma również ogromne znaczenie dla planowania przedarbitrażowego i oceny poarbitrażowej.
Korzystając z tej technologii, będziesz mieć jednocześnie wgląd w obrazowanie multimodalne. Perspektywa różnych wymiarów będzie rozwijać się synchronicznie, a proces diagnostyczny i terapeutyczny będzie ewoluował. Aby rozpocząć, ustaw zasoby danych ze stacji maszyny CT.
Otwórz pojedyncze oprogramowanie CT 2012 B, aby odebrać dane z protokołu skanowania SpineRoutine_1. Użyj plasterka o grubości jednego milimetra i rozmiarze matrycy 512 pikseli na 512 pikseli, w którym odstępy między pikselami wynoszą 0,3320 milimetra. Rzeczywisty rozmiar osiągniętej objętości 3D to 512 na 512 na 204 woksele.
Wywołaj podproces Dicom2Mat w miejscu pracy MATLAB, aby uzyskać wolumin 3D z plików DICOM przechowywanych w folderze danych HRCT. Przeglądaj każdy plasterek w objętości 3D za pomocą graficznego interfejsu użytkownika lub graficznego interfejsu użytkownika. Następnie zwizualizuj rozkład intensywności danych HRCT kręgów za pomocą funkcji napadu.
Wywołaj podproces czyszczenia szumu, aby usunąć szum sygnału utworzony przez urządzenie w częściach pliku danych HRCT. I użyj podprocesu funkcji kręgów w tej samej ścieżce, aby uzyskać model kręgów, który również jest objętością 3D, ale tylko ze strukturą kości. Użyj parametrów filtra górnoprzepustowego i zakresu intensywności od 190 do 1, 656.
Użyj podprocesu Dicom2Mat w obu częściach sekwencji Dixon-In i Dixon_W i uzyskaj ich objętość 3D. Wizualizuj każdy pojedynczy wycinek, który stanowi wolumin 3D i uzyskaj dostęp do tej wizualizacji po zakończeniu podprocesu Dicom2Mat. Użyj funkcji nerwu rdzeniowego, aby zrekonstruować model nerwu rdzeniowego z parametrami filtra górnoprzepustowego i zakresem intensywności od 180 do 643.
Odfiltruj punkty o niskiej intensywności, aby wyodrębnić objętość 3D nerwu rdzeniowego, ponieważ sygnały nerwowe w sekwencji Dixon_W są bardzo wysokie. Po zakończeniu podprocesu nerwu rdzeniowego sprawdź model wygenerowany w graficznym interfejsie użytkownika. Skopiuj trzy woluminy 3D do ścieżki pliku projektu.
Modele HRCT i DIXON-In mają tę samą budowę kręgów. A modele z DIXON-In i Dixon_W mają te same współrzędne. Umieść nazwy plików trzech modeli w podprocesie fuzji kręgów jako dane wejściowe do wygenerowania modelu fuzji.
Jeśli dostrojenie jest konieczne z punktu widzenia lekarza, dodaj parametry współrzędnych we wszystkich kierunkach do tej samej funkcji, aby skorygować model fuzji. Jeśli z perspektywy klinicznej zaobserwuje się niewielkie błędy w fuzji, należy użyć funkcji zespolenia kręgów, aby precyzyjnie dostroić współrzędne fuzji. Proces ten obejmuje dostosowanie parametrów do sześciu wymiarów kierunku współrzędnych.
Utwórz osobny folder w katalogu projektu do wyprowadzania wyniku modelu fuzji. Wyeksportuj modele fuzji, które mają być używane do drukowania 3D, w sekwencjach w formacie DICOM pod ścieżką pliku katalogu fusion. Wykorzystaj algorytm mat2dicom do wykonania operacji eksportu.
wprowadzając model fuzji. Otwórz sekwencję plików DICOM wyeksportowaną wcześniej przy użyciu narzędzia Materialise Mimics w wersji 20, aby wykonać operację eksportu. Przejdź do menu eksportu na karcie plik i wybierz format VRML.
Ścieżka pliku do eksportu może być dowolnie dostosowywana do wymagań użytkownika. Ponieważ przezroczysty kolorowy druk 3D jest profesjonalną usługą, skompresuj i spakuj pliki VRML i wyślij je do usługodawcy. Multimodalny model fuzji CT i MRI jest wykorzystywany do planowania przedoperacyjnego i szkolenia w zakresie selektywnej rizotomii grzbietowej lub SDR.
Graficzny interfejs użytkownika wycinków w woluminie z danych HRCT jest pokazany na tym rysunku. Za pomocą tego graficznego interfejsu użytkownika chirurdzy mogą wyświetlić strukturę kręgosłupa zawartą we wszystkich danych TK. Przedstawiony tutaj obraz graficzny przedstawia rozkład intensywności danych HRCT kręgów.
Te informacje ilościowe pomagają określić zakres filtrowania struktury kręgów. Model drukowania 3D do selektywnej rizotomii grzbietowej lub planowania i trenowania SDR jest pokazany na tym obrazie. Różnokolorowe barwniki są używane do pogardzania i odróżniania struktur, takich jak kości i nerwy.
Struktura nerwu rdzeniowego jest zabarwiona na żółto, a blaszki segmentów L4 i L5 w odpowiednim obszarze operacyjnym wyróżniają się czerwonym i niebieskim zabarwieniem. Struktura kości jest drukowana przy użyciu przezroczystego materiału żywicznego, który pozwala lekarzom obserwować strukturę nerwową pod blaszką poprzez strukturę kości. Równoważna, niewrażliwa lub multimodalna technologia fuzji z pewnością przyniesie różne nowe zastosowania, ponieważ lekarze mogą uzyskiwać informacje z różnych wymiarów w jednym modelu.
Diagnostyka oparta na obrazowaniu medycznym i nawigacja chirurgiczna są głównymi polami bitwy o multimodalną technologię fuzji w dziedzinie obrazowania medycznego.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overview
This study presents a novel approach to medical imaging by creating a 3D-printed model of a patient-specific lumbar vertebra. The model integrates high-resolution computed tomography (HRCT) and MRI-Dixon data, allowing for a comprehensive view of both bone and soft tissue structures.
Key Study Components
Area of Science
- Medical Imaging
- 3D Printing
- Orthopedics
Background
- Combining CT and MRI imaging techniques enhances anatomical visualization.
- 3D models facilitate better surgical planning and navigation.
- This innovation addresses the need for multimodal imaging in clinical settings.
- Applicable to various patient demographics, particularly seniors.
Purpose of Study
- To develop a patient-specific 3D model of the lumbar vertebra.
- To fuse CT and MRI data for improved anatomical representation.
- To enhance surgical navigation and planning through 3D visualization.
Methods Used
- High-resolution computed tomography (HRCT) imaging.
- MRI-Dixon imaging for soft tissue visualization.
- 3D printing technology to create anatomical models.
- Integration of imaging data for comprehensive model development.
Main Results
- The 3D model effectively represents both bone and soft tissue structures.
- Enhanced visualization aids in surgical planning and execution.
- Demonstrated potential for use in robotic surgery navigation.
- Significant implications for pre- and post-operative evaluations.
Conclusions
- The study introduces a significant advancement in medical imaging.
- 3D-printed models can improve surgical outcomes and patient care.
- Future applications may extend to various imaging modalities.
Frequently Asked Questions
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:27
Data Collection and Preparation
2:06
The 3D Digital Vertebrae Model
3:00
The 3D Digital Spinal Nerve Model
3:51
Registration, Fusion, and Digital Model Files for 3D Printing
5:33
Results: Fusion of CT and MRI Data for 3D Printing
6:49
Conclusion
