中南大学廖勝輝教授：「インテリジェント 3D 手術計画システムと 3D 印刷アプリケーション」

2018年10月26日、上海市人民政府の指導、上海市経済情報化委員会の支援、上海付加製造協会の主催により、第3回SAMA国際フォーラムおよび2018年世界3Dプリント年次会議が上海で盛大に開幕しました。この会議には、中国、米国、英国、フランス、ドイツ、オランダ、ベルギー、ニュージーランド、カナダ、日本、韓国、スウェーデン、エジプト、トルコ、ウクライナ、スイス、イスラエルなど、世界30か国以上から約100人の世界トップクラスの専門家と約1,000人の代表者が参加しました。 10月27日には3Dプリント医療応用フォーラムも同時開催され、国内外の医療分野の専門家による素晴らしい発表が行われました。

中南大学の廖勝輝教授が「インテリジェント 3D 手術計画システムと 3D 印刷アプリケーション」について講演しました。

全体の設計プロセスでモデルが出てくると、その後の印刷モデルの処理は比較的固定されています。加速できる段階は設計段階です。各データには専門的な設計が必要です。より良く、より効率的に設計するには、医師とエンジニアの間のコミュニケーションをより良くできる、使いやすく専門的なソフトウェアが必要です。現在、市場のソフトウェアはさまざまなモジュールに分かれており、私たちはそれらを統合してワンストップソリューションを提供したいと考えています。

ソリューションの中核は3次元デジタル医療であり、モデリング、画像登録と融合、スキーム設計、測定と分析、ガイドプレート設計、シミュレーションと最適化を含む一連の技術です。製造方法は3Dプリント、CNC加工などが可能で、立体ディスプレイと体性感覚インタラクションは医療トレーニングにも使用できます。

技術の 1 つは、医療画像のセグメンテーションと 3 次元再構成です。当社は非常に完成度の高い仕事をしており、マルチレベル、インテリジェント、高度、さまざまなセグメンテーションツールを提供しています。泌尿器科、胸部、腹部、肝臓などの部門の例を見てみましょう。

実際のモデリング例を見てみましょう。全体のプロセスは非常にシンプルです。異なる臓器モジュールの場合でも、複雑な分割を実行するには、モデルを操作するだけで済みます。軟組織のモデリングを見ると、コア組織のモデリングも同様にシンプルです。インテリジェントなモデリングツールを使用して、簡単に操作するだけで、さまざまなターゲットの組織モデルを簡単に再構築できます。

モデリング後は、インタラクティブ測定、テンプレート測定など、厚さ直径、マップ構造、一連の血管分析など、多くの多面的な測定ツールを提供でき、すべてを定量的に分析できます。

同時に、モデル上の幾何学的特徴をさらに抽出することもできます。必要なクラウン抽出特徴などの多くの特徴は、その後の多くの手術計画の基礎として使用できます。これらの特徴抽出により、手術の計画と設計にかかる時間を大幅に短縮できます。

骨切り術などの一般的に使用される手術では、測定データまたは例の学習に基づいて切断することができ、計画を推奨することができます。骨の再配置など、一般的に使用される整形外科手術には、2 つのオプションがあります。1 つは直接視覚インタラクティブ操作です。視覚インタラクティブ操作では、複数のビューをリンクするインタラクティブな方法を確認でき、これにより、骨折の特徴を比較的迅速に一致させることができます。マッチングプロセスとインタラクティブプロセス中に、ソフトウェアは衝突検出機能を提供します。次に、インタラクティブな骨折部位に加えて、自動骨折再配置も提供します。私たちは 2 つの側面に基づいています。1 つはインテリジェントな断面検出であり、もう 1 つは粗いものから細かいものまでのマルチレベルマッチングです。断面を検出しても、マッチングプロセスではマルチレベルマッチングは使用されず、計算は比較的大きくなります。私たちは、準リアルタイムで自動再配置を実行するよう努めています。

ミラー修復を行う際には、ミラー側と保持側の間のスムーズな移行を実現します。これにより、手術ガイドと整復ガイドのその後の設計がはるかに便利になり、モデルの中間処理の手順が削減されます。

一般的な手術には、特別に設計されたモジュールを提供しています。たとえば、腓骨による下顎再建用のモジュールです。モデルの中心線を理解するだけで、ソフトウェアが骨切りと配置の予備計画をインテリジェントに提供します。医師は、血管の血液供給、切断角度などを含むソフトウェアと簡単な方法で対話でき、切断に基づいてガイドプレートを直接生成できます。

もう一つの基本機能は、さまざまなインプラントの配置です。ソフトウェアシステムは、複数の切断方向での 2 次元ビューでも、3 次元のリンクビューでも、視覚的にインタラクティブなツールを提供します。典型的な専門計画を見てみましょう。人工股関節全置換術は、典型的で重要な手術です。一般的な汎用ソフトウェアでは、非常に専門的な情報を提供することは困難です。私たちが設計した専門モジュールは、まず補助線を提供して CT スキャン画像を位置合わせし、次に人工関節を配置するだけです。3 つの 2 次元画像と 3 つの 3 次元画像をドラッグして、前方傾斜角、外転角、被覆率、接触面骨密度をリアルタイムで表示できます。また、寛骨臼のカバー範囲を最大化するように自動的に最適化することもできます。

寛骨臼プロテーゼの配置がいかに簡単か、簡単に見てみましょう。モデルが確立された後、基準線に従って骨盤の向きが修正されます。データベースでプロテーゼモデルを選択すると、前傾および外転角度の状態に初期化されます。2次元および3次元画像の視覚的なインタラクティブツールを使用して、プロテーゼを所定の位置にドラッグできます。位置を配置した後、CTシミュレーションX線結果が自動的に生成され、シミュレーションX線には配置したプロテーゼの結果が表示されます。

もう一つの専門モジュールは口腔インプラントで、歯科部門に基づいて手術を簡単に計画し、手術ガイドをインテリジェントに生成することができます。その他のユニバーサル手術ガイドは、ソフトウェアシステムでモジュール式にカスタマイズできます。手術ガイドの主な機能は、ネイルチャネル、骨切り、位置決めです。ソフトウェアには非常に便利な操作があります。生成された例を見てみましょう。これは、単純なモデルに対するランダム操作の要素です。たとえば、カテーテルを挿入する場合、カテーテルの開口部のサイズを含め、その位置、方向、角度をグラフィカルに簡単に決定でき、安全範囲を表示することもできます。ネイルチャネルのテンプレートを生成するだけであれば、それを適用するだけでガイドの基本形状を生成できます。従来のガイドの設計には数十秒もかからず、CADで自分で組み合わせる必要はありません。

切断や骨切りによく使用される機能もあります。切断箇所の2点を選択して切断面を生成します。切断面は調整可能です。機会この切開では、ワンクリックで切開溝を生成できます。この切開溝もグラフィカルにインタラクティブです。位置、方向、幅、厚さ、開口部はすべて非常に簡単にインタラクティブに設計できます。これは、このソフトウェアを学ぶ意欲さえあれば、若い医師がすぐに始めることができるのと同じです。エンジニアリング操作の強力なバックグラウンドは必要ありません。私たちは、医学と工学の融合をよりよく推進したいと考えています。穴あけや切断が必要な場合でも、簡単に橋梁構造を生成できます。

カスタマイズされたモジュールに加えて、従来の CAD ソフトウェアと医療モデリングでよく使用される操作を統合した一連の CAD モデリング機能も用意されています。より専門的な場合は、段階的に組み合わせて、より多くの設計を行うことができます。軽量多孔質製品をカスタマイズする場合です。多孔度、気孔率、軽量孔単位の各種自動生産機能をソフトウェアに統合し、簡単に実現できるようにしています。

さらに、私たちはパーソナライズされた装具補助装置のモジュールを研究してきました。もう少し複雑なのは、身体の生体力学的機能に応じて統合された動的装具機能を備えた装置です。私たちはまず比較的良い結果を達成しました。私たちは生体力学を統合して人間の装具設計を行い、装具リハビリテーション装具をインテリジェントに生成することができます。私たちは脊柱側弯症用の整形外科用装具を比較的うまく製造することができ、また他の多くの生体力学的有限要素シミュレーションも行うことができます。

さらに、バーチャルリアリティでは、静的モデルだけでなく、AR または VR グラスに手術計画を表示できます。軟部組織については、現在、軟部組織の動的切断で比較的良好な結果を達成しています。さらに改善すれば、より複雑な手術計画に非常に役立ちます。次に、ソフトウェアプラットフォームから QR コードをエクスポートし、携帯電話で開いて 3D シーンモデルを表示し、簡単な注釈を付けることもできます。

出典: SAMA 国際フォーラム

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