人工智能技术加速3D打印心脏模型【Simpleware应用】

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Nicklaus儿童医院心血管外科高级项目实验室(APL)需要为一名青少年患者制定一项复杂的手术规划,该患者左冠状动脉异常起源于右主动脉窦,伴壁内、动脉间行程。

病理的复杂性决定了对患者心脏进行3D CT扫描(DICOM格式)十分必要,而3D打印模型将有助于医生团队为手术规划展示心脏通路。因此,他们利用Simpleware软件对DICOM图像数据进行自动化分割,在短短15分钟内就成功创建出能够直接用于3D打印的模型。本案例中打印模型所用设备为Stratasys J750 Digital Anatomy打印机。

亮点

  • Nicklaus儿童医院心血管外科APL团队在他们的常规工作流程中使用Synopsys公司的Simpleware软件进行3D解剖模型打印;
  • Simpleware的AI工具有助于快速创建出超高精度模型;
  • 打印出高质量3D解剖模型的设备为Stratasys J750 Digital Anatomy打印机。

介绍

3D解剖打印可以为临床医生带来众多益处,包括增强病理的可视化和测量以支持标准手术与复杂手术的规划,同时也能够整合医疗器械(如有适用)。Nicklaus儿童医院心血管外科高级项目实验室(APL)正在利用包含全息医学3D可视化和3D打印在内的各种先进技术促进加强手术规划、改善患者体验。作为美国最早应用3D打印技术进行手术规划和教育的机构之一,Nicklaus儿童心血管外科APL已经打印超过500例心、脑、脊柱、四肢等器官的模型。

Nicklaus儿童医院的Robert Hannan、MD、Thomas Haglund和Muhanad Shraiteh与Synopsys的Simpleware产品团队通力合作,开发出将患者影像数据转换为Stratasys 3D打印机适用模型的解决方案。打印得到的3D解剖模型有助于临床医生规划儿童心脏手术。在本案例研究展示的示例中,心血管外科APL团队使用Simpleware软件强大的人工智能(AI)工具加快为青少年患者创建心脏模型的工作流程。

Simpleware 软件中的自动化分割和打印准备

将患者的心脏CT扫描数据导入Simpleware ScanIP Medical和自动分割模块Simpleware AS Cardio,一键点击即可完成分割和标记。此过程显著改善了准备3D图像数据最常见的瓶颈之一。(视频:使用Simpleware AS Cardio进行心脏的自动分割:展示了典型现有分割工具与Simpleware AI产品之间的耗时差异。

此外,还使用了Simpleware ScanIP Medical中的3D打印工具包完成3D打印机准备模型需要的其他任务,如添加支撑结构、基础平台和浮雕文本标记。一个经验丰富的生物医学工程师使用普通的现有软件采用以上流程分割心脏大约需要2小时。而采用Simpleware ScanIP Medical及3D打印工具包和Simpleware AS Cardio模块自动化地完成大部分的分割工作,整个过程仅耗时15分钟。同样的工作流程也可以在虚拟现实中为手术规划创建3D模型。(视频:使用Simpleware ScanIP Medical的3D打印工具包:添加平台、浮雕文本和支撑。

Stratasys助力3D解剖结构打印

图:Simpleware软件中3D打印准备模型的侧视图(A1)和横向视图(B1),以及Stratasys J750 Digital Anatomy打印机制成的3D打印解剖模型(A2,B2),橙色标注为异常部位。

分割后的图像数据通过Stratasys J750 Digital Anatomy 3D打印机进行打印,模型中不同颜色的设置可以帮助临床医生更好地将心脏的个别区域可视化。最近心血管外科APL配备了Stratasys J5 MediJet打印机用于打印3D模型。3D打印除了能帮助外科医生更好地了解患者的三维解剖结构外,还有助于临床团队与患者及其家属沟通治疗计划。Stratasys的打印机可以打印出具有能够模拟软组织和肌肉结构力学性能的模型,因此特别适用于打印各种3D解剖结构。

结论

Nicklaus儿童研究团队正在开展的工作显示出使用包含3D打印在内先进医疗技术的价值。心血管外科APL现在常规使用患者心脏的比例模型进行手术规划和患者教育。此外,增强和虚拟现实医疗平台成为规划心血管手术的另一种选择。

Synopsys公司的Simpleware软件专用于3D打印的工具和AI技术为通过3D图像数据为Stratasys 3D打印机创建高质量模型提供了一个简捷的流程。此工作流程有助于心血管外科APL继续拓展解剖模型的应用,加快手术准备,最重要的是继续加强改善临床护理和病人体验。

参考

  • 致谢和更多信息请参考英文原文:
    • https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/nicklaus-childrens.html
  • 在线研讨会:Nicklaus儿童医院的3D打印未来
    • https://register.gotowebinar.com/register/7520189361015214094