Low-cost 3D Printing for Science, Education and Sustainable Development / Доступная 3Д печать для науки, образования и устойчивого развития: 19. Отпечатанные в 3D анатомические копии в образовательных и медицинских целях для стоматологической хирургии: практические проекты с точки зрения устойчивого развития

Паоло Росси, Карло Кампана
Зубоврачебная международная кооперация NGO
Европейский центр для международного обучения здоровью полости рта, Турин, Италия
paolorossi64@hotmail.com
Рентгенология Тревенцие, Моныальконе и бассано дель граппа
3dprinterpooling, Италия
info@radiologiatrevenezie.it

Woolpit 16.10.13 в 12:23

Введение
Современные отделения цифровой рентгенологии анализируют костные структуры человеческого тела при помощи трехмерных изображений, подходящих для морфологических исследований.

Woolpit 16.10.13 в 12:23

Использование конического рентгеновского луча (компьютерная томография коническим лучом, Cone Beam Computed Tomography - CBCT, Прим. ред.) позволяет, в частности, обнаруживать сплошные массивы тканей. Поглощенные дозы ионизирующего излучения немного выше, чем у прежней рентгенографии и снижены на 70% по сравнению с традиционной компьютерной томографией. Использование ядерного магнитного резонанса позволяет получить детали мягких и твердых структур без использования рентгеновских лучей.

alex_itz 04.02.14 в 18:33

Эти изображения очень полезны для практического и правильного плана хирургических вмешательств в комплексных анатомически участках, таких как череп и верхнечелюстные кости, при рассматривании, например, структуры костей верхней челюсти, чтобы определить расположение подходящей поверхности для удаления кости, или для ее вставки куда необходимо.

Woolpit 16.10.13 в 12:24

Предложенный метод – система, которая делает возможными конструкции анатомических копий в форме анатомической медицинской модели профессиональными машинами стереолитографии или с помощью 3D принтеров, которые обычно можно найти на рынке по доступной цене.

Woolpit 16.10.13 в 12:24

Цель состоит в том, чтобы обеспечить доступ к методу уже использующемуся в челюстно-лицевой хирургии, но до настоящего времени сдерживаемого чрезвычайно ограниченным количеством клинических случаев из-за его высокой стоимости, и распространить его максимально возможному количеству пользователей в дидактических, образовательных целях и с целью улучшения взаимодействия между пациентом и операторами.

Woolpit 16.10.13 в 12:24

Двух - и трехмерная медицинская обработка изображений в зубной рентгенологии: от файлов Dicom до понимания толщины изображения

Woolpit 16.10.13 в 12:24

Тесное сотрудничество между рентгенологией и стоматологией развивается через определение вопросов, относящихся к жалобам пациентов. Сравнивая рентгенологическое исследование, Вы можете следовать, главным образом, двумя путями: исследования первого уровня, обычно двухмерные изображения, выполненные прямым сканированием; и исследования второго уровня, которые объединены в то, что мы называем «трехмерные анализы». Последнее представляет интерес для развития стереолитографических медицинских моделей.

Woolpit 16.10.13 в 12:24

Начальной точкой является файл «Dicom - Цифровая обработка и передача изображений в медицине», формат обмена изображения только для медицинского использования, обычно используются для двух – и для трехмерных изображений. Обычный диск, полученный посредством процесса дигитализации, составлен из растрового изображения и текстового файла, который может содержать данные пациента и облучения испускаемого во время выполнения исследования; все это образует файлы Dicom.

Woolpit 16.10.13 в 12:24

Двумерное медицинское изображение Dicom, обычно используемое стоматологами

Woolpit 16.10.13 в 12:24

В компьютерных терминах мы анализируем изображения, составленные из пикселей, характеризуемых значением, которое в медицинских изображениях соответствует «степени яркости», полученному от следа цифрового датчик подвергшегося рентгеновскому облучению. Все эти значения, вставлены в матрицу определенного размера, создают радиографический образ.

Woolpit 16.10.13 в 12:25

Когда мы говорим о трехмерном изображении, мы должны представить, что пиксели, характеризуемые «степенью яркости», составляют объем, и таким образом матрица имеет дополнительную характеристику, «толщина». Комплексность медицинских данных, полученных из трехмерных обзоров, выполненных машинами, такими как CT (компьютерная томография) или MRI (магнитно-резонансная томография), являются маленьким примером разложение объема на отдельные части («осевое разложение»). Если Вы представите пациента в вертикальной позиции, осевые срезы – это изображения, ориентированные в плоскости земли.

Woolpit 16.10.13 в 12:25

Осевое изображение CBCT и трехмерное получение объема: понятие толщины

Woolpit 16.10.13 в 13:01

На компьютере мы больше не получаем единственный файл Dicom, а ряд файлов Dicom, каждый из которых содержит осевое изображение, характеризующееся толщиной, таким образом, файл Dicom описывает все «степени яркости», составляющие определенную толщину объема на основании исследования. Толщина и понятия осевых последовательностей – начальная точка конструкции анатомической копии для 3D принтеров. Фактически, работая над значением толщины, созданной Dicom последовательностью, полученной при помощи компьютерной томографии, мы можем определить объем данных, чтобы проанализировать и определить их качество, для производства 3D модели. Например, низкая толщина образует много «слоев» объема, давая возможность увеличить ясность модели, но это также увеличивает ошибки, которые могут описывать анатомическую модель. С другой стороны, высокое значение толщины могло бы привести к утрате анатомических деталей, что может быть важно.

Woolpit 16.10.13 в 12:25

Рисунок модели сделанной с высоким значением толщины: это не стоматологические детали, невозможно определить анатомические элементы

Woolpit 16.10.13 в 12:27

Рисунок модели с корректным значением толщины: анатомические элементы определимы

Woolpit 16.10.13 в 12:27

Инженерный анализ и выполнение STL файла: Трехмерная печатная модель

Woolpit 16.10.13 в 12:26

Анатомическая стереолитографическая модель – это изображение в масштабе 1:1 с реальной моделью: пациент. Вся последующая обработка путей, ведущих от полученной сканированием анатомической части фактической распечатанной трехмерной анатомической копии, следует за процессом «инженерного анализа».

Woolpit 16.10.13 в 12:45

Инженерный анализ: от фактической модели до 3D воспроизведения

Woolpit 16.10.13 в 12:47

Конический луч компьютерной томографии, используемый в стоматологической рентгенологии, характеризуется очень хорошей диагностикой отношения риск/преимущества для пациентов, но при использовании источника излучения низкой мощности он не в состоянии создать точную аналогию между «степенью яркости» и анатомическими тканями пациента. До сих пор, нет масштаба (такого как, например, масштаб Хоунсфильда для слоевой компьютерной томографии полного сканирования тела), который описывает четкое отношение между реальными тканями и радиодиагностическими изображениями.

Woolpit 16.10.13 в 12:47

Анализ пределов степеней яркости

Woolpit 16.10.13 в 12:49

Первый шаг в реализации стереолитографического файла «STL» в медицинском поле пороговая обработка, этап на котором после анализа степеней яркости, составляющих медицинское изображения, оси «обработаны», сегментированы в областях, характеризуемых интервалами уровней яркости. Все анатомические области, выбранные на данном этапе, составят трехмерную модель.

Woolpit 16.10.13 в 12:49

В этой точке, трехмерная модель содержит много «шума» и, особенно на уровне выпуклых участков рта, на уровне реконструкции зубов это плохо определимо и нереалистично. Причиной для этого является феномен рассеивания медицинских изображений в дентальной области вследствие наличия металлов или материалов для ухода за зубами. Эти материалы, подвергаясь рентгеновским лучам, дают серые следы, которые выводят на экран случайные диапазоны и нюансы вокруг места, где находится металл или материал по уходу за зубами.

Woolpit 16.10.13 в 12:49

Чтобы достигнуть большей четкости областей, где присутствует рассеивание, мы приступаем к «очистке» на каждом осевом изображении - мы начали устранять из сегментированной области что-либо, дающее «шум» 3D модели.

Woolpit 16.10.13 в 12:49

На этом этапе файл готов к преобразованию в STL файл и, после проверки отсутствия каких-либо «отверстий», которые могут повлиять на 3D печать, мы запускаем процессы стереолитографической печати.

Woolpit 16.10.13 в 12:50

Медицинская модель, изготовленная на основании магнитно-резонансной томографии: воспроизведение мягких тканей

Woolpit 16.10.13 в 12:55

Изучение восьмого зуба с 3D предоперационной моделью

Woolpit 16.10.13 в 12:55

Большой кистозный остеолиз, изучение при помощи двойной модели, первое – внутреннее изображение и второе – полностью воспроизведенная челюстная кость

Woolpit 16.10.13 в 12:56

Использование 3D копий для дидактической программы вмешательства

Woolpit 16.10.13 в 12:50

В стоматологии ротовые и челюстно-лицевые процессы хирургии и зубы теперь обычно воспроизводятся в 3D, верхняя челюсть с выделением верхнечелюстных пазух, обработки крыловидной кости, и скул или всей нижней челюсти, с более низким альвеолярным каналом, определяются исходя из данных, полученных при цифровой рентгенологии (CT зубное сканирование, обмотка, конусный луч, и т.д.).

Woolpit 16.10.13 в 12:50

Учебный план вмешательства в восьмой зуб

Woolpit 16.10.13 в 13:00

Учебный план предварительного имплантирования

Woolpit 16.10.13 в 13:00

Анатомическое копирование позволяет хирургу не только изучить и проработать операцию, чтобы выполнить, но также и смоделировать все фазы хирургии. Например, начиная с модели, мы можем упростить реконструкцию атрофий моделированием, уже непосредственно в ротовой среде, части гетерологичной кости с предельной точностью, или смоделировать установку зубных имплантатов, априори оценивая объем кости и плотность, морфологию верхнечелюстных пазух или даже разрабатывает хирургический эндопротез сосуда, используя тот же 3D принтер, или через нашу проверенную лабораторию, может быть выполнен с чрезвычайной простотой. Чтобы производить анатомические копии, нам необходимо использовать только данные Dicom компьютерной томографии пациента. Однако, специализированное программное обеспечение может позволить «чистоту» любого рассеивания, при изменении изображений согласно потребностям и их преобразованию, по мере необходимости, к определенному формату файла. Файлы, обработанные таким образом, отправляются в 3D принтер, производя анатомические копии.

Woolpit 16.10.13 в 12:56

Материалы, используемые для создания анатомических копий, имеют различные виды в зависимости от их применения, но по существу это специальные термопластические смолы ABS или стерильные полиамиды, которые сертифицируется в клинической установке. Затем, как только мы разрабатываем и моделируем вмешательство на копии, все материалы могут быть стерилизованы и использоваться для пациента, значительно уменьшая время операции, дискомфорт пациента и риск осложнений.

Woolpit 16.10.13 в 12:56

Пример использования 3D модели для практики в консервативной терапии

Woolpit 16.10.13 в 12:58

В итоге, проект extraoral и среда моделирования позволяют избежать любой хирургической неожиданности, иногда делая ненужным обращение к вскрытию края mucogengival, определяя точный контрольный список необходимых материалов, размера и типа имплантатов, количество биоматериала, размер остеосинтезитных винтов или штифтов, и т.д. Это проверенная, очень полезная для обучения сложным случаям и для начальной подготовки операторов консервативная и экстрактивная терапия.

Woolpit 16.10.13 в 12:56