心臟也可以打印？AI驅動的3D打印技術讓醫療數字化更進一步

新思科技 2022-06-13 18:08

進階BLE開發：DA1459x 外設、功耗與工程實戰
告別射頻開關短板！MEMS 高速測試資料

3D打印技術已有近40年的歷史了，目前3D打印技術在醫學中的多個領域都有實踐，從備受關注的連體雙胞胎分離手術到手術規劃、患者咨詢、學生教育等等，而其中最常見的應用則是構建特定患者的人體解剖學3D打印模型，通常稱為即時醫療（Point-of-Care）3D打印，這一技術已幫助過成千上萬的患者進行了有效治療。

即時醫療3D打印是將患者的磁共振成像（MRI）或CT掃描結果轉換為3D表面重建（通常為STL或3Mf），然后發送至3D打印機打印出來，打印這一操作可以在醫院完成，也可以由第三方機構或醫院經營的托管公司來完成。醫院普及即時醫療3D打印的驅動因素有很多，但基本上都離不開以下幾點：

改善治療效果，節約時間和成本

拓展解剖學知識

提升外科醫生信心

提高手術準確性

如果外科醫生拿到患者的精確解剖模型，則可以根據模型進行術前規劃、溝通和培訓，從而提高手術精準性，縮短手術時間，為醫院節約成本。現在，越來越多的醫生開始信任并希望采用3D模型。

即時醫療3D打印軟件

新思科技早在20多年前就推出了Simpleware?軟件，致力于簡化將DICOM圖像數據轉換為3D打印模型的過程。近年來，新思科技收集了大量來自臨床醫生和客戶的反饋，并基于這些反饋，投入了大量精力和資源對手動工作流程的用戶界面/體驗進行了全新升級。

新思科技已將行業領先的計算資源充分投入到自動化和AI技術中，并推出了Simpleware ScanIP Medical和3D打印工具包功能。通過使用Simpleware軟件，開發者們在制備3D打印DICOM數據時無需再切換不同的軟件程序，同時還可以：

在Simpleware ScanIP Medical已獲FDA許可和CE認證的軟件環境內工作，并使用Stratasys、Formlabs、HP和Rize 3D打印機進行3D打印

對目標區域進行分割解剖學掃描，如骨骼、肌肉和其他組織

使用多種工具切割、鏤空、壓印文本、創建接頭、構建模型平臺以及制作針腳和接頭

使用來自CT圖像數據或壁厚的灰度值，將彩圖應用于骨密度的3D模型中

應用彩色打樣并檢查印刷適應性，第一時間獲得精準模型

導出STL、3MF、OBJ等所有標準3D打印格式

下圖為用Simpleware生成的3D模型示例（左）和醫院用等效3D打印模型（右）。圖1為用Simpleware AS Ortho自動分割的半個骨盆，表面顯示骨密度。圖2為用支撐結構組合成的下顱骨及下頜骨模型。圖3為用Simpleware AS Cardio自動分割房室和血管的心臟模型。

?▲ 圖1

?▲?圖2

?▲?圖3

即時醫療3D打印現已從臨床條件苛刻、依賴手動方法的稀有技術演化為需要擴展工作流程的公認技術。然而，手動和緩慢的圖像分割仍是技術發展的主要瓶頸。盡管如此，Simpleware在3D打印自動化各類應用中仍有出色表現：

在軟件界面以Python和C#編寫腳本，通過API、宏命令和log轉換輕松創建腳本，為重復任務自定義工具集和工作流程

使用現成的AI自動分割和標記工具Simpleware AS Ortho和Simpleware AS Cardio附加模塊。這些工具適用于心臟、肩、髖、膝、踝等部位，且會不斷增加

部署Simpleware Custom Modeler附件。這是新思科技與客戶共同開發、完全自定義的AI自動分割解決方案，旨在提供針對需求的優化解決方案

?

案例分析

美國佛羅里達州心血管外科高級項目實驗室（APL）曾使用3D解剖學模型規劃手術、培訓同事并為患者提供咨詢服務。APL已經創建了包括心臟、大腦、脊椎、四肢及其他器官等500多個模型。此外，該醫院還利用Simpleware AI工具實現了常規工作流程的自動化。

Simpleware軟件中3D打印就緒模型的側視圖（A1）和橫向視圖（B1），以及用Stratasys J750 Digital Anatomy打印機生成的3D打印最終解剖學模型（A2、B2），橙色區域為病理學部分。

上圖所示是醫院為一名16歲的患者創建的左冠狀動脈異常起源模型。Simpleware ScanIP Medical載入患者心臟CT數據后，由自動分割模塊Simpleware AS Cardio進行一鍵分割并標記數據，同時用Simpleware 3D打印工具包完成其他3D打印準備工作。通過這一方法，處理數據的時間大幅縮短，兩小時的生物醫學工程步驟變為15分鐘。最后，Stratasys J750 Digital Anatomy 3D打印機生成了最終模型，并使用不同顏色表示心臟的不同區域，協助手術完成。

在這一案例中，醫院打造的患者心臟比例模型對手術的規劃和實施幫助極大，這也充分肯定了新思科技的Simpleware平臺所提供的先進即時醫療解決方案的價值。