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MIT新系统将MRI转化为可3D打印模型只需1小时

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发表于 2019-1-10 10:44:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
在过去的几年中,在教学医院的世界里出现了从某种意义上可以说是一场3D打印革命的潮流,从欧美到中国,我们已经看到3D打印的手术模型被用于大幅提升手术成功几率。这些3D打印模型通常是根据CT或MRI扫描结果来精确复制患者体内出问题的部分,使得医生在进入手术室之前就能够认真准备手术的每一步。不过目前有一个问题就是3D建模过程相当耗时而复杂。
为了解决这个问题,来自麻省理工学院(MIT)和波士顿儿童医院的研究人员日前宣布开发出了一种系统,可以在数小时内将MRI扫描数据转化成可3D打印的医疗模型。
据了解,这个新系统将在几周后举行的医学图像计算与计算机辅助干预国际会议(InternationalConferenceonMedicalImageComputingandComputerAssistedIntervention)上正式发布。该项目的第一作者是MIT电气工程和计算机科学专业的研究生DaniellePace。她领导着分析软件的开发,而波士顿儿童医院的物理学家MedhiMoghari也做出了不可或缺的贡献。Moghari主要负责开发优化扫描精度的程序。心脏病专家AndrewPowell则负责这项研究的临床应用。所有的研究资金都来自于波士顿儿童医院和HarvardCatalyst的资助,后者主要关注临床科学方面的创新。
目前,这个新系统仍处于开发阶段——预计将在秋天由七位心脏外科医生对其进行评估研究——但它看起来非常已经非常不错。该项目负责人及MIT电气工程和计算机科学教授PolinaGolland教授在该校网站上解释说,这样可以使3D打印的手术模型变得司空见惯。
这里稍微解释一下,MRI数据主要是由任意3D模型——甚至包括人体的部位——的一系列横截面组成的。而这些横截面是由诸多明暗不同的区域组成的。现在,从计算机视图上,这些区域的边界一直难以精确查明,而一些算法通常被视为无法生成可供外科医生使用的可靠的精确模型。虽然有一些针对通用模型的增强算法,比方说,人的心脏,可以让它们更精确,但是当医生要对不规则的心脏做手术的时候,它毫无用处。事实上,它可能还会使情况变得更糟。
那么,在制作3D打印模型时,MRI数据有什么用?设计师们在手工制作模型时主要依靠这些横截面,但是这往往需要长达10小时以上的时间。“他们希望对孩子们进行扫描,花上大概一两天计划他们打算如何进行手术。”Golland介绍手术的常见流程时说,“如果还需要一天时间去处理图像,就变得很不方便。”
但是,由Pace和Golland开发的解决方案选择了一个中间道路。对于每个3D模型,人类专家只需识别几个截面的边界,然后该数据被输入一种图象算法。获得的结果非常好,即使专家只看了总面积九分之一,从200张截面中分辨出14个小块,就足以获得90%的一致率(agreementrate)。值得注意的是,这种方法只需要一个小时左右即可生成一个模型,然后3D打印可能用时会多一点。
虽然仍处于开发阶段,Golland认为,该算法的性能可能会通过增加整个横截面上的小块区域加以改进。除了其他的几个创新之外,这可能是实现准确快速地3D建模和打印的关键。
为了测试该系统,科学家们已经为其设计了一项临床研究,这将涉及到在波士顿已经被治疗过的10名患者。他们的MRI数据将供7名外科医生研究,这些医生将获得3D打印的实体模型、3D数字模型和数据,并用它来制定手术方案。这些反过来会与实际进行的治疗方法相对比,并且有希望指明这项技术会在那些方面使外科医生受益和提高手术成功率。
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