Nicklaus 兒童醫院利用 Simpleware AI 自動分割 CT 影像加速 3D 列印心臟模型
概述
Nicklaus兒童醫院心血管外科高級項目實驗室（APL）需要為一名青少年患者制定一項複雜的手術規劃，該患者左冠狀動脈異常起源於右主動脈竇，伴壁內、動脈間行程。
病理的複雜性決定了對患者心臟進行 3D CT 掃描（DICOM格式）十分必要，而 3D 列印模型將有助於醫生團隊為手術規劃展示心臟通路。 因此，他們利用 Simpleware 軟體對 DICOM 影像數據進行自動化分割，在短短 15 分鐘內就成功創建出能夠直接用於 3D 列印的模型。 本案例中列印模型所用設備為 Stratasys J750 Digital Anatomy 列印機。
亮點
- Nicklaus 兒童醫院心血管外科 APL 團隊在他們的常規工作流程中使用 Synopsys 公司的 Simpleware 軟體進行 3D 解剖模型列印
- Simpleware 的 AI 工具可協助快速且高精度地建立模型
- 使用 Stratasys J750 數位解剖印表機列印高品質 3D 解剖模型
案例介紹
3D 解剖列印可以為臨床醫生帶來眾多益處，包括增強病理的可視化和測量以支援標準手術與複雜手術的規劃，同時也能夠整合醫療器械（如有適用）與影像數據。 Nicklaus 兒童醫院心血管外科高級項目實驗室（APL）正在利用包含全息醫學 3D 可視化和 3D 列印在內的各種先進技術促進加強手術規劃、改善患者體驗。 作為美國最早應用 3D 列印技術進行手術規劃和教育的機構之一，Nicklaus 兒童心血管外科 APL 已經列印超過 500 例心、腦、脊柱、四肢等器官的模型。
Nicklaus 的 Robert Hannan 醫學博士、Thomas Haglund 和 Muhanad Shraiteh 與 Synopsys Simpleware 產品組合作開發解決方案，將病患影像資料轉換為適合 Stratasys 3D 列印機的模型，由此產生的 3D 解剖模型可幫助臨床醫生規劃兒科心臟手術，在本案例研究中重點介紹的範例中，心血管外科 APL 團隊採用了 Simpleware 軟體強大的人工智慧 (AI) 工具來幫助加快為青少年患者創建心臟模型的工作流程。
Simpleware 軟體中的自動化分割和列印準備
患者的心臟 CT 掃描資料載入到 Simpleware ScanIP Medical 中，並使用自動分割模組 Simpleware AS Cardio，只需點擊按鈕即可完成分割和標記，此過程顯著緩解了準備 3D 影像數據的最常見瓶頸之一。
圖：使用 Simpleware AS Cardio 對心臟進行自動分割：此處顯示的是使用典型的現成分割工具與 Simpleware AI 產品之間的時間差。
此外，Simpleware ScanIP Medical 中的 3D 列印工具包用於完成為 3D 列印機準備模型所需的額外任務，包括添加支撐結構、基礎平台和用於標籤的浮雕文字。 使用普通的現成軟體完成上述工作流程需要具有心臟分割經驗的生物醫學工程師大約 2 小時的工作。 然而，當使用具有 3D 列印工具包的 Simpleware ScanIP Medical 軟體和 Simpleware AS Cardio 模組來自動執行大部分分割時，此過程只需 15 分鐘即可完成，相同的工作流程也可用於在虛擬實境中建立用於手術規劃的 3D 模型。
以下影片：使用 Simpleware ScanIP Medical 的 3D 列印工具包：添加平臺、浮雕文本和支撐。
Stratasys 助力 3D 解剖結構列印
圖：Simpleware 軟體中 3D 列印就緒模型的橫向視圖 (A1) 和橫向視圖 (B1)，以及由 Stratasys J750 數位解剖印表機產生的 3D 列印解剖模型（A2、B2），其中病理學以橘色圈出。
分割后的影像數據通過 Stratasys J750 Digital Anatomy 3D 列印機進行列印，模型中不同顏色的設置可以説明臨床醫生更好地將心臟的個別區域可視化。 最近心血管外科 APL 配備了 Stratasys J5 MediJet 印表機用於列印 3D 模型。 3D 列印除了能説明外科醫生更好地瞭解患者的三維解剖結構外，還有助於臨床團隊與患者及其家屬溝通治療計劃。 Stratasys 的印表機可以列印出具有能夠類比軟組織和肌肉結構力學性能的模型，因此特別適用於列印各種 3D 解剖結構。
結論
尼克勞斯 (Nicklaus) 兒童醫院團隊正在進行的工作證明了使用先進醫療技術（包括 3D 列印）的價值。 心血管外科 APL 現在通常使用患者心臟的比例模型來進行手術計劃和患者教育。 此外，擴增實境和虛擬實境醫療平台也用於為規劃心血管手術添加另一種選擇。
Synopsys 公司的 Simpleware 軟體專用於 3D 列印的工具和 AI 技術為通過 3D 影像數據創建 Stratasys 3D 列印機用高品質模型提供了一個簡捷的流程。 此工作流程有助於心血管外科 APL 繼續拓展解剖模型的應用，加快手術準備，最重要的是繼續加強改善臨床護理和病人體驗。
參考資料
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