3D сегментація при моделюванні імплантів кісткових дефектів

Анотація

В останні роки стрімко розвинулися способи ефективного так швидкого протезування кісткових дефектів та поранень, по більшості завдяки використанню комп’ютерного моделювання та 3D-друку імплантів. Попит на такі імпланти на жаль не зменшується, особливо в Україні, де через бойові дії кількість пацієнтів з кістковими дефектами б’є всі рекорди. На даний момент найбільш розповсюдженим методом створення кісткових імплантів для черепа людини є моделювання та формування сітчастої титанової краніопластини у спеціалізовану програмному забезпеченню на основі отриманих 3D-сканів пацієнта. Зараз це потребує залученість професійних інженерів для створення багатьох прототипів та кінцевої моделі імпланта. Для того щоб полегшити, прискорити та автоматизувати цей процес необхідно створити систему підготовки даних для 3D друку, яка передбачає інтелектуальний аналіз 3D сканів пацієнта. Така система передбачає обов'язково проведення процедури сегментації 3D зображення, тобто розбиття зображення на спорідненні групи пікселів шляхом присвоєння їм міток і їх відповідне групування. Це особливо важливо для обробки людської анатомії, оскільки різні кістки мають кардинально різні структурні та функціональні характеристики, які повинні бути взяті до уваги під час моделювання імплантів. У випадку роботи з 3D зображеннями річ вже йде не про пікселі, а про вокселі, тобто тривимірні одиниці простору. У якості вхідних при моделюванні кістковіх замінників використовувались існуючі датасети або 3D-атласи скелету людини. При використанні вхідних даних реальних пацієнтів необхідно мати на увазі важливість лікарської таємниці, тому дані для аналізу, якщо не використовувати існуючі датасети, повинні збиратися с письмової згоди пацієнтів, та всі метадані повинні бути видалені перед використанням у датасеті. В цих тезах досліджено методи лікування кісткових дефектів та основні методики кісткової пластики, порівняно їх переваги та недоліки. Описано процес алопластичної трансплантації та розглянуто як на даний момент в ньому використовується 3D-моделювання. Наведено аналіз методів сегментації та показано, що перспективним є використання нейронних мереж, що дозволяє спростити процес моделювання імплантів кісткових дефектів, спираючись на досвід інших досліджень. Підкреслено які складності можуть існувати у випадку використання цієї методики.