概要：尸體解剖，尤其在培養(yǎng)醫(yī)生做手術(shù)時(shí)，可謂是醫(yī)學(xué)培訓(xùn)中的重要一環(huán)。但真實(shí)的尸體不僅成本高昂，而且很難找到。
目標(biāo)：通過(guò)對(duì)真實(shí)尸體進(jìn)行多層次3D掃描，包括皮膚、筋膜、肌肉，隨后合并至3D模型，并融入虛擬現(xiàn)實(shí)解剖系統(tǒng)。
使用工具：Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Freeform
3D與VR等技術(shù)正在全球各個(gè)領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，得益于其高精度、便利性和多功能性，它們已成為醫(yī)療領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)。Artec長(zhǎng)期客戶之一IMA solutions正參與一項(xiàng)結(jié)合新3D掃描與VR技術(shù)的項(xiàng)目，其結(jié)果預(yù)計(jì)將會(huì)對(duì)醫(yī)學(xué)教學(xué)方式產(chǎn)生巨大影響。
蒙彼利埃醫(yī)學(xué)院
事情要從兩位來(lái)自蒙彼利埃醫(yī)學(xué)院城市解剖實(shí)驗(yàn)室的外科醫(yī)生Guillaume Captier博士和Mohamed Akkari博士說(shuō)起，他們希望找到一種方法，解決醫(yī)學(xué)教學(xué)過(guò)程中的特定難題。這些課程需使用真正的尸體，盡管這是學(xué)習(xí)人體解剖的有效方式，但尸體的數(shù)量和成本常常造成不小的問(wèn)題。直接使用實(shí)體尸體進(jìn)行解剖，成本很高，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生往往在第一次嘗試過(guò)程中操作不當(dāng)，不小心破壞多具尸體。
仔細(xì)考慮過(guò)諸多方案后，他們決定設(shè)計(jì)一款精確度較高的實(shí)時(shí)3D解剖應(yīng)用，讓學(xué)生練習(xí)操作方式，等達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，再開(kāi)始在實(shí)體尸體上操作，這樣可以讓老師采用一種全新的高效教學(xué)方式。這款獨(dú)特的多功能應(yīng)用既可以用于考試場(chǎng)景，考察學(xué)生的知識(shí)掌握情況，又可以讓他們不斷練習(xí)自己的醫(yī)學(xué)水平，而不用擔(dān)心破壞尸體。
為確保應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)盡可能逼真，所有實(shí)體解剖步驟都經(jīng)過(guò)3D掃描，再轉(zhuǎn)移到培訓(xùn)應(yīng)用中。IMA Solutions的專家承擔(dān)了這項(xiàng)重要工作。他們使用高精度Artec Space Spider 3D掃描儀，捕獲了所有解剖步驟，為應(yīng)用程序制作出了栩栩如生的3D模型。
使用Artec Space Spider制作的頸部3D解剖模型。幾何渲染
外科醫(yī)生首先提出需掃描的解剖部位。其中一個(gè)就是頸部，這里需要看到面部神經(jīng)、血管解剖、氣管等部位。為確保培訓(xùn)應(yīng)用中包含所有部位的數(shù)據(jù)，我們總共進(jìn)行了8次獨(dú)立掃描，或者說(shuō)解剖層次，從皮膚一直深入到內(nèi)層。由于尸體會(huì)隨著時(shí)間不斷變色，所有掃描都必須盡快完成，且不超過(guò)每日工作量上限，以確保每個(gè)階段的顏色保持統(tǒng)一。
待Artec Space Spider 3D掃描儀捕獲全部數(shù)據(jù)后，這些數(shù)據(jù)需通過(guò)處理正確堆放，制作虛擬3D解剖模型。為此，IMA Solutions使用了操作方便、功能齊全的Geomagic Freeform 3D軟件，這款軟件對(duì)于有機(jī)形狀的建模能力強(qiáng)，因此為業(yè)界廣泛使用。作為此款軟件的資深用戶，IMA Solutions非常欣賞Freeform在3D場(chǎng)景下快速操作3D物體的能力，以及配套的觸覺(jué)設(shè)備，給您帶來(lái)近乎真實(shí)的體驗(yàn)。
“Freeform是我們一直以來(lái)使用的一款軟件，它能實(shí)現(xiàn)3D場(chǎng)景下的快速3D物體操控，還能通過(guò)觸覺(jué)設(shè)備模擬觸感。我們這里結(jié)合使用了Phamtom Omni觸覺(jué)設(shè)備和Freeform。該軟件基于體素黏土模型，您可快速使用一些操作器，比如布爾運(yùn)算，或僅保留場(chǎng)景下大物體等操作。此外，您還能通過(guò)模擬真實(shí)黏土模型的觸感，在3D物體上雕刻，比如增添細(xì)節(jié)、修飾形狀……當(dāng)然，也有其他3D軟件可以實(shí)現(xiàn)這些功能，但速度遠(yuǎn)沒(méi)有Freeform來(lái)得快?！?
對(duì)于這項(xiàng)VR解剖項(xiàng)目，IMA Solutions專家通過(guò)Freeform軟件對(duì)3D模型的幾何與紋理進(jìn)行了修正和改善。這些修正包括去除孤島、3D雕刻部分小型幾何與3D紋理。要捕獲尸體解剖過(guò)程中的每個(gè)步驟也充滿了挑戰(zhàn)性，尤其在掃描脂肪組織和血管尤甚。這些組織通常有部分透明，還能吸收、反射光線。這些因素都會(huì)影響掃描品質(zhì)和最終效果。因此，對(duì)于一些復(fù)雜區(qū)域而言，比如3D掃描一些小型制品，Geomagic Freeform就是一款出色的幾何紋理修正方案。所有這些工作都可以通過(guò)Freeform軟件與觸覺(jué)設(shè)備輕松完成，整個(gè)過(guò)程就好比真實(shí)環(huán)境下的操作和3D物體雕刻。
IMA Solutions創(chuàng)始人兼CEO Benjamin Moreno表示，結(jié)合使用Artec 3D掃描儀與Freeform軟件可謂是一項(xiàng)令人滿意解決方案，因?yàn)樗鼈兌寄軐?shí)現(xiàn)“真實(shí)手感”，使用設(shè)計(jì)十分人性化，能讓用戶全身心投入創(chuàng)作工作中，而不會(huì)為技術(shù)問(wèn)題或復(fù)雜操作而干擾。
“結(jié)合使用Artec掃描儀與Freeform對(duì)數(shù)字藝術(shù)家眼中的令人滿意解決方案，因?yàn)樗鼈兌寄茌p松上手，而且操作簡(jiǎn)單。您只需要專注于您的創(chuàng)作，無(wú)需擔(dān)心出現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題或因復(fù)雜操作而困擾。”
使用Freeform制作頸部解剖3D模型數(shù)字雕刻
解剖過(guò)程中，本杰明和他的團(tuán)隊(duì)需要接觸各類組織，而且需要體現(xiàn)它們的紋理和材質(zhì)特征。首先，他們對(duì)三個(gè)解剖區(qū)進(jìn)行了可行性測(cè)試：頸部?jī)商?，骨盆腔一處。IMA Soultions掃描專家希望掃描效果達(dá)到預(yù)期，還能發(fā)現(xiàn)難以預(yù)料的問(wèn)題。最初的結(jié)果很好，整個(gè)3D掃描過(guò)程都得到了團(tuán)隊(duì)支持。
“Artec掃描儀捕獲幾何與紋理的能力令人驚嘆，尤其對(duì)于那些半透明、或有光折射現(xiàn)象的高難度掃描區(qū)。通過(guò)調(diào)節(jié)掃描儀敏感度，我們能夠100%捕獲幾何與色彩，且無(wú)需對(duì)尸體進(jìn)行任何事先準(zhǔn)備！”
IMA Solutions創(chuàng)始人兼CEO Benjamin Moreno
3D掃描和數(shù)據(jù)處理階段采用了新版Artec Studio軟件，在此過(guò)程中，他們采用了小型物體濾網(wǎng)，移除了懸浮孤島，并使用了網(wǎng)格簡(jiǎn)化工具，降低3D實(shí)時(shí)引擎3D模型的多邊形數(shù)。
3D頸部解剖導(dǎo)入Artec Studio 12
這款應(yīng)用程序的新測(cè)試版預(yù)計(jì)將于2018年第四季度在蒙彼利埃醫(yī)學(xué)院正式推出。同時(shí)，IMA Solutions將持續(xù)推進(jìn)試點(diǎn)項(xiàng)目，收集充足的數(shù)據(jù)，為選定解剖區(qū)域制作至少五套數(shù)據(jù)組，完成整個(gè)工作流，此外，還將不斷改善用戶界面，增添醫(yī)學(xué)生與外科醫(yī)生所需的工具，以實(shí)現(xiàn)互動(dòng)效果。
大學(xué)解剖實(shí)驗(yàn)室主任Guillaume Captier教授在蒙彼利埃醫(yī)學(xué)院展示第一版應(yīng)用程序
Guillaume Captier教授在程序開(kāi)發(fā)早期與培訓(xùn)程序互動(dòng)
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這些數(shù)據(jù)組將由瑞典高科技公司Interspectral通過(guò)Inside Explorer技術(shù)運(yùn)行。這項(xiàng)偉大的科技給我們帶來(lái)了互動(dòng)式的人性化3D學(xué)習(xí)體驗(yàn)，它能以3D形式展現(xiàn)多模態(tài)的實(shí)時(shí)采集過(guò)程，還能在3D場(chǎng)景下結(jié)合CT、MRI和3D掃描。
3D與VR技術(shù)的組合幫助醫(yī)療培訓(xùn)行業(yè)向前跨進(jìn)一大步?；?dòng)式培訓(xùn)應(yīng)用在醫(yī)療教育過(guò)程中的成功融合將為學(xué)生、教授與博士帶來(lái)諸多利益。未來(lái)的年輕醫(yī)學(xué)專家也將有機(jī)會(huì)在虛擬尸體上實(shí)踐操作，不用受到數(shù)量、成本等因素的影響，同時(shí)，教師、博士和其他資深醫(yī)學(xué)人士也將迎來(lái)全新的醫(yī)學(xué)教學(xué)方式。類似的創(chuàng)新發(fā)明幾年以前還難以想象，但通過(guò)前沿技術(shù)，我們已經(jīng)踏上了全新征程。
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