3D-визуализация для планирования операций и выполнения хирургического вмешательства (CAS-технологии)

Abstract

CAS-технологии (от англ. Computer Assisted Surgery), или автоматизированные операции, представляют собой хирургический подход, а также ряд методов, в которых компьютерные технологии используются для хирургического планирования и направления или для выполнения хирургических процедур. CAS-технологии также известны как компьютерная хирургия, компьютерное вмешательство, изображения управляемой хирургии и хирургической навигации. CAS-технологии включают в свой состав систему 3D-визуализации, основанную на использовании медицинских изображений, с формированием компьютерной, анатомической 3D-модели зоны интереса пациента и дальнейшее планирование хирургического вмешательства вместе с выполнением виртуальной операции. Задачи, которые решались в нашей работе, можно разделить на три части. 1. Сформулировать требования и описать функциональную структуру системы 3D-визуализации для планирования хирургического вмешательства и проведения виртуальной операции. 2. На основе медицинских изображений высокого разрешения реконструировать компьютерную анатомическую модель органа человека. 3. При помощи 3D-принтера создать материальную модель исследуемого органа. В итоге были получены следующие результаты. 1. Сформулированы требования и описана функциональная структура системы 3D-визуализации для планирования хирургического вмешательства и выполнения виртуальной операции. 2. На основе медицинских изображений высокого разрешения реконструирована и оптимизирована компьютерная анатомическая 3D-модель ушной раковины ребенка с синдромом Гольденхара. 3. На основе медицинских изображений высокого разрешения реконструирована комплексная анатомическая 3D-модель беременной женщины и плода. 4. При помощи 3D-принтера создана материальная 3D-модель ушной раковины из ABS-пластика.

CAS technologies represent approaches and methods utilizing the computer technologies for surgical planning, guidance and execution. They provide better visualization of surgical field by precise presurgical diagnostics and planning of intervention in virtual reality. Hence, surgeon can foresight the risks during surgery and make an optimal plan. The 3D visualization and surgery planning system is the one of the crucial parts of CAS technologies. Objectives of our work include: 1) description of the functional structure and properties of the 3D visualization system under development; 2) reconstruction of the computer, anatomical 3D model of human organs based on medical images of the high definition; 3) creation of tangible plastic model of human organ by means of rapid 3D prototyping.