9965379746

Rycina 1

Rysunek fantomu pomiarowego - kratki wzorcowej.

Drawing of a measuring phantom - standard grating.

ku etapów: akwizycji oraz transferu danych z urządzenia tomografii komputerowej - TK, przetwarzania danych obrazowych TK, konstrukcji modelu wirtualnego oraz wytworzenia fantomu fizycznego wybraną techniką RP. Pod pojęciem modelu medycznego kryje się fantom fizyczny wykonany na podstawie danych obrazowych uzyskanych w czasie badania z zakresu diagnostyki obrazowej. Uzyskane obrazy struktur anatomicznych są wykorzystywane w celu lepszej wizualizacji, planowania zabiegu chirurgicznego, bądź wykonania szablonu chirurgicznego.

Istnieją dwie główne dziedziny modelowania medycznego:

1.    wytwarzanie sztucznych zamienników tkanek,

2.    modelowanie medyczne tkanek dla celów diagnostyki medycznej.

W dziedzinie wytwarzania sztucznych zamienników tkanek, wykorzystanie technik szybkiego prototypowania jest ograniczone do tworzenia dokładnego modelu konstruowanej protezy (model RP), a następnie na jego podstawie wygenerowania funkcjonalnej protezy z materiału w pełni biokompatybilnego (model medyczny funkcjonalny) [10,14].

Modele medyczne wykonane dla celów diagnostyki medycznej służą jako podstawa komunikacji oraz konsultacji pomiędzy członkami zespołu lekarskiego (omówienie i zaplanowanie przebiegu zabiegu chirurgicznego, określenie obszarów trudnych i niebezpiecznych podczas zabiegu), komunikacji z pacjentem (omówienie istoty planowanego zabiegu, uświadomienie istniejącego zagrożenia, objaśnienie konieczności wykonania niezbędnej interwencji chirurgicznej, pokazanie planowanego efektu leczenia na modelu fizycznym).

Techniki stosowane w diagnostyce obrazowej, takie jak tomografia komputerowa czy rezonans magnetyczny, wspomagane komputerowym przetwarzaniem danych obrazowych z użyciem oprogramowania CAD (Computer Aided Design), umożliwiają uzyskanie obrazów strukturalnych tkanek, oraz wytworzenie cyfrowych modeli elementów ciała dla modelowania medycznego [12,13].

Wykorzystanie metod szybkiego prototypowania (Rapid Prototyping) umożliwia wykonywanie fizycznych modeli części ciała dla potrzeb leczenia indywidualnego, konkretnego przypadku. Rapid prototyping to wytwarzanie obiektu prototypowego (jednostkowego) w oparciu o trójwymiarowy model cyfrowy (wirtualny). Ma on postać przestrzennej siatki złożonej z trójkątów, reprezentującej powierzchnię zeskanowa-nego obiektu przy użyciu TK lub rezonansu magnetycznego - MR. Format zapisu takiego pliku, zwany STL, jest powszechnie znany w środowisku technologicznym, jako wejściowy format danych dla większości urządzeń RP [5].

Istotnym zagadnieniem w modelowaniu medycznym jest zapewnienie odpowiedniej dokładności geometrycznej modelu fizycznego. Stąd niezwykle istotny staje się problem dokładności obrazowania urządzeń generujących dane obrazowe (TK, MR) w czasie skanowania. Jako że wynikiem akwizycji i przetwarzania danych TK i MR jest model wektorowy (opis bryły poprzez zorientowane powierzchnie fasetkowe), wszystkie poniższe założenia i rozważania odnoszą się do modelu wektorowego. Pomiary oraz analiza błędów wymiarowych zostały również przeprowadzone w odniesieniu do takiego modelu. Takie podejście do analizowanego problemu umożliwia znaczne uproszczenia analiz oraz zawężenie badanego zagadnienia jedynie do dokładności skonstruowanego (wygenerowanego) modelu wektorowego 3D na podstawie danych TK.

Główną trudnością jest odpowiednie ustalenie progu wartości - w skali odcieni szarości - pozwalającej oddzielić badany obiekt od otoczenia. Jako, że geometria badanego obiektu, oraz jego wpływ na wartość progu nie są znane, proces segmentacji jest rodzajem estymacji. Im lepiej przeprowadzony, tym geometria badanego obiektu jest bliższa rzeczywistości. Po wyznaczeniu wartości progu, zbiór obrazów jest poddawany procesowi ekstrakcji konturu dla uzyskania wewnętrznych i zewnętrznych powierzchni badanego obiektu. Wyodrębniana jest krawędź pomiędzy obiektem, a otoczeniem oraz są wyznaczane współrzędne pikseli tej krawędzi [6]. Wynikiem jest bryła opisana powierzchnią fasetkową (STL), powstałą poprzez triangulację punktów krawędzi w poszczególnych przekrojach TK, reprezentująca powierzchnię skanowanego obiektu.

Obecnie, dla potrzeb modelowania medycznego, najczęściej wykorzystywane są tomografy komputerowe, dlatego celem pracy jest analiza dokładności danych obrazowych uzyskiwanych podczas badania TK.

Materiał i metody

Do badania wykorzystano 10 rzędowy tomograf komputerowy Somatom Sensation (Siemens). Przy jego

tom w formie regularnej kratki (250 x 250 x 6 mm) ze 100 równomiernie rozmieszczonymi kwadratowymi znacznikami, wykonany z żywicy epoksydowej (rydna 1,2), który posłużył do wyznaczania przestrzennego rozkładu błędów obrazowania. Fantom wykonano metodą stereolitografii.

Bezpośrednio przed badaniem TK, dokonano pomiarów fantomu przy użyciu koordynacyjnej maszyny pomiarowej (CMM) Leitz PMM12106. Badania przeprowadzone metodą dotykową polegały na pomiarze współrzędnych oraz wymiarów liniowych stu równomiernie rozmieszczonych markerów (rycina 2) w płaszczyźnie fantomu. Jako dane odniesienia posłużyły wymiary fantomu opisane na rysunku wykonawczym (rydna 1). Pomiar na maszynie współrzędnościowej pozwolił na uwzględnienie błędów wykonania modelu fantomu metodą stereolitografii. Błędy te zostały uwzględnione w analizie statystycznej aby nie miały wpływu na główny cel badań - dokładność akwizycji danych TK.

Do przeprowadzenia badań tomograficznych fantom był mocowany bezpośrednio na stole diagnostycznym, każdorazowo zgodnie z wybranym układem pomiarowym (XYZ). Istotnym zagadnieniem w trakcie pomiarów TK było takie ustawienie fantomu w stosunku do testowego układu współrzędnych, aby wszystkie znaczniki fantomu leżały w odpowiedniej płaszczyźnie pomiarowej (XY - YZ - XZ) (rydna 3).

Po dokonaniu autokalibracji, przeprowadzono badanie TK fantomu w zadanych płaszczyznach pomiarowych, stosując następujące parametry:

U = 120kV, I = 140mA, szerokość kolimacji: 0,6 mm, przesuw stołu: 0,6 mm.

Wykonano rekonstrukcje danych surowych niezależnie dla kerneli rekonstrukcyjnych: U30u, U70u, U90u.

Dane uzyskane dla kemeli U30u oraz U70u zostały pominięte ze względu na znacznie gorsze parametry geometryczne modeli wektorowych wygenerowanych na ich podstawie. Do analizy wymiarowej ostatecznie za-