Diagnosticare și Chirurgie Virtuală cu Mimics

Rezumat

DIAGNOSTICARE ŞI CHIRURGIE VIRTUALĂ CU MIMICS

Lucrarea de faţă poartă numele de ˝Diagnosticare şi chirurgie virtuală cu Mimics˝ şi îşi propune să utilizeze un software specializat (Mimics © Materialise) pentru a putea ajuta chirurgul să localizeze şi să diagnosticheze tumori şi chiar să poată realiza simularea planului operator pe calculator, ca repetiţie înaintea operaţiei propriu-zise.

Examinarea computer tomograf a evidenţiat o tumoră suprarenală dreaptă cu dimensiunea….. Având în vedere localizarea tumorii se poate face diagnosticul diferenţial cu: tumoră de tip feocromocitom şi tumori neoblastice.

MIMICS este un program de segmentare cu scop general pentru imaginile în tonuri de gri. Acest program poate procesa orice număr de particule de imagini format 2D. Singura restricţie este impusă de memoria calculatorului pe care se lucrează. Interfaţa creată să proceseze imaginile asigură numeroase unelte pentru segmentare şi vizualizare.

Cu ajutorul programului Mimics (Materialise's Interactive Medical Image Control System), am reuşit să vizualizăm şi să segmentăm imagini format CT şi să reprezentăm în format 3D obiectele. Imaginile medicale provenind de la scannerele CT sau MRI constau în informaţii în tonuri de gri. Mimics permite utilizatorului să creeze modele bazate pe valorile de gri (unităţi Hounsfield în imaginile CT) din aceste imagini. O valoare de gri este un număr asociat cu un pixel din imagine ce defineşte umbra (alb, gri sau negru) a pixelului. Există o asociere directă între densitatea materialului obiectului scanat şi valoarea de gri atribuită fiecărui pixel din datele din imagine. Din acest motiv, Mimics are flexibilitatea de a crea modele din orice geometrie posibil de identificat din datele obţinute prin scanare. Prin gruparea împreună a valorilor de gri similare, datele din imagini pot fi segmentate şi sunt create modelele.

Tomografia computerizată constă din matricea valorilor de atenuare reprezentată în variate nuanţe de gri, crescându-se astfel o imagine spaţială a obiectului scanat. Timpii scurţi de scanare sunt preferabili la scanările întregului corp pentru a împiedica apariția artefactelor datorate mişcărilor de respiraţie, peristaltismului sau bătăilor inimii.

După ce am deschis pagina principală a soft-ului am importat suita de imagini pe care am considerat-o cea mai potrivita pentru a o studia. Următorul pas a fost acela de a crea măşti cu ajutorul funcţiei Threshold (Limitarea) pentru a segmenta, sau secţiona, regiunile de interes; dând apoi Calculate 3D, această imagine găsindu-se în cadranul IV. După Thresholding am separat masca în mai multe obiecte cu funcţia Region Growing. După poziţionarea cât mai corectă a abdomenului am segmentat tumora si rinichiul ˝felie cu felie˝ cu ajutorul comenzii ˝edit masks˝, ceea ce înseamnă că am adăugat (Draw) şi am şters pixeli (Erase) până la rezultatul dorit. Tot cu aceeaşi funcţie am ˝decupat˝ tumora de rinichi. Pentru a ˝desprinde˝ rinichiul de tumoră am folosit comanda ˝scăderea booleană˝, pentru a scăpa de restul rinichiului rămas după segmentarea tumorii.

Următorul pas este acela de a realiza remesh-ul elementelor. Această operaţiune este utilizată pentru a creşte şi optimiza calitatea triunghiurilor pentru utilizarea în preprocesoarele pachetelor analitice de calcul cu elemente finite.

Comenzile folosite de remesh pentru tumoră şi rinichi au fost:

Comanda smooth (netezirea unghiurilor). Cu cât este mai mare factorul de netezire, cu atât este mai mare netezirea care se va aplica, valoarea maximă a factorului de netezire fiind 1. Numărul de iteraţii este numărul de aplicări succesive ale algoritmului de netezire.

Comanda reduce (reducerea cantităţii triunghiurilor). Dacă în timpul procesului de reducere 2 triunghiuri sunt înlocuite printr-un singur triunghi, va apare o uşoară deviaţie de la poziţie. Eroarea geometrică este deviaţia maximă permisă între suprafaţa originală şi cea nouă. Este recomandabil să se folosească 1/8 din mărimea pixelului, pentru a menţine acurateţea dintre datele scanate şi modelele 3D; astfel, în cazul nostru, mărimea pixelului fiind de 0.715 mm acceptăm o eroare geometrică de aproximativ 0.09.

Comanda Auto Remesh care se aplică de două ori (va optimiza forma triunghiurilor), o data având valoarea maximă a histogramei de 0,3 şi a doua oară de 0.4, măsurând calitatea triunghiurilor din reţea.

SUMMARY

Diagnosis and Virtual Surgery Mimics

This work is called ˝Diagnosis and Virtual Surgery Mimics˝ and aims to use a specialized software (Mimics © material) to help the surgeon to locate and diagnose tumors and even can make simulation of the operator plan on computer, as rehearsal before the actual operation.

CT examination showed a right adrenal tumor size ... .. Given the location of the tumor may be differential diagnosis: pheochromocytom tumor type and tumor neoblastic.

MIMICS is a general purpose segmentation program for gray scale images. This program can process any number of particles of 2D images. The only restriction is imposed by computer‘s memory. Interface designed to process images provides numerous tools for segmentation and visualization.

Using Mimics software (Interactive Medical Image's Material Control System), we were able to view and image segments formed to represent the CT and 3D objects. Medical images from MRI scanners consist of CT or grayscale information. Mimics allows users to create models based on grayvalues (Hounsfield units in CT images) of these images. A gray value is a number associated with a pixel in the image that defines the shadow (white, gray or black) pixel. There is a direct association between material density of the object scanned and the gray value assigned to each pixel of the image data. For this reason, Mimics has the flexibility to create models of any geometry can be identified from data obtained by scanning. By grouping together similar gray values, images can be segmented data and models are created.

CT attenuation values is the matrix represented in various shades of gray, thereby increasing the space of the scanned image. Short scanning times are preferable to whole-body scans to prevent artifacts due to breathing movements, peristalsis or heartbeat.

After I open the homepage of the software, I considered the best images that were imported afterwards. The next step was to create masks using the Threshold function for the segment, or slice, regions of interest, giving then calculated 3D image that is found into quadrant IV. After thresholding we split into several objects with mask function Growing Region. After accurate positioning of the abdomen and kidney tumors have segmented ˝slice by slice ˝ the command ˝edit masks˝, which means that we have added (Draw) and I deleted pixels (Erase) to the desired result. All the same position I ˝cut˝ kidney tumor. To ˝detach˝ I used kidney tumor control ˝decrease Boolean˝, to get rid of the remaining kidney tumor remaining after segmentation.

The next step is the remeshing of the elements. This operation is used to increase and optimize the quality of the triangles for preprocessing with FEA analytical packages.

Remesh commands used for tumor and kidney were:

The command smooth (smoothing angles). The higher the smoothing factor, the greater the smoothing to be applied, the maximum smoothing factor is 1. The number of iterations is the number of applications successive smoothing algorithm.

The command reduced (reducing the amount triangles). If during the two triangles are replaced by cut one triangle will be a slight deviation from the position. Geometric error is the maximum deviation allowed between the original and the new surface. It is advisable to use 1 / 8 of pixel size to maintain accuracy of scanned data and 3D models, so in our case, 0.715 mm pixel size is the accepted geometric error of about 0.09.

The command Auto Remesh was applied twice (to optimize the shape of a triangle), once with the maximum histogram of 0.3 and 0.4 second time, measuring the quality of the triangles in the network.

I. Introducere

Lucrarea de față își propune să utilizeze un software specializat (Mimics © Materialise) pentru a putea ajuta chirurgul în luarea deciziilor pentru diagnosticare, planificarea operaţiilor sau având ca scop pregătirile generale.

Feocromocitomul, este o boală malignă (canceroasă) rară, în care celulele maligne sunt celule anormale transformate din celulele cromafine din organism. Majoritatea feocromocitoamelor debuteaza la nivelul glandelor adrenergice (medulara suprarenală), unde sunt localizate majoritatea celulelor cromafine. De obicei feocromocitomul afectează o singură glandă. Feocromocitomul poate avea sediul și în altă parte a organismului, de exemplu în zonele din jurul inimii sau a vezicii urinare.

Feocromocitomul determina secreția crescuta de hormoni numiți catecolamine. Catecolaminele in exces produc hipertensiune arterială, care la randul ei determină cefalee (dureri de cap), transpirații, palpitații (percepții ale batăilor ale inimii), durere retrosternală si senzația de anxietate.

În cazul în care simptomatologia indica această boală, se vor efectua investigații ca tomografia computerizata (o investigație ce folosește razele X pentru a crea o imagine a organelor interne) sau rezonață magnetică nucleară, ce folosește unde magnetice pentru a crea o imagine a organelor interne.