概要：尸體解剖，尤其在培養(yǎng)醫(yī)生做手術(shù)時，可謂是醫(yī)學(xué)培訓(xùn)中的重要一環(huán)。但真實的尸體不僅成本高昂，而且很難找到。
目標：通過對真實尸體進行多層次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)用的一項技術(shù)。Artec長期客戶之一IMA solutions正參與一項結(jié)合新3D掃描與VR技術(shù)的項目，其結(jié)果預(yù)計將會對醫(yī)學(xué)教學(xué)方式產(chǎn)生巨大影響。
蒙彼利埃醫(yī)學(xué)院
事情要從兩位來自蒙彼利埃醫(yī)學(xué)院城市解剖實驗室的外科醫(yī)生Guillaume Captier博士和Mohamed Akkari博士說起，他們希望找到一種方法，解決醫(yī)學(xué)教學(xué)過程中的特定難題。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題。直接使用實體尸體進行解剖，成本很高，而且缺乏經(jīng)驗的學(xué)生往往在第一次嘗試過程中操作不當，不小心破壞多具尸體。
仔細考慮過諸多方案后，他們決定設(shè)計一款精確度較高的實時3D解剖應(yīng)用，讓學(xué)生練習(xí)操作方式，等達到一定標準，再開始在實體尸體上操作，這樣可以讓老師采用一種全新的高效教學(xué)方式。這款獨特的多功能應(yīng)用既可以用于考試場景，考察學(xué)生的知識掌握情況，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，所有實體解剖步驟都經(jīng)過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)，我們總共進行了8次獨立掃描，或者說解剖層次，從皮膚一直深入到內(nèi)層。由于尸體會隨著時間不斷變色，所有掃描都必須盡快完成，且不超過每日工作量上限，以確保每個階段的顏色保持統(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，這款軟件對于有機形狀的建模能力強，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場景下快速操作3D物體的能力，以及配套的觸覺設(shè)備，給您帶來近乎真實的體驗。
“Freeform是我們一直以來使用的一款軟件，它能實現(xiàn)3D場景下的快速3D物體操控，還能通過觸覺設(shè)備模擬觸感。我們這里結(jié)合使用了Phamtom Omni觸覺設(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，比如布爾運算，或僅保留場景下大物體等操作。此外，您還能通過模擬真實黏土模型的觸感，在3D物體上雕刻，比如增添細節(jié)、修飾形狀……當然，也有其他3D軟件可以實現(xiàn)這些功能，但速度遠沒有Freeform來得快。”
對于這項VR解剖項目，IMA Solutions專家通過Freeform軟件對3D模型的幾何與紋理進行了修正和改善。這些修正包括去除孤島、3D雕刻部分小型幾何與3D紋理。要捕獲尸體解剖過程中的每個步驟也充滿了挑戰(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。這些因素都會影響掃描品質(zhì)和最終效果。因此，對于一些復(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Freeform軟件與觸覺設(shè)備輕松完成，整個過程就好比真實環(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軟件可謂是一項令人滿意解決方案，因為它們都能實現(xiàn)“真實手感”，使用設(shè)計十分人性化，能讓用戶全身心投入創(chuàng)作工作中，而不會為技術(shù)問題或復(fù)雜操作而干擾。
“結(jié)合使用Artec掃描儀與Freeform對數(shù)字藝術(shù)家眼中的令人滿意解決方案，因為它們都能輕松上手，而且操作簡單。您只需要專注于您的創(chuàng)作，無需擔(dān)心出現(xiàn)技術(shù)問題或因復(fù)雜操作而困擾?！?
使用Freeform制作頸部解剖3D模型數(shù)字雕刻
解剖過程中，本杰明和他的團隊需要接觸各類組織，而且需要體現(xiàn)它們的紋理和材質(zhì)特征。首先，他們對三個解剖區(qū)進行了可行性測試：頸部兩處，骨盆腔一處。IMA Soultions掃描專家希望掃描效果達到預(yù)期，還能發(fā)現(xiàn)難以預(yù)料的問題。最初的結(jié)果很好，整個3D掃描過程都得到了團隊支持。
“Artec掃描儀捕獲幾何與紋理的能力令人驚嘆，尤其對于那些半透明、或有光折射現(xiàn)象的高難度掃描區(qū)。通過調(diào)節(jié)掃描儀敏感度，我們能夠100%捕獲幾何與色彩，且無需對尸體進行任何事先準備！”
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)格簡化工具，降低3D實時引擎3D模型的多邊形數(shù)。
3D頸部解剖導(dǎo)入Artec Studio 12
這款應(yīng)用程序的新測試版預(yù)計將于2018年第四季度在蒙彼利埃醫(yī)學(xué)院正式推出。同時，IMA Solutions將持續(xù)推進試點項目，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，以實現(xiàn)互動效果。
大學(xué)解剖實驗室主任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教授在程序開發(fā)早期與培訓(xùn)程序互動
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這些數(shù)據(jù)組將由瑞典高科技公司Interspectral通過Inside Explorer技術(shù)運行。這項偉大的科技給我們帶來了互動式的人性化3D學(xué)習(xí)體驗，它能以3D形式展現(xiàn)多模態(tài)的實時采集過程，還能在3D場景下結(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)向前跨進一大步?；邮脚嘤?xùn)應(yīng)用在醫(yī)療教育過程中的成功融合將為學(xué)生、教授與博士帶來諸多利益。未來的年輕醫(yī)學(xué)專家也將有機會在虛擬尸體上實踐操作，不用受到數(shù)量、成本等因素的影響，同時，教師、博士和其他資深醫(yī)學(xué)人士也將迎來全新的醫(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，但通過前沿技術(shù)，我們已經(jīng)踏上了全新征程。
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