CC BY
52
УДК: 61: 681.3
ИНТЕГРАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО ИНЖИНИРИНГА И АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В МЕДИЦИНСКУЮ СФЕРУ
А.М. ХАДЖИБАЕВ, К.Э. МАХКАМОВ, М.М. АЗИЗОВ
Республиканский научный центр экстренной медицинской помощи
Современные методы диагностики дают возможность неинвазивно исследовать организм человека с помощью физических методов с целью получения изображения внутренних структур организма. Компьютерная обработка данных с мультипланарной реконструкцией позволяет создавать трехмерные модели органов, систем и организма человека в целом, что позволяет использовать их в клинической практике. Специалисты Республиканского научного центра экстренной медицинской помощи осваивают такие системы 3D-проектирования, как AutoCAD, Blender, SolidWorks (Dassault Systemes). Данные пакеты программ используются как объект изучения и как современное эффективное средство прототипирования стабилизирующих систем, имплантов и протезов, а также служат для решения ряда педагогических задач. Параметрическое виртуальное моделирование в медицинской сфере и ее визуализационная реалистичность имеют педагогический потенциал, который способствует приобретению знаний, умений и навыков при подготовке кадров, а также повышению компьютерно-графической и информационной культуры специалистов.
Ключевые слова: 3Э-моделирование, компьютерный инжиниринг, система автоматизированного проектирования, аддитивная технология.
INTEGRATION OF COMPUTER ENGINEERING AND ADDITIVE TECHNOLOGIES
INTO MEDICAL SPHERE
K.M. KHADJIBAEV, K.E. MAHKAMOV, M.M. AZIZOV
Republican Research Centre of Emergency Medicine
Modern methods of diagnostics allow to investigate noninvasively a human body using physical methods to obtain the image of internal structures of body. Computer data processing with multiplanar reconstruction allows creating three-dimensional models of organs and system of organs of human body, which can be used, in clinical practice. Specialists of Republican Research Centre of Emergency Medicine are mastering such systems of 3D designing as AutoCAD, Blender, SolidWorks (Dassault Systemes). These software packages are used as object of studying and as a modern effective method of prototyping of stabilizing systems, implants and artificial limbs, and they are utilized to solve several pedagogical tasks. Additionally, parametrical virtual modelling in medical sphere have pedagogical potential, which promotes acquisition of knowledge, skills during a professional training, and increase the computer-graphic and information culture of doctors.
Keywords: 3D-modelling, computer engineering, computer-aided design, additive technology.
Уровень развития медицины определяет уровень развития общества. Человечество всегда искало пути совершенствования своей жизни. В этом помогают различные исследования, открытия и современные информационные технологии, которые дают возможность выводить медицину на новый, более высокотехнологичный уровень.
Современные методы диагностики позволяют неинвазивно исследовать организм человека при помощи физических методов с целью получения изображения внутренних структур организма. Полученные при спиральной компьютерной томографии срезы любого участка тела человека позволяют судить о локализации, характере и протяженности очага заболевания и дают возможность построить трёхмерную ориентацию патологического процесса [2, 4].
Дальнейшая компьютерная обработка данных с мультипланарной реконструкцией позволяет создавать трехмерные модели органов, систем и организма чело-
века в целом с целью использования их в клинической практике. Для решения этой задачи используются мощные пакеты программ, сочетающих в себе широкий набор инструментов каркасного, твердотельного и поверхностного моделирования с возможностями обратного инжиниринга. Использование данной системы позволяет спроектировать объект любой сложности и решать сложные геометрические задачи.
Компьютерный инжиниринг - это комплекс методов и средств практического решения инженерных задач с помощью компьютерной техники и программного обеспечения. Особое место в этом занимают системы автоматизированного проектирования (САПР). Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD (англ. computer - aideddesign), подразумевающая использование компьютерных технологий в проектировании [1, 3].
Использование компьютерных технологий и САПР в медицине предоставляют более производительные и
эффективные методы моделирования и производства изделий медицинского назначения. В последние годы с учетом резкого увеличения травматизма и его последствий невозможно добиться удовлетворительных результатов в лечении больных со сложными краниофа-циальными травмами без использования современных САПР и аддитивных технологий. Данная технология на высоком качественном уровне позволяет справляться с
конструкторскими, расчетными и технологическими задачами [5].
В профессиональной деятельности хирурга компьютер и САПР являются интеллектуальными субъектами взаимодействия с ним, с инженером и пациентом. В связи с этим интеграция инновационных информационных технологий САПР в медицинской сфере становится, по существу, социально-экономической потребностью, а использование гра-
Рис. 1. Пациент после тяжелой краниофациальной травмы. Реконструкция сложного костного дефекта лобно-орбитально-скуловой области черепа по разработанному в РНЦЭМП алгоритму с использованием САПР и аддитивных технологий
фических навыков в моделировании и производстве изделий медицинского назначения невозможно без знания информационных технологий. Таким образом, цель информатизации сферы здравоохранения состоит во всеобъемлющей рационализации интеллектуальной деятельности за счет внедрения новых информационных технологий в медицину, в радикальном повышении эффективности и качества оказываемой медицинской помощи.
Одно из главных достоинств современных САПР в медицинской сфере - возможность виртуального параметрического 3D-моделирования органов и систем человеческого организма, полная ассоциативность, обеспечивающая мгновенное получение точных трехмерных изображений созданных электронных моделей зоны интереса с последующим планированием хода операции и возможностью 3D-печати.
Рис. 2. Пациент после тяжелой черепно-мозговой травмой с внутричерепным кровоизлиянием, послеоперационным костным дефектом черепа, осложненным судорожным синдрормом. Реконструкция сложного костного дефекта лобно-орбитально-скуловой области черепа по разработанному в РНЦЭМП алгоритму с использованием САПР и аддитивных технологий
В последние годы в РНЦЭМП постоянно проводится работа по использованию современных технических компьютерных средств и новых информационных технологий при подготовке пациентов к хирургическому вмешательству. Передовой опыт информатизации и компьютериза-
ции диагностики и лечения заболеваний показывает явно выраженную тенденцию - предоперационное планирование хирургического вмешательства, обучение молодых специалистов практическим аспектам и их применению в будущей профессиональной деятельности.
Рис. 3. Мультипланарная реконструкция МСКТ-данных у пациента с артериовенозной мальформацией, импортированная в 3D-среду
Рис. 4. Результат импортирования МСКТ-данных в параметрическую 3D-модель у пациентов с аневризмой аорты и стенозом внутренней сонной артерии
Каждому медицинскому учреждению, оказывающему высокотехнологичную медицинскую помощь, следует стремиться освоить и использовать мощный системный программный пакет, обеспечивающий трехмерное параметрическое моделирование в клинических случаях, требующих тщательного разбора и предоперационного планирования. Выбор программного пакета с целью использования в учебном процессе каждого научного учреждения должен основываться на том, чтобы подготовка специалистов велась в русле профессиональной направленности обучения.
Специалисты Республиканского научного центра экстренной медицинской помощи осваивают такие системы 3D-проектирования, как AutoCAD, Blender, а также высококлассный программный пакет мирового уровня компании Dassault Systemes - SolidWorks. Системы автоматизированного проектирования используются как объект изучения, и как современное эффективное средство про-тотипирования имплантов и протезов, а также служат для решения ряда педагогических задач. Возможности параметрического виртуального моделирования в медицинской сфере и ее визуализационная реалистичность имеют педагогический потенциал, который способствует приобретению знаний, умений и навыков при подготовке кадров, а также повышению компьютерно-графической и информационной культуры специалистов.
Необходимость обучения специалистов с интеллектуальными интерактивными системами графической визуализации продиктована утяжелением характера и вида травм, в частности увеличение доли тяжелых переломов, массивных разрушений опорно-двигательного аппарата. Применение комплекса методик пост-
процессорной обработки и программного модуля мультипланарной реконструкции и визуализации соприкасающихся костных структур дает возможность объективизировать объем хирургического вмешательства.
Наличие нерешенных проблем в диагностике и лечении травм краниофациальной области, опорно-двигательной системы на фоне достижений развитых стран мира в этом направлении требует переосмысления и пересмотра тактики лечения этих больных с учетом мировых достижений и технологического прогресса.
К тому же внедрение в лечебный и образовательный процесс графических САПР переводит специалиста в виртуальную область, когда возможности вообще не имеют границ.
Рис. 5. Результат применения САПР у пациентов с посттравматической деформацией нижнелатеральной стенки правой орбиты и скуловой кости. Разработка специалистов РНЦЭМП
Несмотря на бум инжиниринговых и аддитивных технологий, можно отметить ряд причин медленного их внедрения. К ним относятся: низкий уровень осведомленности специалистов о возможностях и перспективах; отсутствие стандартизации (как технологий, так и материалов), регламентов и техпроцессов; отсутствие достаточного числа специалистов по данному направлению. Освоение программного продукта и методы аддитивного производства не являются простыми задачами. Для работы требуются специалисты в этой области. Лишь объединяя усилия, а также благодаря господдержке возможно решение нерешенных актуальных задач в медицинской сфере.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волосова М.А., Окунькова А.А., Конов С.Г., Кото-бан Д.В. Аддитивные технологии: от технического творчества к инновационным промышленным технологиям. Техническое творчество молодежи 2014; 5(87): 9-14.
2. Наттерер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии. М Мир 1990: 288.
3. Пройдаков Э.М. Теплицкий Л.А. Англо-русский толковый словарь терминов и сокращений по ВТ, Интернету и программированию. М Русская Редакция 2004.
4. Смирнов В.В., Барзали В.В., Ладнов П.В. Перспективы развития аддитивного производства в российской промышленности. Опыт ФГБОУ УГАТУ. Новости материаловедения. Наука и техника 2015; 2 (14): 23-27.
5. Фиговский О.Л. Инновационный инжиниринг - путь к реализации оригинальных идей и прорывных технологий. Инженерный вестник Дона 2014; 1.
КОМПЬЮТЕР ИНЖИНИРИНГИ ВА АДДИТИВ ТЕХНОЛОГИЯЛАРНИНГ ТИББИЁТ СОХДСИГА ИНТЕГРАЦИЯСИ
К.М. ХАДЖИБАЕВ, К.Э. МАХКАМОВ, М.М. АЗИЗОВ
Республика шошилинч тиббий ёрдам илмиймаркази
Замонавий ташхис усуллари инсон танасини ноинвазив равишда текшириш оркали визуал тасвирлар яратишга имкон беради. Компьютер-моделлаштириш тизимининг мультипланар реконструкция услуби тана аъзоларининг уч улчамли моделларини яратишга имкон берибгина °олмай, клиник-амалий фаолиятда х,ам кенг кулланилиши мумкин. Республика шошилинч тиббий ёрдам илмий маркази мутахассислари ушбу 3D-моделлаштириш тизимларини (AutoCAD, Blender, SolidWorks (Dassault Systemes) уз фаолиятида куллаб келмокдалар. Ушбу моделлаштириш тизими факатгина визуал тасвирлашгина эмас, баркарорлаштирувчи тизимларни, имплантлар ва протезлар моделларини яратиш ва укув максадларида °улланилади. Парамет-рик моделлаштириш тизими ва виртуал тасвирлаш педагогик истикболга эга булиб, ю°ори малакали му-тахассислар тайёрлашда ва компьютер-график, ахборот технологиялари буйича саводхонликни оширишда катта ах,амиятга эга.
Калит сузлар: 3Э-моделлаштириш, компьютер инжиниринги, автоматлаштирилганлойщалаштириш тизими, аддитив технологиялар.
Сведения об авторах:
Хаджибаев Абдухаким Муминович - доктор медицинских наук, профессор, заместитель министра здравоохранения РУз, Генеральный директор РНЦЭМП.
Махкамов Козим Эргашевич - доктор медицинских наук,
руководитель отдела сложно-сочетанных и осложненных травм с нейрохирургией, директор РНЦЭМП.
Азизов Миралим Мирабидович - врач-ординатор отделения сочетанных травм с нейрохирургией РНЦЭМП. E-mail: [email protected]. Тел.: +998994842500.
