Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006 1. Proiectarea sistemului de identificare geometrică a fracturii Sistemul de identificare geometrică a fost conceput să funcţioneze în jurul echipamentului computer tomograf de construcţie Siemens Somatom Plus4 Power. Acesta este prezentat în 1. Figura 1 Echipamentul CI Siemens Somatom Plus4 Power Schematic, un sistem de identificare a fracturii este prezentat în 2 împreună cu componentele sale. Sistemul de generare imagini 2D cu un echipament radiologic flouroscop cu dispozitiv C şi/sau un tomograf computerizat oferă imagini pe folii radiologice sau numerice în planuri ortogonale sau diverse secţiuni din zona traumatizată. Important pentru această fază este de a se adopta numărul şi poziţiile planelor de secţionare optime pentru a se facilita obţinerea unui model 3D precis. Sistem generare imagini 2D Sistem computerizat Reverse Engineering Prototipare virtuală Modele 3D (părţi şi ansamble) Figura 2 Schema sistemului de identificare geometrică Sistemul computerizat Reverse Engineering (Modeling) este structurat hard-soft şi pe baza imaginilor 2D generează modelele geometrice 3D ale fragmentelor osoase ale fracturii precum şi al ansamblului acestora. In Figura este redat un set de imagini corespunzând unor obiecte 3D reconstruite cu ajutorul calculatorului de conducere al CT-ului. Aceste imagini au o rezoluţie deosebit de bună, permit investigaţii de ordin geometric, secţionări, desfăşurate în diverse moduri. Există însă şi un mare dezavantaj, legat de faptul că aceste obiecte 3D nu pot fi exportate în alte formate CAD/CAM cunoscute şi deci nu pot sta la baza niciunui procedeu de reengineering.
Transcript
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
1. Proiectarea sistemului de identificare geometrică a fracturii
Sistemul de identificare geometrică a fost conceput să funcţioneze în jurul
echipamentului computer tomograf de construcţie Siemens Somatom Plus4 Power. Acesta
este prezentat în 1.
Figura 1 Echipamentul CI Siemens Somatom Plus4 Power
Schematic, un sistem de identificare a fracturii este prezentat în 2 împreună cu
componentele sale. Sistemul de generare imagini 2D cu un echipament radiologic flouroscop
cu dispozitiv C şi/sau un tomograf computerizat oferă imagini pe folii radiologice sau numerice
în planuri ortogonale sau diverse secţiuni din zona traumatizată. Important pentru această fază
este de a se adopta numărul şi poziţiile planelor de secţionare optime pentru a se facilita
obţinerea unui model 3D precis.
Sistem generare imagini 2D
Sistem computerizat Reverse Engineering
Prototipare virtuală
Modele 3D (părţi şi ansamble)
Figura 2 Schema sistemului de identificare geometrică
Sistemul computerizat Reverse Engineering (Modeling) este structurat hard-soft şi pe
baza imaginilor 2D generează modelele geometrice 3D ale fragmentelor osoase ale fracturii
precum şi al ansamblului acestora. In Figura este redat un set de imagini corespunzând unor
obiecte 3D reconstruite cu ajutorul calculatorului de conducere al CT-ului. Aceste imagini au o
rezoluţie deosebit de bună, permit investigaţii de ordin geometric, secţionări, desfăşurate în
diverse moduri. Există însă şi un mare dezavantaj, legat de faptul că aceste obiecte 3D nu pot fi
exportate în alte formate CAD/CAM cunoscute şi deci nu pot sta la baza niciunui procedeu de
reengineering.
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
Figura 3 Imagini ale unor obiecte 3D obţinute cu ajutorul softului de reconstrucţie propriu CT
Problema generării de obiecte 3D pe baza imaginilor 2D obţinute prin radiografiere sau
expunere directă şi a exportului lor în formate cunoscute (STL în speţă) se poate rezolva cu
ajutorul unor programe de calcul a căror achiziţie a fost realizată în cadrul acestei etape de
execuţie a proiectului. Aceste obiecte vor fi integrate ulterior în mediul de realitate virtuală
facilitând utilizatorului o interacţiune directă şi multi-modală cu acestea.
Una din dimensiunile de o deosebită actualitate a performanţei în chirurgia reparatorie o
constituie personalizarea soluţiilor de implantare sau a elementelor de corecţie a scheletului. De
cele mai multe ori, în tehnicile chirurgicale clasice, aceste rezolvări survin prin încercări
repetate, care sunt traumatizante şi în general riscante. Din acest motiv, pentru verificarea
soluţiei adoptate de medic, proiectul propune crearea unor replici/modele ale parţilor modelate
şi ale elementelor de implantare sau de grefare, în afara mediului chirurgical, din materiale
uşoare şi ieftine. Pe baza acestor modele, create pe maşini de prototipare rapidă cu răşini
sintetice, medicul poate exersa într-un mediu virtual şi poate obţine astfel deprinderi
suplimentare pe care să le pună în practică în sala de operaţie. Pentru a se putea face studii
concrete în cadrul proiectului se propune achiziţia unei astfel de maşini de prototipare rapidă,
împreună cu programele de calcul aferente, în una din etapele ulterioare de execuţie ale
proiectului.
În cazul imaginilor 2D de tip radiologic se impune preliminar o procesare grafică de
extragere de linii de contur şi de parametrizare a acestora. Apoi, identificarea geometrică a
fracturii şi reconstituirea fragmentelor ca obiecte CAD are drept scop integrarea fracturii reale
într-un spaţiu virtual creat cu ajutorul tehnicilor de realitate virtuală. Pe această bază, medicul
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
poate investiga extraoperator zona afectată şi poate să desfăşoare un protocol operator virtual
pentru validarea unor soluţii şi pentru definirea cu mare precizie a formei şi dimensiunilor unor
eventuale grefoane sau implanturi. Reconstrucţia 3D pornind de la imagini scanate este de o
mare importanţă în acest caz.
Organizarea sălii de identificare geometrică
Modelare în realitate virtuală a sălii de operaţie
Sala de operaţii virtuală din punct de vedere hard se compune dintr-un sistem CAVE
(Cave Automatic Virtual Environment) care este o incintă de 3x3x3 m (vezi Figura )
supervizată spaţial (pe trei direcţii ortogonale) de trei staţii grafice prin intermediul a câte unui
videoproiector şi a unui panou reflector.
Figura 4 Sisstem CAVE de imersie în mediul virtual
Pentru a se facilita interacţiunea operatorului (in cazul de faţă medicul chirurg ortoped)
cu imagini (modele 3D) reprezentate la nivelul display-ului calculatorului) sunt necesare
dispozitive hard de interacţiune în mediul virtual de tipul celor prezentate în Figura 4.
Calculator Dispozitive de vizualizare şi interacţiune haptică Operator uman
Figura 5 Interacţiunea om-calculator în mediul virtual
Dispozitivele de vizualizare în mediul virtual oferă operatorului uman imagini spaţiale
virtuale ale modelelor reprezentate la nivelul display-lui calculatorului şi, de obicei, sunt de
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
tip ochelari sau cască. Astfel de dispozitive se află în dotarea colectivului de lucru Realitate
virtuală din cadrul Departamentului de Mecatronică în care se derulează prezentul proiect, ele
fiind achiziţionate din alte surse de finanţare.
Figura 6 Cască virtuală de tip 5DT HMD 800 şi ARvision-3D HMD
Dipozitivele de interacţiune în mediul virtual sunt montate sau în interacţiune cu mâna
operatorului şi asigură intervenţii directe (atingere, manipulare) a modelelor reprezentate la
nivelul calculatorului. Aceste dispozitive se află de asemenea în dotarea colectivului de
cercetare al UPT.
Figura 8 dispozitiv haptic PHANTOM DESKTOP
Figura 7 Mănuşă virtula cu 16 senzori5DT
În cadrul proiectului FP6 (VEGA-Virtual Reality in Product Design and Robotics),
demarat şi finanţat începând cu data de 1 mai 2005, s-a achiziţionat de către Universitatea
Transilvania Braşov sistemul de realitate virtuală evoluat de tip CAVE cu dispozitive de
vizualizare (HMD) şi interacţiune haptică (de tip Datagloves, Phantom şi SPIDAR), inclusiv
softul de bază necesar dezvoltării diverselor aplicaţii. Acest sistem, prin completare cu
dispozitivele de acţiune medicale specifice şi cu modelele geometrice elaborate de colectivul
partenerului UPT va sta la baza dezvoltării aplicaţiei de tip sală de operaţie virtuală în vederea
O importanţă deosebită pentru aplicaţia de planificare a intervenţiei ortopedice în sala de
operaţii virtuală o au dispozitivele haptice (cu retur de forţă la mâna) care vor permite
operatorului (medicul chirurg) să „simtă” în timpul derulării intervenţiei virtuale contactele
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
directe cu şi dintre fragmentele osoase virtuale realizându-se astfel un nivel ridicat de realism a
acţiunilor din mediul virtual, similar cu cele din mediul real.
Odată realizată configuratia hard şi soft se deschide un nou câmp de cercetări privitor la
strategiile de operare ortopedice. Dezvoltarea strategiei de reconfigurare a osului fracturat, de
către un medic (sau o echipă) imersat total în mediul virtual, se face prin manipulări şi potriviri
ale fragmentelor osoase şi ale implantului. Aceste secvenţe se realizează prin intermediul
dispozitivelor haptice (cu retur de forţă la mâna) si implică încercări multiple în vederea
optimizării traiectoriilor precum şi a succesiunilor intervenţiilor.
O variantă simplificată a mediului virtual se poate obţine prin utilizarea unui ecran de
defazare a imaginii reflectate care crează impresia de spaţiu 3D şi în care se poate plonja cu un
dispozitiv de tip Phantom, asa cum se observă în .
Figura 9 Sistem de imersie bazat pe reflexie
Se studiază oportunitatea achiziţiei în etapele următoare ale proiectului a unui asemenea sistem, deosebit de util pentru exersarea operaţiilor simple de lucru cu instrumentele chirurgicale virtuale.
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
Implementare hard-soft a sistemului de identificare
Sistemul de identificare geometrică a fracturilor se bazează pe imagini achiziţionate prin tomografie computerizată şi prelucrarea ulterioară a acestora în vederea obţinerii de obiecte 3D care pot fi transferate într-un mediu virtual.
Computer-tomografia (CT) face parte din explorările imagistice secţionale, fiind o metodă relativ recentă rezultată din combinarea utilizării razelor X şi a computerului. CT se bazează pe două principii:
- măsurarea atenuarii unui fascicul de raze X ce traversează un corp şi calculul coeficientului său de atenuare, deci a densităţii sale radiologice;
- reconstrucţia imaginii unui obiect plecând de la proiecţiile sale diferite, practic realizând o reproducere bidimensională a realităţii tridimensionale. Imaginea CT reprezintă etalarea anatomică a unei secţiuni axiale a corpului uman de o grosime prestabilită, prin măsurători ale absorbţiei razelor X făcute din diverse unghiuri în jurul corpului uman.
Figura 10 Principiul formării imaginilor la tomografia computerizată
Planul de secţiune este pentru majoritatea structurilor investigate, cel transversal sau axial, pentru fiecare secţiune tubul de raze X se roteşte în jurul bolnavului, având pe partea opusă detectorii al căror rol este de a recepta energia fotonică ce a traversat corpul uman şi de a o transforma în energie luminoasă, pe care ulterior o fotodiodă o transformă în semnale electrice. Aceste semnale sunt apoi digitalizate şi transmise unui procesor de imagini, ce reconstruieşte imaginea pe baza unui număr mare de măsurători, doza de iradiere fiind apreciabilă. În timpul scanării sunt obţinute diferite profile de atenuare sau proiecţii. Profilele de atenuare sunt o colectare a datelor obţinute de la canalele de detectori la o poziţie unghiulară dată a unităţii tub-detector. CT-urile moderne au aproximativ 1.400 de proiecţii la 360° sau aproximativ 4 proiecţii pe grad. Fiecare profil de atenuare cuprinde datele obţinute de la aproximativ 1.500 de canale de detectori, aproximativ 30 de canale pe grad în cazul deschiderii de 50° a fasciculului de radiaţii. Schema de ansamblu a unei unităţi CT cuprinde: - sistemul de achiziţie a datelor, - sistemul de procesare a datelor, - sistemul de vizualizare şi stocare a datelor, - sistemul de comandă a ansamblului. Datele colectate de la fiecare secţiune sunt stocate separat. CT-spirală, sau volumetrică presupune mişcarea continuă a mesei şi rotirea continuă a tubului în timp ce pacientul avansează în Gantry. Raportul dintre viteza mesei/rotaţie (nu per secunda) şi grosimea secţiunii este cunoscut sub denumirea de PITCH. Reconstrucţia imaginii este facută dintr-un singur set de date la grosimea şi intervalul dorit.
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
Avantajele CT-spirală sunt: - reducerea timpului de explorare (un examen de abdomen este efectuat numai în 1-2 minute, fiind necesare 2-3 spire, fiecare de aproximativ 25-30 secunde); - nu depinde de respiraţia şi inconstanţa mişcărilor respiratorii; - ameliorarea detectabilităţii leziunilor în special a celor mici; - reducerea cantităţii de SDC utilizată şi în consecinţa a costului examinării; - posibilitatea reformatării rapide în planuri multiple sau a reconstruirii; - reducerea dozei de iradiere a bolnavului.
In practica tomografiei computerizate exista mai multe metode de reconstrucţie a imaginii plane d ela nivelul unui slice pornind de la infromatiile date de senzori. Printre cele mai importante se pot menţiona: reconstrucţia din proiecţii, metoda transformatei Radon, metoda convoluţiei, metoda transformatelor Fourier, metode algebrice, reconstrucţia Fourier, metoda regiunii sensibile, metoda iradierii selective. Prelucrarea ulterioară a imaginilor după reconstrucţie se bazează pe conversia analog-digitală şi aplicarea ulterioară a unor filtre adecvate în scopul îmbunătăţirii luminanţei şi a contrastului, eliminării artefactelor, compresiei imaginilor, etc. Perfecţionarea şi ieftinirea tehnicii de calcul si progresele în redarea imaginilor prin mijloace moderne de televiziune au condus la rezultate remarcabile în tratarea numerică a imaginilor. Funcţia bidimensională a unei imagini statice este în general o funcţie analogică , s(x,y) ,exprimând de exemplu valoarea luminanţei în orice punct al spaţiului continuu (x,y). Pentru tratarea numerică a semnalului, acesta se prefiltrează şi se converteşte în semnal digital, în conformitate cu teorema eşantionării bidimensionale. Funcţia de eşantionare bidimensională este nulă în mulţimea punctelor ordonate prin reţeaua spaţială numită grilă. Pe măsura perfecţionării sistemelor de prelucrare numerică a imaginilor, produsul MxN a evoluat de 64x64 către 1024x1024. Pentru a obţine calitatea unei fotografii de dimensiunea cărţii poştale, este necesară o matrice de 600x900 puncte. Cuantizarea funcţiei de luminanţă se efectuează în raport cu exigentele puse. În cazul cel mai simplu imaginea se poate forma în alb-negru pe două nivele, decizia făcându-se cu un discriminator de nivel ajustabil. Unele particularităţi ale imaginii analizate şi capacitatea subiectivă de analiză a vederii, conduc la posibilitatea cuantizării neliniare a luminanţei. Matematic, funcţia corespunzătoare este cea logaritmică. Dacă imaginea nu este destinată vederii, se adoptă criteriul cuantizării optimale, bazat pe statistica funcţiei de luminanţă, minimizând eroarea medie pătratică. Reconstituirea imaginii după operaţiile de prelucrare numerică presupune şi o filtrare de interpolare. Dacă însă paşii de eşantionare sunt suficient de mici, interpolarea se realizează datorită proprietăţii integratoare a vederii. O problemă deosebită în tratarea numerică a imaginilor este reducerea volumului de date, fără să fie afectată calitatea imaginii. O imagine cu NxN puncte conţine un volum foarte mare de biţi. Pentru reducerea formei canonice se iau în considerare caracteristicile semnalului imaginii. Metodele de reducere a redundanţei au fost elaborate după diverse criterii: psihovizuale, codare diferenţială, transformări liniare, metode predictive. Modele virtuale fractură preliminare
Prelucrarea imaginilor de diferite tipuri a devenit din ce în ce mai importantǎ în
procesul de diagnosticare. O serie de probleme apar la selectarea metodelor de prelucrare pentru a se genera imagini de bunǎ calitate şi a obţine informaţii pertinente. În prezent, la Universitatea Politehnica Timişoara, membrii colectivului din prezentul contract, au realizat o serie de cercetǎri în vederea reconstruirii 3D a structurii osoase, cu obţinerea unor seturi mici de date compatibile cu metodele CAD tradiţionale.
Pentru uşurinţa utilizării, s-a realizat o interfaţa graficǎ utilizator (GUI) în Matlab (vezi Figura). Ea permite încǎrcarea unui fişier specificat de la computer tomograf, fişier
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
având extensia jpg. În partea stângǎ a interfeţei existǎ o barǎ de rulare orizontalǎ ce permite alegerea nivelului de gri pentru binarizarea imaginii. Nivelul de gri se vizualizeazǎ în caseta de editare situatǎ sub bara de rulare. Procesul de binarizare se poate repeta pânǎ în momentul când imaginea binarǎ obţinutǎ este corespunzǎtoare din punct de vedere calitativ.
Figura 11 Interfaţa graficǎ utilizator a aplicaţiei de prelucrări de imagini
Urmǎtoarea etapǎ de prelucrare este decuparea regiunii de interes din imagine, zona în
care este plasatǎ secţiunea respectivǎ. Acest lucru se realizeazǎ prin acţionarea butonului de comandǎ “Crop image” şi selectarea zonei ce prezintǎ interes. Acest proces simplificǎ mult prelucrǎrile ulterioare, datoritǎ eliminǎrii a numeroase obiecte, ce sunt îndepǎrtate din imagine. Simultan cu decuparea imaginii, se eliminǎ toate celelalte obiecte conţinute în imagine, rǎmânǎnd doar obiectul cel mai mare. Imaginea obţinutǎ în aceastǎ etapǎ poate fi vizualizatǎ în Figura .
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
Figura 12 Imaginea dupǎ decupare
Înainte de extragerea muchiilor, mai pot fi aplicate anumite corecţii. Aceste corecţii se gǎsesc într-un meniu pop-up:
- fill holes (umplerea eventualelor gǎuri interioare – dacǎ este cazul); - separate attached objects (separarea obiectelor ce au rǎmas ataşate de obiectul de
Scopul prezentei cercetǎri a fost extragerea structurilor tubulare din imaginile de la computer tomograf, astfel încât în afara golului interior, toate celelalte orificii trebuie umplute. Acest lucru se realizeazǎ prin inversarea imaginii şi pǎstrarea primelor douǎ obiecte în ordinea descrescǎtoare a dimensiunilor. Imaginea înainte şi dupǎ umplerea orificiilor este prezentatǎ în fig 13.
Figura 13 Imaginea înainte şi dupǎ umplerea orificiilor
Datoritǎ nivelurilor de gri foarte apropiate, este posibil ca anumite obiecte externe pot sǎ rǎmânǎ ataşate obiectului central. Pentru a elimina aceste elemente exterioare, se aplicǎ o deschidere, în urma cǎreia se menţine doar obiectul cu extensia maximǎ. Efectul acestei corecţii este evidenţiat în fig.14.
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
Figure 14 Imaginea înainte şi dupǎ eliminarea obiectelor ataşate
Ultima corecţie este cea manualǎ. Aceastǎ metodǎ de corecţie a fost introdusǎ pentru cazul când celelalte metode nu sunt eficiente. La selectarea acestei corecţii, cursorul se transformǎ într-o cruciuliţǎ subţire, iar utilizatorul poate selecta doi pixeli din imagine. O linie de culoare neagrǎ se traseazǎ între cele douǎ puncte, pe baza cǎreia se separǎ o regiune din zona de interes. În acest fel, în imagine vor apǎrea douǎ obiecte distincte, din care se pǎstreazǎ cel mai mare. O ilustrare a acestei prelucrǎri se poate vedea în Figura 15.
Figura 15 Corecţia manualǎ a imaginii
Urmǎtoarea etapǎ este detectarea muchiilor. Datoritǎ algoritmului de prelucrare, în imagine apar doar douǎ muchii, una interioarǎ şi una exterioarǎ, Figura 26.
Figura 26 Detectarea muchiilor
Pasul final este scrierea fişierelor ce conţin coordonatelor muchiilor interne şi externe. Înainte de salvarea fişierelor, cele douǎ contururi se ordoneazǎ sub forma unei curbe închise.
Dupǎ prelucrarea tuturor secţiunilor, utilizatorul poate studia complexitatea fiecǎreia şi poate decide numǎrul de puncte semnificative necesare pentru secţiunea cea mai complexǎ,
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
astfel încât secţiunea cea mai complexǎ sǎ poatǎ fi reprodusǎ corespunzǎtor. Pe baza acestui raţionament, obiectul final 3D va conţine mai puţine suprafeţe. Din toate secţiunile se selecteazǎ un acelaşi numǎr de puncte, determinat de secţiunea cea mai complexǎ. Pentru scopuri de vizualizare, a fost dezvoltatǎ o aplicaţie ce face conversia din coordonatele (x, y, z) ale punctelor într-un obiect VRML. Acest obiect este definit prin construirea de triunghiuri pe baza punctelor existente. Shape { appearance Appearance { material Material { diffuseColor 0.7 0.8 0.9 } } geometry IndexedFaceSet { convex FALSE colorPerVertex FALSE coord Coordinate { point [ 27.00 0.00 -54.50 27.00 0.00 -55.00 … 20.00 16.00 -60.00 ] } coordIndex [ 0, 32, 33, 1, -1 1, 33, 34, 2, -1 2, 34, 35, 3, -1 … 511, 543, 512, 480, -1 0 1 2 … 512 -1 ] creaseAngle 3 } }
Fig.17. Rezultatul acestei conversii pentru un fragment de maxilar poate fi vizualizat în Figura 3fig. 7.
Figura 3 Fragment de maxilar generat ca obiect VRML
Pe baza datelor existente se pot efectua conversii în curbe spline, respectiv în suprafeţe spline de tip IGES. O secvenţǎ de cod din generarea fişierului IGES de suprafeţe este prezentatǎ în continuare: This is an IGES file created by SURF2IGS software. S0000001 1H,,1H;,8HSURF2IGS,12Hsectiune.igs, G0000001 12HSURF2IGS 1.0,7H2005040,32,38,7, G0000002 38,15,,1.,2,2HMM,32768,0.5,15H20060226.163427,0.01,400, G0000003 12HGeorge Savii,11HMecatronica,11,0,15H20050128.102623; G0000004 128 1 1 1 0 0 0 000000000D0000001 128 0 0 690 0 SPLSRF 1D0000002 128, 33, 18,2,2,1,0,1,1,0, 1P0000001
Figura 4 Fragment de maxilar generat din imagine tomograficǎ
Pentru reconstrucţia mandibulei umane, s-a realizat un model prin reconstrucţie prin
digitizare cu digitizor 3D Micriscribe 2G aflat în dotarea cfolectivuluji departamentului. Etapele de realizare ale modelului:
- prelevarea punctelor; - prelucrarea fişierelor în .pts; - importarea în ProEngineer; - trasarea curbelor în proE; - constructia curbelor care definesc maxilarul. - generarea suprafetelor prin curbe - fig. 12 - generarea solidului (vezi )
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
Figura 5 Maxilarul inferior ca solid 3D
Un alt studiu s-a efectuat pe oasele lungi al corpului, şi anume pe femur. În acest caz
femurul uman a fost reconsruit prin digitizare cu Microscribe 2G, un digitizor de ultimă generaţie achiziţionat de Universitate Politehnica Timişoara. S-au măsurat un număr sufiecient de puncte de pe suprafaţa exterioară a osului, s-au trecut prin Excel şi s-au oţinut fiţiere de tip .pts ce se pot importa în proEngineer. Din aceste puncte s-au construit curbe, suprafeţe, ce s-au prelucrat pâna la un moment dat în proE (Figura 6).
Figura 6 Reconstruirea 3D a femurului
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
Pentru realizarea modelului solid al femurului şi realizarea fracturilor la capul femural, modelele s-au preluat in Cimatron (datorită facilităţilor pe care le prezintă acest program în reconstituirea solidului din suprafeţe) şi s-au obţinut modelele din Figura 7.
Figura 7 Modele de fracturi la femur
S-a făcut un studiu pentru selectarea tipurilor de fracturi. La ora actuală există o serie de clasificări, dintre care se poate evidenţia clasificarea Evans (Figura 8): tipul I – nedeplasată, tipul II – deplasată, tipul III - fractură fără suport posterolateral, tipul IV - fractură fără suport posterolateral şi mediu, tipul V – combinaţie între tipul III şi IV, tipul VI - fractură oblică inversă.
Figura 8 Clasificarea fracturilor după Evans
S-a continuat cercetarea pentru a investiga metodele de implantare a osului fracturat, pentru a vedea influenţa diferitelor tipuri de implanturi asupra tensiunilor osoase şi a riscului de rupere. S-au modelat în proE cele 4 tipuri de implanturi folosite, şi anume: implantul fix
Raport Tehnic – 114 CEEX – II – 03 / 15.09.2006
exterior (plăcuţa fixă) (a), implantul exterior format din două piese mobile (b), implantul interior format din două piese mobile (c), implantul format don tije de tip Ender (d), după cum se poate vedea în Figura 9.
a. b. c. d.
Figura 9 Implantele studiate pentru fractura de femur
Toate aceste modele au fost studiate cu metoda elementului finit în Ansys, pentru a se vedea care dintre acestea au comportamentul cel mai bun, în funcţie de tipul fracturii, pe parcursul funcţionării în organismului uman. Concluzii Analizând cele prezentate anterior se pot formula următoarele concluzii:
1. Organizarea sistemului de identificare geometrică a fracturilor se face în jurul echipamentului computer tomograf de producţie Siemens Somatom Plus4 Power aflat în dotarea colectivului de cercetare implicat în prezentul proiect;
2. Obiectele virtuale implicate în procesul operator la distanţă se vor crea prin reconstrucţie 3D folosind mai multe tipuri de aplicaţii;
3. Pentru reconstrucţia unor elemente simple, de forme regulate, se pot folosi tehnici proprii bazate pe module software originale, dezvoltate de membrii echipei de cercetare. Aceste module sunt dezvoltate în Matlab;
4. Pentru reconstrucţia unor elemente complexe, de forme variate, cu cavităţi, este necesară utilizarea unor softuri specializate, de mare complexitate. Un astfel de pachet software este MIMICS, program care a fost achiziţionat din bugetul actualului proiect şi care va sta la baza elementelor virtuale de schelet care vor fi folosite în programarea operatorie;
5. Dotarea Departamentului de Mecatronică cu dispozitive haptice de imersie în medii virtuale permite dezvoltarea unor aplicaţii de instruire preoperatorie în medii virtuale;
6. Pe baza dotărilor existente şi a obiectivelor propuse pentru etapele viitoare, colectivul de cercetare de la Departamentul de Mecatronică al Facultăţii de Mecanică poate să se integreze uşor în preocupările celorlalţi parteneri în proiect orientate spre realizarea unei săli de operaţie virtuale, echipată cu instrumente virtuale şi cu pacienţi virtuali;
Preocupările de cercetare ale colectivului implicat în prezentul proiect sunt prezentate pe
pagina web a proiectului disponibilă la adresa http://dpr.unitbv.ro/mervi/
