mimics se - romanian course book

Download Mimics SE - Romanian Course Book

If you can't read please download the document

Post on 19-Jan-2016

80 views

Category:

Documents

15 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Traducere i adaptare Mihai Trcolea 2010

  • 1

    Manual Mimics Student Edition Cuprins 1 / Introducere 3 / Generaliti 3

    Despre Materialise 3 Istoria Mimics 3 De la imagine la model 3 Explicarea formatului de fiier STL 4 Segmentarea 4 Aplicaiile Mimics 5 RP 5 CAE 6 Remeshing 7 Volume Mesh (Reeaua volumetric) 7 Proprietile materialului 7 CAD 8 Simularea chirurgical 8 Discuii i Concluzii 9 nainte de a ncepe 10

    Instalai bibliotecile 10 Cum se folosete acest manual 10

    / Mimics Lecia 1: Navigarea n Mimics 11 1.1. Explicaie 11 1.2. Lucrri practice pas cu pas 13

    Scenariu: 13 Navigarea 13 Zooming i Panning 13 Comenzi rapide (shortcuts) 13 Pagini de ajutor 14 Managementul Proiectului 14 Toolbar-ul de Management al Proiectului 14 Windowing (Lucrul cu Ferestrele) 15 Volume Rendering 16 Instrumente de msurare 16 Msurarea Distanelor i Unghiurilor 16 Msurarea Densitii i nscrierea Adnotrilor 17

    1.3. Tem de laborator Aplicaie 18

    / Mimics Lecia 2: Segmentarea de baz 19 2.1. Explicaie 19 2.2. Lucrri practice pas cu pas 19

    Scenariu: 19 Toolbar-ul Thresholding 20 Thresholding cu Draw Profile Line 20 Region Grow (Creterea Regiunii) 22 Calculul modelului 3D 23 Restrngerea mtii (Crop Mask) 24 Editarea mtii 25 Creterea dinamic a regiunii 26 Instrumente 3D 27 Captura filemlor 29

    2.3. Tem de laborator Aplicaie 29

  • 2

    / Mimics Lecia 3: Segmentarea avansat 30 3.1. Explicaie 30 3.2. Lucrri practice pas cu pas 30

    Scenariu: 30 Editarea multipl a feliilor 30 Interpolare 32 Editarea Mtii n 3D 33 Operaiuni morfologice 35 Operaiuni Booleane 37 Msurarea distanelor 37 Exportul ctre formatul txt 38

    3.3. Tem de laborator Aplicaie 39

    / Mimics Lecia 4: Simularea chirurgical 40 4.1. Explicaie 40 4.2. Lucrri practice pas cu pas 40

    Scenariu: 40 Tierea (Cut) 40 Importul i Repoziionarea unui obiect STL 42

    4.3. Tem de laborator Aplicaie 43

    / Mimics Lecia 5: CAD link 44 5.1. Explicaie 44 5.2. Lucrri practice pas cu pas 44

    Scenariu: 44 Suprafee Iges 44 Exportul ctre CAD 51

    5.3. Tem de laborator Aplicaie 52

    / Mimics Lecia 6: Crearea axei de simetrie 53 6.1. Explicaie 53 6.2. Lucrri practice pas cu pas 53

    Scenariu: 53 Calculul i exportul axei (Centerline) 53 Tierea finalului axei (Cut Centerline Ending) 56 Modificarea liniei centrale (Modify Centerline) 56

    6.3. Tem de laborator Aplicaie 58

    / Mimics Lecia 7: FEA (partea 1) 59 7.1. Explicaie 59 7.2. Lucrri practice pas cu pas 61

    Scenariu: 61 Recalcularea reelei (Remeshing) 61 Atribuirea materialelor (Material Assignment) 65 Export to FEA 67

    7.3. Tem de laborator Aplicaie 68

    / Mimics Lecia 8: FEA (partea 2) 69 8.1. Explicaie 69 8.2. Lucrri practice pas cu pas 69

    Scenariu: 69 Crearea unui ansamblu Non-Manifold 69 Optimizarea reelei ansamblului non-manifold 72 Sciziunea unui ansamblu non-manifold i Exportul componentelor remesh-ate 75

    8.3. Tem de laborator Aplicaie 76

    / Anexa A Definiia Ansamblului Non-Manifold 77

  • 3

    Introducere

    Mimics (Materialises Interactive Medical Image Control System) este un software pentru procesarea imaginilor medicale i crearea modelelor 3D. Mimics folosete imagini medicale 2D, n seciune transversal, precum cele obinute prin tomografie computerizat (computed tomography CT) sau rezonan magnetic nuclear (magnetic resonance imaging MRI sau RMN) pentru a construi modele 3D, care pot fi legate direct cu rapid prototyping, CAD, simulri chirurgicale i analize inginereti avansate.

    Generaliti

    Despre Materialise Materialise este o companie internaional, bine cunoscut pentru activitile sale n domeniul rapid prototyping, prototyping industrial i medical. i-a nceput activitatea n 1990 ca o corporaie spin off din Universitatea din Leuven, Belgia, avnd la nceput un birou pentru servicii de rapid prototyping. De atunci, Materialise s-a dezvoltat ntr-unul din cei mai mari productori mondiali de prototipuri. Compania are, de asemenea, o reputaie mondial de furnizor de soluii software inovatoare. Astfel, Materialise a dobndit poziia de lider de pia pentru tiprirea 3D i software CAD digital, pe lng cea de juctor major n procesarea imaginilor medicale i dentare i simulrile chirurgicale. Pentru industriile de prototyping rapid i medical, Materialise ofer o gam de soluii software. Mimics este un instrument procesare a imaginilor medicale pentru crearea modelelor 3D i legarea modelelor de sistemele de rapid prototyping (RP), computer aided engineering (CAE), computer aided design (CAD) i planningul chirurgical. Surgicase CMF este un software de planning chirurgical cranio-maxilo-facial bazat de CT. El permite utilizatorilor s importe datele pacientului, s creeze modele 3D, s planifice etapele chirurgicale i s realizeze prototipuri rapide pentru ghidarea chirurgical, care pot fi folosite n timpul operaiei pentru a realiza corect planul chirurgical. Simplant este un software Materialise pentru planningul implantelor dentare. Similar cu Surgicase, el permite planificarea chirurgical pentru implantarea dentar i pregtete ghidarea chirurgical pentru sala de operaie. Toate pachetele software medicale dezvoltate de Materialise sunt aprobate FDA (Food and Drug Administration, USA). Magics RP este considerat drept un puternic instrument de preprocesare pentru manufactura aditiv (strat dup strat). El pregtete fiiere (de tip STL) ce conin informaii despre obiecte 3D pentru manufactura aditiv i care permite de asemenea manipularea reelelor i a geometriei. 3-matic este un alt software, de tip forward engineering, care permite manipularea avansat i proiectarea n format STL. El permite utilizatorului s efectueze operaiuni CAD digitale (adic operaiuni tipice CAD ntr-un fiier STL, n locul fiierelor tradiionale CAD) i realizeaz fixarea (rezolvarea erorilor) i remesh-area pentru CAE. Materialise asigur c toate pachetele software sunt certificate ISO-9001 i c exist o legtur direct ntre toate aceste pachete.

    Istoria Mimics Dup nceperea activitii companiei Materialise n 1990 ca o companie de rapid prototyping, nu a durat mult pn la identificarea analogiei ntre RP i CT (sau MRI); n RP, un model 3D este construit felie cu felie, n timp ce scannerul CT lucreaz invers, diviznd un model 3D (corpul uman) ntr-o stiv de imagini. n 1992 Materialise a scris programul care a fcut legtura ntre informaia imagistic i modelele RP. Programul a permis extragerea informaiei 3D dintr-o stiv de imagini i construcia unui model din acestea, folosind tehnologia RP. Astfel s-a nscut Materialises Interactive Medical Image Control System (MIMICS).

    De la imagine la model O stiv de imagini poate fi ncrcat n software (Mimics), aceasta constnd uzual din imagini n planul XY (axial). Apoi, Mimics calculeaz i creeaz imagini n planele XZ (coronal) i YZ (sagital). Aceasta

  • 4

    permite o percepie 3D mai cuprinztoare a datelor 2D. Soluia pentru conversia datelor anatomice din imagini n modele 3D este un proces numit segmentation (segmentare). n timpul segmentrii, utilizatorul indic structura (structurile) de interes n datele din imaginile feliate. Aceast informaie este apoi folosit pentru a reconstrui un model 3D din elementele segmentate. Pentru a descrie suprafaa exterioar a modelului 3D, Mimics folosete formatul STL, care este formatul comun pentru fiiere n RP. Formatul STL permite descrierea cu acuratee a celor mai complexe configuraii geometrice. Aceast acuratee este necesar, deoarece datele anatomice sunt n general foarte complicate. Segmentarea precis este important pentru a putea extrage informaii semnificative din imagini.

    Explicarea formatului de fiier STL Un fiier STL reprezint o reea de suprafa triangulat. Fila conine cte trei noduri pentru fiecare triunghi i definete direcia normal pe acest triunghi. Formatul acestui tip de fil este ideal pentru geometria anatomic, datorit structurii sale simple i flexibilitii de a se adapta oricrui contur dorit. Nu este controlat de restricii parametrice, aa cum se ntmpl n cazul fiierelor CAD sau IGES. n imaginea de mai jos se poate observa un exemplu de triangulaie ntr-o fil STL.

    Segmentarea Imaginile medicale provenind de la scannerele CT sau MRI constau n informaii n tonuri de gri. Mimics permite utilizatorului s creeze modele bazate pe valorile de gri (uniti Hounsfield n imaginile CT) din aceste imagini. O valoare de gri este un numr asociat cu un pixel din imagine, ce definete umbra (alb, gri sau negru) pixelului. Exist o asociere direct ntre densitatea materialului obiectului scanat i valoarea de gri atribuit fiecrui pixel din datele din imagine. Din acest motiv, Mimics are flexibilitatea de a crea modele din orice geometrie posibil de identificat din datele obinute prin scanare. Prin gruparea mpreun a valorilor de gri similare, datele din imagini pot fi segmentate i sunt create modelele. Acest tip de segmentare este denumit thresholding (delimitare) i conduce la obinerea unor modele precise.

    Multe din instrumentele de segmentare din Mimics sunt comune procesrii de imagini i pot fi aplicate n oricare din vederi (XY, XZ sau YZ), dar Mimics are un instrument de editare 3D unic; o segmentare iniial poate fi optimizat ntr-o pre-vizualizare 3D (Figura 1). Aceasta face editarea foarte uoar, ct vreme permite editarea n 3D, care este mai uor de neles dect editarea 2D.

    Figura 1. Editarea unui model Mimics n 3D pentru a putea prelua doar capul femural.

  • 5

    Folosind instrumentul de segmentare i informaia cunoscut asupra mrimii pixelului i a distanei dintre feliile de imagini, Mimics poate calcula un model 3D (Figura 2). Acurateea ntr-un model Mimics depinde de acurateea obiectului capturat din scanare.

    Figura 2. Obiecte 3D calculate din imagini CT.

    Aplicaiile Mimics Dei Mimics a fost iniial proiectat pentru a realiza o legtur intre i