mimics se - romanian course book

79
Traducere şi adaptare Mihai Târcolea © 2010

Upload: vladuttz24

Post on 19-Jan-2016

103 views

Category:

Documents


15 download

TRANSCRIPT

Page 1: Mimics SE - Romanian Course Book

Traducere şi adaptare Mihai Târcolea © 2010

Page 2: Mimics SE - Romanian Course Book

1

Manual – Mimics Student Edition Cuprins 1 / Introducere 3 / Generalităţi 3

Despre Materialise 3 Istoria Mimics 3 De la imagine la model 3 Explicarea formatului de fişier STL 4 Segmentarea 4 Aplicaţiile Mimics 5 RP 5 CAE 6 Remeshing 7 Volume Mesh (Reţeaua volumetrică) 7 Proprietăţile materialului 7 CAD 8 Simularea chirurgicală 8 Discuţii şi Concluzii 9 Înainte de a începe 10

Instalaţi bibliotecile 10 Cum se foloseşte acest manual 10

/ Mimics – Lecţia 1: Navigarea în Mimics 11 1.1. Explicaţie 11 1.2. Lucrări practice pas cu pas 13

Scenariu: 13 Navigarea 13 Zooming şi 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 măsurare 16 Măsurarea Distanţelor şi Unghiurilor 16 Măsurarea Densităţii şi Înscrierea Adnotărilor 17

1.3. Temă de laborator – Aplicaţie 18

/ Mimics – Lecţia 2: Segmentarea de bază 19 2.1. Explicaţie 19 2.2. Lucrări practice pas cu pas 19

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

2.3. Temă de laborator – Aplicaţie 29

Page 3: Mimics SE - Romanian Course Book

2

/ Mimics – Lecţia 3: Segmentarea avansată 30 3.1. Explicaţie 30 3.2. Lucrări practice pas cu pas 30

Scenariu: 30 Editarea multiplă a feliilor 30 Interpolare 32 Editarea Măştii în 3D 33 Operaţiuni morfologice 35 Operaţiuni Booleane 37 Măsurarea distanţelor 37 Exportul către formatul txt 38

3.3. Temă de laborator – Aplicaţie 39

/ Mimics – Lecţia 4: Simularea chirurgicală 40 4.1. Explicaţie 40 4.2. Lucrări practice pas cu pas 40

Scenariu: 40 Tăierea (Cut) 40 Importul şi Repoziţionarea unui obiect STL 42

4.3. Temă de laborator – Aplicaţie 43

/ Mimics – Lecţia 5: CAD link 44 5.1. Explicaţie 44 5.2. Lucrări practice pas cu pas 44

Scenariu: 44 Suprafeţe Iges 44 Exportul către CAD 51

5.3. Temă de laborator – Aplicaţie 52

/ Mimics – Lecţia 6: Crearea axei de simetrie 53 6.1. Explicaţie 53 6.2. Lucrări practice pas cu pas 53

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

6.3. Temă de laborator – Aplicaţie 58

/ Mimics – Lecţia 7: FEA (partea 1) 59 7.1. Explicaţie 59 7.2. Lucrări practice pas cu pas 61

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

7.3. Temă de laborator – Aplicaţie 68

/ Mimics – Lecţia 8: FEA (partea 2) 69 8.1. Explicaţie 69 8.2. Lucrări practice pas cu pas 69

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

8.3. Temă de laborator – Aplicaţie 76

/ Anexa A – Definiţia Ansamblului Non-Manifold 77

Page 4: Mimics SE - Romanian Course Book

3

Introducere

Mimics (Materialise’s Interactive Medical Image Control System) este un software pentru procesarea imaginilor medicale şi crearea modelelor 3D. Mimics foloseşte imagini medicale 2D, în secţiune transversală, precum cele obţinute prin tomografie computerizată (computed tomography – CT) sau rezonanţă magnetică nucleară (magnetic resonance imaging – MRI sau RMN) pentru a construi modele 3D, care pot fi legate direct cu rapid prototyping, CAD, simulări chirurgicale şi analize inginereşti avansate.

Generalităţi

Despre Materialise Materialise este o companie internaţională, bine cunoscută pentru activităţile sale în domeniul rapid prototyping, prototyping industrial şi medical. Şi-a început activitatea în 1990 ca o corporaţie spin off din Universitatea din Leuven, Belgia, având la început un birou pentru servicii de rapid prototyping. De atunci, Materialise s-a dezvoltat într-unul din cei mai mari producători mondiali de prototipuri. Compania are, de asemenea, o reputaţie mondială de furnizor de soluţii software inovatoare. Astfel, Materialise a dobândit poziţia de lider de piaţă pentru tipărirea 3D şi software CAD digital, pe lângă cea de jucător major în procesarea imaginilor medicale şi dentare şi simulările chirurgicale. Pentru industriile de prototyping rapid şi medical, Materialise oferă o gamă de soluţii software. Mimics este un instrument procesare a imaginilor medicale pentru crearea modelelor 3D şi legarea modelelor de sistemele de rapid prototyping (RP), computer aided engineering (CAE), computer aided design (CAD) şi planningul chirurgical. Surgicase CMF este un software de planning chirurgical cranio-maxilo-facial bazat de CT. El permite utilizatorilor să importe datele pacientului, să creeze modele 3D, să planifice etapele chirurgicale şi să realizeze prototipuri rapide pentru ghidarea chirurgicală, care pot fi folosite în timpul operaţiei pentru a realiza corect planul chirurgical. Simplant este un software Materialise pentru planningul implantelor dentare. Similar cu Surgicase, el permite planificarea chirurgicală pentru implantarea dentară şi pregăteşte ghidarea chirurgicală pentru sala de operaţie. 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 aditivă (strat după strat). El pregăteşte fişiere (de tip STL) ce conţin informaţii despre obiecte 3D pentru manufactura aditivă şi care permite de asemenea manipularea reţelelor şi a geometriei. 3-matic este un alt software, de tip forward engineering, care permite manipularea avansată şi proiectarea în format STL. El permite utilizatorului să efectueze operaţiuni CAD ’digitale’ (adică operaţiuni tipice CAD într-un fişier STL, în locul fişierelor tradiţionale CAD) şi realizează fixarea (rezolvarea erorilor) şi remesh-area pentru CAE. Materialise asigură că toate pachetele software sunt certificate ISO-9001 şi că există o legătură directă între toate aceste pachete.

Istoria Mimics După începerea activităţii companiei Materialise în 1990 ca o companie de rapid prototyping, nu a durat mult până la identificarea analogiei între RP şi CT (sau MRI); în RP, un model 3D este construit felie cu felie, în timp ce scannerul CT lucrează invers, divizând un model 3D (corpul uman) într-o stivă de imagini. În 1992 Materialise a scris programul care a făcut legătura între informaţia imagistică şi modelele RP. Programul a permis extragerea informaţiei 3D dintr-o stivă de imagini şi construcţia unui model din acestea, folosind tehnologia RP. Astfel s-a născut Materialise’s Interactive Medical Image Control System (MIMICS).

De la imagine la model O stivă de imagini poate fi încărcată în software (Mimics), aceasta constând uzual din imagini în planul XY (axial). Apoi, Mimics calculează şi creează imagini în planele XZ (coronal) şi YZ (sagital). Aceasta

Page 5: Mimics SE - Romanian Course Book

4

permite o percepţie 3D mai cuprinzătoare a datelor 2D. Soluţia pentru conversia datelor anatomice din imagini în modele 3D este un proces numit segmentation (segmentare). În timpul segmentării, utilizatorul indică structura (structurile) de interes în datele din imaginile feliate. Această informaţie este apoi folosită pentru a reconstrui un model 3D din elementele segmentate. Pentru a descrie suprafaţa exterioară a modelului 3D, Mimics foloseşte formatul STL, care este formatul comun pentru fişiere în RP. Formatul STL permite descrierea cu acurateţe a celor mai complexe configuraţii geometrice. Această acurateţe este necesară, deoarece datele anatomice sunt în general foarte complicate. Segmentarea precisă este importantă pentru a putea extrage informaţii semnificative din imagini.

Explicarea formatului de fişier STL Un fişier STL reprezintă o reţea de suprafaţă triangulată. Fila conţine câte trei noduri pentru fiecare triunghi şi defineşte direcţia normală pe acest triunghi. Formatul acestui tip de filă este ideal pentru geometria anatomică, datorită structurii sale simple şi flexibilităţii de a se adapta oricărui contur dorit. Nu este controlată de restricţii parametrice, aşa cum se întâmplă în cazul fişierelor CAD sau IGES. În imaginea de mai jos se poate observa un exemplu de triangulaţie într-o filă STL.

Segmentarea 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) 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. Acest tip de segmentare este denumită thresholding (delimitare) şi conduce la obţinerea unor modele precise.

Multe din instrumentele de segmentare din Mimics sunt comune procesării de imagini şi pot fi aplicate în oricare din vederi (XY, XZ sau YZ), dar Mimics are un instrument de editare 3D unic; o segmentare iniţială poate fi optimizată într-o pre-vizualizare 3D (Figura 1). Aceasta face editarea foarte uşoară, câtă vreme permite editarea în 3D, care este mai uşor de înţeles decât editarea 2D.

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

Page 6: Mimics SE - Romanian Course Book

5

Folosind instrumentul de segmentare şi informaţia cunoscută asupra mărimii pixelului şi a distanţei dintre feliile de imagini, Mimics poate calcula un model 3D (Figura 2). Acurateţea într-un model Mimics depinde de acurateţea obiectului capturat din scanare.

Figura 2. Obiecte 3D calculate din imagini CT.

Aplicaţiile Mimics Deşi Mimics a fost iniţial proiectat pentru a realiza o legătură intre imaginile medicale şi rapid prototyping, categoric sunt multe alte aplicaţii posibile de utilizare a modelului 3D care este calculat după segmentare. De-a lungul anilor Mimics a evoluat către „Golden Standard” în realizarea legăturii dintre imaginile medicale şi diverse aplicaţii. Dezvoltarea continuă şi includerea unor noi instrumente continuă să lărgească baza aplicaţiei. Aplicaţiile care vor fi discutate aici în detaliu sunt:

Rapid Prototyping (RP)

Computer Aided Engineering (CAE)

Computer Aided Design (CAD)

Simularea Chirurgicală (Surgical Simulation)

Toate aceste aplicaţii necesită procesări întrucâtva diferite înainte ca acestea să poată fi folosite. Dezvoltarea Mimics tinde continuu să optimizeze această „pre-procesare” pentru a asigura un flux de lucru cursiv de la imagine la aplicaţie.

RP Obiectul 3D creat cu Mimics se află într-o filă STL. STL este limbajul comun pentru maşinile de rapid prototyping şi imprimantele 3D şi poate descrie geometrii foarte complexe (aşa cum sunt geometriile medicale). Obiectele 3D pot fi exportate direct către rapid prototyping, fie în formatul STL, fie în formatul feliat; în ultimul din acestea se permite şi generarea suportului. De asemenea, pot fi importate în programul Magics pentru generarea suportului sau pentru optimizarea construcţiei. Figura 3 arată cum modelele exportate din Mimics sunt pregătite în Magics pentru a genera suporturile şi a reproduce obiectul pentru a putea tipări mai multe modele deodată.

Figura 3. Modele Mimics imprimate pe o maşină RP cu generarea suportului.

Page 7: Mimics SE - Romanian Course Book

6

Prototipurile rapide realizate din Mimics au multe aplicaţii în domeniul medical. Considerând faptul că creierul uman este optimizat pentru a lucra cu ceva real, palpabil, utilizarea unui model fizic este întotdeauna mai convenabilă decât a unui model 3D pe ecranul calculatorului, indiferent cât de bună este grafica 3D.

Întrucât modelele se adaptează cu acurateţe datelor pacientului, modelele sunt utile pentru comunicare şi pregătirea chirurgicală în munca clinică. Prototipurile rapide medicale sunt foarte mult utilizate de către producătorii şi inginerii care proiectează dispozitive medicale. Modelele RP permit inginerilor să testeze forma, adaptabilitatea, funcţionalitatea şi validarea proiectării pe datele pacientului, înainte de a le verifica direct pe pacient. RP permite, de asemenea, utilizatorilor să testeze şi să valideze proiectarea pe modele fizice.

CAE Evoluţia sistemelor Computer Aided Engineering (CAE) a oferit inginerilor posibilitatea de a testa proiectele înainte chiar de a realiza un model fizic. Analizele precum analiza cu elemente finite (FEA), dinamica fluidelor asistată de calculator (computational fluid dynamics – CFD) şi analiza cinematică permit cercetătorilor şi inginerilor să utilizeze datele pacientului pentru testare fără inconvenientele testării fizice. În FEA, de exemplu, o forţă poate fi aplicată unei anumite componente anatomice şi software-ul CAE calculează apoi tensiunile şi deformaţiile rezultate. Pentru a face asta, programul CAE divizează modelului în elemente fine discrete şi calculează variabilele pentru fiecare element. Mărimea variabilei este vizualizată uzual prin hărţi de culori.

La începuturile CAE, se folosea proiectarea în CAD ca punct de pornire pentru introducerea datelor geometrice. Pentru analizarea podurilor sau clădirilor acest lucru este de înţeles, dar în cazul datelor anatomice complexe este imposibil să se proiecteze într-un pachet software CAD. Pornind de la informaţia de tip imagine se asigură geometria precisă, stocată în format STL.

Întrucât STL foloseşte, de asemenea, elemente mici (triunghiuri) pentru a descrie modelul 3D, legătura cu această aplicaţie este evidentă. Totuşi, pentru RP forma triunghiurilor nu este importantă, însă pentru CAE este: triunghiurile foarte alungite nu sunt potrivite pentru analiză, pentru că tensiunea într-unul din capetele triunghiului poate fi semnificativ diferită de cea de la un alt capăt al acestuia. Ca urmare, pentru o analiză precisă, programele CAE necesită fişiere STL care folosesc triunghiuri echilaterale pentru a descrie forma 3D. Figura 4 prezintă diferenţa dintre o filă STL pregătită pentru STL şi una pregătită pentru CAE. Astfel, Mimics poate optimiza forma triunghiurilor înainte de a face exportul către analiza CAE. De asemenea, pentru a reduce timpul de calcul în programul CAE, numărul de triunghiuri în reţea trebuie să fie micşorat; aceasta reduce numărul de elemente şi noduri pe care programele de analiză trebuie să le calculeze. Procesul complet de optimizare a formei triunghiurilor şi de reducere a numărului acestora se numeşte remeshing (reconstrucţia reţelei).

Figura 4. Diferenţa dintre o filă STL a unui anevrism aortic abdominal preparat

pentru rapid prototyping (stânga) şi pentru FEA (dreapta).

Page 8: Mimics SE - Romanian Course Book

7

Remeshing Mimics a fost proiectat să reconstruiască reţeaua (remesh) obiectelor 3D (fişierele STL) din formatul lor original RP-ready într-un format CAE-ready. Pentru a optimiza reţeaua şi a crea triunghiuri echilaterale, Mimics va analiza calitatea formei fiecărui triunghi. După ce este înţeleasă calitatea fiecărui triunghi dintr-o reţea, Mimics poate efectua automat procesele de remeshing descrise în secţiunea anterioară. Astfel sunt pregătite rapid modelele anatomice pentru analizele CAE. În cazul unor analize foarte exacte şi pentru a asigura mai mult control şi posibilităţi de definire utilizatorului, Mimics are opţiunea de a efectua remeshing manual. Această opţiune permite utilizatorului să editeze manual triunghiurile

şi să controleze reducerea numărului şi dimensiunii triunghiurilor.

Procesul de remeshing în Mimics permite de asemenea să se analizeze un ansamblu anatomic. Atât cercetătorii cât şi inginerii vor putea folosi Mimics pentru a pregăti studiul multiplelor modele anatomice ce interacţionează unele cu altele sau analize ale interacţiunilor dintre datele anatomice şi dispozitivele medicale proiectate. La rularea unei analize cu elemente finite pe un ansamblu este important ca două suprafeţe conjugate să aibă adaptare nod-cu-nod. Mimics va crea această adaptare din două file STL separate, aşa cum se prezintă în figurile 5 şi 6.

Figura 5. Reţeaua originală a două suprafeţe fără adaptarea nod-cu-nod.

Figura 6. Două componente cu reţea optimizată şi adaptare nod-cu-nod.

Folosind instrumentele de remeshing ale Mimics, utilizatorul poate observa datele reale anatomice reacţionând în anumite condiţii restrictive (sarcini, curgere, căldură, etc.).

Volume Mesh (Reţeaua volumetrică) STL este o reprezentare prin suprafeţe. Pentru a face o analiză însă, este necesară o descriere volumetrică completă. Generarea unei reţele (mesh) volumetrice pornind de la o reţea de suprafaţă este următorul pas. Pornind de la o reţea de suprafaţă formată din triunghiuri, poate fi generată o reţea volumetrică tetraedrică. Cu Mimics, ca de altfel şi cu alte pachete software pentru generarea reţelelor volumetrice, se pot crea reţele tetraedrice şi hexaedrice. Această flexibilitate în generarea reţelelor volumetrice permite utilizatorului să determine care parametri şi reglări sunt cele mai importante, în funcţie de aplicaţie şi preferinţe.

Proprietăţile materialului Cele mai multe programe CAE permit utilizatorului să atribuie proprietăţi de material constante pentru obiectele individuale.

Page 9: Mimics SE - Romanian Course Book

8

Structurile anatomice, cum este osul, au proprietăţi de material variabile în structurile lor. În imaginile în tonuri de gri obţinute prin scanare CT există mai multe informaţii decât doar forma geometrică a unei anumite componente anatomice. Aşa cum s-a descris în secţiunea privind segmentarea, valorile de gri reprezintă densitatea materialului. Această informaţie este folosită în Mimics pentru a atribui cu precizie proprietăţi de material elementelor reţelei volumetrice (Figura 7).

Figura 7. Atribuirea proprietăţilor de material distribuite, pentru o analiză FEA, bazată pe valorile de gri

dintr-o scanare CT. Vizualizarea în culori a proprietăţilor materialului în diferitele sale elemente, în secţiunea unui femur: osul trabecular mai moale este albastru/verde, în timp ce osul cortical

mai dens este portocaliu/roşu.

CAD Pentru inginerii proiectanţi de echipamente cum ar fi implantele şi dispozitivele medicale, Mimics oferă o posibilitate de a prelua direct datele pacientului către platforma CAD 3D pentru studiile de proiectare, verificare şi dimensionare. Legătura CAD din Mimics permite utilizatorului să creeze curbe şi suprafeţe IGES din suprafeţele anatomice şi să le importe apoi în orice software CAD.

Pentru adevăratele aplicaţii CAD, suprafaţa trebuie să fie descrisă matematic în standard-ul NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines). Acest proces de reverse engineering este anost şi consumator de timp şi conduce la o simplificare a suprafeţei. Pentru a putea proiecta implanturi precise, cea mai bună soluţie este să se lucreze la nivelul STL. Tot aici, 3-matic (produs de Materialise) completează o necesitate: el permite modificări ale proiectului (design) direct în STL. 3-matic este descris în detaliu în capitolul 3.5.1.

Simularea chirurgicală Mimics ajută la realizarea unei punţi de legătură între clinicieni şi ingineri. Cu funcţiile de simulare chirurgicală ale Mimics, chirurgia poate fi efectuată virtual înainte de a intra în sala de operaţie (operating room – OR). Procedurile OR tipice pot fi de asemenea efectuate în Mimics (adică tăiere, mutare, repoziţionare, redimensionare). Mimics poate importa obiecte precum ghidajele chirurgicale, dispozitivele şi implantele şi le poate poziţiona precum în faza operatorie reală.

Utilizatorul poate începe apoi să analizeze poziţionarea implantului/dispozitivului importat. Acest lucru ajută atât inginerii (ce proiectează implanturile) cât şi chirurgii (care pun implanturile), să înţeleagă modul de adaptare şi funcţionare, aşa cum se vede în Figura 8.

Page 10: Mimics SE - Romanian Course Book

9

Figura 8. Simularea chirurgicală a inserării unui implant femural.

Utilizatorul poate folosi Mimics pentru a studia anatomia şi să facă studii de antropometrie pentru analiza şi clasificarea datelor. Având abilitatea de a crea studii originale de antropometrie, care pot fi aplicate pe multiple seturi de date, aceleaşi tipuri de măsurători pot fi achiziţionate de la diferiţi pacienţi pentru a servi ulterior unor cercetări. Mimics poate şi să calculeze o reconstrucţie pe baza radiografiilor (RX) pornind de la informaţiile din imagine. Acest lucru este foarte convenabil pentru clinicienii care interpretează astfel de imagini. Figura 9 prezintă utilizarea instrumentului de analiză antropometrică şi capacitatea de a colecta şi măsura date din mai multe puncte, pentru manipularea şi înţelegerea ulterioară.

Figura 9. Analiza antropometrică şi vizualizarea punctelor de analiză pe o radiografie reconstruită.

Discuţii şi Concluzii Mimics este un instrument puternic pentru procesarea imaginilor şi se corelează cu multe aplicaţii. Baza sa de utilizatori constă în principal din ingineri, dar şi clinicieni. Există o discrepanţă în cerinţele celor două categorii de utilizatori (ingineri şi clinicieni) pentru un software cum este Mimics. Inginerii vor o trusă de instrumente (toolbox) deschisă şi puternică, în timp ce clinicienii doresc să fie uşor de folosit şi rapid. Pentru a realiza o soluţie convenabile pentru ambele clase de utilizatori, Mimics este echipat cu interfaţă grafică de utilizator (GUI) prietenoasă, dar şi cu instrumente puternice pentru analiza datelor complexe. Ca urmare, Mimics este un software uşor de folosit, cu o trusă de instrumente puternice, util atât pentru ingineri cât şi pentru clinicieni.

Din acest capitol este clar că Mimics furnizează o legătură cu multe aplicaţii. Aceasta deschide posibilităţi în multe domenii. Domeniile principale care folosesc Mimics sunt chirurgia ortopedică, cardiovasculară şi cranio-maxilo-facială (CMF). Multe instrumente din acest software au fost proiectate pentru a completa necesităţile şi cererile acestor domenii (pieţe). Alte domenii în care Mimics este de asemenea folosit includ: ingineria, antropologia şi proiectarea tehnică/industrială, ca şi studiile pulmonare. Întrucât Mimics este folosit pe diverse pieţe, este important ca programul să aibă caracteristici care să se potrivească fiecăreia din acestea. Ca urmare, Mimics are o structură modulară,

Page 11: Mimics SE - Romanian Course Book

10

iar utilizatorii pot să acordeze programul cu necesităţile lor, prin extinderea pachetului de bază cu module adiţionale. Utilizatorii Mimics , de multe ori identifică instrumente care le vor face cercetarea şi munca mai eficientă. Această reacţie de la utilizatori este de nepreţuit pentru dezvoltarea programului şi pentru a crea un instrument complet, cu înaltă eficienţă pentru cercetare.

Bine-înţeles, Mimics oferă o legătură directă către alte software produse de Materialise: Magics pentru aplicaţii RP şi 3-matic pentru CAE şi proiectare (CAD). Adică 3-matic poate fi folosit pentru proiectarea implanturilor pe baza informaţiilor de tip imagine de la Mimics şi proiectarea poate fi verificată din nou cu Mimics pe datele imagine de la pacient.

Înainte de a începe

Instalaţi Bibliotecile (Libraries)

Asiguraţi-vă că aţi instalat bibliotecile Antropometry şi Distractor care pot fi găsite pe CD-ul MimicsSE.

Cum se foloseşte acest manual

Veţi constata următoarele convenţii la parcurgerea pas cu pas a secţiunilor şi a temelor de casă din acest manual:

Orice este semnalat între apostrofuri (’ ’) semnifică faptul că este exact ce veţi vedea în Mimics.

Orice este scris cu caractere înclinate (italic) şi ghilimele (” ”) reprezintă ceea ce trebuie să tipăriţi.

Cuvintele supra-tipărite (bold) reprezintă instrumente din Mimics.

Page 12: Mimics SE - Romanian Course Book

11

Mimics – Lecţia 1: Navigarea în Mimics Subiecte abordate: Navigare, organizarea proiectului, instrumentele de bază pentru măsurare.

1.1. Explicaţie Pentru a procesa date în Mimics, un set/stivă de imagini 2D în secţiune transversală este mai întâi importat. Aceste imagini 2D, uzual în format DICOM, provin de la echipamente medicale de scanare. Odată ce stiva de imagini este importată, acestea pot fi vizualizate şi editate folosind diferitele instrumente disponibile în Mimics. Calitatea imaginilor 3D pe care Mimics le poate crea se corelează direct cu grosimea feliei (distanţa dintre două imagini scanate) şi mărimea pixelului din imaginile 2D.

Ecranul Mimics este compus din patru vederi principale: coronală, axială, sagitală şi 3D. Inginerii pot gândi că vederea coronală este cea frontală, vederea axială este cea de sus, iar cea sagitală este vederea laterală (din dreapta). Vederea axială provine din stiva de imagini importate. Pentru a obţine vederile coronală şi sagitală, Mimics transpune imaginile axiale în poziţiile respective. Panoul 3D este locul în care sunt vizualizate modelele 3D. Făcând clic pe o imagine cu butonul stânga al mouse-ului, se produce actualizarea automată a localizării în toate vederile.

Fiecare din vederile 2D conţine un număr corespunzător feliei, situat în colţul din stânga-jos. Vederea axială are de asemenea o poziţie de tabel în colţul stânga-jos, care descrie localizarea feliei în raport cu originea mesei scannerului.

Bara de instrumente (toolbar) principală conţine meniuri dropdown pentru cele mai multe din instrumentele disponibile în Mimics. Sub toolbar-ul principal se află o listă de pictograme (icon) ale instrumentelor frecvent folosite.

Page 13: Mimics SE - Romanian Course Book

12

Toolbar-ul de management al proiectului este baza de date a oricărui proiect în Mimics. El conţine tab-uri care corespund fiecărui tip de obiect diferit precum: măşti (masks), măsurători, obiecte 3D şi curbe. În aceste tab-uri veţi găsi fereastra în care există fiecare obiect şi toate operaţiile posibile de efectuat cu acel obiect. De exemplu, printre alte lucruri, în tab-ul ’3D objects’ puteţi crea noi modele 3D şi să ştergeţi modelele existente.

Page 14: Mimics SE - Romanian Course Book

13

1.2. Lucrări practice pas cu pas

Scenariu: Ca în cazul unui radiolog, veţi avea nevoie să navigaţi prin imaginile scanate ale

pacientului, pentru a face anumite măsurători care să ajute pentru diagnosticare. Procedura descrisă mai jos vă va arăta cum se îndeplinesc aceste obiective.

Navigarea

Zooming şi Panning Zoom (mărirea) vă permite o vizualizare mai apropiată a regiunii selectate. Pan (panning – deplasarea) mută imaginea în sus, în jos, în stânga sau în dreapta.

1. Faceţi clic pe instrumentul Zoom din toolbar-ul principal.

2. Trageţi un pătrat (box) în jurul vederii axiale a imaginii, ţinând apăsat butonul stânga al mouse-ului.

3. Selectaţi instrumentul Unzoom şi faceţi clic pe aceeaşi imagine, ca să o micşoraţi cum a fost iniţial.

4. Pentru a vizualiza pe întreg ecranul, selectaţi Zoom to Full Screen şi faceţi clic pe oricare din imagini. Pentru a restaura dimensiunea iniţială a imaginii, faceţi clic din nou pe Zoom to Full Screen.

5. Selectaţi Pan Once din toolbar-ul principal. Faceţi clic cu butonul stânga şi trageţi pe o vedere pentru a realiza deplasarea unei imagini.

6. Faceţi clic pe Unzoom şi apoi pe vederea pe care vreţi să o restauraţi, pentru a aduce imaginea la poziţia sa originală.

Comenzi rapide (shortcuts) Combinaţiile de taste pot fi folosite pentru a activa anumite instrumente, precum instrumentele învăţate în exerciţiul Zooming şi Panning. Aceste comenzi rapide pot ajuta la optimizarea procesării imaginii şi a etapelor de lucru.

Încercaţi câteva comenzi rapide de navigare, folosind următoarele combinaţii de taste:

Butonul dreapta al mouse-ului Roteşte obiectele 3D: Mutaţi mouse-ul în timp ce ţineţi apăsat butonul dreapta. Această comandă funcţio-nează doar când mouse-ul este în panoul 3D.

Schimbă contrastul în vederile 2D: Mutaţi mouse-ul ţinând apăsat butonul dreapta. Aceasta funcţionează doar în vederile axială, sagitală şi coronală.

SHIFT + Butonul dreapta al mouse-ului Pan: Mutaţi mouse-ul ţinând butoanele apăsate. CTRL + Butonul dreapta al mouse-ului Zoom: Mutaţi mouse-ul vertical cu butoanele apăsate

pentru mări sau micşora. Săgeată Sus/Pagină Sus Roteşte în sus cu paşi discreţi. Săgeată Jos/Pagină Jos Roteşte în jos cu paşi discreţi.

Săgeată Dreapta/End Roteşte la dreapta cu paşi discreţi. Săgeată Stânga/Home Roteşte la stânga cu paşi discreţi.

Page 15: Mimics SE - Romanian Course Book

14

Pagini de ajutor Paginile de ajutor conţin informaţii detaliate despre instrumente şi tab-uri.

1. Clic pe ’Help’ în toolbar-ul principal, apoi ’General Help’ pentru a accesa paginile de ajutor.

2. Clic pe ’X’ roşu pentru a închide paginile de ajutor.

3. Clic pe pictograma Context Help din toolbar-ul principal şi apoi pe orice instrument pentru a vizualiza pagina de ajutor a acestuia.

Notă – Pasul de import al imaginilor nu este explicat în acest manual întrucât Mimics Student Edition nu permite importul. Cu toate acestea, informaţiile privind importul imaginilor poate fi găsit în paginile de ajutor sub tab-ul ’Contents’, după selectarea ’Mimics Tutorial’ şi apoi ’Import’.

Managementul Proiectului

Toolbar-ul de Management al Proiectului Toolbar-ul de management al proiectului constă în tab-uri care oferă o privire generală asupra tuturor obiectelor dintr-un proiect.

1. Selectaţi instrumentul Project Management pentru a face vizibil acest toolbar.

Fiecare tab al toolbar-ului managementului de proiect reprezintă un tip de obiect în Mimics. Toate obiectele dintr-un proiect sunt prezentate aici. Cele mai frecvent folosite instrumente pentru fiecare tab sunt poziţionate de-a lungul părţii de jos a tab-ului; totuşi, lista tuturor instrumentelor poate fi

vizualizată făcând clic pe butonul Actions .

2. Faceţi clic pe rând printre instrumente şi diferitele tab-uri pentru a vă familiariza cu ceea ce este disponibil.

Page 16: Mimics SE - Romanian Course Book

15

Windowing (Lucrul cu Ferestrele) Valorile de gri din imaginile CT sunt exprimate în conformitate cu scala Hounsfield prezentată mai jos, care are 4096 de valori. Pentru a organiza această scală în 256 de valori de gri în computer, Mimics dispune de o caracteristică numită windowing. Windowing este un instrument pentru ajustarea contrastului imaginii.

1. Schimbaţi contrastul imaginilor prin mutarea liniei sau punctelor de capăt în graficul poziţionat în tab-ul ’Contrast’ din managementul de proiect.

Histograma prezintă fereastra de pixeli cartografiaţi din imagine. Comanda rapidă de schimbare a contrastului unei imagini este: clic-dreapta pe o imagine şi tragerea mouse-ului.

2. Selectaţi diferite contraste în meniul dropdown. Observaţi modul în care diferitele scale permit o vizualizare mai bună a anumitor aspecte.

Diferenţele între grăsime, ţesut moale, muşchi şi chiar os pot fi evidenţiate în funcţie de fereastra aleasă.

Page 17: Mimics SE - Romanian Course Book

16

Volume Rendering Volume rendering permite vizualizarea rapidă a datelor 2D într-un obiect 3D fără a mai fi necesară segmentarea şi crearea modelului. Este doar un instrument de vizualizare, dar oferă o frumoasă impresie a ceea ce va f în final modelul.

1. Folosiţi tab-ul Volume Rendering de la partea inferioară a tab-urilor managementului de proiect şi selectaţi ’Bone and Soft Tissue’ din meniul pulldown.

2. Activaţi volume rendering făcând clic pe butonul Volume

Rendering din toolbar-ul 3D.

3. Folosiţi meniul pulldown, selectând diferite setări predefinite, pentru a vedea toate opţiunile

de vizualizare.

4. Dezactivaţi volume rendering făcând clic din nou pe butonul Volume Rendering .

Operaţiunea de volume rendering poate fi mare consumatoare de resurse ale sistemului, conducând la creşterea timpului de procesare şi la încetinirea computerului, astfel că trebuie să ne reamintim să o dezactivăm atunci când nu ne mai este folositoare.

Instrumente de măsurare

Măsurarea Distanţelor şi Unghiurilor Sunt disponibile diferite instrumente pentru a colecta informaţii din imaginile scanate. Measure Distance şi Measure Angle calculează date fie din scanările 2D, fie din modelul 3D. Oricare dintre aceste măsurători pot fi exportate ca text pentru analize ulterioare în pachete statistice.

1. Rulaţi (scroll) până la felia axială 180.5 şi faceţi clic pe Measure Distance în ’Tools’ din toolbar-ul principal.

2. Faceţi clic pe o parte a craniului şi din nou pe cealaltă parte, creând o linie orizontală.

Page 18: Mimics SE - Romanian Course Book

17

Măsurătoarea (valoarea măsurată) este afişată pe ecran şi în tab-ul ’Measurements’. Pentru a ascunde măsurătorile este suficient să faceţi clic pe ochelarii din tab-ul corespunzător (’Measurements’).

3. Rulaţi până la felia axială 69.5. În tab-ul ’Measurements’ selectaţi New , iar apoi faceţi clic

pe Measure Angle .

4. Măsuraţi un unghi aproximativ pe mandibulă, făcând clic pe locul de început al măsurătorii, apoi încă un clic în vârful unghiului şi încă o dată la sfârşitul măsurătorii.

Pentru a schimba poziţionarea punctelor de capăt sau a vârfului unghiului, trageţi de reticulul (crosshair) corespunzător.

Măsurarea Densităţii şi Înscrierea Adnotărilor Measure Density măsoară aria, valoarea medie a densităţii şi abaterea medie pătratică a acesteia în regiunea selectată. Adnotările pot fi folosite pentru a pune în evidenţă măsurătorile sau structurile din imagine.

1. Rulaţi până la felia axială 113.5.

2. Selectaţi Measure Density in Ellipse

din ’Tools’ şi selectaţi aria circulară a cavităţii sinuzale. Trebuie remarcat că această unealtă vă oferă aria elipsei, media unităţilor Hounsfield şi abaterea medie pătratică de la medie.

Puteţi schimba mărimea uneltei de determinare a densităţii prin tragere de punctele ce o definesc. Dacă rulaţi prin imagine, localizarea măsurătorii nu se va schimba. Acelaşi tip de instrument este

disponibil şi în formă rectangulară - Measure Density in Rectangle .

Page 19: Mimics SE - Romanian Course Book

18

3. Selectaţi tab-ul ’Annotation’ şi faceţi clic pe New .

4. Faceţi apoi clic pe imagine în apropierea măsurătorii eliptice; acesta este locul în care va fi plasată adnotarea. Scrieţi ”sinus cavity” în secţiunea ’Text:’ şi faceţi clic pe ’OK’.

Textul adnotării poate fi mutat dacă faceţi clic – stânga pe text şi apoi trageţi în noua poziţie.

5. Salvaţi fişierul cu numele ”Lecţia1_numele studentului”.

1.3. Temă de laborator – Aplicaţie

Pe setul de date al craniului de mai sus, efectuaţi următoarele măsurători: distanţa verticală dintre vârful craniului şi baza acestuia, unghiul dintre coloana cervicală şi baza mandibulei, densitatea craniului. Va trebuie să decideţi care sunt vederile pe care trebuie să le folosiţi pentru a face fiecare măsurătoare.

Page 20: Mimics SE - Romanian Course Book

19

Mimics – Lecţia 2: Segmentarea de bază Subiecte abordate: Limitarea, Creşterea Regiunilor, Creşterea Dinamică a Regiunilor, Calculul formei 3D, instrumente de bază pentru editare, crearea animaţiilor.

2.1. Explicaţie Primul pas în crearea imaginii 3D din datele 2D este segmentarea. Mimics are câteva instrumente pentru a segmenta, sau secţiona, regiunile de interes. De exemplu, Thresholding (limitarea) este folosită pentru a clasifica toţi pixelii dintr-un anumit domeniu Hounsfield drept aceeaşi culoare, sau mască (mask). Setând doar o valoare limită inferioară, toţi pixelii mai mari sau egali cu valoarea stabilită vor fi incluşi în aceeaşi mască. Alternativ, se pot stabili atât o limită inferioară cât şi una superioară. În acest caz, pixelii ce sunt incluşi în intervalul desemnat vor constitui o singură mască. Desenarea unei Profile Line (linie de profil) poate fi de ajutor pentru stabilirea valorilor pentru threshold, deoarece ea prezintă modul în care valoarea de gri se schimbă de-a lungul unei linii într-o imagine. Diferite secţiuni ale unei imagini pot fi iluminate folosind diferite măşti. Masca ce este selectată în tab-ul ’Masks’ din managementul de proiect este considerată ca cea activă.

După thresholding, o mască poate să necesite să fie separată în numeroase obiecte. Region Growing permite tocmai acest lucru şi este de asemenea utilă pentru eliminarea pixelilor flotanţi. Cu Dynamic Region Growing operaţiunea de thresholding (limitare) nu mai este necesar să fie realizată prima. În această situaţie, Mimics creează o mască bazată pe modul în care pixelii înconjurători se compară cu o valoare de gri, selectată din datele unui punct, determinând automat valorile limită de interval (pentru threshold). Acest instrument se dovedeşte foarte util pentru segmentarea structurilor cum ar fi vasele de sânge şi nervii.

Pentru a segmenta în continuare diferite părţi ale unei imagini, Mimics are o selecţie de instrumente de editare. Edit Mask furnizează instrumentele necesare pentru a desena, şterge sau a aplica local limitări pentru o mască specifică. Crop Mask restrânge segmentarea la o arie desemnată prin eliminarea oricăror lucruri dintr-o mască, care se găsesc în afara unei zone (box) selectate, strict delimitate.

Pentru a efectua transformarea de la 2D la 3D, se foloseşte Calculate 3D. Sunt disponibile diferite opţiuni pentru calitatea modelului 3D creat. Calitatea mică şi medie au durate de calcul mici, dar pot produce un model mai puţin precis. Calitatea ridicată poate conduce la un model mai neted, mai precis, iar varianta cea mai precisă se va obţine folosind setările optime. Dacă este necesar, parametri de calcul 3D pot fi setaţi manual folosind setările particularizate (custom). Pentru mai multe informaţii asupra stărilor şi parametrilor de calitate, vedeţi ”Calculate 3D” în paginile de ajutor (help files).

Depinzând de tipul de fişier de rezultate (output) dorit, Mimics are diferite opţiuni de export, incluzând exportul în format STL sau chiar exportând filme (animaţii).

2.2. Lucrări practice pas cu pas Scenariu: Şeful v-a solicitat să revedeţi câteva scanări şi să le puneţi împreună într-o prezentare ce

prezintă anatomia pacientului. Veţi folosi Mimics pentru a pune în evidenţă structura oaselor articulaţiei de şold, a locului în care aorta intră în relaţie cu soldul şi a crea un model 3D pentru a ilustra complet anatomia pacientului. Procedurile menţionate în continuare vă vor arăta cum veţi atinge aceste ţinte.

În această secţiune veţi folosi două metode diferite pentru a crea o mască pentru separarea şoldului. Apoi veţi calcula modelele 3D ale ambelor măşti.

Page 21: Mimics SE - Romanian Course Book

20

Toolbar-ul Thresholding Thresholding clasifică toţi pixeli dintr-un anumit domeniu Hounsfield ca fiind de aceeaşi culoare sau în aceeaşi mască. Există setări predefinite pentru anumite materiale biologice, în toolbar-ul thresholding. Un domeniu de valori scăzute permite segmentarea (separarea) ţesutului moale, în timp ce un domeniu de threshold cu valori ridicate segmentează osul.

1. Deschideţi proiectul ’hip_se.mcs’.

2. Selectaţi Thresholding din toolbar-ul principal în Segmentation.

3. Faceţi clic pe diferitele domenii de valori threshold predefinite, pentru a vedea modul în care acestea pun în evidenţă diferitele zone din imagini.

Puteţi să schimbaţi şi manual modul de threshold, dacă schimbaţi (manual) valorile maximă şi minimă, sau dacă deplasaţi limitatoarele.

4. Selectaţi threshold-ul ’Bone (CT)’ şi apăsaţi ’Apply’.

O mască este vizibilă dacă este activă perechea de ochelari din coloana ’Visible’ din ’Masks’. O mască este considerată activă atunci când ea este iluminată. Orice editare va fi efectuată pe masca activă.

5. Redenumiţi masca ”Bone-Threshold” făcând clic pe ’Green’ în ’Masks’, până când vedeţi un cursor ce clipeşte, semnificând că textul poate fi schimbat.

Thresholding cu Draw Profile Line

Draw Profile Line este un alt mod de a delimita informaţiile dintr-o imagine, aşa cum s-a făcut în exerciţiul anterior. Acest instrument prezintă modul în care valorile de gri se schimbă de-a lungul unei linii în imagine.

1. Rulaţi (scroll) la felia axială 40. Selectaţi New Mask .

Page 22: Mimics SE - Romanian Course Book

21

2. Selectaţi Draw Profile Line din ’Measurements’ din toolbar-ul principal. Cursorul se va transforma într-un creion.

3. Faceţi clic o dată sub femur pentru a începe linia de profil şi încă o dată deasupra femurului pentru a termina linia de profil.

Linia de profil trece prin regiunea de interes şi prin regiunile înconjurătoare. Veţi vedea un vârf la începutul şi altul la finalul graficului, la trecerea liniei de profil de la ţesutul moale la os şi apoi din nou la ţesutul moale. Făcând clic pe ’Scale to Fit’ se obţine mărire locală pentru a vizualiza vârfurile de-a lungul liniei de profil.

4. Lăsaţi limita superioară de threshold la 1634 şi cea inferioară la 226.

Puteţi muta valorile limitelor de filtrare făcând clic pe ’Start thresholding’ în caseta de dialog ’Profile Lines’. Veţi remarca liniile orizontale care indică aceste valori. Scăzând valoarea inferioară de threshold se selectează ţesutul moale şi crescând valoarea superioară se selectează osul cortical dens. Valorile de threshold pot fi schimbate, de asemenea, din caseta de dialog ’Thresholding’. Pentru situaţia de faţă, o bună filtrare threshold pentru os este cea predefinită ’Bone (CT)’, care este de la 226 la 1634. Altfel, o metodă empirică pentru selectarea osului din imaginile CT este aceea ca limita inferioară de threshold să fie 1/3 din valoarea vârfului pentru osul cortical.

5. Faceţi clic pe ’Start thresholding’ în caseta de dialog ’Profile Lines’.

6. Apăsaţi ’Apply’ în caseta de dialog thresholding, câtă vreme păstrăm domeniul de valori 226 – 1634. Faceţi clic pe ’Close’ în caseta ’Profile Lines’.

7. Denumiţi masca ”Bone-Profile line”.

Page 23: Mimics SE - Romanian Course Book

22

Veţi putea observa apariţia liniei de profil în tab-ul de măsurători al toolbar-ului managementului de proiect. Dacă doriţi să aflaţi unde este localizată o linie de profil, faceţi clic pe butonul Locate.

Region Grow (Creşterea Regiunii) Creşterea regiunii este folosită pentru a separa măştile în diferite părţi şi a putea elimina pixelii flotanţi.

Nu uitaţi că înaintea acestei operaţiuni trebuie să se efectueze cea de thresholding.

1. Selectaţi Region Growing din toolbar-ul ’Segmentation’. Cursorul se va transforma în formă de intersecţie.

2. Selectaţi ’Source (= Bone-Threshold)’ şi ’Target mask(= New Mask)’. Păstraţi ’Multiple Layer’ bifat, astfel încât creşterea să se facă pe întregul set de date în loc de un singur strat.

3. Asiguraţi-vă că este bifată opţiunea ’Leave Original Mask’.

Dacă această opţiune nu este bifată, toate informaţiile selectate vor fi eliminate din masca ţintă şi plasate în masca sursă (comparaţi acest lucru cu operaţiile cut şi paste).

4. Faceţi clic undeva pe şold. Redenumiţi această nouă mască ”Bone2-Threshold”. Selectaţi ’Close’ pentru a părăsi toolbar-ul Region Growing.

Puteţi observa acum că masca azurie (cyan) conţine doar osul, spre deosebire de masca verde (green) care include şi alte structuri.

5. Repetaţi procedura de creştere a regiunii pentru masca ’Bone-Profile line’. Denumiţi noua mască ”Bone2-Profile line”

Acest pas este necesar astfel ca mai târziu să putem compara modelele 3D: cel al măştii create folosind threshold cu cel al măştii create folosind draw profile line.

Page 24: Mimics SE - Romanian Course Book

23

Calculate 3D Această operaţie transformă datele din imaginile 2D într-un model 3D.

1. Faceţi clic pe masca ’Bone2-Threshold’ din tab-ul ’Masks’ al toolbar-ului managementului de proiect.

2. Selectaţi butonul

Calculate 3D .

Acest buton poate fi găsit în partea de jos a tab-ului Mask, în toolbar-ul principal la secţiunea Segmentation sau în lista de pictograme din toolbar-ul principal. Cea mai mare parte din instrumentele cele mai importante au câte trei locaţii: în tab-ul corespunzător din managementul de proiect, în secţiunea corespunzătoare din toolbar-ul principal şi ca pictogramă în toolbar-ul principal.

3. Asiguraţi-vă că masca ’Bone2-Threshold’ este activă şi selectaţi calitatea înaltă (High). Apoi faceţi clic pe ’Calculate’.

Parametrii de calcul pot fi particularizaţi (custom) pentru calculul 3D. Pentru mai multe informaţii asupra acestor setări, puteţi citi în paginile de ajutor la secţiunea ’calculate 3D’. Dacă apare un mesaj ce spune că modelul 3D rezultat va avea şi părţi în afara formei dorite (out of different parts), faceţi clic pe ’No’. Primirea unui astfel de mesaj indică faptul că masca are în compunere mai multe obiecte, iar în cazul în care chiar nu le doriţi ar trebui să refaceţi creşterea de regiune în mască.

4. Rotiţi modelul 3D prin apăsarea butonul stânga al mouse-ului în vederea 3D şi rotirea mouse-ului.

Făcând clic lângă centrul obiectului, vom putea roti în jurul axelor verticală sau orizontală. Făcând clic dincolo de centrul obiectului, vom putea roti în jurul axei perpendiculare pe unghiul de vedere. Dacă vreţi să eliminaţi (ascundeţi) planele de referinţă din panoul 3D, faceţi clic pe Toggle Reference Planes

.

Page 25: Mimics SE - Romanian Course Book

24

5. Calculaţi un model 3D al măştii ’Bone2-Profile line’ folosind aceeaşi procedură ca în cazul măştii ’Bone2-Threshold’. Veţi observa că ambele măşti conduc la acelaşi model 3D, chiar dacă au fost folosite metode diferite de threshold pentru a le crea.

Instrumente de Editare – Vom vedea acum felul în care putem să decupăm doar regiunea care ne interesează şi să facem editări pentru a separa pelvisul de coloana vertebrală.

Crop Mask Cu Crop Mask puteţi să schimbaţi manual marginile măştii sau să introduceţi coordonatele dorite.

1. Selectaţi masca ’Bone2-Threshold’.

2. Faceţi clic pe Crop Mask din ’Segmentation’.

3. Introduceţi următoarele coordonate astfel încât porţiunea de jos a şoldului şi a coloanei vertebrale să fie arătate în mască.

Puteţi, de asemenea, tunde (crop) masca prin redimensionarea limitelor cadrului imaginii.

4. Faceţi clic pe ’OK’.

Acum masca va fi prezentată doar în regiunea ce a fost stabilită în cutia de dialog crop mask. (Pentru a obţine aceeaşi vedere ca în imaginile din pasul 4, vizibilitatea celorlalte măşti trebuie să fie dezactivată).

Page 26: Mimics SE - Romanian Course Book

25

Edit Mask Zona conţinută într-o mască poate fi modificată folosind instrumentele din Edit Masks. Vom utiliza aceste instrumente pentru a separa coloana vertebrală de pelvis.

1. Asiguraţi-vă că masca ’Bone2-Threshold’ este activă. Măriţi (zoom) pe felia 115 din planul axial.

2. Faceţi clic pe Edit Masks .din ’Segmentation’ şi selectaţi ’Erase’ în toolbar-ul Edit Masks.

3. Setaţi ’Type:’ pe Circle, bifaţi căsuţa ’Same width & Height’ şi setaţi ’Width:’ pe 20 (înălţimea se va schimba automat şi ea în 20).

4. Ştergeţi zona în care coloana vertebrală întâlneşte osul pelvian, ţinând apăsat mouse-ul şi trăgând cursorul peste aria care trebuie ştearsă. Regiunea ştearsă îşi va schimba culoarea, din cea originală a măştii în cea a datelor originale scanate.

Alte instrumente din toolbar-ul Edit Masks includ ’Draw’ care adaugă pixeli la masca activă şi ’Threshold’ care aplică un threshold local, la alegere, pe aria pe care o selectaţi.

5. Rulaţi în sus până la felia 175, continuând să ştergeţi osul pelvian în fiecare felie.

Exemple de editare pe feliile selectate.

Page 27: Mimics SE - Romanian Course Book

26

6. Efectuaţi o creştere de regiune pe coloana vertebrală şi calculaţi un model 3D de calitate înaltă.

Deoarece intenţionăm să separăm osul pelvian, doar coloana vertebrală trebuie să apară în modelul 3D. Dacă modelul pe care l-aţi obţinut conţine mai mult de atât, înseamnă că una sau mai multe conexiuni nu au fost rupte. Va trebui să vă întoarceţi prin felii şi să re-editaţi pentru a rupe conexiunile respective.

Dynamic Region Grow Creşterea dinamică a regiunii vă permite să extindeţi (creşteţi) o mască dintr-un punct selectat fără a trebui să efectuaţi mai întâi threshold (limitarea). Această opţiune este extrem de utilă pentru vase, tuburi, nervi şi artere.

1. Asiguraţi-vă că masca ’Bone2-Profile line’ este activată în tab-ul ’Masks’ şi apoi rulaţi până la felia 70 din vederea axială.

2. Faceţi clic pe instrumentul Dynamic

Region Growing . Bifaţi cutiile ’Multiple Layers’ şi ’Fill Cavities’.

Page 28: Mimics SE - Romanian Course Book

27

3. Faceţi clic pe aortă şi redenumiţi masca cu numele ’Aorta’.

4. Calculaţi un model 3D al acestei măşti cu opţiunea de calitate ridicată. Anumite vase ce sunt conexe aortei vor deveni vizibile.

Instrumente 3D Instrumentele 3D permit opţiuni de vizualizare diferite ale modelului 3D şi furnizează informaţii despre model.

1. Daţi clic pe Properties în tab-ul ’3D objects’ din managementul de proiect.

Aici puteţi schimba culoarea şi numele modelului 3D. Dacă daţi clic pe ’Details>>’ veţi remarca o serie de măsurători, incluzând aria suprafeţei şi volumul.

Page 29: Mimics SE - Romanian Course Book

28

2. Daţi clic pe ochelarii ’Aortei’ în ’Visible’ din tab-ul ’3D objects’. Aceasta va ascunde sau va arăta modelul 3D.

3. În acelaşi tab, daţi clic pe ochelarii din coloanele ’Contour Visible’ şi ’Visible’ pentru Bone-threshold.

Când un model 3D este vizibil, făcând clic pe ochelarii corespunzători conturului vizibil se vor ilumina contururile obiectului 3D în vederile 2D.

4. Faceţi acum clic pe ochelarii din coloana ’Triangle Visible’.

Mărire pentru vizualizarea triunghiurilor

Această opţiune vă permite să vizualizaţi reţeaua de triunghiuri a suprafeţei obiectului. Pentru o vizualizare bună a triunghiurilor, măriţi imaginea 3D (apăsaţi Ctrl şi butonul dreapta al mouse-ului în timp ce deplasaţi vertical mouse-ul).

5. Daţi clic pe aceeaşi ochelari pentru a dezactiva vizualizarea triunghiurilor.

6. Selectaţi Toggle Transparency în toolbar-ul 3D. Veţi putea vedea astfel forma internă a obiectului 3D. Daţi clic încă o dată pe Toggle Transparency pentru a vă întoarce la normal.

7. Selectaţi Enable/Disable clipping , de asemenea din toolbar-ul 3D.

Tăierea (clipping) feliilor modelului 3D în concordanţă cu vederea selectată produce afişarea secţiunii transversale a obiectului.

Page 30: Mimics SE - Romanian Course Book

29

8. În tab-ul ’Clipping’ asiguraţi-vă că este bifată caseta de sub ’Active’ chiar lângă ’Axial’.

Modele cu clipping activat.

9. Rulaţi prin vederea axială pentru a muta planul de tăiere.

10. Pentru a tăia în conformitate cu alt plan de vizualizare, selectaţi pur şi simplu acea vedere sub ’Active’ (de exemplu sagital sau coronal). De asemenea, puteţi schimba texturarea secţiunii transversale făcând clic pe ’Texture’ şi schimbând-o din obiect în felie sau nimic.

11. Salvaţi fila ca ”Lectia2_nume student”.

Capture Movie Filmele pot fi ajustate pentru a pune în evidenţă anumite caracteristici ce depind de aplicaţie.

1. Faceţi clic pe Capture Movie în ’Export’ din toolbar-ul principal.

La opţiunea ’View to capture’ puteţi selecta care porţiune a aplicaţiei doriţi să o includeţi în film. Selecţia se poate face pentru tot ecranul sau doar pentru vederile selectate. Reţineţi locul în care se face salvarea. Puteţi schimba acest loc ori de câte ori doriţi.

2. Selectaţi ’Bottom Right View’ pentru ’View to capture’ astfel încât doar vederea ce conţine modelul 3D să fie inclusă în film.

3. Apăsaţi butonul Record pentru a porni înregistrarea filmului. Rotiţi imaginea, faceţi mărire/micşorare, deplasaţi imaginea lateral, etc.

4. Daţi clic pe Stop când aţi terminat de realizat filmul. Filmul se va deschide automat cu aplicaţia de pe sistem dedicată vizualizării mediilor digitale.

2.3. Temă de laborator – Aplicaţie Pentru setul de date ’skull_se.mcs’ realizaţi operaţiunile adecvate de thresholding şi region growing pentru a segmenta separat ţesutul moale, osul şi mandibula. Calculaţi modele 3D. *Este posibil să aveţi nevoie să reajustaţi valorile de threshold astfel încât echipamentul de scanare ce sprijină capul pacientului să nu fie inclus în mască. Activaţi modul transparent şi creaţi un film, la alegere, care să includă modelele create.

Page 31: Mimics SE - Romanian Course Book

30

Mimics – Lecţia 3: Segmentarea avansată Subiecte abordate: Operaţiuni Morfologice, Operaţiuni de tip Boolean, Editarea Multiplă a Feliilor Editarea măştilor în 3D, instrumente de măsurare.

3.1. Explicaţie Segmentarea va urma întotdeauna după o procedură de threshold pentru a selecta o regiune de interes, o procedură de creştere de regiune pentru a reduce pixelii flotanţi şi o editare de mască concentrată pe o zonă de interes. În lecţia anterioară despre segmentare am studiat instrumentele de bază necesare pentru a manipula datele scanate. Totuşi, Mimics conţine diverse instrumente de segmentare avansată aşa cum sunt: Multiple Slice Edit, Morphology Operations şi Boolean Operations, care permit o segmentare mai rapidă şi mai uşoară.

Multiple Slice Edit poate fi folosită pentru a copia editarea făcută într-o singură felie şi în alte felii. Acest lucru este util în special pentru eliminarea dispersărilor sau pentru deconectarea a două componente ale corpului care se ating în mai mult de o singură felie. Când două elemente care trebuie să fie deconectate au totuşi un punct de contact care este dificil de identificat, folosirea Morphology Operations devine utilă. Un alt instrument folositor este Boolean Operations care permite vizualizarea diferitelor combinaţii ale două măşti, incluzând scăderea unei măşti din alta, la fel ca şi intersecţia şi reuniunea a două măşti. Editarea poate chiar să fie făcută în vederea 3D cu Edit Mask in 3D. Cu acest instrument puteţi vizualiza imediat modul în care editarea produce modificări în modelul 3D.

3.2. Lucrări practice pas cu pas Scenariu: Ca cercetător, doriţi să exploraţi interacţiunea dintre inimă şi aortă; totuşi, înainte de altă

analiză, poate apare necesitatea ruperii conexiunii dintre aortă şi coloană. Puteţi utiliza instrumentele din Mimics pentru a rupe această conexiune şi să găsiţi mai multe informaţii relevante pentru cercetarea efectuată. Procedura descrisă în continuare va arăta modul în care se pot realiza aceste obiective. Să presupunem că acest pacient are un anumit tip de stent care îi ajută funcţionarea aortei.

Advanced segmentation – Mai întâi separăm coloana de aortă, folosind instrumentele de segmentare.

Editarea simultană a mai multor felii (Multiple Slice Edit) Multiple Slice Edit este un instrument ce economiseşte timp de lucru, deoarece el permite aplicarea editării manuale efectuate pe o felie şi altor felii.

1. Deschideţi proiectul ’heart_se.mcs’.

2. Aplicaţi un threshold folosind setarea predefinită ’Bone (CT)’.

Un threshold pentru os este convenabil pentru acest set de date, deoarece a fost adăugat un agent de contrast astfel încât sângele, sau fluxul luminos, apare mai strălucitor, similar osului. Acest lucru permite o mai bună vizualizare în CT.

3. Efectuaţi o operaţiune de tip Region Grow pentru a elimina pixelii flotanţi, făcând clic pe mască în anumite zone ale coloanei.

Page 32: Mimics SE - Romanian Course Book

31

4. Selectaţi masca galbenă (yellow) şi faceţi clic pe Duplicate Mask în tab-ul ’Masks’ al managementului de proiect. Redenumiţi masca azurie (cyan) ca ’Spine’.

5. Sub ’Segmentation’ în toolbar-ul principal , faceţi clic pe Multiple Slice Edit . 6. Schimbaţi ’Copy to slices:’ în ’Sagittal’ şi asiguraţi-vă că este marcat ’Select’.

’Select’ adaugă pixeli unei felii, iar ’Deselect’ elimină pixeli. Puteţi controla mărimea şi forma instrumentului de editare prin schimbarea tipului, lăţimii sau înălţimii. Pentru acest exerciţiu, varianta convenabilă este un cerc având cu cele două dimensiuni (w/h) de 20. Schimbarea numărului de felii în care este copiată masca este posibilă prin creşterea numărului de felii din meniul pull-down de lângă ’Copy to slices’. Vă recomandăm să păstraţi acest număr scăzut, astfel încât să puteţi evalua fiecare selecţie pe măsură ce rulaţi printre felii.

7. Comenzi rapide pentru Multiple Slice Edit:

CTRL + buton stânga (mouse) Schimbă mărimea cursorului Tasta ’s’ Comută pe ’Select’ Tasta ’d’ Comută pe ’Deselect’

8. Derulaţi până la felia 114.26 în vederea sagitală şi iluminaţi regiunea coloanei care mărgineşte aorta (aşa cum se arată în imagine). Puneţi ’Copy to slices’ pe 1. Apăsaţi săgeata verde orientată în sus şi masca este acum copiată în felia următoare.

Prima felie cu masca temporară Felia următoare cu masca copiată

9. Repetaţi procedura din pasul anterior prin toate feliile din vederea sagitală, în sus până la felia 134.77. Asiguraţi-vă că modificaţi masca, schimbând-o aşa cum necesită limitele aortei şi deplasările coloanei. Imaginile prezintă exemple ale feliilor 126.46, 129.39 şi 130.37. Daţi apoi clic pe ’Apply’ când aţi terminat.

Exemple de deselecţii necesare care trebuiesc făcute astfel ca aorta

să nu fie inclusă în masca temporară

Aveţi grijă să nu includeţi aorta în porţiunile iluminate. Dacă unele porţiuni din aortă sunt selectate accidental, folosiţi ’Deselect’ pentru a le şterge. Dacă aveţi nevoie să selectaţi mai multe aspecte din coloană, folosiţi ’Select’.

Page 33: Mimics SE - Romanian Course Book

32

10. Daţi clic pe instrumentul Region Grow şi apoi clic pe aortă (prezentată în roz).

Aorta ar trebui să se prezinte într-o mască proprie, separată de coloană. Dacă nu se întâmplă astfel, înseamnă că aorta este încă conectată de coloană undeva şi va trebui să derulaţi iarăşi imaginile pentru a şterge această conexiune.

11. Redenumiţi această mască ’Aorta’ şi apoi calculaţi modelul 3D cu calitate ridicată.

În funcţie de cât de bine aţi separat aorta de coloană, modelul 3D poate conţine şi câteva mici ramificaţii ce se desprind din aortă. Mai târziu, în acest curs, veţi învăţa cum să le editaţi şi pe acestea folosind Edit Mask in 3D.

Puteţi alege diferite setări pentru calitatea calculului modelului 3D. Calitatea slabă şi medie creează mai rapid modelele, iar fişierele vor avea o mărime mai mică; totuşi, acurateţea modelului nu este cea mai bună, aproximările fiind destul de mari. Modelele de calitate optimă şi înaltă au o acurateţe mai mare, dar necesită un timp mai mare de calcul şi produc fişiere mai mari. Pentru mai multe detalii privind setările 3D studiaţi paginile de ajutor (help).

Interpolarea Interpolarea creează o mască temporară care se extinde între două felii selectate. Aceasta ţine locul efectuării editării manuale a mai multor felii.

1. Daţi clic pe ochelarii din ’Visible’ pentru a ascunde modelul 3D creat anterior.

2. Creaţi un alt duplicat al măştii galbene, selectând-o şi dând clic pe Duplicate . Redenumiţi noua mască în ”Aorta-interpolate”.

Vom efectua aceleaşi operaţiuni de separare a coloanei de aortă, folosind o metodă alternativă.

3. Sub ’Segmentation’ din toolbar-ul principal, faceţi clic pe Multiple Slice Edit .

Page 34: Mimics SE - Romanian Course Book

33

4. Schimbaţi ’Copy to slices:’ în ’Saggital’ şi asiguraţi-vă că este selectată opţiunea ’Select’.

5. Puneţi în evidenţă coloana în felia sa-gitală 113.28 pen-tru a rupe legătu-rile dintre coloană şi aortă.

6. Derulaţi până la felia 125.98 şi e-videnţiaţi din nou coloana.

7. Daţi clic pe instrumentul de interpolare şi apoi clic pe ’Apply’.

Algoritmul de interpolare necesită o selecţie ce cuprinde cel puţin două felii, cu cel puţin o felie goală între ele.

8. Repetaţi procedura de interpolare cu prima felie de la 126.46 şi ultima felie de la 132.32.

9. Faceţi o creştere de regiune pe aortă, redenu-miţi masca ”Aorta2” şi apoi calculaţi un modelul 3D.

Aorta este acum separată de coloană prin doar câţiva paşi rapizi. Din nou, puteţi vedea unele ramificaţii ieşind din aortă, care depind de editarea anterioară.

Editarea Măştii în 3D Editarea poate fi făcută pe o mască şi direct în vederea 3D; oricum, după terminarea editării trebuie calculat un nou model 3D, pentru a putea vizualiza modificările.

1. Daţi clic pe butonul New din tab-ul managementului de proiect.

Page 35: Mimics SE - Romanian Course Book

34

2. Setaţi valoarea minimă de threshold pe 270 şi apoi daţi clic pe ’Apply’.

3. Daţi clic pe instrumentul Region Grow şi selectaţi inima. Numiţi masca rezultată ’Heart’.

4. Calculaţi modelul 3D cu calitate ridicată.

În modelul 3D puteţi vedea vascularizaţia ieşind din inimă.

5. Selectaţi Edit Mask in 3D sub ’Segmentation’ în toolbar-ul principal.

Veţi folosi acest instrument pentru a elimina unele din micile vase ce ies din inimă.

6. Creşterea cutiei limitatoare în vederile 2D pentru a include cele mai multe dintre vase.

Page 36: Mimics SE - Romanian Course Book

35

7. Aveţi grijă ca, în caseta de dialog Edit Mask in 3D, să fie marcată opţiunea ’Select’. Marcaţi astfel majoritatea vaselor mici ce ies din inimă.

Rotiţi modelul pentru a accesa toate vasele mici. Odată ce o arie este selectată, ea îşi schimbă culoarea.

8. Daţi clic pe ’Remove’ şi vasele dispar în vederea 3D.

9. În una din vederile 2D, realizaţi o creştere de regiune pe masca ’Heart’ pe care aţi modificat-o în paşii anterior.

10. Calculaţi un model 3D a noii măşti cu calitate medie şi remar-caţi modul în care vasele pe care le-aţi şters au dispărut.

11. Salvaţi proiectul drept ”Heart_nume student”.

Operaţiuni morfologice Operaţiunile morfologice şterg sau adaugă pixeli din/în masca sursă. Puteţi folosi o operaţie morfolo-gică ca alternativă la Multiple Slice Edit, pentru a separa aorta de coloană.

1. Creaţi un duplicat al măştii ’Aorta’. Denumiţi masca ”Morphology_Aorta”.

2. Daţi clic pe Morphology Operations în ’Segmentation’ din toolbar-ul principal.

3. Selectaţi Erode cu ’Source: Morphology_Aorta’, ’Target: <New Mask>’, ’Number of pixels: 1’ şi ’8-conectivity’. Faceţi clic pe ’Apply’.

Erode şterge numărul de pixeli selectaţi şi Dilate adaugă numărul de pixeli la limita măştii. Opera-ţiunea Open face întâi Erode şi apoi Dilate. Acest lucru este util pentru ruperea conexiunilor mici. Close efectuează întâi Dilate, iar apoi Open; acest lucru este util pentru umplerea cavităţilor dintr-o mască. 8-connectivity consideră doar pixelii din planul înconjurător, în timp ce 26-connectivity se referă la pixelii vecini în 3D.

Page 37: Mimics SE - Romanian Course Book

36

4. Faceţi Region Grow pe aortă şi numiţi masca rezultată ’Erode_Aorta’.

5. Schimbaţi culoarea măştii ’Erode_Aorta’ în albastru deschis (light blue), astfel încât să puteţi vedea efectul realizării unei eroziuni.

Măştile ’Morphology_Aorta’ şi ’Erode_Aorta’ arată rezultatul efectuării unei eroziuni.

6. Selectaţi Dilate cu ’Source: Erode_Aorta’, ’Target: <New Mask>’, ’Number of pixels: 1’ şi ’8-conectivity’. Faceţi clic pe ’Apply’ şi numiţi masca rezultată ”Morphology2_Aorta”.

7. Erode va rupe orice conexiune dintre aortă şi coloană. Aceasta permite ca doar aorta să fie selectată după operaţiunea Region Grow. Totuşi, acum masca este cu un pixel mai mică, astfel că trebuie folosită Dilate pentru a readuce aorta la mărimea originală.

8. Calculaţi un model 3D cu calitate ridicată.

9. Dacă veţi observa în continuare prezenţa ţepilor pe aorta rezultată din evaluarea pacientului, folosiţi Edit Mask in 3D pentru a elimina proeminenţele şi apoi recalculaţi modelul 3D.

Page 38: Mimics SE - Romanian Course Book

37

Operaţiuni Booleane Operaţiunile booleane permit diferite combinaţii pentru două măşti. Vom folosi acest instrument pentru a simula grosimea peretelui aortei.

1. Efectuaţi o operaţiune Dilate pentru 3 pixeli din masca ’Morphology2_Aorta’. Denumiţi masca ”Bool”.

2. Selectaţi Boolean

Operations din ’Segmentation’. Asiguraţi-vă că sunt selectate următoarele opţiuni: ’Mask A: Bool’, ’Operation: Minus’, ’Mask B: Morphology2_Aorta’ şi ’Result: <New Mask>’.

În acest caz, masca Morphology va fi extrasă din masca Bool pentru a simula grosimea de perete a aortei. Reţineţi că aceasta nu este grosimea reală a peretelui aortei, însă oferă un ajutor pentru vizualizare. Alte operaţiuni booleane sunt, respectiv, găsirea intersecţiei şi a reuniunii a două măşti.

3. Daţi clic pe ’Apply’.

4. Calculaţi un model 3D cu calitate ridicată.

Măsurarea distanţelor Distanţele pot fi măsurate între două puncte pe o imagine 2D sau de-a lungul unei suprafeţe 3D.

1. Selectaţi modelul 3D creat anterior în exerciţiul despre operaţiile Booleane.

2. În tab-ul ’Measurements’ al managementului de proiect, daţi clic pe butonul New şi

selectaţi Measure Distance Over the Surface .

Acest instrument de măsurare determină cea mai scurtă distanţă pe o suprafaţă între două puncte.

3. Daţi clic pe vârful aortei şi apoi pe bază şi obţineţi distanţa de-a lungul acelei suprafeţe.

4. Acum daţi clic pe Measure Distance

în ’Tools’ din toolbar-ul principal.

Page 39: Mimics SE - Romanian Course Book

38

5. Faceţi o mărire (zoom) pe felia 106.88 din vederea axială. Daţi clic o dată pe imagine pe o parte a aortei şi din nou pe cealaltă parte.

6. Aceasta vă măsoară rapid diametrul aortei.

7. Salvaţi proiectul ca ”Lectia3_nume student”.

Exportul către formatul txt Orice măsurători efectuate pot fi exportate pentru analiza ulterioară.

1. Mergeţi la ’Export’ în toolbar-ul principal şi selectaţi Txt….

2. Selectaţi măsurătorile pe care doriţi să le exportaţi şi daţi clic pe ’Add’.

3. Selectaţi un director pentru salvare cu clic

pe pictograma .

4. Daţi clic pe ’OK’ pentru a exporta măsură-torile către directorul pe care l-aţi indicat.

Page 40: Mimics SE - Romanian Course Book

39

3.3. Temă de laborator – Aplicaţie Redeschideţi setul de date ’heart_se.mcs’. Parcurgeţi paşii necesari pentru threshold astfel încât să realizaţi o mască doar pentru plămâni. Creaţi un model 3D. Indiciu: Gândiţi-vă la ceea ce se află înăuntrul plămânilor şi cum ar trebui să faceţi threshold pentru asta. Apoi creaţi măşti separate pentru aortă şi coloană folosind operaţiuni Booleane. De asemenea, segmentaţi inima. Rezultatul final ar trebui să fie câte un model 3D pentru inimă, plămâni, coloană şi aortă.

Vedere de sus şi frontală cu transparenţa activată.

Page 41: Mimics SE - Romanian Course Book

40

Mimics – Lecţia 4: Simularea chirurgicală Subiecte abordate: Incizia (Cut), Despicarea (Split), poziţionarea unui implant, importul STL.

4.1. Explicaţie Modulul Mimics pentru Simulare permite simularea şi planificarea timpilor chirurgicali. Profesioniştii din domeniul ortopediei şi chirurgiei maxilo-faciale îşi pregătesc operaţiile, de multe ori, folosind acest modul. Exact ca în chirurgie, puteţi realiza incizii, să despicaţi şi să repoziţionaţi părţi anatomice. Dacă o porţiune anatomică a pacientului lipseşte, instrumentul numit mirror (oglindă) poate fi folosit pentru a reflecta anatomia în raport cu un plan. După tăiere şi repoziţionare, simularea ţesutului moale demonstrează cum se modifică acesta în raport cu modificările efectuate.

Simularea oferă, de asemenea, flexibilitatea de a testa diferite dimensiuni şi tipuri de implanturi pe anatomia pacientului. Acest lucru ajută chirurgul să valideze alegerea implantului optim. Pentru inginer, modulul de simulare ajută în procesul de proiectare. Modelele create în Mimics pot furniza inginerului o mai bună înţelegere a constrângerilor geometrice în proiectarea biomedicală. După ce este modelată anatomia, un implant proiectat poate fi importat în platforma Mimics pentru a testa forma, adaptarea şi funcţionalitatea. Cu Mimics, un proiect poate fi validat atât geometric, în studii de măsurare de exemplu, cât şi analitic, precum cu analizele inginereşti avansate.

4.2. Lucrări practice pas cu pas

Scenariu: Ne aflăm în situaţia unui chirurg maxilo-facial care are un pacient cu o afecţiune într-o

porţiune a mandibulei şi care necesită un implant. Folosiţi Mimics pentru a pregăti planul chirurgical prin determinarea inciziilor necesare pentru a elimina porţiunea bolnavă a mandibulei şi pentru a determina poziţia implantului necesar. Procedurile descrise în continuare vor arăta modul în care se pot rezolva aceste probleme.

Simularea chirurgicală

Incizia (Cut) Incizarea poate făcută atât în 2D cât şi în 3D. Aveţi posibilitatea să schimbaţi orientarea şi mărimea planului de incizie.

1. Deschideţi proiectul ’skull_se.mcs’.

2. Daţi clic pe Thresholding şi selectaţi setarea predefinită ’Bone (CT)’.

3. Selectaţi Region Grow şi apoi daţi clic pe mandibulă în vederea sagitală. Numiţi masca ’Mandible’.

4. Creaţi un model 3D cu calitate înaltă.

5. Daţi clic pe Cut with Polyplane în ’Simulation’ din toolbar-ul principal.

Page 42: Mimics SE - Romanian Course Book

41

6. Pentru a face tăierea, daţi un clic într-un punct din spatele ultimului molar şi un dublu-clic într-un al doilea punct la baza mandibulei.

Puteţi schimba orientarea planului de tăiere trăgând de săgeata roşie. Dacă nu vedeţi săgeata roşie, daţi clic cu butonul stânga pe plan şi săgeata va reapare. Planul poate fi şi el mutat trăgând de punctele verzi situate la capetele planului de tăiere. Ajustaţi punctele astfel încât planul de tăiere să fie cât mai vertical cu putinţă.

7. Selectaţi ’Properties’ în cutia de dialog Cut with Polyplane. Rotiţi modelul şi schimbaţi adâncimea, ca şi celelalte dimensiuni necesare, pentru a face ca tăietura să traverseze complet mandibula (aceste dimensiuni pot varia în funcţie de locul în care aţi plasat planul).

În caseta de dialog a proprietăţilor planul de tăiere puteţi schimba adâncimea, grosimea şi extensiile începutului şi sfârşitului planului de tăiere. Există totodată şi o opţiune de pre-vizualizare a modului în care va arăta planul cu dimensiunile specificate.

8. Daţi clic pe ’Preview’ pentru a vedea unde taie planul şi dacă totul arată bine, după care daţi clic pe ’OK’ pentru a accepta modificările. Dacă planul nu taie unde aţi dorit, reajustaţi dimensiunile.

9. Asiguraţi-vă că mandibula este selectată în ’Objects to Cut’ şi că traiectoria de tăiere este selectată şi ea în ’Cutting Paths’, după care daţi clic pe ’OK’.

Page 43: Mimics SE - Romanian Course Book

42

Tăietura se va vedea imediat în tab-ul ’3D Objects’ ca ’PolyplaneCut-Mandible’.

10. Daţi clic pe Cut with Polyplane în ’Simulation’ din toolbar-ul principal, pentru a face o nouă tăietură.

11. Asiguraţi-vă că ’PolyplaneCut-Mandible’ este selectată în ’Objects to cut:’ şi ’CP2’ este selectată în ’Cutting paths:’.

12. Plasaţi planul de tăiere sub prima tăietură. Daţi clic pe ’OK’ când sunteţi satisfăcut de poziţionarea planului de

tăiere.

13. Alegeţi Split din ’Simulation’ pentru a separa părţile de-a lungul tăieturii. Asiguraţi-vă că ’PolyplaneCut-PolyplaneCut-Mandible’ este selectată.

14. Daţi clic pe ’OK’ şi observaţi că porţiunea intermediară a mandibulei a fost eliminată. Aceasta simulează eliminarea porţiunii bolnave din mandibula pacientului.

Importul şi repoziţionarea unui obiect STL Implantul mandibular pe care îl vom folosi este într-o filă STL. După importul filelor STL, puteţi folosi instrumentul de repoziţionare pentru a plasa componentele în poziţia anatomică corectă.

1. Pentru a vizualiza implantul mandibular, daţi clic pe ochelarii situaţi imediat lângă ’jaw_implant’ în ’STLs’ din tab-ul de management al proiectului.

Dacă nu puteţi vedea implantul mandibular în fereastra 3D, va trebui să micşoraţi imaginea (zoom out) până când identificaţi locul în care este poziţionată. Deoarece ediţia student a Mimics nu permite importul fişierelor STL, implantul mandibular este deja disponibil în tab-ul STL. Totuşi, pentru a

importa o filă STL în versiunea profesională a Mimics, va trebui să daţi clic pe Load STL din tab-ul ’STLs’, să selectaţi fila STL aleasă şi apoi să daţi clic pe ’Open’.

Page 44: Mimics SE - Romanian Course Book

43

2. Selectaţi Reposition din ’Simulation’. Asiguraţi-vă că implantul mandibular este selectat în ’Objects to Reposition’ şi daţi clic pe ’Move with Mouse’.

Pentru a muta implantul în oricare din direcţiile x, y sau z, trebuie să trageţi de axa corespunzătoare. Pentru a-l muta într-o anumit loc (nu de-a lungul unei axe), puteţi trage de punctul galben aflat în originea sistemului de axe. Distanţa pe care vreţi să faceţi mutarea într-o anumită direcţie poate, de asemenea, să fie introdusă manual în cutiile de coordonate.

3. Daţi clic pe ’Rotate with Mouse’. Trageţi de fiecare dintre diferitele mânere pentru rotaţie, pentru a vă familiariza cu fiecare din inelele ce determină rotirea în direcţia corespunzătoare.

Pentru a schimba centrul de rotaţie, trageţi şi mutaţi dreptunghiul galben în mijlocul instrumentului.

Instrumentele Move şi Rotate pot fi găsite, de asemenea, în tab-ul ’3D Objects’.

4. Folosiţi sculele pentru Reposition pentru a plasa implantul pe mandibulă aşa cum se vede în figură.

5. Puteţi salva locaţia unui obiect 3D făcând clic pe ’Save Position’ din caseta de dialog ’Reposition the 3D Objects’. Odată ce este salvată o poziţie, puteţi muta obiectul 3D în acea poziţie făcând clic pe ’Go to saved pos’. Selectând ’Go to home pos’ veţi muta obiectul 3D în locaţia sa originală.

6. Salvaţi proiectul ca ”Lectia4_nume student”.

Page 45: Mimics SE - Romanian Course Book

44

4.3. Temă de laborator – Aplicaţie

În proiectul ’femur_se.mcs’, realizaţi o tăietură care trece prin capul femural. Despărţiţi (split) tăietura şi poziţionaţi componenta STL ’femur_implant’.

Page 46: Mimics SE - Romanian Course Book

45

Mimics – Lecţia 5: Legături CAD Subiecte abordate: Polilinii, suprafeţe şi curbe IGES, exportul către CAD.

5.1. Explicaţie Modulul MedCAD acţionează ca o punte între imagistica medicală şi proiectarea CAD tradiţională, cum sunt SolidWorks, Pro/Engineering şi Catia. O caracteristică importantă a MedCAD este aceea că poate opera cu polilinii. Mimics poate genera automat contururile (sau poliliniile) unei măşti de segmentare. Aceste polilinii pot fi apoi folosite pentru a umple cavităţile măştii sau pentru a adapta obiecte CAD cu formă liberă (freeform), precum suprafeţe sau sfere, la o mască. Obiectele CAD create în Mimics pot fi exportate direct ca file IGES către orice program CAD.

5.2. Lucrări practice pas cu pas Scenariu: Ca ingineri, trebuie să proiectaţi un implant standard pentru o înlocuire parţială a

articulaţiei genunchiului. Înainte de a face orice muncă de proiectare, datele din scanările CT trebuiesc importate în CAD. Folosiţi Mimics pentru a crea o suprafaţă IGES, care poate fi exportată către CAD pentru a corela toate informaţiile necesare pentru începerea proiectarea implantului. Urmaţi procedu-rile din această secţiune pentru a învăţa cum se fac aceşti paşi.

Suprafeţe Iges Exportul către CAD necesită o filă Iges. Mimics creează o reţea de suprafaţă STL, dar pachetele CAD tradiţionale necesită o filă ce descrie suprafaţa parametric, cum este formatul IGES. Modulul MedCAD ne permite să creăm suprafeţe şi curbe IGES, bazate pe geometria anatomică din scanare.

1. Deschideţi setul de date ’knee_se.mcs’.

2. Creaţi o mască pentru genunchi folosind pentru threshold valorile limită inferioară 120 şi superioară 3071.

3. Faceţi crop pe această mască, astfel încât ea să conţină doar partea inferioară a genunchiului stâng al pacientului.

4. Selectaţi Region Grow şi faceţi clic undeva pe această mască. Numiţi-o ”knee-1”.

Page 47: Mimics SE - Romanian Course Book

46

5. Calculaţi un model 3D al ’knee-1’ cu calitate ridicată. Veţi remarca o mulţime de găuri pe mască, ceea ce înseamnă că va trebui efectuată o editare.

6. În ’Segmentation’ din toolbar-ul principal, daţi clic pe Calculate Polylines . Selectaţi masca ’knee-1’ şi daţi clic pe ’OK’.

Când Mimics calculează polilinii, el creează contururi în jurul măştii selectate în fiecare felie. Setul de polilinii pe care tocmai l-aţi creat va apare în tab-ul ’Polylines’ din managementul de proiect.

7. Daţi clic pe Cavity Fill from

Polylinies din ’Segmentation’. Asiguraţi-vă că sunt selectate ’Fill cavity of: Set 1’ şi ’Using Mask: <New Mask>’.

8. Daţi clic pe ’Apply’ şi apoi pe ’Close’. Denumiţi noua mască ”knee-2”.

Cavity Fill from Polylinies este utilă atunci când o mască are multe găuri mici care trebuie să fie umplute. În fiecare felie, acest instrument umple toate golurile mici ale măştii care sunt înconjurate de o polilinie limită mai mare.

9. Faceţi clic pe ochelarii din tab-ul ’Masks’, al managementului de proiect, în coloana ’Visible’ pe toate măştile, cu excepţia ’knee-2’.

Această acţiune dezactivează măştile, astfel ca ele să nu mai fie afişate în imagini.

10. Faceţi o mărire (zoom in) pe genunchiul stâng în vederea axială. Începând de la felia axială 0, derulaţi prin toate feliile pentru a identifica între-ruperile (breaks) din masca ’knee-2’. Veţi remar-ca prima neregularitate pe felia 57.

Asiguraţi-vă că masca ’knee-2’ este activă.

Page 48: Mimics SE - Romanian Course Book

47

11. Mergeţi la Edit Masks şi selectaţi ’Draw’.

12. Desenaţi o conexiune acolo unde este întreruperea în mască.

13. Rulaţi în sus prin felii, continuând să umpleţi orice întrerupere (acestea apar în feliile 60, 75, 78, 84, 87, 90, 93, 96, 99).

14. Daţi clic pe Calculate Polylines din ’Segmentation’. Selectaţi masca ’knee-2’ şi daţi clic pe ’OK’.

Acum că toate întreruperile au fost umplute, calculând un nou set de polilinii se vor crea contururile care includ şi ariile pe care tocmai le-aţi editat.

15. Selectaţi Cavity Fill from Polylinies . Alegeţi acum parametrii ’Fill Cavity of: Set 2’ şi ’Using Mask: <New Mask>’. Redenumiţi apoi masca drept ”knee-3”.

Toate găurile din mască ar trebui acum să fie umplute. Dacă găurile nu sunt pline, înseamnă că aţi pierdut vreo discontinuitate în mască. În acest caz căutaţi felia în care încă există o gaură. Desenaţi o conexiune pe cea mai recent folosită mască, folosind Edit masks. Actualizaţi poliliniile cu clic pe

Update Polylines în ’Segmentation’ (sau folosiţi ’CRTL+u’). Va apare o casetă de dialog care va avertiza că nu există polilinii create sub masca curentă şi va întreba dacă vreţi să le creeze. Daţi clic pe ’Yes’. Efectuaţi o altă operaţiune Cavity Fill from Polylinies, selectând însă ’knee-3’ pentru ’Using

Page 49: Mimics SE - Romanian Course Book

48

mask:’. Acum vor trebui însă făcute întreruperi.

16. Calculaţi un model 3D cu calitate ridicată. Observaţi că acest model 3D este mult mai complet decât primul calculat.

Deoarece ne interesează să privim doar partea inferioară a genunchiului (tibia), putem folosi editarea pentru a şterge rotula şi porţiunea rămasă din femur.

17. Ştergeţi rotula, care poate fi văzută în feliile axiale de la 39 la 93, folo-sind săgeata verde orientată în sus din ’Copy to slices’ în Multiple Slice

Edit . S-ar putea să fie nevoie să selectaţi mai mult din rotulă decât să copiaţi în fiecare felie.

Acum masca ’knee-3’ ar trebui să nu mai conţină rotula.

18. Folosiţi ’Erase’ din Edit Masks pentru a şterge osul de deasupra tibiei în feliile axiale 99, 102 şi oricare din feliile situate deasupra feliei 102, pe care poate aţi inclus-o la operaţiunea Crop Mask.

Page 50: Mimics SE - Romanian Course Book

49

19. Faceţi o Region Grow şi numiţi noua mască ”knee-4”. Apoi calculaţi un model 3D. Ar trebui ca acum să nu mai vedeţi rotula şi nici osul situat deasupra tibiei.

20. Selectaţi Calculate polylines. Faceţi clic pe masca ’knee-4’ şi apoi pe ’OK’. Numiţi acest set de

polilinii ’polyKnee’.

21. Daţi clic pe Polyline Grow

în tab-ul ’Polylines’ din managementul proiectului. Selectaţi ’From: polyKnee’ şi ’To: New Set’. Bifaţi ’Auto multi-select’, ’Keep Originals’ şi setaţi ’Correlation(%)’ la 97.

Polyline Grow se referă la poliliniile situate deasupra şi dedesubtul feliei selectate. Dacă forma poliliniei se situează în limitele procentului de corelaţie (similaritate 97%), poliliniile sunt adăugate automat la selecţia curentă de polilinii. O selecţie de polilinii este o porţiune dintr-un set de polilinii.

22. Porniţi de la felia axia-lă 0 şi faceţi clic pe conturul exterior al măştii ’knee-4’. Con-turul va fi evidenţiat când puneţi mouse-ul deasupra lui. Puteţi, de asemenea, să tra-geţi o cutie în jurul genunchiului.

23. Derulaţi în sus, până când găsiţi o felie în care trebuie să reselectaţi acea polilinie pe care vreţi să o creşteţi (felia 48). Continuaţi reselecţia, cât timp este necesară, în sus, până la felia 96 (va trebui să reselectaţi cel puţin feliile 51, 57 şi 60 şi poate şi altele).

24. Folosiţi ’Erase’ din Edit Mask pentru a rupe conexiunea în felia axială 96.

Page 51: Mimics SE - Romanian Course Book

50

Trebuie să rupem această conexiune astfel încât, mai târziu, când creştem poliliniile, să putem adăuga un contur adiţional la setul de polilinii. Pentru a putea adă-uga o polilinie, forma trebuie să semene cu conturul anterior. Dacă nu vom face această editare vom avea o lacună, aşa cum se observă în figura alăturată.

25. În felia 96, selectaţi Update Polyline din ’Segmentation’.

26. Selectaţi Grow Polylines cu ’From: polyKnee’ şi ’To: New Set’. În feliile axiale 96, 99 şi 102, selectaţi conturul cel mai din stânga.

27. Selectaţi Grow Polylines cu ’From: polyKnee’ şi ’To: New Set’. În feliile axiale 96, 99 şi 102 selectaţi conturul cel mai din dreapta.

Acum avem trei selecţii de polilinii care sunt adecvate pentru a adapta acestora o suprafaţă. Va trebui să unim aceste trei contururi separate într-o singură suprafaţă, deoarece o curbă IGES nu poate fi adaptată mai multor contururi.

Page 52: Mimics SE - Romanian Course Book

51

28. În toolbar-ul principal, în ’MedCAD’, faceţi clic pe ’Freeform Surface’ şi apoi pe ’Fit from Polylines’. Selectaţi primul set din polyKnee (’Selection 5’ în imaginea din dreapta, cu toate că fiecare cursant poate să aibă un număr diferit). Asiguraţi-vă că aveţi cel puţin 30 de puncte de control şi faceţi clic pe ’OK’.

Parametrii de tip u şi cei de tip v sunt calculaţi automat. Dacă setul conţine mai mult de un contur pe fiecare felie, suprafaţa nu poate fi adaptată. De asemenea, aveţi nevoie de cel puţin trei contururi într-un set pentru a putea adapta acestora o suprafaţă. Veţi şti dacă un set este bun pentru a adapta o suprafaţă, deoarece caseta de dialog ’Suface Fit Parameters’ va spune ’Set OK’.

29. Repetaţi această procedură pentru ultimele două selecţii din lista ’Polyline set’. Priviţi în vederea 3D pentru a observa modul în care arată aceste selecţii ca suprafeţe.

30. Salvaţi această filă ca ”Iges Knee”.

Există încă unele găuri pe suprafaţă în partea superioară a genunchiului, însă forma anatomică generală este corectă. Unele găuri pot fi însăilate şi umplute în CAD pentru a crea componente solide.

Exportul către CAD Suprafaţa creată în exerciţiul de mai sus poate fi exportat în CAD.

1. Selectaţi ’Export’ din toolbar-ul principal, iar apoi daţi clic pe ’IGES…’

Page 53: Mimics SE - Romanian Course Book

52

2. Daţi clic pe tab-ul ’CAD’ şi selectaţi suprafeţele 1, 2 şi 3. Apăsaţi ’Add’.

3. Selectaţi un ’Output Directory’. Daţi clic pe ’Finish’ pentru a exporta suprafeţele.

5.3. Temă de laborator – Aplicaţie

Deschideţi setul de date ’hip_se.mcs’ şi creaţi o suprafaţă IGES din coada femurului, trocanter şi capul femural.

Sugestie – Pe felia axială 55 veţi avea nevoie să distrugeţi conexiunea dintre capul femural şi marele trocanter pentru a putea să adăugaţi polilinii. Aduceţi-vă aminte că poliliniile trebuie adăugate pentru a corecta nedoritele falii (lacune), care altfel pot exista. Veţi avea nevoie, de asemenea, să folosiţi editarea pentru a adăuga un contur în partea superioară a trocanterului (pe felia axială 65), astfel încât să aveţi suficiente contururi în set pentru a adapta o suprafaţă.

Page 54: Mimics SE - Romanian Course Book

53

Mimics – Lecţia 6: Crearea axei de simetrie Subiecte abordate: Calcularea liniei centrale, exportul axelor în CAD, măsurarea liniei centrale, tăierea terminaţiei liniei centrale.

6.1. Explicaţie Mimics permite determinarea axelor de simetrie (centerlines) pentru orice fel de ramificaţii, incluzând artere, vene (sistemul circulator) şi canale de aeraj (sistemul respirator). Instrumentele pentru obţi-nerea datelor despre aceste axe de simetrie sunt: diametrul maxim şi minim pentru adaptarea optimă, curbura, sinuozitatea şi diametrul hidraulic. Liniile centrale (axele) pot fi modificate în Mimics pentru a optimiza intrările şi ieşirile pentru diferite analize, cum ar fi CFD.

6.2. Lucrări practice pas cu pas Scenariu: Ca inginer ce proiectează un stent, aveţi nevoie să analizaţi curgerea fluidului prin aortă.

Folosiţi Mimics pentru a calcula linia centrală a aortei şi a pregăti capetele liniei centrale pentru CFD. Procedurile menţionate în continuare vă vor arăta cum se pot realiza aceste obiective.

Calculul şi Exportul Axei (Centerline) Puteţi găsi axele venelor şi arterelor, să faceţi măsurători bazate pe aceste linii centrale şi să exportaţi valorile corespunzătoare.

1. Deschideţi setul de date ’hip_se.mcs’.

2. Faceţi un threshold cu valori între 149 şi 279 şi apoi o creştere de regiune pe aortă. (Este prezentată situaţia feliei axiale 335).

3. Denumiţi masca ”Centerline” şi creaţi un model 3D de calitate ridicată.

Page 55: Mimics SE - Romanian Course Book

54

4. Selectaţi Fit Centerline în ’Freeform Tree’ din secţiunea ’MedCAD’ a toolbar-ului principal.

5. Iluminaţi masca modelului 3D al arterei. Lăsaţi parametri impliciţi de adaptare şi daţi clic pe ’OK’.

Rezoluţia de rezolvare (Resolving resolution) este detaliul minim pe care îl puteţi furniza pentru ca Mimics să calculeze axa (centerline). Toate vasele din acest set de date sunt mai mari de 1 mm, astfel că vom putea lăsa valoarea implicită. Numărul de iteraţii este cel care stabileşte de câte ori se va rula algoritmul. Acesta este implicit 2, ceea ce este suficient în cele mai multe cazuri. Distanţa dintre punctele de control stabileşte distanţa dintre fiecare din punctele de calcul, de-a lungul vasului analizat.

6. Pentru a vizualiza mai bine axa, daţi

clic pe butonul de transparenţă din toolbar-ul 3D.

Punctele roşii pe linia centrală indică puntele de bifurcare.

Page 56: Mimics SE - Romanian Course Book

55

7. Selectaţi tab-ul ’CAD Objects’ din toolbar-ul managementului de proiect şi daţi clic pe

Properties .

Caseta de dialog a proprietăţilor conţine informaţii despre Linia centrală şi ramificaţiile ei. În afară de schimbarea culorii acesteia, aveţi şi posibilitatea de a şterge unele ramuri ale acesteia. Pentru a stabili care ramuri vor fi vizualizate, daţi clic pe ochelarii corespunzători pentru a ascunde ramurile nedorite.

8. Iluminaţi toate ramurile dorite ţinând tasta Ctrl apăsată în timp ce selectaţi fiecare ramură. Daţi apoi clic pe ’Export’.

9. Faceţi clic pe folder-ul galben pentru a selecta un director în care se salvează datele. Denumiţi fila drept ”Aorta centerlines”.

10. Selectaţi ’TextFile (*.txt)’ pentru ’Save as type:’.

Puteţi exporta către o filă text sau către o filă Iges. Fila text conţine coordonatele punctelor şi măsurătorile selectate. Acestea pot fi exportate către programe cum sunt Excel sau Matlab, pentru analize detaliate ce depind de aplicaţie. Pentru a exporta în format Iges, selectaţi IGES… din ’Export’ din toolbar-ul principal şi selectaţi ce anume doriţi să exportaţi în tab-ul CAD.

11. Lăsaţi bifată doar opţiunea ’Best fitted diameter’ şi daţi clic pe ’Save’.

Pentru a vedea câte o definiţie pentru fiecare din aceste măsurători, uitaţi-vă în secţiunea ’Centerline Measurements’ din paginile de ajutor ’MedCAD menu’. Un alt mod de a face măsurători este cu

opţiunea New din tab-ul ’Measurements’ al managementului de proiect.

12. Duceţi-vă la ’Measurements’ şi daţi clic pe New .

Cea de-a doua jumătate a listei se referă la măsurătorile făcute pe centerline.

Page 57: Mimics SE - Romanian Course Book

56

13. Selectaţi una din aceste măsurători şi puneţi mouse-ul pe modelul 3D al liniei centrale pentru a vizualiza valoarea măsurătorii. Repetaţi procedura pentru câteva măsurători.

Pe măsură ce deplasaţi mouse-ul de-a lungul liniei centrale, valoarea măsurătorii este actualizată continuu până când daţi un clic.

Tăierea capetelor liniei centrale (Cut Centerline Ending)

Cut Centerline Ending vă permite să tăiaţi un capăt al liniei centrale perpendicular pe aceasta, pentru a crea suprafeţele de intrare şi ieşire plane, necesare analizelor CFD.

1. Mergeţi la Actions din tab-ul ’CAD Objects’ al managementului de proiect.

2. Selectaţi Cut Centerline Ending .

3. Puneţi în evidenţă (highlight) ’Centerline 1’şi apoi daţi clic pe ’Indicate’. Pe modelul 3D, daţi clic pe ramura cea mai de sus a arterei şi faceţi o tăietură (cut).

4. Faceţi clic pe ’OK’.

5. Faceţi câteva tăieturi pe diferite ramuri, pentru a vă familiariza cu instrumentul.

Tab-ul 3D Objects va prezenta şi linia centrală modificată (care o arată cu tăieturile practicate).

Modificarea liniei centrale (Modify Centerline)

Opţiunea de modificare a liniei centrale oferă posibilitatea de a repoziţiona punctele de control ale acesteia. Acest lucru este util atunci când linia centrală calculată nu urmează corect ramificaţiile vaselor şi necesită ajustări.

Page 58: Mimics SE - Romanian Course Book

57

1. Mergeţi la meniul CAD Objects. Selectaţi butonul Actions şi apoi daţi clic pe ’Edit Centerline Control Points’.

Puteţi modifica linia centrală prin deplasarea punctelor de control.

2. Selectaţi punctul de control pe care doriţi să îl schimbaţi. El se va colora în verde.

3. Selectaţi apoi alte două puncte de control, de fiecare parte a punctului verde, pentru a indica limitele modificării. Acestea se vor colora în negru.

4. Trageţi de punctul de control verde până în locaţia dorită. Daţi dublu-clic pentru a finaliza modificarea.

Remarcaţi că, acum, linia centrală are o curbură mai puţin accentuată decât avea la început.

Page 59: Mimics SE - Romanian Course Book

58

6.3. Temă de laborator – Aplicaţie

Pe setul de date ’heart_se.mcs’, segmentaţi (porţionaţi) două ramuri mici ce ies din inimă. Calculaţi linia centrală, cel mai bun diametru de adaptare şi diametrele maxim şi minim pentru aceste ramuri.

Page 60: Mimics SE - Romanian Course Book

59

Mimics – Lecţia 7: FEA (partea 1) Subiecte abordate: reconstrucţia reţelei, crearea unei reţele volumetrice, atribuirea materialului, exportul către FEA.

7.1. Explicaţie Modulul FEA din Mimics permite optimizarea reţelelor triunghiulare pentru a fi pregătite pentru analize ulterioare folosind FEA sau CFD. Remeshing este folosită pentru a creşte şi optimiza calitatea triunghiurilor şi a preprocesa un model pentru pachetele analitice. Procesarea tipică pentru remeshing include: netezirea (smoothing) reţelei (pentru a elimina muchiile ascuţite care pot acţiona ca nişte concentratori de eforturi nedoriţi în analiză), reducerea numărului de triunghiuri (pentru a creşte viteza de calcul pentru FEA) şi optimizarea calităţii triunghiurilor. Imaginile următoare prezintă un exemplu de reţea înainte şi după ce a fost optimizată.

Page 61: Mimics SE - Romanian Course Book

60

Instrumentul de remesh din Mimics este compus din mai multe ferestre principale. Acestea includ: vederea 3D, fereastra tip ’jurnal de bord’ (log), secţiunea privind baza de date şi pagina de inspecţie şi secţiunea de operaţiuni şi proprietăţi. Vederea 3D vă permite să vizualizaţi modelul 3D al componentei la care lucraţi. Tab-ul de lângă vederea 3D, locul de inspecţie (inspection scene), este locul în care puteţi vizualiza reţeaua triangulată corespunzătoare piesei analizate. O listă a tuturor paşilor şi operaţiunilor efectuate este disponibilă în ’jurnalul de bord’ (log window). Caseta din dreapta-sus include baza de date şi pagina de inspecţie. Caseta bazei de date vă oferă informaţii despre fiecare componentă, suprafaţă, curbă şi desen creat. Puteţi folosi structura bazei de date pentru a selecta diferite obiecte pentru o anumită operaţiune. Pagina de inspecţie vă permite să controlaţi toate operaţiile de remesh pe carele-aţi efectuat şi să inspectaţi şi vizualizaţi calitatea reţelei create.

Pagina proprietăţilor vă va prezenta toate proprietăţile (precum numărul de triunghiuri, culoarea, volumul, aria suprafeţei, etc.) asociate obiectului selectat. Pagina de operaţii prezintă toţi parametri disponibili pentru a fi schimbaţi atunci când se aplică o operaţiune obiectului selectat. Pagina de operaţii pentru instrumentul de netezire (smooth) este prezentată ca exemplu.

Page 62: Mimics SE - Romanian Course Book

61

Odată ce au fost create reţelele FEA, Mimics poate atribui proprietăţi de material pe baza unităţilor Hounsfield şi să le exporte direct către pachetele FEA. Capacitatea de a atribui proprietăţi de material vine din corelaţia directă dintre densitatea unei imagini CT şi densitatea materialelor anatomice, precum osul.

7.2. Lucrări practice pas cu pas Scenariu: Vi se cere să faceţi o analiză cu elemente finite pentru a explora biomecanica aferentă

articulaţiei şoldului. Pregătiţi setul de date al articulaţiei genunchiului pentru folosire în FEA, utilizând remesher-ul Mimics, după care atribuiţi proprietăţi de material reţelei create pe baza informaţiilor valorilor de gri din scanarea CT. Procedurile menţionate mai jos vă vor arăta cum puteţi realiza aceste obiective.

FEA

Recalcularea reţelei (Remeshing) Această operaţiune este utilizată pentru a creşte şi optimiza calitatea triunghiurilor pentru prepro-cesoarele pachetelor analitice.

1. Deschideţi proiectul ’FEA_femur_se.mcs’.

2. Evidenţiaţi ’Femur’ în tab-ul ’3D Objects’ din toolbar-ul managementului de proiect.

3. Daţi clic pe butonul Remesh în acelaşi tab.

Instrumentele de navigare pentru model lucrează la fel în remesher ca şi în Mimics.

4. Mergeţi la tab-ul ’Remeshing’ aflat în partea superioară a Remesher-ului.

5. Daţi clic pe butonul Smooth şi apoi clic pe modelul 3D al femurului. Selectaţi ’Femur’.

6. Lăsaţi parametrii de adaptare la valorile implicite. Daţi clic pe ’Preserve sharp edges’ din ’Advances Options’ şi apoi daţi clic pe ’Apply’.

Pentru a preveni ca partea inferioară a femurului să fie rotunjită, trebuie să bifăm opţiunea de păstrare a muchiilor ascuţite.

Page 63: Mimics SE - Romanian Course Book

62

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. Vom folosi compensarea pentru a contracara orice contracţie care poate apare ca rezultat al algoritmului de netezire.

7. Selectaţi butonul Reduce din tab-ul ’Remeshing’ şi daţi clic pe piesă, selectând ’Femur’.

8. Schimbaţi ’Geometrical error’ pe 0.09 şi lăsaţi restul parametrilor de reducere la valorile implicite. Lăsaţi nebifată opţiunea ’Preserve surface contours’. Daţi clic pe ’Apply’.

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. Când un unghi este mai mare decât ’Flip threshold angle’ (unghiul de salt pentru threshold) triunghiurile incluse în acest unghi nu vor fi reduse. Dacă nu există muchii critice, atunci valoarea unghiului este unghiul maxim care poate fi creat în timpul reducerii. Opţiunea ’Preserve surface contours’ trebuie să fie folosită atunci când avem suprafeţe definite care nu sunt bazate pe geometria piesei (componentei).

9. Daţi clic pe Auto Remesh în tab-ul ’Remeshing’ şi asiguraţi-vă că ’part’ este selectat pentru ’Entities’.

Page 64: Mimics SE - Romanian Course Book

63

10. Selectaţi ’Height/Base (N)’ pentru ’Shape Measure’ în tab-ul ’Inspection Page’. Schimbaţi valorile minimă şi maximă la 0 şi respectiv 0.3.

Puteţi vizualiza măsurătorile formei pe histogramă, schimbând ’Current Measure’ în ’Shape Measure’, din zona ’Histogram Parameters’. Histograma măsoară calitatea tuturor triunghiurilor din reţea (mesh). Ne dorim ca toate triunghiurile să se situeze deasupra limitei de 0.3 din Shape Measure Threshold pe care am setat-o, deoarece triunghiurile cu o calitate mai mică de atât nu vor fi importate în pachetele FEA sau CFD.

11. Schimbaţi ’Maximum geometrical error’ la 0.4, bifaţi ’Control triangle edge length’ şi setaţi ’Maximal edge length’ pe 5. Lăsaţi restul parametrilor la valorile implicite şi daţi clic pe ’Aply’.

O regulă empirică este aceea de a menţine eroarea geometrică folosită în reducere egală cu eroarea geometrică maximă. Cu acest exemplu, avem flexibilitatea de a creşte eroarea geometrică la 0.4, astfel încât să putem reduce timpul de calcul prin reducerea numărului de triunghiuri. Câţiva din parametri de autoremesh includ: shape quality threshold care stabileşte calitatea dorită a triunghiurilor, eroarea geometrică maximă care este maximul abaterilor dintre suprafaţa piesei înainte şi după auto-remeshing şi maximal edge length care stabileşte o limită a lungimii muchiilor triunghiurilor create. Modelele mari şi cu multe triunghiuri de calitate scăzută pot fi corectate mai bine în paşi incrementali; uneori putem obţine rezultate dacă folosim shape quality threshold de 0.1, apoi de 0.2 şi apoi de 0.3.

12. Daţi clic pe Quality Preserving Reduce Triangles din tab-ul ’Remeshing’ şi apoi daţi clic pe piesă.

Acest pas reduce numărul de triunghiuri, păstrând însă calitatea.

Page 65: Mimics SE - Romanian Course Book

64

13. Bifaţi ’Control triangle edge length’, setaţi ’Maximal edge length’ pe 5 şi lăsaţi restul parametrilor la valorile implicite. Daţi clic pe ’Apply’.

Modelul pe care l-aţi obţinut ar trebui să semene cu cel din figura de mai sus.

Se poate folosi şi Remesh Wizard pentru a obţine un rezultat apropiat de acesta, realizat cu paşii pe care i-am făcut până acum. Cu acest instrument, programul determină automat parametrii; cu toate acestea, efectuarea manuală a paşilor descrişi permite un control mai mare asupra parametrilor.

Page 66: Mimics SE - Romanian Course Book

65

Atribuirea materialului (Material Assignment) Mimics atribuie materiale reţelelor volumetrice pe baza valorilor de gri Hounsfield. Puteţi crea o reţea volumetrică în remesher, să aduceţi înapoi reţeaua volumetrică în Mimics şi apoi să atribuiţi proprietăţi de material.

1. Faceţi un duplicat al obiectului 3D ’Femur’, dând clic-dreapta şi selectând ’Duplicate’ din tab-ul Active Scene.

Aceasta ne permite să avem la dispoziţie o reţea de suprafaţă şi o reţea volumetrică atunci când ne întoarcem în Mimics. Dacă doriţi să încărcaţi o reţea, în loc să creaţi una, ar trebui să daţi clic pe Load

Mesh în tab-ul ’FEA Mesh’ din managementul proiectului.

2. Selectaţi Create Volume Mesh din tab-ul ’Remeshing’.

3. Asiguraţi-vă că aţi selectat ’Femur’ ca ’Entity’. Setaţi ’Method’ pe varianta ’Init and Refine’, ’Shape measure’ pe ’Aspect ratio (A)’ şi ’Shape quality threshold’ pe 25.

4. Daţi clic pe ’Apply’.

Parametrii de construcţie a reţelei (mesh) vă permit să definiţi anumite detalii ale acesteia. De exemplu, metoda folosită pentru a crea reţeaua volumetrică tetraedrică poate fie să umple volumul, ca în Init, fie să umple volumul şi să adapteze tetraedrele mai adecvat, ca în Init and Refine. Control edge length limitează elementele tetraedrice la dimensiunea pe care aţi indicat-o. Opţiunile pentru mesh quality definesc modul în care Mimics analizează reţeaua. Aspect ratio este o analiză obişnuită a reţelei pentru FEA. Este bine să setaţi shape quality threshold la cel puţin 25, deoarece un threshold sub această valoare este considerată de slabă calitate şi nu este acceptată de pachetele FEA.

Page 67: Mimics SE - Romanian Course Book

66

5. Închideţi remesher-ul pentru a vă întoarce în Mimics,

făcând clic pe .

Reţeaua de suprafaţă poate fi găsită în tab-ul ’3D Ojects’ şi numele său va începe cu cuvântul ’Remeshed’.

Reţeaua volumetrică poate fi găsită în tab-ul ’FEA Mesh’.

6. Activaţi doar reţeaua volumetrică în panoul 3D.

7. Daţi clic pe ochelarii din ’Contour Visible’ din tab-ul ’FEA Mesh’ pentru a vizualiza unde este localizată reţeaua în 2D.

8. Daţi clic pe Enable/disable clipping . În tab-ul ’Clipping’, bifaţi căsuţele ’Axial’ şi ’Sagittal’ din ’Active’. Setaţi ’Texturing’ pe ’None’ pentru amândouă. Derulaţi în vederile 2D axială şi sagitală pentru a vizualiza distribuţia internă a reţelei.

9. Apăsaţi pictograma Materials

10. Daţi clic pe ’Yes’ în fereastra de dialog ce apare pe ecran.

Page 68: Mimics SE - Romanian Course Book

67

Acest mesaj explică faptul că Mimics are nevoie de timp pentru a calcula valoarea medie de gri pentru pixelii fiecărui element al reţelei.

11. Asiguraţi-vă că este selectat ’Uniform’ pentru ’Method’ şi setaţi numărul de materiale la 15. Lăsaţi nemodificată opţiunea ’Limit to Mask: None’.

Metoda uniformă divizează domeniul de valori de gri în intervale de lărgime egală, pe baza numărului de materiale ales. Selectând ’Materials’ în tab-ul Histogram putem pre-vizualiza aceste intervale. Metoda look-up file foloseşte un fişier preexistent cu intervale de valori de gri predefinite pentru materiale atribuite. Metoda mask preia măştile create în proiect şi atribuie câte un material fiecărei măşti selectate. Exersaţi cu diferitele opţiuni pentru a vă familiariza cu diferitele metode de atribuire a materialelor.

Exemplu pentru metoda Mask

12. Daţi clic pe tab-ul ’Material Editor’.

Aici puteţi introduce proprietăţile materialelor, cum ar fi densitatea. În secţiunea ’Use material expressions’ puteţi introduce manual expresii cunoscute pentru proprietăţi. O listă a unor astfel de expresii pot fi găsite în paginile de ajutor, făcând clic în tab-ul Contents> Mimics Modules> FEA> Empirical Expressions.

13. Selectaţi ’OK’.

14. Activaţi modul clipping doar în vederea coronală şi setaţi ’Texture’ pe ’None’. Derulaţi prin vederea coronală pentru a vedea distribuţia internă a materialului.

Exportul către FEA Reţelele create sau modificate în Mimics pot fi exportate pentru analize ulterioare în pachetele FEA.

1. Daţi clic pe Export Mesh în tab-ul ’FEA Mesh’.

Veţi selecta numele reţelei pe care vreţi să o exportaţi din tab-ul Mesh, selectaţi apoi un format de ieşire, daţi clic ’Add’ şi apoi selectaţi ’OK’.

2. Daţi clic pe ’Cancel’.

Page 69: Mimics SE - Romanian Course Book

68

7.3. Temă de laborator – Aplicaţie

Deschideţi fişierul ’knee_hw_se.mcs’. Urmând aceeaşi procedură folosită la reconstrucţia reţelei (remesh) pentru articulaţia de şold, creaţi o reţea de suprafaţă optimizată pentru genunchi.

Page 70: Mimics SE - Romanian Course Book

69

Mimics – Lecţia 8: FEA (partea 2) Subiecte abordate: acoperirea, crearea şi separarea unui ansamblu non-manifold.

8.1 Explicaţie Atunci când se rulează o analiză FEA pe mai multe componente, piesele conjugate trebuie să se potrivească nod cu nod. Pentru a face acest lucru, modulul FEA din Mimics poate genera ansambluri simple (non-manifold1), sau secţiuni t (t-sections). Ansamblurile non-manifold creează suprafeţe adaptate între piesele componente aflate în contact, cum este situaţia osului şi a implantului. Odată ce un ansamblu este creat, întreaga mască poate fi optimizată pentru FEA cu remesher-ul. După terminarea operaţiunii de remeshing, puteţi separa reţeaua osului de cea a implantului în două reţele distincte, folosind instrumentul de separare (split). Acest pas final creează două reţele separate cu o suprafaţă de separare adaptată nod cu nod.

8.2. Lucrări practice pas cu pas Scenariu: Doriţi să analizaţi tensiunile asociate unui implant de mandibulă, folosind FEA. Mai întâi

vreţi să analizaţi implantul şi osul ca o sigură reţea (mesh) şi apoi ca reţele separate. Folosiţi Mimics pentru a crea aceste reţele. Procedurile menţionate mai jos vă vor ajuta să îndepliniţi aceste obiective.

Asamblarea Non-Manifold

Crearea unui ansamblu Non-Manifold Ansamblurile non-manifold sunt create pentru a putea fi siguri că suprafaţa comună dintre componente, ca în cazul implantului şi osului, sunt identice. Acest lucru este necesar pentru a efectua FEA cu acurateţe.

1. Deschideţi proiectul ’skull_se.mcs’.

2. Efectuaţi operaţiunea de Threshold şi cea de Region Grow pentru a segmenta mandibula. Denumiţi masca ’Mandible’.

3. Calculaţi un model 3D.

4. Folosiţi Edit Mask in 3D pentru a elimina penultimul molar din partea stângă a mandibulei pacientului. Nu uitaţi să faceţi o operaţiune de Region Grow şi să recalculaţi modelul 3D, după ce aţi terminat editarea.

5. Activaţi STL-ul ’tooth_implant’.

1 Anexa A – Definiţia ansamblului non-manifold.

Page 71: Mimics SE - Romanian Course Book

70

6. Poziţionaţi implantul astfel încât să se potrivească în soclul creat în pasul 4, când aţi eliminat dintele.

7. Activaţi modul Clipping din 3D Toolbar.

8. În tab-ul ’Clipping’ din managementul de proiect, bifaţi cutia situată imediat lângă ’Sagittal’ în coloana ’Active’.

9. Schimbaţi ’Texturing’ în ’None’, făcând clic pe cuvântul din coloana Texturing până când ajungeţi la ’None’.

10. Derulaţi prin imaginile sagitale 2D şi remarcaţi că în vederea 3D există câteva găuri în model.

11. Dezactivaţi Clipping.

Instrumentul de acoperire Wrap din Remesher poate folosit pentru a umple găurile modelului 3D. Acest instrument este deosebit de util pentru FEA, unde găurile pot conduce la rezultate fără acurateţe.

12. Alegeţi ’Remesh’ din toolbar-ul principal în secţiunea ’FEA/CFD’.

13. Selectaţi atât tooth_implant cât şi mandibula cu dintele eliminat. Daţi clic pe ’OK’.

14. Deplasaţi vă în tab-ul ’3D View’ al remesher-ului.

15. Selectaţi Wrap din tab-ul ’Fixing’.

16. Selectaţi ’Mandible’ şi ’tooth_implant’ ca ’Entities’.

17. Setaţi ’Gap closing distance’ pe 0.2 şi ’Smallest detail’ pe 1. Lăsaţi restul parametrilor pe valorile implicite. Daţi clic pe ’Apply’.

Page 72: Mimics SE - Romanian Course Book

71

Gap closing distance determină mărimea lacunelor ce vor fi acoperite. Smallest detail stabileşte mărimea triunghiurilor suprafeţei nou create. Studiaţi şi paginile de ajutor pentru detalii asupra parametrilor de wrap.

18. În tab-ul ’Active Scene’ daţi clic-dreapta pe ’Mandible’ şi selectaţi ’Hide’.

19. Repetaţi această etapă pentru ’tooth_implant’, astfel încât doar modelele 3D cuprinse (acoperite) vor mai rămâne vizibile în vederea 3D.

20. Daţi clic pe semnul plus de lângă ’Section list’ în tab-ul ’Active Scene’ şi apoi daţi clic pe ’Standard Section-X’.

21. În tab-ul ’Standard Section-X’ bifaţi caseta de lângă ’Cip’ pentru a activa opţiunea de tăiere (clipping).

22. Daţi clic pe ’Position’ şi va apare o bară deruloare. Mutaţi cursorul pe bară şi verificaţi vederea 3D pentru a vă asigura că toate găurile au fost umplute prin acoperire (wrap).

Modelul acoperit ar trebui să nu mai conţină găuri acolo unde erau anterior, în modelul original. Acum putem crea un ansamblu non-manifold.

23. În tab-ul ’Remeshing’ daţi clic pe Create non-manifold assembly .

Page 73: Mimics SE - Romanian Course Book

72

24. Daţi clic-stânga pe ’Mandible-wrapped’ pentru a o selecta ca entitate principală. Daţi clic pe ’Intersecting entity’ şi apoi clic-stânga pe ’tooth_implant_wrapped’.

25. Daţi clic pe ’Apply’ pentru a combina reţelele mandibulei şi a implantului.

26. Selectaţi instrumentul Create Inspection Scene din tab-ul ’Remeshing’.

27. Selectaţi ’Mandible_wrapped_non-manifold_assemby’ pentru ’Entity’ în tab-ul inpection scene. Acest lucru poate fi selectat, de asemenea, din structura bazei de date (database tree).

28. Apăsaţi pe ’Apply’.

Optimizarea reţelei ansamblului non-manifold Vrem să creăm o reţea optimizată aşa cum am procedat la recalcularea reţelei pentru FEA.

1. Daţi clic pe instrumentul Filter Sharp Triangles din tab-ul ’Fixing’. Daţi clic-stânga pe modelul 3D şi selectaţi ’Mandible_wrapped_non-manifold_assemby’.

Triunghiurile ascuţite trebuie eliminate deoarece ele sunt dezavantajoase pentru calitatea şi viteza de calcul în FEA.

Page 74: Mimics SE - Romanian Course Book

73

2. Setaţi ’Filter small triangles parameters’ cu ’Filter

distance: 0.2000’, ’Threshold angle: 15.0000’ şi ’Filter

mode: Collapse’. Daţi clic pe ’Apply’.

3. Selectaţi Smooth din tab-ul ’Remeshing’.

Deoarece modelul 3D va fi folosit doar pentru FEA, puteţi reduce cantitatea de detalii ale suprafeţei

sale exterioare, prin netezire.

4. Daţi clic-stânga pe modelul 3D şi selectaţi

pentru ’Surface’ suprafaţa numită

Mandible_wrapped_non-manifold_assembly.

Bifaţi ’Preserve sharp edges’ în ’Advanced

options’ şi lăsaţi restul parametrilor pe

valorile implicite. Daţi clic pe ’Apply’.

5. Daţi clic pe Reduce şi apoi pe modelul 3D pentru a selecta ’Mandible_wrapped_non-

manifold_assembly’.

Pentru că sunt prea multe triunghiuri pentru Analiza cu Elemente Finite, este necesară o reducere a

numărului lor.

6. Setaţi ’Flip threshold angle’ la 30, ’Geometrical error’ la

0.06 şi bifaţi ’Preserve surface contours’. Lăsaţi restul

parametrilor la valorile implicite şi daţi clic pe ’Apply’.

7. În tab-ul ’Inspection Page’, selectaţi ’Height/Base (N)’ din meniul ’Shape Measure’ la secţiunea

’Quality parameters’.

8. Asiguraţi-vă că poziţia cursorului pe

histogramă este la 0.3, calitatea necesară

pentru a genera o reţea volumetrică.

9. Asiguraţi-vă că este selectată opţiunea

’Shape Measure’ pentru ’Current measure’ din ’Histogram parameters’.

Daţi clic pe Auto Remesh în tab-ul ’Remeshing’.

Page 75: Mimics SE - Romanian Course Book

74

10. Setaţi ’Maximum geometrical error’ pe 0.1 şi

dezactivaţi bifa pe ’Control triangle edge length’.

Lăsaţi ceilalţi parametri cu valorile implicite.

Daţi clic pe ’Apply’.

11. Aplicaţi din nou un auto remesh, după bifarea

opţiunii ’Control triangle edge length’.

Lăsaţi ceilalţi parametri nemodificaţi.

Deoarece primul autoremesh a dus la o reţea ce conţine triunghiuri de dimensiuni diferite, dacă

limităm lungimea maximă a muchiei vom putea obţine o reţea uniformă.

12. Daţi clic pe Quality Preserving Reduce Triangles

din tab-ul ’Remeshing’. Schimbaţi parametrul

’Maximum geometrical error’ la 0.2 şi lăsaţi

nemodificaţi ceilalţi parametri.

Quality Preserving Reduce Triangles elimină grupurile de triunghiuri mici încă prezente în reţea.

13. Daţi clic pe ’Apply’. Rezultatul

final este o reţea uniformă cu

calitatea dorită.

Page 76: Mimics SE - Romanian Course Book

75

Sciziunea unui ansamblu non-manifold şi Exportul componentelor remesh-ate Acest instrument va prelua reţeaua combinată a mandibulei şi implantului pe care am creat-o mai sus şi o va separa într-o reţea pentru implant şi una pentru mandibulă, cu o adaptare nod cu nod pe suprafeţele pereche (comune).

1. Selectaţi instrumentul Split non-manifold assembly din tab-ul ’Remeshing’.

2. Duceţi-vă în vederea 3D şi selectaţi ’Mandible_wrapped_non-manifold_assembly’ pentru ’Entities’.

3. Daţi clic pe ’Apply’.

4. Părăsiţi Remesher-ul şi întoarceţi-vă în Mimics.

Dacă doriţi să exportaţi obiectele 3D cu reţele recalculate (remeshed), va trebui să selectaţi formatul

de ieşire (export) corect, iar apoi să daţi clic pe ’Add’ din meniul de Export.

Page 77: Mimics SE - Romanian Course Book

76

8.3. Temă de laborator – Aplicaţie

Folosiţi modelul 3D pe care l-aţi creat în Mimics – Lecţia 5: CAD link. Acesta ar trebui să fi fost salvat ca

’IGES knee’. Creaţi un ansamblu non-manifold al genunchiului şi al obiectului STL knee_implant, apoi

scindaţi (split) ansamblul.

Sugestie – Rulaţi programul cu eroarea geometrică de 0.08 şi eroarea geometrică maximă de 0.1.

Page 78: Mimics SE - Romanian Course Book

77

Anexa A

Definiţia Ansamblului Non-Manifold Prima întrebare este: Ce înseamnă Manifold şi Non-Manifold?

Manifold este un termen topologic geometric care permite unor elemente separate să existe într-un

singur corp logic. Ca urmare, Non-Manifold va însemna că fiecare obiect trebuie să aibă propriul său

corp logic. Evident, o astfel de definiţie este destul de confuză, astfel că cel mai bun mod de a

interpreta noţiunile Manifold şi Non-Manifold este următorul: Manifold înseamnă în esenţă

”realizabil” practic (manufacturable), iar Non-Manifold însemnă ”nerealizabil”. Cu alte cuvinte

Manifold reprezintă o formă care se poate realiza prin prelucrare (mecanică/manuală) dintr-o singură

bucată, în timp ce forma Non-Manifold nu se poate realiza.

Priviţi imaginea următoare, care înfăţişează un corp simplu non-manifold:

Avem de a face cu două cuburi care au fost unite Boolean de-a lungul unei singure muchii comune,

rezultând un SINGUR corp logic. Aceasta este o ilustrare efectivă a unui corp non-manifold, în care

fiecare bloc este un ”bloc disjunct” cu toate că formează un singur corp logic. Muchia ascuţită dintre

blocuri este condiţia efectivă non-manifold. Deoarece această muchie este infinit de fină, nu există

vreun proces de realizare capabil să realizeze o formă cu astfel de muchie. În realitate, putem cel mult

să ne gândim să separăm cele două blocuri.

Page 79: Mimics SE - Romanian Course Book

78

Virtual, astfel de forme se pot manipula cu ”maşini” matematice. Există două tipuri de maşini de

modelare: maşini de modelare manifold şi maşini de modelare non-manifold. Din prima categorie se

pot cita: NX, SolidWorks, SolidEdge, şi Parasolid. Din cea de a doua: TransMagic, ACIS, CATIA V4, CATIA

V5 şi Pro/E.

Maşinile de modelare manifold nu permit reprezentarea obiectelor disjuncte într-un singur corp logic.

Fiecare piesă trebuie să aibă propriul său corp.

Când folosiţi o aplicaţie de modelare non-manifold precum CATIA V5, de exemplu, în timpul

operaţiunii de creare a unor piese foarte mari şi complexe este perfect posibil să fie respectate

condiţiile non-manifold, create neintenţionat prin operaţiuni de tip Boolean (amestecări, rămăşiţe,

trasări incorecte, cojiri, etc.). La exportul dintr-o astfel de aplicaţie către una de tip manifold (de

exemplu SolidWorks), aceste condiţii trebuie eliminate (desprinse – split) din poziţiile non-manifold.

Atunci când nu se pot crea solidele, se creează un model de tip suprafaţă.

Este deci doar o problemă de comunicare între două modele matematice şi această separare

(splitting) nu poate fi evitată.