Forscher der University of Colorado Boulder haben eine Methode entwickelt, um medizinische Bilder wie CT- oder MRI-Scans in äußerst detaillierte, digitale 3D-Modelle umzuwandeln. Dazu versuchen sie, die Strukturen mit „Grenzflächen“-Mapping zu erfassen. Die digitalen 3D-Modelle könnten dann zum Beispiel für die Erstellung von physischen Modellen mit 3D-Druckern weiterverarbeitet werden und so extrem realistische, medizinische Patientenmodelle möglich machen. Wir stellen die Arbeit der Forscher einmal genauer vor.
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Forscher der University of Colorado Boulder haben laut einer Pressemitteilung eine Methode entwickelt, um medizinische Bilder wie CT- oder MRI-Scans in äußerst detaillierte 3D-Modelle auf dem Computer umzuwandeln. Die Methode ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit mit Forschern der CU Boulder, des CU Anschutz Medical Campus mit dem Ziel, für Chirurgen etwas zu entwickeln, damit sie vor dem Eingriff an lebensechten Modellen üben können.
Verständliche Modelle der Körperteile
Das Team rund um Robert MacCurdy, Assistenzprofessor für Maschinenbau und leitender Autor der neuen Studie, gibt Ärzten eine neue Möglichkeit, realistische, verständliche Modelle der verschiedenen Körperteile ihrer Patienten bis ins Detail ihrer winzigen Blutgefäße zu drucken, aus weichen und biegsamen Polymeren.
Die Forscher haben für ihre Methode Scandaten zur Entwicklung von Organkarten aus Milliarden volumetrischer Pixel oder „Voxeln“ entwickelt, wie Pixel, aus denen ein digitales Foto entsteht, aber dreidimensional. Die Forscher experimentieren, um herauszufinden, wie sie 3D-Drucker einsetzen können, um die Karten in physische Modelle umzuwandeln, die genauer sind als die, die mit bestehenden Tools verfügbar sind.
Stimmen der Beteiligten
Robert MacCurdy, leitender Autor des neuen Papiers und Assistenzprofessor für Maschinenbau an der CU Boulder, sagte:
„Unsere Methode adressiert die entscheidende Notwendigkeit, Chirurgen und Patienten ein besseres Verständnis der patientenspezifischen Anatomie zu vermitteln, bevor die Operation überhaupt stattfindet.“
Jacobson, Forscher für klinisches Design bei der Inworks Innovation Initiative, sagte:
„In meinem Labor suchen wir nach alternativen Darstellungsformen, die den Denkprozess von Chirurgen unterstützen, anstatt ihn zu unterbrechen. Diese Darstellungen werden zu Ideenquellen, die uns und unseren chirurgischen Mitarbeitern helfen, mehr von dem zu sehen und darauf zu reagieren, was in den verfügbaren Daten enthalten ist.“
„Grenzflächen“-Mapping
Forscher versuchen, die Strukturen mit „Grenzflächen“-Mapping zu erfassen, das ein Objekt im Wesentlichen als eine Reihe von Oberflächen darstellt. Mithilfe von benutzerdefinierter Software wandeln MacCurdy und seine Kollegen die standardmäßigen 3D-Daten, die CT- und MRT-Scans erzeugen, in Voxel. Dabei schneiden sie ein Organ im Wesentlichen in winzige Würfel mit einem Volumen, das viel kleiner als ein typischer Tränentropfen ist. Informationen von Organen gehen dabei nicht verloren.
Sie testeten ihr Tool mit echten Scandaten eines menschlichen Herzens, einer Niere und eines Gehirns. Anschließend erstellten sie eine Karte für jede dieser Strukturen. Die fertigen Karten waren detailliert genug, um zwischen dem fleischigen Inneren der Niere oder Medulla und ihrer äußeren Schicht oder Kortex unterscheiden zu können – beide sehen für das menschliche Auge rosa aus.