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數(shù)字技術(shù)與醫(yī)學(xué)的對(duì)話融合，為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的變革發(fā)展，開出了怎樣的“創(chuàng)新處方”？又是如何重構(gòu)醫(yī)療行業(yè)新范式？

隨著“精準(zhǔn)醫(yī)療”時(shí)代的到來，3D掃描技術(shù)作為數(shù)字化的采集入口，在矯形康復(fù)、醫(yī)學(xué)診斷、手術(shù)評(píng)估及醫(yī)療輔助器械等眾多醫(yī)療細(xì)分領(lǐng)域已有廣泛的滲透應(yīng)用。與此同時(shí)，數(shù)字醫(yī)學(xué)也在迅速發(fā)展中開啟了顛覆傳統(tǒng)的新教研方式。

本期案例我們將從數(shù)字解剖學(xué)入手，從“心”到“手”，從動(dòng)物到人體，看3D掃描如何高效構(gòu)建數(shù)字化解剖資源，助力“新醫(yī)科”玩轉(zhuǎn)掌上解剖。

1、3D掃描儀用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)——?jiǎng)游镄呐K解剖實(shí)驗(yàn)

小白鼠的行為學(xué)、遺傳學(xué)和生物學(xué)等與人類較為相似，常作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物被用于醫(yī)學(xué)教學(xué)與研究。我們的客戶某醫(yī)學(xué)院在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中解剖小白鼠的心臟，需要對(duì)其形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)辨別，以研究生物體結(jié)構(gòu)與功能的相適應(yīng)性。

客戶以前采用手工測量，因心臟尺寸較小，曲面特征復(fù)雜，檢測數(shù)據(jù)既不準(zhǔn)確也不完整。中觀給出的手持激光掃描方案很好地解決了這一難點(diǎn)。

我們采用中觀手持激光掃描系列的AtlaScan多模式多功能量測3D掃描儀來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。首先利用心外膜將心臟懸掛在工裝上，借助工裝和桌面上的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行掃描，心臟表面無需貼點(diǎn)，可極速獲取心臟的完整3D數(shù)據(jù)，用時(shí)不到1min，而精度高達(dá)0.01mm。

激光掃描的非接觸方式不會(huì)因檢測過程導(dǎo)致二次變形，最大程度上還原了心臟的真實(shí)形態(tài)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)方便保存與共享，直觀的3D可視化展示方式，無論是用于教學(xué)還是科研，為效率提升和效果優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

2、3D掃描儀用于醫(yī)療教學(xué)——肌肉/骨骼解剖

該案例客戶為醫(yī)院骨科培訓(xùn)部門，需要獲取骨骼和肌肉組織的全彩3D數(shù)據(jù)，方便在培訓(xùn)教學(xué)或報(bào)告中以三維方式進(jìn)行更好的演示。

中觀給出了兩種獲取全彩點(diǎn)云數(shù)據(jù)的方案：一是采用GScan智能全彩手持式掃描儀一次性掃描采集；二是通過智能手持式激光3D掃描儀RigelScan，再結(jié)合ArtMapping貼圖軟件實(shí)現(xiàn)。

掃描前我們將肌肉組織進(jìn)行懸空放置，GScan采用特定光柵條紋投影，可以利用肌肉表面特征進(jìn)行三維拼接，無需粘貼標(biāo)記點(diǎn)。

GScan的工業(yè)級(jí)彩色相機(jī)，可以實(shí)時(shí)捕獲掃描件表面色彩紋理，并自動(dòng)貼圖，真實(shí)還原肌肉和骨骼的本真色彩，掃描數(shù)據(jù)如上圖所示，精度最高達(dá)0.1mm。

針對(duì)肌肉組織表面細(xì)節(jié)特征密集復(fù)雜的特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)更高精度的還原重建，可以使用手持式激光3D掃描儀RigelScan先掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)（精度最高達(dá)0.01mm），再通過相機(jī)拍照，利用ArtMapping貼圖軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)紋理映射，效果更加細(xì)膩。上圖即利用該方案獲取的肌肉組織數(shù)據(jù)。

使用RigelScan掃描獲取的骨骼數(shù)據(jù)。因客戶對(duì)骨骼還有逆向需求，該高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入第三方軟件進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)。

3、3D掃描儀應(yīng)用于人體解剖——標(biāo)本3D數(shù)字化和存檔

客戶為某醫(yī)院麻醉與疼痛治療科，為更好地構(gòu)建人體解剖學(xué)習(xí)資源，之前使用的小范圍掃描設(shè)備已無法滿足大批量快速數(shù)字化采集的需求。同時(shí)考慮到客戶對(duì)人體肌肉、神經(jīng)等細(xì)節(jié)精度要求較高，中觀提供了HyperScan智能光學(xué)追蹤3D掃描+高像素相機(jī)拍照+ArtMapping貼圖軟件的解決方案，以高精度還原真實(shí)紋理色彩的人體3D數(shù)據(jù)。

首先搭建簡易框架對(duì)要掃描的人體部位進(jìn)行懸空放置，方便進(jìn)行360°完整掃描。HyperScan采用智能光學(xué)追蹤技術(shù)，掃描無需在物體表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，尤其適合大范圍快速3D建模，可以一次掃描多個(gè)肢體/部位，數(shù)據(jù)采集更加高效。

從肢體、骨骼到內(nèi)臟器官等，無論形態(tài)、顏色如何，HyperScan抗干擾藍(lán)色激光均能輕松測量，以計(jì)量級(jí)精度捕獲表面復(fù)雜細(xì)節(jié)特征。

掃描結(jié)束后我們使用高像素相機(jī)配合轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)焦拍照，為避免色差，現(xiàn)場布置有補(bǔ)光燈。后續(xù)在中觀自研ArtMapping貼圖軟件中，將掃描數(shù)據(jù)和批量照片配合控制點(diǎn)可一鍵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)紋理映射貼圖。

上圖為手臂貼圖效果，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)了解剖肢體的結(jié)構(gòu)形態(tài)和色彩紋理?；谡鎸?shí)人體標(biāo)本3D重建形成的“數(shù)字人”，可在虛擬解剖系統(tǒng)中進(jìn)行任意角度的斜切展示，為解剖學(xué)教學(xué)提供了創(chuàng)新的數(shù)字化培訓(xùn)手段。

結(jié)語

傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)臨床培訓(xùn)和研究通常使用動(dòng)物、人體模型和人體解剖來獲取臨床模擬經(jīng)驗(yàn)，但模型無法準(zhǔn)確表示人體組織特征，而人體解剖資源有限且處理、儲(chǔ)存費(fèi)用較高。

基于3D掃描技術(shù)構(gòu)建的“數(shù)字化可視人體”解決了這一傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)困境。它不但提供了可遠(yuǎn)程交互的虛擬仿真解剖教學(xué)模式，也可以在手術(shù)規(guī)劃、模擬等過程中發(fā)揮其精確性和可視化的特點(diǎn)，為精準(zhǔn)外科手術(shù)提供有力支撐。

數(shù)字解剖學(xué)作為一門新的分支學(xué)科，還在不斷開拓完善中，未來必將以更廣闊的應(yīng)用前景造福人類的健康事業(yè)。