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數(shù)字技術(shù)與醫(yī)學的對話融合，為傳統(tǒng)醫(yī)學的變革發(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“精準醫(yī)療”時代的到來，3D掃描技術(shù)作為數(shù)字化的采集入口，在矯形康復、醫(yī)學診斷、手術(shù)評估及醫(yī)療輔助器械等眾多醫(yī)療細分領(lǐng)域已有廣泛的滲透應(yīng)用。與此同時，數(shù)字醫(yī)學也在迅速發(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)字解剖學入手，從“心”到“手”，從動物到人體，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掃描儀用于動物實驗——動物心臟解剖實驗

小白鼠的行為學、遺傳學和生物學等與人類較為相似，常作為實驗動物被用于醫(yī)學教學與研究。我們的客戶某醫(yī)學院在動物實驗中解剖小白鼠的心臟，需要對其形態(tài)結(jié)構(gòu)進行精準辨別，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，曲面特征復雜，檢測數(shù)據(jù)既不準確也不完整。中觀給出的手持激光掃描方案很好地解決了這一難點。

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志點進行掃描，心臟表面無需貼點，可極速獲取心臟的完整3D數(shù)據(jù)，用時不到1min，而精度高達0.01mm。

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

2、3D掃描儀用于醫(yī)療教學——肌肉/骨骼解剖

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

中觀給出了兩種獲取全彩點云數(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貼圖軟件實現(xiàn)。

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

GScan的工業(yè)級彩色相機，可以實時捕獲掃描件表面色彩紋理，并自動貼圖，真實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0.1mm。

針對肌肉組織表面細節(jié)特征密集復雜的特點，為了實現(xiàn)更高精度的還原重建，可以使用手持式激光3D掃描儀RigelScan先掃描獲取點云數(shù)據(jù)（精度最高達0.01mm），再通過相機拍照，利用ArtMapping貼圖軟件實現(xiàn)自動紋理映射，效果更加細膩。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)。因客戶對骨骼還有逆向需求，該高精度點云數(shù)據(jù)可以直接導入第三方軟件進行逆向設(shè)計。

3、3D掃描儀應(yīng)用于人體解剖——標本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)建人體解剖學習資源，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。同時考慮到客戶對人體肌肉、神經(jīng)等細節(jié)精度要求較高，中觀提供了HyperScan智能光學追蹤3D掃描+高像素相機拍照+ArtMapping貼圖軟件的解決方案，以高精度還原真實紋理色彩的人體3D數(shù)據(jù)。

首先搭建簡易框架對要掃描的人體部位進行懸空放置，方便進行360°完整掃描。HyperScan采用智能光學追蹤技術(shù)，掃描無需在物體表面粘貼標志點，尤其適合大范圍快速3D建模，可以一次掃描多個肢體/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抗干擾藍色激光均能輕松測量，以計量級精度捕獲表面復雜細節(jié)特征。

掃描結(jié)束后我們使用高像素相機配合轉(zhuǎn)臺對焦拍照，為避免色差，現(xiàn)場布置有補光燈。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可一鍵實現(xiàn)自動紋理映射貼圖。

上圖為手臂貼圖效果，精準復現(xiàn)了解剖肢體的結(jié)構(gòu)形態(tài)和色彩紋理?；谡鎸嵢梭w標本3D重建形成的“數(shù)字人”，可在虛擬解剖系統(tǒng)中進行任意角度的斜切展示，為解剖學教學提供了創(chuàng)新的數(shù)字化培訓手段。

結(jié)語

傳統(tǒng)的醫(yī)學臨床培訓和研究通常使用動物、人體模型和人體解剖來獲取臨床模擬經(jīng)驗，但模型無法準確表示人體組織特征，而人體解剖資源有限且處理、儲存費用較高。

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)學困境。它不但提供了可遠程交互的虛擬仿真解剖教學模式，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，為精準外科手術(shù)提供有力支撐。

數(shù)字解剖學作為一門新的分支學科，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)。