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弗朗西斯科·Padula Speranza Domenico,达妮埃拉雪铁龙,芭芭拉•Motyl Federica Marcolin,米歇尔•卡利,马西莫Martorelli, ”加法制造技术重建3 d胎儿的脸”,应用仿生学和生物力学, 卷。2017年, 文章的ID9701762, 10 页面, 2017年。 https://doi.org/10.1155/2017/9701762
加法制造技术重建3 d胎儿的脸
文摘
摘要添加剂制造技术创建3 d的胎儿的脸从常规三维超声数据模型。特别是,两个截然不同的主题。首先,处理的方法,建立3 d模型的基础上,提出了医学图像处理技术的使用。第二,问卷调查的初步结果分发给未来的父母认为这些重建的使用从情感和情感的角度来看。特别是,知觉的研究侧重于增强产妇或和改善父母和医生之间的关系的胎儿畸形,特别是面部或唇裂的疾病。
1。介绍
加法制造(AM)技术广泛应用于不同的应用领域。从工业到文化遗产应用加上反向工程和CAD建模技术,是技术可以关闭所谓的设计循环(1- - - - - -9]。
的使用在医学应用方面的承诺使用和收益。在不久的将来,这个部门会特别受益于创建接口的技术和3 d模型和人体器官的直接打印(10- - - - - -13]。
另一方面,医学成像系统,旨在从人体器官中提取三维信息通过非侵入性方法(超声波),越来越先进,承担核心作用,领导还肯定的医疗成像技术(14]。
在目前的研究中,可能使用是技术领域的模型从常规超声提取数据的直接制造,尤其是3 d娃娃脸印刷应用的探索(15,16]。同时,使用3 d胎儿印刷被认为是医生和父母的支持。事实上,从超声医师可以使用3 d模型重建,CT, MRI和/或数据集,对特定疾病的表现,他们准备应对未来的不同临床场景新生儿(17- - - - - -19),而父母可以更有意识地准备接受他们的新生儿。
Menozzi et al。20.,21)报道,3 d和4 d胎儿可视化允许父母开始一个有用的情感和他们刚出生的孩子的关系。婴儿的第一幅画的视图(2 d或3 d)是其中一个最难忘的时刻即将成为父母的生活。怀孕的时间变得真实,终于可以承认人类是生长在母亲的身体(22]。
最近的研究(17- - - - - -19,23,24]表明,3 d建模的超声波,磁共振成像,和CT成像技术可以帮助医生在产前筛查胎儿解剖结构复杂的和/或疾病,例如,呼吸道疾病,脊椎或神经损伤,唇裂(25,26),它也可以帮助减少压力和焦虑的母亲“不知道”可能变形(27]。怀孕似乎也是一段强烈的改变对于男人来说,虽然慢,比女性更间接的。等待孩子出生时,男人从事新形象的reelaboration readaptation的自己是一个父亲和他的心理表征在儿童时期(28]。和女性不同,男性在等待孩子的出生并不直接参与在怀孕期间身体的生理变化。这意味着接触新生儿,尤其是初和怀孕期间,是由母亲的身体变化(29日]。孩子的“现实测试”的存在,如怀孕测试,第一个超声胎儿运动的观念,发挥重要作用的过渡到父系怀孕,可能倾向于父亲的参与,让他感知的存在新生更有效地减少排斥的感觉在与合作伙伴的关系30.]。
在这种情况下,情感和审美的影响用真正的3 d打印模型是要考虑的一个基本方面。因此适当考虑3 d打印技术的下一步三维/四维超声、探索的兴趣度模型,定义如何促进过渡到为人父母,最重要的是,亲子鉴定。此外,它迷人的研究是这种类型的模型可以被父母本身的效用,或可能与胎儿畸形尤其是在面部的水平。
首先,本文描述了一种方法的提取和细化常规产前超声医学图像三维重建的可打印的模型胎儿的脸。使用这种类型的模型可以更准确的研究婴儿的形状和任何畸形或疾病的早期检测。第二,它介绍了一项调查的初步结果会同Altamedica诊所(意大利罗马),检查是否有任何好处来自使用3 d打印模型未来的父母都关于增强家长与医生经验和改善关系的病理和/或胎儿畸形仅使用常规超声检查的图像数据。本文概述如下。介绍和简要背景后受益于3 d胎儿印刷医生和父母,第二部分描述了使用重建方法在第三节报告调查问卷,讨论,和结果。最后,结论和未来研究的建议。
2。3 d胎儿面临重建的方法
本节描述的方法用于重建3 d CAD打印模型从胎儿超声卷。该重建方法的主要步骤是典型的医学成像,即过滤,分割,提取感兴趣的区域(ROI)。过程的目的是创建三维模型,从数据用于每个怀孕和情感和情感的目的和可辨认的面部特征,它将也可以提取有用信息的早期诊断胎儿畸形。该方法包括以下步骤:图像采集;图像处理(提取ROI和相对的点云);点云精化和合并;三维CAD模型建设;和3 d模型的印刷。
第一阶段,图像采集,实现了使用通用电气医疗集团的Voluson超声波设备常规和超声波检查怀孕期间(31日]。4 d视图应用程序管理和分析卷从通用电气医疗集团的Voluson超声波数据。通用电气软件允许离线工作优化、操作和分析数据的体积超声波,离开超声医生更多的病人上运行更多的考试和提高整个筛查工作流程。4 d的观点是完全集成和病人文件夹,所以保存的图像和数据可以同时访问他们也可转让的DICOM格式的超声波系统之外的。超声图像转换为体积文件(.VOO)只能由4 d视图处理软件。它是一个强大的形象管理工具,增强病人的吞吐量和部门工作流程在产科超声检查。它提供了操纵系统时3 d / 4 d体积和2 d图像和视频回顾各种Voluson超声平台(见图1)和生活重建的超音波影像观看“4 d”(3 d查看实时变化)。它本质上是基于体绘制算法设计与已知胎儿和生物参数创造现实的照明条件和散射的影响。
的一个主要问题与这种类型的重建过程是由于4 d视图文件是专有的,所以他们不能用于另一个软件环境。如果超声仪器的其他品牌也是如此(例如,三星Medison)。这种方式,是不可能使用3 d数据从4 d视图导出模板(通常是一个STL文件格式),适合3 d打印。
提出的描述过程中,用于建设的3 d模型在这项研究中,提出了描述如下,强调两国之间最成问题的步骤和强调可能的解决方案使用医疗或商业软件应用程序。
使用4 d视图,打开文件之后,可以切换到全屏多种显示模式,“仔细选择飞机的三个部分。在这个操作过程中,放大器参数或放大命令必须设置为1。然后进步个人储蓄部分执行,定位在前面的整个数据量,直到盒子里的内容就消失了。在这项研究中,一片(图2)由二维图像代表一个对象的内部部分的体积,用null厚度介于0.3和0.5毫米,这是考虑像素点的高度。
1月和2017年4月之间,约40胎儿超声模型重建使用超声波的数据执行20至22日和30日和怀孕34周。
的一个主要缺点发现4 d视图使用的软件是不可能同时保存各个部分组成整个文件体积。事实上,它是必要的重复保存操作250次,根据片构成的总数细化下的体积。
进一步所代表的缺点是缺乏打开一个DICOM文件的可能性,这将促进的切片操作体积。
这种方式,导出的2 d图像栈必须使用一个图形格式(bmp格式如jpeg,, . tiff)处理。在我们的示例中,选择软件Simpleware ScanIp,允许查看、分析、量化部分,和出口3 d图像从不同类型的医学扫描:CT, MRI microtomography,超声波,等等。
这种方式,创建一个新的面具后,建议采用平滑算法,减少图像的噪声。在这些情况下,噪声由一个随机变化的亮度或颜色信息。事实上,所有的数字图像采集过程的特点是噪音性组件捕获系统,降低了质量,因此数据的信息内容。减少噪音是很重要的,因为它可能会引入一组不真实的信息在数字图像。几个实验后,递归的高斯滤波器用于模糊图像,减少噪音,σ值设置为1 (32]。图3强调结果的一个示例应用程序的一个切片的递归高斯滤波器。
(一)
(b)
下一步是分割过程(见图4)。在这个阶段,数字图像被划分为一个或多个像素区域。分割的目标是隔离或强调某些ROI或识别属性具有一些特殊的特征。在这种情况下,一个自动分割过程进行基于灰度阈值的选择,而不是一些点的布局拓扑结构或空间的性格。一个简单的实现这种技术允许获得一个输出的二进制图像,定义在两个级别的灰色:黑色或白色,使用一个字节表示:0 =黑色和白色1 =。这种方式,黑色像素代表的背景,而白色像素代表感兴趣的对象。此外,灰色的水平的范围可以表示范围从0到255。
阈值可以由一个或多个参数。强度阈值只使用一个参数,和图像的每个像素与阈值比较,如果像素强度更大(或更低),像素设置为1;否则,它被设置为0。通常情况下,该地区是分段灰度从50到255不等。如果需要,形态学滤波器可以应用于改善获得轮廓定义。
分割后,生成的文件提出的解剖部位和元素不属于胎儿的脸。因此,需要进一步处理它与CAD软件在创建.STL模型和3 d打印的刀位点。
因此,面对模型转换为点云的格式(例如,.xyz文件格式)和处理Geomagic工作室软件(图5)、清洁和消除可能的错误(洞,独立的部分,等等)。一旦云是干净的,多边形网格表面可生成一个构建3 d CAD模型。获得的网格自动和直接转化为一个STL文件格式适合3 d打印。过程所需的总时间量通常单个模型之间的5和6个小时。
两种打印机用于印刷(图3 d模型6):Zortrax M200和BQ Prusa i3 Hephestos。M200 Zortrax可用CREAMI实验室(Naples-Federico大学二世,那不勒斯,意大利)。它是基于FDM建筑技术和使用ABS材料。ABS产生一个统一的和不透明的完成打印模型的纯色和层间附着力优秀,确保简单的支持。M200 Zortrax只有一个挤出机和一个线圈,导致更高的印刷质量和可靠性,减少动态质量,更大的速度和精度。
(一)
(b)
BQ Prusa i3 Hephestos也是FDM打印机(可用LAPI实验室大学卡和拉齐奥,南部的进犯,意大利),并使用解放军印刷材料,也可以用于家庭环境。表1总结了主要印刷参数用于本研究。
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刀位点文件打印软件使用获得的看台。的平均时间限制,打印胎儿的脸,是两台机器大约2.5到3小时。
结果,该方法是一种有效的方法建设3 d胎儿面部模型只使用超声图像。突出显示的步骤在我们的程序的目的是提供一个简单的和可重复的过程重建三维模型,使用图像来自常规怀孕检查。特别是,这个过程可以克服出口面临的实际问题,在使用超声波图像诊断中使用的大多数医疗设备,不允许直接重建模型的能力在一些CAD格式(如CT或MRI扫描)或容易出口整个堆在超声检查获取的图像。
同时,这种方法是有效的,不需要重建内部骨骼结构等提出了(17- - - - - -19),为了更好地研究不同胎儿病理的情况下,作者推荐使用程序补充信息从超声图像信息来自CT和/或MRI扫描。
3所示。调查结果和讨论
本节介绍了调查,询问未来父母的可能性使用3 d娃娃脸模型用于不同的目的。
事实上,这个调查的目的是调查的使用这种3 d模型从一个emotional-relational父母的观点,从医学的角度来看,医生计划有效的外科干预新生儿和使用3 d模型作为支持父母的畸形。模型的同时,父母的观念作为一个有用的工具来促进过渡到为人父母了,尤其是在与可能的面部畸形(图7)。
为上述目的,为了进行定性分析,创建了一个问卷调查。它由26个问题分为四个不同的地区收集不同类型的信息:社会人口信息;的情绪感知和触觉诱发模型,感知模型的效用的畸形,和主观评价的模型。139受试者(83女性和56岁男性),采访和数据收集在产前诊断胎儿母体医学单位Altamedica诊所(意大利罗马)从1月到2017年3月。问卷完成后查看和感人的真实感三维人脸模型33-week-old胎儿(图6)。
表2报道了社会人口信息(性别和年龄分布)的采访对象。
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考虑采访对象的教学水平,52%的样本有一个大学学位,而45%拥有高中学历,只有中学学历较低3%。表3报告教学水平的分布考虑母亲和父亲。
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考虑到妊娠期,比例最高的是,大约27%的83年采访了妈妈,在怀孕第三个月,紧随其后的是第五个月的22%和17%在第六个月和8月的11%。45%的受访家长声明他们没有意识到他们的新生儿的性别,而36%的人则认为女性和19%,男性婴儿。63%的受访者没有别的孩子,而36%在第二次怀孕,只有1%是在第三个怀孕。考虑父母的熟悉新的3 d打印技术,74%的整个样本听到一些关于3 d印刷,而只有14%的人有听说过婴儿3 d打印。
表4报告相关问题的情绪感知和触觉诱发的3 d打印的值模型和收集到的答案。
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在分析收集到的答案,一个附加的性别差异的影响评估结果(父亲或母亲)。子群的Q11指的“父亲”,可以看出,70%的56个受访者积极回答。相同的考虑可能会被应用到子群“母亲”(83人),遇到的问题73%正面的答案。的患病率也在Q12积极的答案是通过65%的妈妈们和57%的父亲。
问题,Q14篮代表问卷中的最重要的问题。他们帮助理解3 d打印模型是否可以被视为一种进步的三维/四维超声图像,让家长有机会发现孩子的脸也通过触摸,而不仅仅是通过图像。问题,相同的结果的结果存在两个性别子组:47%的母亲肯定地回应,回答是否定的,25%的,28%的选手是中性的;57%的父亲肯定地回答,负27%,23%是中性的。
Q14,它遇到27%的负面反应,积极的42%,剩下的31%是中性的。在这种情况下,一个类似的性能观察母亲的子群,而父亲的显著差异的子群(消极的)的39%。
结果表明,在这一点上,3 d模型并不增加或改善新生儿的父母的触觉感知。篮不突出普遍积极的答案,它报告积极回答的46%(49%对母亲和父亲)为47%和38%的中性答案紧随其后的是有16%的负面答案。自平均值(2.2 5)模型的效用达到杆子有着答案,假设在这个阶段,该模型是不足够的刺激更强的亲子纽带的创建。也最喜欢平均值(2.5 5)对这个模型的有用性过渡到父亲没有披露重要信息。考虑两个子组的平均值,答案是相似的;特别是在父亲的情况,很明显,模型被认为是不够的。温度系数是指使用三维模型作为一个帮助理解疾病尤其是面部畸形。整个样本的平均值达到3.5 5。考虑到不同的评分级别归因于这个问题是整个样本的方法,48%的家长发现模型“非常有用的”(得分5级);同样的结果被报道在这两个子组,父亲和母亲。 Considering Q21 answers in relation to the parents’ level of education, it can be noted that the perceived utility increases hand in hand with the educational level. In fact, 22% of those who have a high school degree and 23% of those who have a university degree have considered the model “very useful” especially for the comprehension of facial malformations.
在问卷的最后部分,主观评价的三维模型进行了研究。Q26 Q20和问题的时候(见表4)制定研究的价值和意义由父母归因于模型(如,Q23处抓起,和Q25),其感知作为一种工具来增强积极的记忆怀孕(Q20),和3 d模型的个人特征的父母像(Q26)。Q20,整个样本的44%考虑模型作为一种工具来加强积极的记忆怀孕。然而,有一个轻微的比例差别子组“父亲”和“母亲”;事实上,而47%的“母亲”认为模型将有助于加强怀孕的积极的记忆,只有39%的“父亲”相信模型符合这个目的。如涉及模型的感知价值。整个样本相比,平均价值大约是3.5。这同样适用于子组“母亲”和“父亲”(见表4)。抓起,Q25相关购买3 d打印模型的可能性。在这种情况下,样本反应突出显示,只有27%的家长愿意购买这个模型,也不愿意支付大量的金钱(最多只有20欧元/ 20美元)对这种模型。
另一方面,Q23处和Q26两个开放的问题。特别是Q23处考虑可能的3 d模型(见表5),和Q26给出了一个父母喜欢什么模型。Q23处,报告在表5,答案被分成一些不同的选择:记忆,出生宣布,与兄弟/姐妹创建一个键,创建一个积极的时刻,和支持的畸形。因为可以选择多个答案,考虑整个样本,选择与偏好是最强的记忆(59%),其次是创建一个积极的时刻(19%)和支持的畸形为16%。分析“爸爸”和“妈妈”子群内存百分比最高(60%的母亲和父亲57%)的答案之后,支持的畸形(18%的母亲和父亲13%)和通过创建一个积极的时刻(母亲和父亲23% 16%)。
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Q26而言,答案是分为五个不同的类别:没什么,中性的,尺寸/尺寸,效用/收益,感觉/情绪。考虑整个样本的类别,最强的偏好是第四,相关模型实用程序/利益35%(主要是盲人的)第三个转变,尺寸/尺寸为22%。分析“爸爸”和“妈妈”子组,第四个类别的百分比最高的答案第三紧随其后。考虑到教育水平,又注意到,尽管研究程度的增加和感知模型的效用增加,它有相反的影响大小的重要性。还有一个相当大的百分比差异对第一类(没有),在大学毕业生比例高于高中毕业生,因此对模型的表达更不感兴趣。
3.1。结果与讨论
本节报告收到的因素来分析不同的答案和评价的动机的存在大量的负面和中性反应。
自文学缺乏研究考虑使用3 d打印的模型胎儿的情感和记忆的目的,结果的分析,获得了初步调查,基本也相比,一些研究相关的使用三维/四维超声作为对加强母胎关系意味着在22]。特别是,本研究比较晚期妊娠的影响三维/四维超声和的2 d超声胎儿与母亲面对考虑调查以及文献综述。其主要结果强调,焊接后增加一个3 d / 4 d或2 d超声波但更强更好的可见性和识别度。
从这些考虑,我们的调查目的是探讨如何使用胎儿面临的3 d打印模型(与2 d、3 d / 4 d超声图像)可能会影响或改善未来的未出生的婴儿父母的看法与情感和特殊医疗用途。
根据采访了父母的意见,3 d模型被认为是一个有价值的工具来传达积极的情感与怀孕的记忆和心理支持的父母正准备欢迎孩子所强调的Q11和12。
(然而,其他反应问题,Q14)没有任何明确的积极回应的可能性有三维物理模型,也不愿意买这个相关模型作为附加服务例程怀孕分析(抓起,Q25)或穷人感知差异的3 d / 4 d图像(篮)。分析在一个更详细的和非聚合的方式,问题的答案Q26可以去阅读这些中性或负面反应,如不会“毁灭”,真正的记忆时刻出生的孩子,小的视觉第一次离开在特定时刻,和触摸它的可能性。
此外,有一个3 d模型的可能性的新生儿手头的脸似乎更重要的不是从情感的角度,尤其是从医学角度来看,主要集中在疾病或畸形的存在。事实上,3 d模型允许父母更清楚地了解疾病的程度婴儿可能(例如,例唇裂或面部先天性畸形)。此外,还可以使监测模型利用病理学进化和更好的矫正手术干预计划。医务人员也相信使用一个详细的3 d模型在产前诊断胎儿的脸是有用的,特别是在先天性畸形的病例。事实上,3 d打印模式有助于改善产前评估高危妊娠和帮助医生治疗疾病做出及时的决策。
事实上,3 d打印模型包含所有参与的面部区域的解剖特点,并允许强调各种外科骨结构的兴趣。模型尤其直观和非常有用的,它允许外科医生清楚地了解情况和计划仔细的访问和操纵空间。因此,医生可以采用最优由于早期诊断和干预策略避免不必要的手术干预。此外,经济可持续发展,最重要的是,降低成本与编程相关手术不应被低估。事实上,提前了解手术的时机和动态,外科医生将准备执行最好考虑到病人的材料和条件。总之,使用3 d模型的最重要的好处在于便利的医生和病人之间的关系,在这种情况下,医生和父母之间,允许更好的手术计划。
根据采访了父母的意见,3 d模型被认为是一个有价值的工具来传达积极的情感与怀孕的记忆和心理支持的父母正准备欢迎他们的孩子。积极的兴趣程度产品模型显示,3 d印刷是在3 d成像特别是在下一步的盲人Q26的答案中突出显示。
4所示。结论
在本文中,作者分析了3 d打印技术的好处有3 d模型的使用用于情绪/情感和面部畸形的产前诊断。建设和3 d印刷方法,用FDM胎儿面临从常规超声波图像的技术,强调两国之间最成问题的步骤和强调可能的解决方案,介绍了。然后,问卷设计并分发给即将父母评价模型的使用这种类型的情感/情绪的目的,提高产前诊断的父母的理解。
结果表明,三维模型可以被认为是一个有价值的工具来传达有关怀孕和积极的情感,作为一个心理支持的父母正准备欢迎新生的孩子。
因此,可以得出结论,3 d打印技术正逐渐成为最有趣的一个前沿个性化医疗的发展,这就需要一个跨学科的方法之间的各种技能,通常位于医院内部和外部,例如,在大学里,中心,或专业公司。制造商的角色在医生和病人之间的中介,从而使更有效评估的临床情况和手术规划的改善。此外,解剖模型的创建可能会成为一个额外的支持,培训和教育活动。事实上,通过创建3 d副本在不同的材料,有可能持有更多精确的磋商,都需要从其他医院和病人自己的同事,为了恰当地评估形势和执行必要的操作风险显著降低。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
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