Применение 3D сканера в медицинской практике: от сканирования зубов до моделирования протезов

3D-сканер — это важнейшая технология в медицинских научно-исследовательских центрах, которая позволяет получить точную модель тела или отдельных его частей. Это неотъемлемый атрибут для диагностики различных заболеваний, визуализации результатов операции или проектирования хирургических протезов. 

Использование 3D-сканирования в медицине

3Д сканирование человека необходимо для пластических хирургов, стоматологов, ортопедов и даже косметологов. До появления 3Д-технологий медикам приходилось делать замеры вручную, а также создавать реалистичные муляжи на основе полученной информации: это тяжелая и рутинная работа, которая отнимала много времени. 3D-сканеры существенно облегчили проведение медицинских процедур: получить подробную информацию об анатомии пациента можно за считанные минуты.

Во время сканирования аппарат распознает геометрию тела, а сенсоры формируют облако точек. На основе полученной информации программное обеспечение устройства проектирует полигональную модель тела и переносит ее на экран компьютера. Трехмерная модель становится базисом для выбора оптимального метода хирургического вмешательства, создания хирургических протезов, ортопедической обуви и так далее. 

Преимущества 3D-сканирования

3D-сканер для сканирования человека используется во всех областях медицины. Современные 3D-сканеры вытесняют устаревшие методы диагностики благодаря ряду преимуществ: 

• Трехмерные модели обладают большей точностью и информативностью. На этапе диагностики некоторая медицинская аппаратура допускает погрешности, в то время как 3Д-сканеры демонстрируют лучший результат;

• Ортопедические корсеты и стельки, созданные на основе трехмерной модели пациента, намного точнее гипсовых благодаря учету аспектов индивидуальной анатомии;

• Благодаря высокой скорости работы, новые технологии позволяют получить необходимую информацию в срочном порядке. Промедление в медицине может стоить здоровья и даже жизни человека, а трехмерные сканеры помогают предотвратить развитие нежелательных состояний;

• Благодаря безопасности технология актуальна для диагностики взрослых и детей.

Интересно! 3D-сканирование используется для проведения операций на сердечно-сосудистой системе. Благодаря высокой точности полученной информации хирурги выбирают наиболее актуальный метод оперативного вмешательства. 

Виды 3D-сканеров

По принципу действия в медицине используется лазерное и оптическое 3Д-сканирование. Каждая из этих разновидностей обладает своими преимуществами, о которых мы расскажем далее. 

Оптические

Исследуемые области подсвечиваются структурированным светом, в то время как камеры фиксируют результат с разных ракурсов. Область засвечивается полосой света или специфическим паттерном (черно-белыми полосами или квадратами). Деформация света или паттерна передает устройству информацию о форме и глубине предмета. Процесс записывается одной или двумя камерами, которые передают в ПО компьютера информацию о структуре объекта. 

Такие устройства могут быть ручными и настольными. В первом случае используется ручное управление устройством, во втором — сканер размещается на столе. Главным преимуществом оптических устройств является высокая скорость работы и возможность передачи цвета. 

Лазерные 

Лазерный сканер измеряет расстояние до исследуемого объекта и определяет актуальную длину лучей. Направление лазера регулируется энкодерами. На основе анализа отражения лучей формируется облако точек, которое составляет трехмерное изображение исследуемого объекта. Главным преимуществом таких устройств является возможность оцифровки объектов со сложной формой.

Внимание! Для получения наиболее точных результатов сканирования пациент должен сохранять статичность.

Основные направления в медицине

Трехмерное сканирование активно используется практически во всех медицинских сферах. Наличие точной анатомической модели помогает определиться с актуальной схемой лечения или смоделировать протез. Нельзя забывать о важности виртуальных моделей для студентов-медиков: такие схемы позволяют изучить анатомию человека наиболее подробно.

Стоматология

Применение интраорального 3D-сканера для диагностики 

Применение зуботехнического 3D-сканера для создания цифровой модели гипсового челюстного протеза 

Из-за онкологии австралийке пришлось удалить 80% верхней челюсти. Применение 3D-сканера помогло создать идеальный челюстной протез

3Д-сканирование зубов помогает создать детализированные виртуальные снимки зубов пациента. Благодаря этому проводятся сложнейшие реставрационные и восстановительные работы, ортодонты проектируют протезы. Технология существенно сокращает время изготовления сложных конструкций, а также экономит затраты на производство гипсовых и других моделей. 

3D-сканер активно используется в стоматологии благодаря ряду преимуществ. Устройство подходит для работы с пациентами, обладающими повышенным рвотным рефлексом. Всего несколько лет назад для создания слепка зубов в рот пациента помещалась оттискная масса: такая процедура приносила большой дискомфорт. В наше время 3D-сканирование зубов осуществляется бесконтактно и не приносит неприятных ощущений. 

Внимание! Применение 3D-сканера в стоматологической практике имеет большое преимущество: данные, полученные в ходе диагностики, мгновенно передаются в лабораторию. 

Пластическая хирургия и косметология

Сканирование лица

Ознакомление пациентки с предположительным результатом ринопластики на основе трехмерного изображения ее лица

3D-сканирование лица активно используется в косметологии и пластической хирургии. Исследование назначается для изучения проблемных зон перед проведением некоторых косметологических манипуляций, а также для проектирования предположительного результата пластической операции. Благодаря данной технологии пациент может ознакомиться с тем, как будет выглядеть его лицо после хирургического вмешательства. Сканер используется для проведения операций на лице (ринопластика, блефаропластика) и теле (маммопластика, абдоминопластика и т.д.).

Ортопедия

3D-сканирование позвоночника

3D-сканирование стопы для изучения анатомических изгибов

Ортопедическая стелька, напечатанная на основе трехмерного снимка стопы

3D-сканирование тела актуально в процессе определения вида и стадии искривления позвоночника или стопы. Использование рентгена для диагностики позвоночника и нижних конечностей не дает настолько точную информацию, к тому же данная процедура противопоказана некоторым пациентам. Трехмерное сканирование помогает получить подробную информацию о патологии и разработать актуальные ортопедические изделия (стельки и корсеты). 

Для изготовления стелек ранее приходилось делать слепок стопы. В случае, если врач допустил погрешности, слепок получился неточным, что влияло на качество стелек. Новые технологии помогают получить максимально точную информацию независимо от действий врача. 

Хирургия

Трехмерная модель сердца, созданная на основе данных, полученных в результате сканирования 

Модель грудной клетки сиамских близнецов. На основе данных, полученных в результате сканирования, хирургам удалось провести сложнейшую операцию по их разделению 

Применение новой технологии играет важную роль в хирургии. Сканирование нацелено на изучение особенностей патологии, ее местоположения и кровоснабжения. Эта информация помогает проводить более точные и безопасные операции, предотвратить осложнения во время хирургического вмешательства. Кроме того, сканирование используется в процессе биопечати тканей и органов для трансплантации. 

3D-сканирование тесно связано с 3D-печатью: хирург получает возможность изучать макет оперируемого органа или части тела, разработать актуальную схему хирургического вмешательства и “отточить” движения. 

Протезирование

Использование лазерного 3D-сканера в трансплантологии 

Протез, созданный на основе данных, полученных в результате сканирования

В процессе создания ручных протезов необходимо точно определить местоположение тканей, мышц и сосудов. В случае, если во время диагностики допущены погрешности, возможно развитие местного некроза из-за отторжения тканей. Современные технологии позволяют собрать наиболее точную информацию о форме культи и расположении тканей для создания качественных и удобных протезов.

Обучение студентов

Студент изучает патологическую анатомию на основе 3D-модели трупа

Сканирование помогает студентам-медикам эффективнее изучать анатомию. Новый способ намного эффективнее, чем использование двумерных изображений в классических анатомических атласах. Некоторые программы позволяют наблюдать за проведением хирургического вмешательства: например, за траекторией движения скальпеля во время операции. 

Интересно! Во Франции 3D-сканер используется для изучения патологической анатомии. Отпала необходимость в очном проведении вскрытия, а полученные схемы позволяют послойно изучать тело человека.

Популярные 3D-сканеры для использования в медицинской практике

Качественный трехмерный сканер обеспечивает точную диагностику тела и проведение успешных операций. Далее мы перечислим несколько сканеров, которые сумели зарекомендовать себя на мировом рынке. 

Shining Autoscan DS-EX

Устройство обладает открытой, удобной платформой, которая облегчает процесс сканирования. На платформу легко устанавливаются различные модули, благодаря чему осуществляется сканирование моделей в артикуляторе, исследование зубного слепка с различных ракурсов и т.д. 3D-сканер используется в зуботехнической лаборатории для создания виртуальной модели пациента, создания плана лечения, разработки коронов и челюстных протезов. Устройство отличается компактностью и высокой точностью.

ScanPod 3D UPOD-S

Ортопедический сканер используется для получения монохромных и цветных изображений. Несмотря на компактность, устройство обладает большой областью сканирования, а высокая скорость работы позволяет использовать сканер в экстренном режиме. Кроме того, ScanPod 3D UPOD-S способен выполнить 40 операций с полученным снимком, а также предоставляет возможность сравнения анатомических особенностей правой и левой стопы. Подробнее об особенностях работы сканера вы можете узнать в нашем обзоре.

Medit i500

Итраоральный 3D-сканер позволяет за считанные минуты провести сканирование всей ротовой полости. На экран выводится цветной снимок в формате 3D Full HD. Небольшой сканирующий модуль предоставляет удобство врачу в процессе исследования и не приносит пациенту дискомфорт. Благодаря низкому весу его удобно использовать даже при длительной диагностике.

3Shape TRIOS 3 Basic Pod

Компактное устройство предоставляет максимальный комфорт как врачу, так и пациенту во время диагностики. Интраоральный сканер работает бесконтактно: для проведения процедуры не нужно использовать специальные порошки. Полученный цветной снимок отправляется на экран компьютера в высоком разрешении. Программное обеспечение CAD/CAM предоставляет максимальное удобство эксплуатации, а благодаря USB-порту 3Shape TRIOS 3 Basic Pod можно подключить к любому компьютеру. 

ScanPod3D USOL

ScanPod3D USOL — это компактный ортопедический сканер, который позволяет быстро и точно сканировать ступню одной ноги. Полученное изображение можно масштабировать и поворачивать для детального рассмотрения. Диагностика может проводиться без нагрузки, с частичной и полной нагрузкой. Устройство сканирует свод стопы, стельки и колодки, а настройка формы RX используется для создания ортопедической обуви. 

Calibry

Портативный ручной сканер позволяет получить цифровой снимок объектов от 20 см до 10 м. Вес составляет 900 г., благодаря чему эксплуатация не вызывает трудностей. На сенсорном экране отображается результат сканирования, благодаря чему нет необходимости в постоянной сверке с компьютером. Сканер используется для изучения мелких деталей, а мощное программное обеспечение гарантирует удобство эксплуатации. Calibry используется в 3Д-сканировании позвоночника, лица, суставов и других частей тела. 

Shining 3D EinScan H

Ручной сканер отличается низким весом и компактностью, благодаря чему его можно переносить с собой. Применение последних разработок в захвате данных помогло добиться ошеломительных результатов сканирования: до 1 200 000 точек в секунду. Shining 3D EinScan H имеет ряд преимуществ:

• Решение для сканирования всего тела;

• Достоверная передача цвета;

• Быстрое сканирование 1200000 точек / сек.;

• Высокая точность данных сканирования 0,05 мм.

Новый 3D-сканер для сканирования человека позволяет добиться максимально точной и подробной информации о строении тканей и органов.

Прогнозы развития 3D-технологий в медицинской практике

Согласно прогнозам компании International Data Corporation (IDC), к 2023 году ожидается увеличение объемов отрасли в размере 635 млн штучных единиц. Это означает, что благодаря высокой точности диагностических данных и совершенствованию программного обеспечения большинство современных клиник предпочтет использование трехмерных сканеров вместо устаревшей диагностической аппаратуры.