Menu

Параметрическая модель позвоночника, которая может помочь моделировать сколиоз для медицины

Вы здесь:ИРИСОФТИнженерные расчетыПараметрическая модель позвоночника, которая может помочь моделировать сколиоз для медицины

Автор Гэвин Куинлэн (Gavin Quinlan)

В прошлом месяце Ион Валентин Даскалеску (Ioan Valentin Dascalescu), студент из ITT в Дублине (Institute of Technology Tallaght), представил доклад о своем проекте моделирования в CAD, который помог бы хирургам лучше лечить сколиоз.

Сколиоз — это искривление позвоночника, которое обычно развивается в детстве и может привести к потере трудоспособности. В своем отчете Даскалеску представляет 3-мерную параметрическую модель, которая моделирует это нарушение.

Модель Даскалеску не просто точная и сложная. Он, фактически, сделал такой проект, что его работу можно использовать для построения новой модели позвоночника, которая отражает анатомию конкретного случая сколиоза. То есть, изменяя параметры, хирурги смогут быстро моделировать позвоночник реального пациента.

В чем заключается его подход? Двунаправленная модель с использованием PTC Creo и PTC Mathcad.

Изображение: Модель Даскалеску может быть изменена в зависимости от роста и степени искривления.

Урок анатомии

Если вы только не знакомы с мануальным терапевтом, вам может потребоваться краткий курс анатомии, перед тем как подробно рассмотреть модель Даскалеску.

Вот, что надо знать о позвоночнике:

  • Позвоночник делится на пять основных отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый.
  • Угол Кобба — величина, используемая для определения степени искривления. На показанной выше модели, угол Кобба составляет 30 градусов.

Даскалеску говорит: «Сколиоз и степень его серьезности лучше всего определять с помощью угла Кобба. В ходе своих исследований, я нашел, что имеется снижение высоты, связанное с искривлением позвоночника, которое необходимо учитывать при вычислении высоты позвоночника для параметризации. Это играло важную роль для валидации модели».

Сложности проектирования

Конечно, Даскалеску не был первым, кто смоделировал позвоночник, но он нашел предыдущие модели очень простыми. «Первые модели были очень грубыми, — пишет он в своем отчете. — В них, для создания геометрии, использовались такие простые формы, как окружности и эллипсы и для моделирования всего позвоночника использовался один и тот же позвонок ».

Даскалеку полагал, что, благодаря доступным сегодня технологиям, может сделать лучше.

Изображение: Одна из ранних моделей (слева) и модель Даскалеску (справа).

Итак, когда кто-то начинает создавать лучшую модель позвоночника? Для сужения степени охвата проекта, Даскалеску сосредоточился на разработке параметрической модели только двух из пяти отделов позвоночника: шейном и грудном.

Он использовал проверенные модели файлов STL для позвонков, чтобы создать позвонок для шейного и грудного отделов. Затем, взял данные из антропметрической базы данных и научных статей для параметризации позвонка и задание отношений между параметрами.

Изображение: Изображение этапов сборки грудного отдела позвоночника.

«Построение кривой позвоночника было особенно сложным, поскольку опубликованные данные не давали уравнения, которое позволило бы параметризовать позвоночник в различных плоскостях, что было бы удобно хирургам, — сказал Дескалеску. — Интерфейс PTC Creo-Mathcad требовал особого внимания при задании ввода и вывода». Для усложнения своей задачи, он ограничился в своей сборке только двумя параметрами: ростом и углом Кобба. Наличие всего двух параметров сделает проще работу с моделью для будущих пользователей.

Создание двунаправленного интерфейса

Таким образом, он создал двунаправленную систему между PTC Creo и Mathcad, которая может эффективно передавать данные между этим двумя пакетами. Как же это работает:

Угол Кобба и параметры роста изменяются в PTC Creo. Новые значения параметра передаются из PTC Creo в PTC Mathcad, где по этим параметрам вычисляются новые размеры. Затем данные отправляются обратно в PTC Creo и модель регенерируется. Также была учтена потеря роста вследствие угла Кобба.

Короче говоря, если кто-либо меняет параметры в PTC Creo, они автоматически передаются в PTC Mathcad, вычисляются формулы, а затем значения передаются обратно в PTC Creo и модель регенерируется.

Основные выводы

«Параметризация целой геометрической модели в терминах пары параметров может сэкономить существенные объемы времени и денег, — говорит Даскалеску. — Как только геометрия сохраняется, благодаря достаточно простым соотношениям, модель может быть регенерирована за минуты вместо часов».

Для Даскалеску проектирование всей модели в виде одного эскиза не будет работать хорошо. Однако, разбив ее на меньшие части, создав с помощью протяжки твердые тела, и объединив их вместе он смог эффективнее создать более сложную модель.

Его совет другим?  «Упростите модель и тестируйте ее в ходе работы. После определения принципа моделирования, модель можно расширить с точки зрения размера и сложности».

Посмотрите полный текст отчета Даскалеску (на английском языке).

Что можно сделать с помощью PTC Creo и PTC Mathcad?

Если вы думаете, что что могли бы сделать мир лучше путем интеграции программного пакета для инженерных расчетов с программой для 3D-проектирования, изучите PTC Mathcad.  Он позволяет легко выполнять, анализировать и документировать свои расчеты, а также делиться ими. И, что самое интересное, сегодня вы можете скачать бесплатную версию.

Крис Фостер создает имеющиеся в единственном экземпляре музыкальные инструменты с нестандартными интервалами с помощью PTC Mathcad.

Источник: http://www.ptc.com/cad-software-blog/product-design-a-parametric-human-spine-that-could-simulate-scoliosis

Перевод подготовлен компанией Ирисофт.

Апрель 2021
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930