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CTから3Dプリントモデル、本気のゲーム、バーチャルリアリティまで。内側からの複雑な解剖学的空間の教育用3D可視化のためのフレームワーク - 翼口蓋骨窩
From CT to 3D Printed Models, Serious Gaming, and Virtual Reality: Framework for Educational 3D Visualization of Complex Anatomical Spaces From Within-the Pterygopalatine Fossa.
PMID: 31916019 PMCID: PMC7256169. DOI: 10.1007/s10278-019-00315-y.
抄録
我々は、複数のメディアと触覚プラットフォームを介して複雑な解剖学的空間の内部ビューをキャプチャするためのフレームワークを説明し、翼口蓋骨窩（PPF）の現実的で概念的な表現によって例示します。PPF のリアルな 3 次元 (3D) メッシュは、Materialize InPrint を使用して CT (Computed Tomography) 上の骨格解剖学をセグメント化することで開発されました。その後、Autodesk 3D Studio Maxを使用して、グラフィカルにデザインされた神経血管解剖学でリアルなメッシュを強化し、さらにPPFの接続部と内容物の概念的な表現を作成しました。ActionScriptを使用したインタラクティブなWeb互換性のあるAdobe Flashチュートリアルが開発され、ユーザーは、インタラクティブな回転可能な内部カメラビューとスクロール可能なCT断面のコンテンツを含む一連の教育用スライドを通して、リアルモデルと概念モデルの両方の内容を進めることができるようになりました。また、両方のモデルはポリアミド素材を使用して3Dプリントされています。現実的なモデルでは、神経血管系は水性アクリル絵の具で着色されています。磁石を埋め込んだ3ピースのモジュラーデザインは、内部の可視化とシームレスな組み立てを可能にしています。また、Truevision3Dアプリケーションプログラミングインターフェースを用いて、様々な空間を表現した部屋や廊下を自由に移動できる本格的なゲーム環境を開発しました。最後に、リアルなモデルは、ヘッドセットベースのバーチャルリアリティ環境「サージカルシアター」に組み込まれ、モデル内外の可視化とフライスルーを可能にしました。複雑な3D解剖学的空間を内部から可視化するための複数の3Dテクニックが、必要なソフトウェアとスキルとともに説明された。これらのツールの開発に必要な時間とコストの概算見積もり、複数の補足的なソースファイルと最終結果ファイルも利用可能です。教育者は、内部から理解される複雑な解剖学的空間のカスタムデジタル3Dモデルを組み込むために、複数の高度な配信方法を利用することができます。
We describe the framework for capturing the internal view of complex anatomical spaces via multiple media and haptic platforms, exemplified by realistic and conceptual representations of the pterygopalatine fossa (PPF). A realistic three-dimensional (3D) mesh of the PPF was developed by segmenting the osseous anatomy on computed tomography (CT) using Materialize InPrint. Subsequently in Autodesk 3D Studio Max, the realistic mesh was enhanced with graphically designed neurovascular anatomy and additionally a conceptual representation of the PPF with its connections and contents was created. An interactive web-compatible Adobe Flash tutorial using ActionScript was developed, allowing users to advance through a series of educational slides that contained interactive rotatable interior camera views and scrollable CT cross-sectional content, incorporating both the realistic and conceptual models. Both models were also 3D printed using polyamide material. In the realistic model, the neurovasculature was colored with water-based acrylic paint. A 3-piece modular design with embedded magnets allows for internal visualization and seamless assembly. A serious gaming environment of the conceptual PPF was also developed using Truevision3D application programming interface, where users can freely move around rooms and hallways that represent various spaces. Lastly, the realistic model was incorporated into a headset-based virtual reality environment, Surgical Theater, allowing visualization and fly-through inside and outside the model. Multiple 3D techniques for visualization of complex 3D anatomical spaces from within were described, with the necessary software and skills detailed. A rough estimate of the time and cost needed to develop these tools as well as multiple supplementary source and end result files are also made available. Educators could utilize multiple advanced delivery methods to incorporate custom digital 3D models of complex anatomical spaces understood from inside.