3D画像処理とは?| Synopsys

3D画像処理

3D画像処理とは?

コンピューター断層撮影(CT)、マイクロ・コンピューター断層撮影(micro-CTまたはX線)、磁気共鳴画像法(MRI)、および顕微鏡などから測定した断層画像の、変換、フィルタリング、画像セグメンテーション、および形態学的操作による視覚化、処理、および分析を行うことです。これらの画像を使用すると、実際の構造を定量的に評価することができます。

3D画像処理によってどのような課題を解決しますか?

3D画像処理を使用すると、人体の解剖学的構造、材料サンプルの微細構造、欠陥の多い産業用コンポーネントなど、非常に複雑な構造をモデル化できます。 被験者の正確なスキャンからデジタルモデルを作成することにより、患者固有のインプラントや手術計画の設計、ターゲットプロパティの材料設計の最適化、または価値の高い部品の非破壊検査などの構造分析とシミュレーションを通じて、困難な問題を解決できます。

3D画像処理はどのように行われますか?

CTまたはMRIスキャナーから取得した生データを、最初に再構成プロセスを介して断層撮影画像に変換する必要があります。これは通常、スキャン装置に付属するソフトウェア内で実現されます。その結果、CTまたはMRIのどちらからでも、ボクセルグリッドで構成されるグレースケール強度の3Dビットマップになります。 CTスキャンでは、特定のボクセルでのグレースケール強度は、その場所での対象物によるX線吸収に関連しますが、MRI装置からは、緩和中に陽子粒子によって放出される信号の強度に関連します。非常に強い磁場の適用後、異なる組織は陽子の異なる濃度を持っているため、異なるグレースケール強度が画像内で発生します

再構成された画像データは、3D画像処理の一般的な入力データとして使用されます。目的は通常、画像内の関心領域を区別し、構造のデジタル3Dモデルを構築することです。このプロセスは画像セグメンテーションと呼ばれ、さまざまなアプローチが含まれます。対象、目的、画質の限界によって異なりますが、たとえば、Synopsys Simplewareの3D画像処理ソフトウェアを用いると、ユーザーは次のことができます。

  • 画像フィルタリングを介して画像から不要なノイズやアーティファクトを除去または削減し、データをトリミングまたはリサンプリングして処理の容易さと効率を向上させます。
  • 高度に自動化されたユーザーガイドプロセスを含む、さまざまな効率的な方法を使用して画像セグメンテーションを実行できます。
  • 結果のモデルボリュームを測定または統計的に分析し、ジオメトリを定量化することができます。
  • 画像ベースのモデルからCADソフトウェアと親和性の高いフォーマットのデータを生成できます。
  • さらなるシミュレーションや設計作業、またはアディティブマニファクチャリングのために、さまざまな形式のフォーマットにファイルを出力することができます。

3D画像処理はいつ、どのような場面で製品ポートフォリオに活用されますか?

さまざまな問題解決のために活用される3D画像の洞察を十分かつ効率的に活用するには、適切なツールを使用する必要があります。Synopsys Simplewareソフトウェアは、幅広い3D画像処理ソリューションを提供することができます。コアモジュールのSimpleware ScanIPソフトウェア環境には、使いやすいグラフィカルインターフェイスを介して、画像処理、セグメンテーション、および測定ツールが含まれています

3D画像処理に加えて

Synopsys Simplewareソフトウェアには補完的なワークフローのソリューションを提供する追加モジュールが用意されています。目的に応じて柔軟性が高く、様々な画像から価値のあるモデルを生成でき、カスタマーニーズに適したフォーマットでデータを出力できます。
  • 3Dプリンティング、FEMCADに利用できる高品質なSTLデータを出力できます。
  • 世界で使用されている主な解析計算ソフトへダイレクトに使用できるフォーマットの高品質なメッシュデータを生成し出力することができます。
  • CADソフトと親和性の高いNURBSパッチのIGESデータやSTEPデータを出力できます。
  • 測定画像データとCADデータを組み合わせ、相互作用の観察や現物と設計CADの偏差分析が行えます。
  • 均質化オプションモジュールを使用して材料微細構造の有効な材料特性を計算することができます。

3D画像処理の医工連携での活用例

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3D画像処理技術が実際の状況でどのように機能するかの一例には、患者固有の膝関節置換ソリューションを設計するSimplewareソフトウェアユーザーの360 Knee Systemsが含まれます。整形外科医と協力して、個々の患者のさまざまな課題に関連する問題を解決する術前計画を設計するワークフローは、次のとおりです

 

  1. CTスキャンは、患者の股関節、脚、足首の骨から取得されます。
  2. データはSimpleware ScanIPにインポートされ、解剖学的構造の3D画像処理を行い、CADインプラントを患者の形状内に配置します。
  3. セグメンテーションの最適化やスキャンされた骨のランドマークなど、繰り返し可能なタスクをより簡単に実行するためにスクリプトが使用されます。ランドマークは、シミュレーション用の軸と参照を作成するために使用されます。
  4. Simpleware ScanIPで作成された最終的な3Dモデルは、切り込みが必要な場所やインプラントの最適な配置など、形状を調整して固有の患者にフィットさせることにより、外科医向けの患者固有のガイドを作成するために使用されます
  5. 3Dプリンティングモデルも、SimplewareSTLファイルから作成され、外科医が骨やインプラントのさまざまな部分の切断位置を簡単に視覚化できるようにします。