Сравнительный анализ методов создания виртуальных трехмерных моделей легких из КТ-снимков в практике противотуберкулезной организации с помощью программного обеспечения компании Materialise
Сравнительный анализ методов создания виртуальных трехмерных моделей легких из КТ-снимков в практике противотуберкулезной организации с помощью программного обеспечения компании Materialise
Наумов А.Г., Шпрыков А.С., Сутягина Д.А., Гринин Е.С. Сравнительный анализ методов создания виртуальных трехмерных моделей легких из КТ-снимков в практике противотуберкулезной организации с помощью программного обеспечения компании Materialise. Consilium Medicum. 2023;25(9):565–572.
DOI: 10.26442/20751753.2023.9.202386
Naumov AG, Shprykov AS, Sutyagina DA, Grinin ES. Comparative analysis of methods for creating virtual three-dimensional models of the lungs from computed tomography images in the practice of a tuberculosis organization using Materialise software. Consilium Medicum. 2023;25(9):565–572. DOI: 10.26442/20751753.2023.9.202386
Сравнительный анализ методов создания виртуальных трехмерных моделей легких из КТ-снимков в практике противотуберкулезной организации с помощью программного обеспечения компании Materialise
Наумов А.Г., Шпрыков А.С., Сутягина Д.А., Гринин Е.С. Сравнительный анализ методов создания виртуальных трехмерных моделей легких из КТ-снимков в практике противотуберкулезной организации с помощью программного обеспечения компании Materialise. Consilium Medicum. 2023;25(9):565–572.
DOI: 10.26442/20751753.2023.9.202386
Naumov AG, Shprykov AS, Sutyagina DA, Grinin ES. Comparative analysis of methods for creating virtual three-dimensional models of the lungs from computed tomography images in the practice of a tuberculosis organization using Materialise software. Consilium Medicum. 2023;25(9):565–572. DOI: 10.26442/20751753.2023.9.202386
Обоснование. Важными условиями окончательной победы над туберкулезом являются не только профилактика его развития и раннее выявление, но и оказание качественной персонифицированной медицинской помощи больному. Аддитивные технологии и технологии виртуализации способны в полной мере реализовать последнее условие во фтизиатрической практике. Цель. Продемонстрировать возможности и оценить трудозатраты (затраченное время на виртуализацию и размер конечных цифровых файлов моделей) во время работы с программными комплексами Mimics inPrint 2.0.0.159 и Mimics Medical 21.0.0.406 над виртуальной реконструкцией легких больного деструктивной формой туберкулеза. Материалы и методы. Сравнительный анализ методов создания виртуальных трехмерных моделей легких из компьютерно-томографических снимков проведен в ГБУЗ НО НОКПД. В исследовании принимал участие 1 пациент с деструктивной формой туберкулеза верхней доли левого легкого. Виртуальные трехмерные модели изготавливались по специально разработанному алгоритму. Анализ временных затрат на формирование виртуальных моделей легких проводили с помощью встроенной функции в программное обеспечение «Log». Анализ размера полученных виртуальных моделей легких в формате STL осуществлялся с помощью функции операционной системы из семейства Windows «Свойства», раздел «Общие», подраздел «Размер». Результаты. Наиболее практичным программным комплексом для виртуальных реконструкций легких оказался Mimics inPrint 2.0.0.159 с затраченным временем на создание модели 2 мин (Mimics Medical 21.0.0.406 – 7 мин 17 с) и размером модели 125 мегабайт (Mimics Medical 21.0.0.406 – 26,1 мегабайта). Освещенные в статье технические нюансы и алгоритмы реконструкции легких с использованием программных пакетов Mimics inPrint 2.0.0.159 и Mimics Medical 21.0.0.406 позволят заинтересованному лицу не ошибиться в реализации своих научно- практических интересов в процессе оказания больному персонифицированной помощи. В статье сделан акцент на основных преимуществах программного пакета Mimics inPrint 2.0.0.159 в сравнении с Mimics Medical 21.0.0.406. Дана краткая характеристика аналогичным программам. Заключение. Изученные программные комплексы благополучно справились с поставленной перед ними целью демонстрации их возможностей и оценки трудозатрат на проведение виртуализации. Наиболее понятным и перспективным программно-прикладным комплексом для использования в повседневной клинической практике оказался Mimics inPrint 2.0.0.159.
Background. One of the important conditions for the final victory over tuberculosis is not only the prevention of its development and early detection, but also the provision of high-quality personalized medical care to the patient. Additive technologies and virtualization technologies are ways to fully reveal this principle in phthisiatric practice. Aim. Demonstrate the possibilities and evaluate the labor costs (time spent on virtualization and the size of the final digital files of models) while working with the Mimics inPrint 2.0.0.159 and Mimics Medical 21.0.0.406 software systems in the aspect of virtual reconstruction of the lungs of a patient with a destructive form of tuberculosis. Materials and methods. A comparative analysis of methods for creating virtual three-dimensional models of the lungs from CT images was carried out at the Nizhny Novgorod Regional Clinical Tuberculosis Dispensary. The study involved one patient with a destructive form of tuberculosis of the upper lobe of the left lung. Virtual three-dimensional models were made according to a specially developed algorithm. The time spent for the formation of virtual lung models was analyzed using the built-in function in the "Log" software. The analysis of the size of the obtained virtual lung models in the STL format was carried out using the operating system function from the Windows family "Properties", section "General", subsection "Size". Results. The most practical software package for virtual lung reconstructions turned out to be Mimics inPrint 2.0.0.159 with the result of the time spent on creating a model of 2 minutes (Mimics Medical 21.0.0.406 – 7 minutes 17 seconds) and a model size of 125 megabytes (Mimics Medical 21.0.0.406 – 26.1 megabyte). The technical nuances and algorithms of lung reconstruction covered in the article using the Mimics inPrint 2.0.0.159 and Mimics Medical 21.0.0.406 software packages will allow the interested person not to make a mistake in realizing their scientific and practical interests in the process of providing personalized care to the patient. The article focuses on the main advantages of the Mimics inPrint 2.0.0.159 software package in comparison with Mimics Medical 21.0.0.406. A brief description of similar programs is given. Conclusion. The studied software systems successfully coped with the goal assigned to them, which concerned the demonstration of their capabilities and the assessment of labor costs for virtualization. Mimics inPrint 2.0.0.159 turned out to be the most understandable and promising software and application complex for use in everyday clinical practice.
1. Васильева И.А., Тестов В.В., Стерликов С.А. Эпидемическая ситуация по туберкулезу в годы пандемии COVID-19 – 2020–2021 гг. Туберкулез и болезни легких. 2022;100(3):6-12 [Vasil'eva IA, Testov VV, Sterlikov SA The epidemiological situation of tuberculosis during the COVID-19 pandemic – 2020–2021. Tuberkulez i bolezni legkikh. 2022;100(3):6-12 (in Russian)]. DOI:10.21292/2075-1 230-2022-100-3-6-12
2. Шиирипей В.Н. Персонифицированная медицина – это медицина будущего. В: Экосистемы Центральной Азии: исследование, сохранение, рациональное использование: материалы XV Убсунурского международного симпозиума, Кызыл, 05–08 июля 2020 г. Красноярск, 2020; c. 430-2 [Shiiripey VN. Personifitsirovannaia meditsina eto meditsina budushchego. In: Ekosistemy Tsentral'noi Azii: issledovanie, sokhranenie, ratsional'noe ispol'zovanie : Materialy XV Ubsunurskogo mezhdunarodnogo simpoziuma, Kyzyl, 05–08 iyulia 2020 g. Krasnoiarsk, 2020; p. 430-2 (in Russian)].
3. Белялов Ф.И. Есть ли будущее у персонифицированной медицины? Клиническая медицина. 2014;92(9):73-4 [Belyalov FI. Is there a future for personalized medicine? Klinicheskaia meditsina. 2014;92(9):73-4 (in Russian)].
4. Бердникова Е.Ф. Инновационное развитие здравоохранения. Вестник Казанского технологического университета. 2012;15(11):300-5 [Berdnikova EF. Innovative healthcare development. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2012;15(11):300-5 (in Russian)].
5. Боркова Е.А., Наполова Е.А., Орлов Е.Р. Проблемы развития и внедрения инноваций в здравоохранении в России. Креативная экономика. 2019;13(7):1495-502 [Borkova EA, Napolova EA, Orlov ER. Problems of development and implementation of innovations in healthcare in Russia. Kreativnaia ekonomika. 2019;13(7):1495-502 (in Russian)]. DOI:10.18334/ce.13.7.40833
6. Васильева И.А., Стерликов С.А., Паролина Л.Е., и др. Проблемы кадрового обеспечения противотуберкулезной службы врачами-фтизиатрами. Туберкулез и болезни легких. 2022;100(6):7-14 [Vasil'eva IA, Sterlikov SA, Parolina LE, et al. Problems of staffing the anti-tuberculosis service by phthisiatricians. Tuberkulez i bolezni legkikh. 2022;100(6):7-14 (in Russian)]. DOI:10.21292/2075-1230-2022-100-6-7-14
7. Erokhin VV. The achievements and the way of innovative development оf Phthisiology. Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 2012;67(11):4-8 [Erokhin VV The achievements and the way of innovative development оf Phthisiology. Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 2012;67(11):4-8 (in Russian)]. DOI:10.15690/vramn.v67i11.464
8. Леонов С.В. Использование метода компьютерной томографии при судебно-медицинской идентификации личности. Судебная медицина. 2020;6(4):41-5 [Leonov SV. The use of the method of computed tomography in forensic identification of a person. Sudebnaia meditsina. 2020;6(4):41-5 (in Russian)]. DOI:10.19048/fm339
9. Филатова Е.А., Скорняков С.Н., Медвинский И.Д., и др. Применение технологии 3D-моделирования органов грудной клетки для повышения эффективности диагностических вмешательств во фтизиопульмонологии. Туберкулез и болезни легких. 2019;97(10):45-52 [Filatova EA, Skornyakov SN, Medvinskiy ID, et al. The use of 3D modeling technology of the chest organs to improve the efficiency of diagnostic interventions in phthisiopulmonology. Tuberkulez i bolezni legkikh. 2019;97(10):45-52 (in Russian)]. DOI:10.21292/2075-1230-2019-97-10-45-52
10. Бородулина Е.А., Колсанов А.В., Рогожкин П.В., Манукян А.А. Применение 3D-моделирования для определения параметров хирургического вмешательства при туберкулезе легких. Туберкулез и болезни легких. 2020;98(6):47-51 [Borodulina EA, Kolsanov AV, Rogozhkin PV, Manukyan AA. Application of 3D modeling to determine the parameters of surgical intervention in pulmonary tuberculosis. Tuberkulez i bolezni legkikh. 2020;98(6):47-51 (in Russian)]. DOI:10.21292/2075-1230-2020-98-6-47-51
11. Умаров Н.А., Нурмеев Н.Н., Нурмеев И.Н., и др. Теоретические и практические аспекты использования 3D-печатной и cерийной ортопедической стельки у пациентов с симптоматическим плоскостопием. Вестник медицинского института "РЕАВИЗ": реабилитация, врач и здоровье. 2019;5(41):97-101 [Umarov NA, Nurmeev NN, Nurmeev IN, et al. Theoretical and practical aspects of using 3D-printed and serial orthopedic insoles in patients with symptomatic flat feet. Vestnik meditsinskogo instituta "REAVIZ": reabilitatsiia, vrach i zdoroi'e. 2019;5(41):97-101 (in Russian)].
12. Донник А.М., Иванов Д.В., Коссович Л.Ю., и др. Создание трехмерных твердотельных моделей позвоночника с транспедикулярной фиксацией c использованием специализированного программного обеспечения. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2019;19(4):424-38 [Donnik AM, Ivanov DV, Kossovich LYu, et al. Creation of 3D solid models of the spine with transpedicular fixation using specialized software. Izvestiia Saratovskogo universiteta. Novaia seriia. Seriia: Matematika. Mekhanika. Informatika. 2019;19(4):424-38 (in Russian)]. DOI:10.18500/1816-9791-2019-19-4-424-438
13. Филиппов А.А., Успенский В.Е., Грубенко Г.А., и др. Оценка структурных и функциональных особенностей реимплантированного аортального клапана через 18 месяцев после операции David I с использованием методики высокоточного моделирования структур корня аорты. Российский журнал персонализированной медицины. 2022;2(3):78-88 [Filippov AA, Uspenskiy VE, Grubenko GA, et al. Evaluation of the structural and functional features of the reimplanted aortic valve 18 months after the David I operation using the technique of high-precision modeling of the structures of the aortic root. Rossiyskii zhurnal personalizirovannoi meditsiny. 2022;2(3):78-88 (in Russian)].
DOI:10.18705/2782-3806-2022-2-3-78-88
14. Рагимов Ч.Р., Фарзалиев И.М., Ахмедов С.Г., Рагимли М.Ч. Реконструкция травматических повреждении нижней стенки орбиты с применением метода виртуального биомоделирования. OFTALMOLOGIYA. 2018;1(26):121-7 [Ragimov ChR, Farzaliev IM, Akhmedov SG, Ragimli MCh. Reconstruction of traumatic injuries of the lower wall of the orbit using the method of virtual biomodeling. OFTALMOLOGIYA. 2018;1(26):121-7 (in Russian)].
15. Wang J, Huang Z, Wang F, et al. Materialise's interactive medical image control system (MIMICS) is feasible for volumetric measurement of urinary calculus. Urolithiasis. 2020;48(5):443-6. DOI:10.1007/s00240-019-01158-6
16. Kronig SAJ, Kronig ODM, Zurek M, Van Adrichem LNA. Orbital volume, ophthalmic sequelae and severity in unilateral coronal synostosis. Childs Nerv Syst. 2021;37(5):1687-94. DOI:10.1007/s00381-021-05065-3
17. Huang X, Fan N, Wang HJ, et al. Application of 3D printed model for planning the endoscopic endonasal transsphenoidal surgery. Sci Rep. 2021;11(1):5333.
DOI:10.1038/s41598-021-84779-5
18. Li J, Zhang H, Yin P, et al. A New Measurement Technique of the Characteristics of Nutrient Artery Canals in Tibias Using Materialise's Interactive Medical Image Control System Software. Biomed Res. Int. 2015;2015:171672. DOI:10.1155/2015/171672
19. Chen T, Que YT, Zhang YH, et al. Using Materialise's interactive medical image control system to reconstruct a model of a patient with rectal cancer and situs inversus totalis: A case report. World J Clin Cases. 2020;8(4):806-14. DOI:10.12998/wjcc.v8.i4.806
20. Копотилова В.Г., Пирус А.В., Крылова А.И. Сравнительный анализ методов создания трехмерной модели из снимков МРТ. В: Наука, техника, промышленное производство: история, современное состояние, перспективы: Материалы региональной научно-практической конференции студентов и аспирантов, Владивосток, 13–28 декабря 2021 года. Владивосток, 2022; c. 35-9 [Kopotilova VG, Pirus AV, Krylova AI. Comparative analysis of methods for creating a three-dimensional model from MRI images. In: Nauka, tekhnika, promyshlennoe proizvodstvo: istoriia, sovremennoe sostoianie, perspektivy: Materialy regional'noi nauchno-prakticheskoi konferentsii studentov i aspirantov, Vladivostok, 13–28 dekabria 2021 goda. Vladivostok, 2022; p. 35-9 (in Russian)].
21. Наумов А.Г., Шпрыков А.С., Крюков Э.Р. Опыт использования аддитивных технологий на примере трехмерной реконструкции легких в клинической практике противотуберкулезного диспансера. Пульмонология. 2022;32(1):109-17 [Naumov AG, Shprykov AS, Kryukov ER. Experience in the use of additive technologies on the example of three-dimensional reconstruction of the lungs in the clinical practice of an anti-tuberculosis dispensary. Pul'monologiia. 2022;32(1):109-17 (in Russian)].
DOI:10.18093/0869-0189-2022-32-1-109-117
22. Materialise Mimics inPrint. System Requirements. Minimum System Requirements. Available at: https://www.materialise.com/en/medical/software/materialise-mimics-inprint/system-requirements. Accessed: 09.09.2022.
23. Materialise Mimics. System Requirements. Minimum System Requirements. Available at: https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite/mimics/system-requirements. Accessed: 09.09.2022.
________________________________________________
1. Vasil'eva IA, Testov VV, Sterlikov SA The epidemiological situation of tuberculosis during the COVID-19 pandemic – 2020–2021. Tuberkulez i bolezni legkikh. 2022;100(3):6-12 (in Russian). DOI:10.21292/2075-1 230-2022-100-3-6-12
2. Shiiripey VN. Personifitsirovannaia meditsina eto meditsina budushchego. In: Ekosistemy Tsentral'noi Azii: issledovanie, sokhranenie, ratsional'noe ispol'zovanie : Materialy XV Ubsunurskogo mezhdunarodnogo simpoziuma, Kyzyl, 05–08 iyulia 2020 g. Krasnoiarsk, 2020; p. 430-2 (in Russian).
3. Belyalov FI. Is there a future for personalized medicine? Klinicheskaia meditsina. 2014;92(9):73-4 (in Russian).
4. Berdnikova EF. Innovative healthcare development. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2012;15(11):300-5 (in Russian).
5. Borkova EA, Napolova EA, Orlov ER. Problems of development and implementation of innovations in healthcare in Russia. Kreativnaia ekonomika. 2019;13(7):1495-502 (in Russian). DOI:10.18334/ce.13.7.40833
6. Vasil'eva IA, Sterlikov SA, Parolina LE, et al. Problems of staffing the anti-tuberculosis service by phthisiatricians. Tuberkulez i bolezni legkikh. 2022;100(6):7-14 (in Russian). DOI:10.21292/2075-1230-2022-100-6-7-14
7. Erokhin VV The achievements and the way of innovative development оf Phthisiology. Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 2012;67(11):4-8 (in Russian). DOI:10.15690/vramn.v67i11.464
8. Leonov SV. The use of the method of computed tomography in forensic identification of a person. Sudebnaia meditsina. 2020;6(4):41-5 (in Russian). DOI:10.19048/fm339
9. Filatova EA, Skornyakov SN, Medvinskiy ID, et al. The use of 3D modeling technology of the chest organs to improve the efficiency of diagnostic interventions in phthisiopulmonology. Tuberkulez i bolezni legkikh. 2019;97(10):45-52 (in Russian). DOI:10.21292/2075-1230-2019-97-10-45-52
10. Borodulina EA, Kolsanov AV, Rogozhkin PV, Manukyan AA. Application of 3D modeling to determine the parameters of surgical intervention in pulmonary tuberculosis. Tuberkulez i bolezni legkikh. 2020;98(6):47-51 (in Russian). DOI:10.21292/2075-1230-2020-98-6-47-51
11. Umarov NA, Nurmeev NN, Nurmeev IN, et al. Theoretical and practical aspects of using 3D-printed and serial orthopedic insoles in patients with symptomatic flat feet. Vestnik meditsinskogo instituta "REAVIZ": reabilitatsiia, vrach i zdoroi'e. 2019;5(41):97-101 (in Russian).
12. Donnik AM, Ivanov DV, Kossovich LYu, et al. Creation of 3D solid models of the spine with transpedicular fixation using specialized software. Izvestiia Saratovskogo universiteta. Novaia seriia. Seriia: Matematika. Mekhanika. Informatika. 2019;19(4):424-38 (in Russian). DOI:10.18500/1816-9791-2019-19-4-424-438
13. Filippov AA, Uspenskiy VE, Grubenko GA, et al. Evaluation of the structural and functional features of the reimplanted aortic valve 18 months after the David I operation using the technique of high-precision modeling of the structures of the aortic root. Rossiyskii zhurnal personalizirovannoi meditsiny. 2022;2(3):78-88 (in Russian).
DOI:10.18705/2782-3806-2022-2-3-78-88
14. Ragimov ChR, Farzaliev IM, Akhmedov SG, Ragimli MCh. Reconstruction of traumatic injuries of the lower wall of the orbit using the method of virtual biomodeling. OFTALMOLOGIYA. 2018;1(26):121-7 (in Russian).
15. Wang J, Huang Z, Wang F, et al. Materialise's interactive medical image control system (MIMICS) is feasible for volumetric measurement of urinary calculus. Urolithiasis. 2020;48(5):443-6. DOI:10.1007/s00240-019-01158-6
16. Kronig SAJ, Kronig ODM, Zurek M, Van Adrichem LNA. Orbital volume, ophthalmic sequelae and severity in unilateral coronal synostosis. Childs Nerv Syst. 2021;37(5):1687-94. DOI:10.1007/s00381-021-05065-3
17. Huang X, Fan N, Wang HJ, et al. Application of 3D printed model for planning the endoscopic endonasal transsphenoidal surgery. Sci Rep. 2021;11(1):5333.
DOI:10.1038/s41598-021-84779-5
18. Li J, Zhang H, Yin P, et al. A New Measurement Technique of the Characteristics of Nutrient Artery Canals in Tibias Using Materialise's Interactive Medical Image Control System Software. Biomed Res. Int. 2015;2015:171672. DOI:10.1155/2015/171672
19. Chen T, Que YT, Zhang YH, et al. Using Materialise's interactive medical image control system to reconstruct a model of a patient with rectal cancer and situs inversus totalis: A case report. World J Clin Cases. 2020;8(4):806-14. DOI:10.12998/wjcc.v8.i4.806
20. Kopotilova VG, Pirus AV, Krylova AI. Comparative analysis of methods for creating a three-dimensional model from MRI images. In: Nauka, tekhnika, promyshlennoe proizvodstvo: istoriia, sovremennoe sostoianie, perspektivy: Materialy regional'noi nauchno-prakticheskoi konferentsii studentov i aspirantov, Vladivostok, 13–28 dekabria 2021 goda. Vladivostok, 2022; p. 35-9 (in Russian).
21. Naumov AG, Shprykov AS, Kryukov ER. Experience in the use of additive technologies on the example of three-dimensional reconstruction of the lungs in the clinical practice of an anti-tuberculosis dispensary. Pul'monologiia. 2022;32(1):109-17 (in Russian). DOI:10.18093/0869-0189-2022-32-1-109-117
22. Materialise Mimics inPrint. System Requirements. Minimum System Requirements. Available at: https://www.materialise.com/en/medical/software/materialise-mimics-inprint/system-requirements. Accessed: 09.09.2022.
23. Materialise Mimics. System Requirements. Minimum System Requirements. Available at: https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite/mimics/system-requirements. Accessed: 09.09.2022.
1ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, Нижний Новгород, Россия; 2ГБУЗ Нижегородской области «Нижегородский областной клинический противотуберкулезный диспансер», Нижний Новгород, Россия
*naumovag@pimunn.ru
________________________________________________
Aleksey G. Naumov*1,2, Alexander S. Shprykov1, Dina A. Sutyagina1, Evgenii S. Grinin1
1Privolzhsky Research Medical University, Nizhny Novgorod, Russia; 2Nizhny Novgorod Regional Clinical Tuberculosis Dispensary, Nizhny Novgorod, Russia
*naumovag@pimunn.ru