Master in Bioingineria protezarii

TEHNICI CAD/CAM Cursul 2

• Facultatea de Bioinginerie medicala,

UMF Iasi

Anul universitar 2013 - 2014

Cursul 2

• Dispozitive de masurare si scanare a suprafeţelor anatomice

Fabricarea de proteze unicate (personalizate)

• Fabricarea manuala:

• Cu mijloace CAD/CAM:

• Cu mijloace de fabricare rapida (prototipare rapida):

Dispozitive de măsurare si scanare

1. Instrumente clasice de măsurare;

2. Dispozitive electromecanice de măsurare (Contact measuring machines CMM);

3. Dispozitive de scanare cu raze X;

4. Dispozitive de scanare cu RM;

5. Dispozitive de măsurare/scanare cu lasere 3D;

6. Dispozitive de măsurare/scanare cu camere foto sau video;

7. Dispozitive de măsurare/scanare cu lumina structurată

8. Dispozitive de scanare cu campuri electromagnetice de frecvente inalte

Scanarea cu campuri electromagnetice de frevcente inalte

Frecvente intre 30 si 300 Giga Herti gGGiigahertz

1. Instrumente clasice de măsurare

• Rigle;

• Rulete;

• Goniometre;

• Sublere;

• Micrometre;

• Comparatoare

Instrumente industriale

Raspandirea dispozitivelor de masurare/scanare

in universitati

Raspandirea dispozitivelor de masurare/scanare

in industrie

2. Dispozitive electromecanice de masurare

• Denumiri:

• Palpatoare

• Braţ articulat de masurare

• Masini de masurat prin contact

Dispozitive electromecanice de masurare

Dispozitiv de masurare tip brat articulat (7 axe de miscare)

Coordinate Measuring Arms

Contact measuring machines (CMM)

Coordinate measuring machines (CMM)

Caracteristici:

• Sistemele de masurare pot avea intre 4 si 12 brate;

• Utilizate pentru masurare, inspectie si fabricare rapida;

• unele modele au brate de platina si titan;

• preturi intre 9.500 si 120.000 $

Dispozitive electromecanice de masurare - caracteristici

Tipuri de comenzi

• Comanda manuala,

• Comanda cu echipament numeric (CNC)

• Comanda cu ajutorul calculatorului (PC)

Caracteristici: •Lungimea de masurare pe directiile axelor x, y si z •Precizia; (de ordinul micrometrilor =1/1.000.000 metri) •Greutatea pieselor masurate;

Dispozitive electromecanice de masurare

Dispozitive de masurare de tip portal

Dispozitive electromecanice de masurare

Dispozitive de masurare de tip consola

Dispozitive electromecanice de masurare

Dispozitive de masurare pentru dimensiuni mici

Dispozitive electromecanice de masurare

Aplicatii industriale

Aplicatii in bioinginerie

Montarea capului de masurare

Adrese cu prezentari video

http://www.ndigital.com/industrial/product-videos.php

Dispozitive de scanare

3 . Dispozitive de scanare cu raze X

Tomografia computerizata

• X-ray computed tomography

• computed axial tomography

• body section röntgenography

Dispozitive de scanare cu raze X

Scanare nanometrica scanarea structurii osoase (osteoporoza)

Universitatea tehnica din Munchen

Dispozitive de scanare cu raze X

Mecanismul de scanare cu raze X

Generator de raze X – turatia: 1 rot/sec

Detector de raze X

Diametrul interior: 60 - 70 cm

La o rotatie de 360 grade rezulta o imagine-sectiune

Dispozitive de scanare cu raze X modul de functionare

Doze de radiere Examination Typical (mSv) (millirem)

Chest X-ray 0.1 10

Head CT 1.5[26] 150

Screening mammography 3[16] 300

Abdomen CT 5.3[26] 530

Chest CT 5.8[26] 580

CT colonography (virtual colonoscopy )

3.6–8.8 360–880

Chest, abdomen and pelvis CT 9.9[26] 990

Cardiac CT angiogram 6.7-13[27] 670–1300

Barium enema 15[16] 1500

Neonatal abdominal CT 20[16] 2000

Typical scan doses

Limita: 1- 3 mSv pe an

Sievert 1Sv = 1J/kgg = 1 m2/s2 = 1 m2·s–2

Doza absorbita de corp

1 rem = 0.01 Sv = 10 mSv roentgen equivalent in man

Dispozitive de scanare cu raze X

Imagistica medicala

Dispozitive de scanare cu raze X utilizate in medicina dentară

Scanare dentara Scanare sinusuri, ureche

Dispozitive de scanare cu raze X Rezultatul scanarii

Imagini-sectiuni obtinute prin scanare

Prelucrarea imaginilor

• Sectiunile 2D se prelucreaza cu:

1. programe speciale; preturi 10.000-18.000 E

2.programe de tip CAD. preturi 300 -700 E

• Operatiuni principale:

• 1. segmentarea (conturarea) imaginilor;

• 2. asamblarea si conversia 2D – 3D (reconstructia 3D)

4. Dispozitive de scanare cu rezonanţă magnetică (RM)

O investigatie Rezonanta Magnetica Nucleara (RMN) este o tehnica nedureroasa care are avantajul de a evita folosirea razelor X, expunerea la radiatii. Nu exista efecte secundare la scanarea RMN.

Beneficiile unei scanari RMN se refera la:

detectarea anomalii structurale, de compozitie si de functionare ale corpului si la faptul ca poate fi repetata de oricate ori estenevoie

Contraindicatii

• Materiale metalice, sau materiale straine (protezele articulare, placi metalice osoase, sau dispozitive protetice, etc.) pot denatura imaginile obtinute prin scanare RMN.

• Pacientii care au stimulatoarele cardiace, implanturi metalice, NU pot fi scanati deoarece magnetul deterioreaza functionalitatea acestor dispozitive.

• Pacientii cu valve cardiace artificiale pot efectua fara probleme investigatia RMN.

Structura unui scaner cu RM

Rezultatul unei scanari cu RM

Rezulatatul unei scanari

Principiul de lucru

• Un scaner RMN constă, în mare, dintr-un

magnet de mari dimensiuni în interiorul

căruia este aşezat pacientul. O antenă

radio este folosită pentru a transmite

semnale spre organism, dar şi pentru a recepţiona undele venite dinspre corpul

pacientului. Aceste semnale recepţionate

sunt transformate în imagini de către un calculator ataşat scanerului.

Principiul de lucru

• Principiul tehnic al acestei metode constă în stimularea protonilor de hidrogen din

diferite organe, cu unde de radiofrecvenţa,

urmată de relaxarea acestora, moment în

care se emite un semnal care este detectat de scaner şi transformat în

imagini.

Principiul de lucru

• Nucleele atomilor de hidrogen (protoni) sunt caracterizate de o proprietate numita spin.

• Anumite proprietăţi ale protonilor sunt

similare celor ale unor minusculi magneţi

bară, care într-un câmp magnetic static au

doar două orientări posibile; fie aliniate, fie opuse câmpului magnetic

Alte tehnici de RM

• Angiografia cu RM: tehnica imagistică utilizată pentru a examina vasele de sânge din arii şi organe cheie ale organismului: gât, abdomen, bazin, picioare, creier, rinichi, plămâni, inimă. Acesta investigaţie se poate efectua cu sau fără substanţa de contrast.

Aplicatii practice de scanare cu CT si reconstructie 3D

• Prelucrari de imagini: segmentarea si reconstructia 3D

Aplicatiile segmentarii (conturarea suprafetei cu o linie speciala):

Studierea structurilor anatomice

Diagnosticare

Localizarea patologiei

Determinarea volumului unui tesut

Programe de segmentare

1. AlgoLab Raster to Vector Conversion http://www.algolab.com

2. Mimics www.materialise.com

3. In Vesalius (program liber)

4. AutoCAD (segmentare manuală)

5. SolidWorks (segmentare manuală)

Conversia 2D/3D

• cu programe specializate (Mimics, 3D doctor etc)

• cu programe de tip CAD

• cu programe libere (InVesalius)

Programul liber InVesalius: segmentarea

Conturarea cu o linie speciala

Transformarea 2D/3D

Asamblarea contururilor

Exemple de modele 3D

Bibliografie

• www.3dcgi.com/cooltech/cameras/cameras.htm