Возможности использования 3D-сканеров в радиотерапии

Какие задачи решает 3D-сканирование

С помощью 3D-сканеров врачи получают высокоточные трехмерные модели тел пациентов. Их используют с разными целями — от планирования лечения до проектирования медицинских устройств. 3D-сканирование снижает потребность в радиационном воздействии на организм и учитывает анатомические особенности каждого пациента.

Планирование лечения

• 3D-сканеры позволяют создавать точные трехмерные модели тела пациента, что помогает радиотерапевтам определить расположение опухоли и окружающих тканей.

• 3D-сканирование помогает точно рассчитать и распределить дозу радиации так, чтобы максимизировать воздействие на опухоль и минимизировать повреждение здоровых тканей.

• 3D-модели позволяют планировать облучение под разными углами, обеспечивая более равномерное и точное воздействие на опухоль.

• 3D-сканирование позволяет адаптировать планы лечения в ходе терапии. По мере изменения размера или формы опухоли, а также положения внутренних органов, можно корректировать план лечения для поддержания его эффективности и точности

Херстонский институт биотехнологий (Австралия) совместно с другими исследовательскими организациями изучил использование 3D-сканера для планирования дозы облучения. Для эксперимента был выбран высокоскоростной сканер Artec Leo. Его преимущества:

• продвинутая технология захвата самых сложных текстур. Далеко не каждый сканер пригоден для оцифровки людей;
• точность метрологического уровня;
• встроенная батарея позволяет использовать Artec Leo на протяжении нескольких часов без подзарядки (и без проводов);
• встроенный экран, на котором оператор видит весь процесс сканирования.

Результаты исследования показали, что с помощью Artec Leo действительно можно получить высокоточные изображения поверхности человеческого тела. ПО Artec Studio позволяет создавать трехмерные модели с небольшим количеством артефактов или вообще без них.

Расчет дозы облучения

На основе данных 3D-сканирования можно создать детальные дозиметрические карты, которые помогают оптимизировать распределение дозы радиации. Это способствует максимальному поражению опухоли при минимальном повреждении окружающих здоровых тканей.

Ученые Института медицинских исследований Грегорио Мараньона (Испания) смоделировали сценарий расчета дозы облучения, в котором оценили две технологии трехмерного сканирования: коноскопический голографический датчик (оптическое устройство для создания точных изображений биологических тканей) и трехмерный сканер со структурированным светом Artec Eva.

Для эксперимента операционное поле моделировали большим куском говядины, помещенным на дно пластикового ящика, и маркерами. Ящик был размещен на столе для компьютерной томографии. Маркеры использовались для облечения 3D-сканеру задачи распознавания поверхности, т.к. мясо (как и человеческая кожа) - очень сложная для оцифровки текстура.

По итогам эксперимента Artec Eva показал наилучшие результаты с точки зрения распределения дозы.

Мониторинг и адаптация лечения

3D-сканирование уже много лет является стандартной процедурой контроля качества в промышленном производстве. Благодаря скорости, точности и простоте использования технология применяется и для контроля состояния пациентов.

На основе данных 3D-сканирования врачи могут корректировать план лечения в режиме реального времени, если обнаруживаются изменения в опухоли или смещение органов.

Ученые Сеульского национального университета исследовали корреляцию между изображениями портативного 3D-сканера со структурированным светом Go!SCAN и МРТ для отслеживания и прогнозирования изменений объема части тела, пораженной опухолью, у пациентов с раком головы и шеи.

Был сделан вывод, что оптический 3D-сканер можно применять для отслеживания изменений объема без радиационного воздействия во время лечения, а оптическое изображение поверхности коррелирует с данными МРТ.

Изготовление индивидуальных приспособлений

Персонализированные медицинские устройства используются в рамках радиотерапии для уменьшения дозы облучения здоровых тканей, увеличения дозы облучения кожи, а также для позиционирования источника излучения.

Исторически такие устройства изготавливались вручную. 3D-печать позволяет изготавливать их на основе точных цифровых моделей, а 3D-сканеры являются безопасным и экономичным решением для получения таких моделей.

Например, 3D-сканеры могут использоваться для создания фиксирующих устройств и масок, которые помогают удерживать пациента в нужном положении во время сеансов радиотерапии. Пример устройства, созданного при помощи ручного 3D-сканера iReal 2E, на фото ниже.

Преимущества 3D-сканирования

Минимизация побочных эффектов

Благодаря высокой точности 3D-сканирования удается минимизировать воздействие радиации на здоровые ткани и критически важные органы, что существенно снижает риск побочных эффектов и улучшает качество жизни пациента.

Улучшение контроля за состоянием пациента

Регулярные 3D-сканирования позволяют отслеживать прогресс лечения, выявлять изменения в размере и форме опухоли, а также оценивать реакцию на терапию. Это дает возможность своевременно корректировать план лечения для достижения наилучших результатов.