Materialise Mimics: от снимков КТ/МРТ к 3D‑модели и персонализированному медицинскому изделию

Современные медицинские изображения содержат гораздо больше информации, чем просто двумерные снимки. Данные КТ, МРТ и других методов визуализации можно преобразовать в точные трехмерные модели анатомических структур, использовать их для анализа, виртуального планирования операций, разработки индивидуальных медицинских изделий и подготовки данных к 3D‑печати.

Одним из профессиональных решений для работы с такими данными является Materialise Mimics – программная платформа для анализа медицинских изображений, сегментации, виртуального планирования и проектирования персонализированных решений. Бельгийская компания Materialise является ведущим мировым разработчиком софта для аддитивного производства и оптимизации процессов, в частности ПО Magics, ставшего индустриальным стандартом.

От медицинского снимка к 3D‑модели

Основная задача Mimics – преобразовать данные медицинской визуализации в трехмерную цифровую модель.

Программа работает с данными КТ и другими медицинскими изображениями, позволяя выделять отдельные анатомические структуры и создавать на их основе 3D‑модели. Пользователь может анализировать полученную геометрию, выполнять измерения, редактировать модели и использовать результаты на следующих этапах проектирования.

Особенно важна возможность работать не только с готовой поверхностью, но и непосредственно с исходными медицинскими данными. Это позволяет учитывать особенности конкретного пациента и создавать индивидуализированные модели.

Архитектура Mimics

Materialise Mimics – модульная программная платформа, а не одно приложение с фиксированным набором инструментов. Ее основу составляют несколько взаимосвязанных компонентов, каждый из которых отвечает за определенный этап работы с медицинскими данными.

1. Mimics Core – работа с медицинскими изображениями

Центральный компонент для обработки медицинских изображений. Он позволяет импортировать данные КТ и МРТ, выполнять сегментацию и получать точные трехмерные модели анатомических структур. Полученные модели можно измерять, анализировать и передавать на следующие этапы работы.

2. 3‑matic Medical – проектирование и работа с 3D‑моделями

Инструмент для работы с геометрией и проектирования. С его помощью на основе анатомической модели создаются индивидуальные имплантаты, хирургические шаблоны и другие медицинские изделия. Кроме того, 3‑matic используется для подготовки моделей и сеток к конечно-элементному анализу (FEA), гидродинамическому моделированию (CFD) и аддитивному производству.

3. Mimics Flow – облачная составляющая

Обеспечивает облачное хранение и управление кейсами (ведение пациентов), а также совместную работу пользователей. Mimics Viewer позволяет просматривать и обсуждать медицинские кейсы и 3D‑модели, в том числе с привлечением специалистов, которым не требуется полноценная лицензия Mimics Core.

При этом Materialise не переводит Mimics полностью в облако: основные инструменты, включая Mimics Core и 3‑matic, по‑прежнему являются настольными приложениями. Облачные компоненты расширяют их возможности и обеспечивают интеграцию между различными этапами работы.

4. Mimics Viewer – просмотр и взаимодействие с кейсами

Viewer дает возможность просматривать медицинские изображения и 3D‑модели, анализировать и обсуждать кейсы без необходимости предоставлять каждому участнику полноценную рабочую среду Mimics Core. В актуальной экосистеме Viewer связан с Flow и используется, в частности, для обмена кейсами и автоматизированной сегментации.

Поверх этой основы можно использовать специализированные модули, предназначенные для конкретных задач: сегментации определенных анатомических структур, анализа, проектирования, моделирования, автоматизации и подготовки данных к производству.

Именно модульная архитектура делает Mimics универсальным инструментом: набор функций можно адаптировать под конкретный сценарий – от исследовательской работы с КТ до разработки индивидуального имплантата или хирургического шаблона.

Сегментация с использованием ИИ

Одна из наиболее заметных тенденций развития современных медицинских систем обработки изображений – автоматизация сегментации.

В Mimics используются алгоритмы искусственного интеллекта, которые помогают автоматически выделять анатомические структуры на медицинских изображениях. Это позволяет сократить объем ручной работы и ускорить подготовку трехмерных моделей, особенно при большом количестве однотипных клинических случаев.

При этом автоматическая сегментация не исключает контроль специалиста. После обработки пользователь может проверить результат и при необходимости скорректировать модель с помощью инструментов редактирования.

В актуальных версиях Mimics появились дополнительные алгоритмы для автоматической сегментации, в том числе для КТ‑исследований челюстно-лицевой области. Materialise также сообщает о возможности сокращения времени сегментации до 30% для отдельных ортогнатических и реконструктивных операций.

Важно отметить, что под элементами ИИ разработчик понимает валидированные численные алгоритмы, включая машинное и глубокое обучение, а также другие методы автоматической сегментации. Речь не идет об адаптивном ИИ, который самостоятельно изменяет алгоритмы после выпуска.

Виртуальное планирование и проектирование

После получения трехмерной модели ее можно использовать для дальнейшего анализа и подготовки медицинского вмешательства.

Mimics позволяет выполнять измерения, анализировать анатомические структуры и создавать цифровые модели для виртуального планирования. В связке с 3‑matic Medical можно редактировать геометрию, создавать индивидуальные конструкции, работать с сетками и готовить модели к последующей 3D‑печати.

Такой подход особенно востребован при разработке персонализированных медицинских изделий – например, имплантатов и хирургических шаблонов.

Цифровая модель позволяет заранее оценить анатомические особенности пациента, спланировать положение изделия или инструмента и проверить различные варианты еще до проведения процедуры.

В обновленных версиях Mimics появились инструменты для более быстрого создания хирургических шаблонов: например, можно использовать заранее определенные элементы для формирования отверстий, фланцев, пазов и направляющих мостиков. Это помогает стандартизировать повторяющиеся операции и уменьшить количество ручных действий.

Анализ и моделирование

Mimics применяется не только непосредственно для подготовки хирургического вмешательства. Полученные модели могут использоваться в исследованиях, биомеханическом анализе, разработке медицинских устройств и подготовке данных для численного моделирования.

В зависимости от поставленной задачи цифровая анатомическая модель может стать основой для дальнейшего FEA- или CFD‑анализа, разработки конструкции или подготовки изделия к аддитивному производству.

Работа с персонализированными медицинскими изделиями

Одна из ключевых областей применения Mimics – создание решений, адаптированных под конкретного пациента.

В традиционном производстве медицинское изделие часто имеет стандартную геометрию. Однако анатомические особенности пациентов могут значительно различаться. Использование данных КТ или других исследований позволяет перейти от усредненной модели к цифровому двойнику конкретной анатомической структуры.

На основе такой модели можно проектировать индивидуальные имплантаты, хирургические шаблоны и другие медицинские изделия.

Особенно хорошо этот подход сочетается с аддитивными технологиями: цифровая модель после обработки может быть подготовлена к 3D‑печати, что сокращает путь от медицинских данных до физического изделия.

Интеграция с медицинской инфраструктурой

Современный Mimics ориентирован не только на обработку отдельных файлов, но и на интеграцию в существующий рабочий процесс медицинской организации.

В актуальных обновлениях появилась возможность соединять Mimics с больничными системами передачи и архивации изображений (PACS), создавая более связанный процесс передачи данных между медицинскими исследованиями и проектами Mimics. Также развиваются инструменты управления клиническими случаями и автоматизации повторяющихся операций.

Для крупных медицинских организаций это особенно важно: при увеличении количества исследований ручная обработка каждого случая становится серьезным ограничением производительности.

Где применяется Mimics

Сегодня Mimics используется в нескольких направлениях:

• медицинские исследования и разработка
• предоперационное планирование
• ортопедия и травматология
• челюстно-лицевая хирургия
• кардиология и сосудистая хирургия
• разработка индивидуальных имплантатов и хирургических шаблонов
• подготовка моделей к 3D‑печати
• разработка медицинских устройств
• биомеханический анализ и численное моделирование

Платформа также развивается в направлении расширенной реальности: 3D‑модели и планы можно просматривать в XR‑средах, что открывает дополнительные возможности для визуализации и коммуникации между специалистами.

Materialise Mimics и 3D‑печать

Связка медицинской визуализации и аддитивных технологий дает возможность выстроить практически полный цифровой процесс.

1. Данные пациента получают с помощью КТ или другого метода визуализации.

2. В Mimics выполняется сегментация и создается трехмерная модель.

3. Затем геометрию можно обработать в 3‑matic Medical, подготовить к производству и передать на 3D‑печать.

В результате физическая модель может использоваться для обучения, демонстрации, хирургического планирования или изготовления персонализированного медицинского изделия.

При этом 3D‑ечать – лишь один из возможных финальных этапов. В зависимости от задачи цифровая модель может оставаться виртуальной и использоваться для анализа, моделирования или совместной работы специалистов.

Подведем итог

ПО Materialise Mimics позволяет превратить медицинские изображения в основу для полноценного цифрового процесса – от сегментации и анализа анатомии до виртуального планирования, проектирования и 3D‑печати.

Платформа учитывает современные научно-технические достижения, становится более автоматизированной, интегрированной и ориентированной на совместную работу. ИИ помогает ускорять сегментацию, облачные инструменты – обмениваться данными и управлять случаями, а интеграция с 3‑matic и производственными технологиями позволяет продолжить работу с цифровой моделью вплоть до создания физического изделия.

Для медицины это означает переход от отдельных трехмерных реконструкций к сквозному цифровому процессу персонализации, в котором данные конкретного пациента становятся основой для анализа, планирования и создания индивидуального решения.