Lo scanner Microsoft Kinect® Xbox 360 per modellare la topografia umana per la fabbricazione di fantasmi stampati in 3D per la radioterapia

I ricercatori utilizzano lo scanner Microsoft Kinect Xbox 360 per ottenere la topografia per il fantasma di radioterapia 3D stampabile

Per verificare il trattamento quando si somministrano radiazioni, i medici spesso si rivolgono ai fantasmi di radioterapia per garantire la qualità, poiché il dosaggio non può essere misurato direttamente. La stampa 3D sta rendendo più semplice la fabbricazione di questi materiali equivalenti ai tessuti per scopi di dosimetria specifici del paziente e NE Zain e WN Rahman, ricercatori della Universy Sains Malyasia ( USM ), hanno pubblicato un articolo su questo argomento.

“Questo studio indaga sull’applicazione dello scanner Microsoft Kinect® Xbox 360 per modellare la topografia umana per la fabbricazione di fantasmi stampati in radioterapia 3D”, afferma l’astratto.

I fantasmi antropomorfi standard sono spesso troppo costosi da utilizzare nella maggior parte dei casi e non rappresentano sempre le condizioni del paziente specifico. Ma la stampa 3D può ora essere utilizzata per applicazioni di dosimetria, come l’uso di uno scanner di superficie per creare un bolo di radioterapia. Mentre studi precedenti si erano concentrati sulla realizzazione di fantasmi specifici per paziente stampati in 3D mediante la digitalizzazione di radiografie o l’astrazione di dati da immagini CT, questo ha ottenuto la topografia di superficie per un fantasma stampabile in 3D con testa di radioterapia con uno scanner Microsoft Kinect Xbox 360.

“Contrariamente all’uso dei dati CT del paziente per ottenere una topografia specifica per il paziente, l’uso di scanner ottici 3D a basso costo e strutturati è più comodo e riduce la dose di radiazioni indesiderata per i pazienti”, hanno spiegato.

Sviluppato per il sistema di videogiochi Xbox 360, il sensore Microsoft Kinect ad alta risoluzione è una videocamera a scansione 3D economica a corto raggio. Tre funzioni lavorano insieme per rilevare il movimento e creare un’immagine fisica per gli utenti sullo schermo:

Colore RGB (rosso, verde, blu) con un sensore di profondità
Videocamera VGA (array di grafica video)
Microfono multi-array
Il piano originale era di utilizzare Kinect per eliminare i controller di gioco, sebbene a partire dal 2018 Microsoft avesse sospeso tutto l’hardware Kinect per i videogiochi. Ma, a causa della sua capacità di misurare simultaneamente il colore e la profondità alla velocità del video, il dispositivo ha effettivamente consentito a Microsoft un vantaggio nelle applicazioni accademiche e commerciali. Per questa ricerca in particolare, le specifiche Kinect lo rendono “un ottimo scanner per ottenere la topografia del fantasma”.

“In questo studio, valutiamo il sensore Kinect® eseguendo la scansione 3D che coinvolge la testa del fantasma Alandoon RANDO®”, hanno scritto i ricercatori.

Figura 2. Diagramma schematico della configurazione tra scanner Kinect e RANDO phantom.

Per testare le prestazioni e la fattibilità di Kinect, l’angolo dello scanner è stato impostato a ± 10 ° e la distanza tra esso e il fantasma standard era di ± 50 cm. Al fine di ottenere la giusta quantità di dati, la scansione è stata completata più volte a 360 ° attorno al fantasma in diverse posizioni. Per ottenere i dati per il rendering dell’immagine fantasma, lo scanner è stato collegato a un desktop con il software Skanect e in seguito 3D Builder è stato utilizzato per modificare le immagini, salvate in formato STL.

Figura 3. Il processo di scansione ripetuta a 360 ° in senso orario utilizzando il software Skanect; a) posizione 0 °, b) posizione 45 °, c) posizione 270 ° ed) posizione 360 ​​°.

“Il tempo di scansione totale per ottenere l’immagine è stimato in circa 1-2 ore attribuibili alla bassa frequenza video acquisita; ± 10 fotogrammi al secondo (FPS) “, hanno detto i ricercatori.

“È fondamentale garantire che sia il fantasma che lo scanner siano statici durante l’acquisizione delle immagini per evitare la perdita di tracciamento dei dati.”

I ricercatori osservano che quando viene utilizzato un computer con un processore lento, il tempo di scansione sarà probabilmente ritardato più volte. Un computer con una CPU superiore può garantire un video ottimizzato con FPS ad alta velocità e dovrebbe anche avere una RAM significativa per “contenere ed eseguire le applicazioni senza problemi”.

Figura 4. Opzioni per la stampa 3D a) Fantasma intero b) Fantasma vuoto.

Puoi vedere l’immagine fantasma finale nel formato STL sopra. Ci sono due opzioni di design degli interni per il fantasma: intere con slot e un inserimento di slot vuoto.

“La scoperta suggerisce che il fantasma di radioterapia può potenzialmente essere sviluppato usando il sensore Kinect®, che è più facile ed economico da operare rispetto ad altre tecniche di fabbricazione di fantasmi di radioterapia stampati in 3D”, ha concluso la coppia.

“L’applicazione del fantasma di radioterapia specifico del paziente stampato in 3D per la garanzia della qualità e la verifica del trattamento potrebbe migliorare la qualità complessiva del trattamento in radioterapia, in particolare utilizzando un tipo di scanner a basso costo per ottenere i dati di immagine del paziente.”

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