Кто разрабатывает компьютеризированные медицинские системы

Обновлено: 21.11.2024

Сегодняшние возможности CAD/CAM являются частью долгой истории инноваций и разработок. По мере развития этого метода проектирования и производства расширялось и его применение. В этой статье рассказывается об истории автоматизированного проектирования и автоматизированного производства, в том числе об основных разработках и текущем использовании.

Что такое CAD/CAM?

CAD означает «автоматизированное проектирование», а CAM — «автоматизированное производство». CAM на несколько лет опередил CAD.

CAM основан на числовом программном управлении (ЧПУ), где предварительно запрограммированное компьютерное программное обеспечение управляет движением заводских инструментов и оборудования. Наиболее широко используемый язык программирования ЧПУ в CAM — это G-код.

CAD — это программное обеспечение, используемое для создания электронных файлов для печати, механической обработки и других производственных операций. Появление САПР повысило производительность дизайнеров и улучшило качество проектирования, среди прочих преимуществ. Программное обеспечение CAD используется для поддержки как инженеров, так и дизайнеров в различных отраслях, включая архитектуру, автомобилестроение и авиацию.

Хотя эти два термина описывают разные вещи, в CAM все чаще используется CAD, и эти два термина часто используются вместе как CAD/CAM.

Но какова история этих двух разных процессов? Как они возникли, развивались и объединялись? И что их сочетание позволило дизайнерам и производителям сделать?

История САПР

Термин "автоматизированное проектирование", первоначально использованный Дугласом Т. Россом, был введен в начале 1950-х годов. Росс, исследователь из Массачусетского технологического института (MIT), работал с военными радиолокационными технологиями и компьютерными системами отображения. Росс работал над проектами, которые положили начало ранней технологии САПР, такими как автоматически программируемые инструменты (APT), которые привели к созданию AED (автоматизированного инженерного проектирования). Росс проводил конференции в Массачусетском технологическом институте, чтобы обсудить расширяющиеся технологии с другими первопроходцами в отрасли.

Одно из первых применений того, что можно было бы назвать САПР, было развернуто Патриком Хэнрэтти в исследовательской лаборатории General Motors. Ханратти разработала автоматизированный дизайн с помощью компьютера (DAC), который считается первой CAD-системой, использующей интерактивную графику. Это была первая коммерческая программная система CAD/CAM, в которой использовался инструмент программирования с числовым программным управлением PRONTO, который он разработал в 1957 году. Поэтому Ханратти часто называют «отцом CAD/CAM».

Первая настоящая САПР называлась Sketchpad и была разработана Иваном Сазерлендом в начале 1960-х годов в рамках его докторской диссертации в Массачусетском технологическом институте. Sketchpad был особенно инновационным программным обеспечением САПР, поскольку дизайнер взаимодействовал с компьютером графически, используя световое перо для рисования на мониторе компьютера.

История CAM

Компьютерное производство также было разработано в 1950-х годах, когда компьютеры использовались для создания G-кода, который, в свою очередь, трансформировался в перфокарты, с помощью которых можно было управлять машинами. Перфорированные ленты производились с помощью компьютерного управления, что могло увеличить скорость как создания инструкций, так и производства.

Инструменты и машины, на которые распространяются эти нормы, варьируются от плазменных резаков до водометов. Первые коммерческие приложения CAM относятся к автомобильной и аэрокосмической промышленности.

CAD и CAM

CAD и CAM объединились, когда CAM использовал чертежи CAD для создания инструкций или траекторий для управления автоматизированными станками. Эти инструменты могут впоследствии создавать физические элементы непосредственно из файлов проекта.

Пьер Безье создал новаторскую систему трехмерного моделирования поверхностей UNISURF в период с 1966 по 1968 год, работая на французского производителя автомобилей Renault. Его изобретение было разработано для облегчения проектирования и оснащения автомобилей за счет интеграции чертежных машин, компьютерного управления, интерактивных кривых произвольной формы, дизайна поверхности и 3D-фрезерования для изготовления глиняных моделей и мастеров.

CAD/CAM в 1970-х

В 1970 году Ханратти основал собственную компанию ICS с собственной системой черчения CAD/CAM. Бизнес не увенчался успехом, поскольку система работала на компьютере, который не использовался широко и не был доступен для массового рынка. Однако в следующем году он основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS), которая создала Automated Drafting and Machinery (ADAM). Считается, что около 90 % современных коммерческих чертежей восходит к этому продукту.

CAD/CAM поражает основных производителей

CATIA (мультиплатформенный пакет для CAD, CAM и автоматизированного проектирования) был впервые представлен в 1977 году, а в 1981 году IBM представила свой первый недорогой настольный компьютер. Расширение доступа к технологиям оказало огромное влияние на потенциал, распространение и развитие систем и процессов CAD/CAM, поскольку все больше и больше компаний внедряли эти процессы.

В 1982 году Джон Уокер основал компанию Autodesk, которая в том же году выпустила свое программное обеспечение САПР (AutoCAD) для ПК. Три года спустя программное обеспечение расширилось до 3D-моделирования, а в 1992 году AutoCAD стал доступен для Windows. К 2007 году было продано восемь миллионов копий Autodesk, что сделало компанию лидером отрасли.

Другим важным поворотным моментом как для CAD, так и для CAM стал переход от UNIX к ПК в 1990-х годах, что сделало процесс доступным для миллионов инженеров, а также обычных потребителей, которые ранее не могли позволить себе это программное обеспечение.

Кто использует CAD/CAM?

По мере развития CAD/CAM этот метод стал применяться во многих отраслях. Примеры включают аэрокосмическое производство, в котором CAD/CAM используется для подготовки и детализации каждого аспекта производства, чтобы избежать ошибок в отрасли, где микроны имеют значение. Цифровые проекты, созданные с помощью программного обеспечения САПР, обычно используются в дизайне интерьеров и архитектуре, помогая воплощать концепции в жизнь.

В стоматологии CAD/CAM часто используется для создания как простых, так и сложных протезов полости рта, а также другого медицинского оборудования. Эта технология регулярно используется в индустрии моды для оптимизации использования тканей и сокращения отходов.

CAD/CAM также используется для раскрытия преступлений, поскольку криминалисты используют этот процесс для оценки возраста, анализа травм и посмертной идентификации.

Инновации

CAD/CAM значительно продвинулись вперед по сравнению с отдельными истоками. Поскольку распространение технологий продолжается такими быстрыми темпами, у CAD/CAM появилась возможность быть внедренной и интегрированной в поток передовых технологий. От облака до индустрии вещей (IoT) CAD/CAM продолжает внедряться в обрабатывающей промышленности, что, в свою очередь, позволяет использовать его для создания других инноваций.

Technical Foam Services использует CAD/CAM в процессе проектирования своей продукции. Узнайте больше здесь.

Разработка прозрачной и понятной компьютерной диагностики

Создание основы для анализа гистопатологических изображений почки

Сюй Ян, магистрант, CS, MET College, Бостонский университет
В сотрудничестве с Tahereh (Zohre) Javaheri, приглашенный научный сотрудник, лаборатория медицинской информатики, MET College, Бостонский университет
Под руководством Резы Равасизаде, доцент, лаборатория медицинской информатики, MET College, Бостонский университет

Одной из новых областей информатики и медицины является компьютерная диагностика (CAD). Методы анализа изображений в рентгенографии, МРТ и ультразвуковой диагностике предоставляют широкий спектр информации, которую радиолог или другие медицинские специалисты должны проанализировать и оценить за короткое время.

(Вверху) Необработанное гистопатологическое изображение клеток почки.
(Внизу) Наша структура идентифицирует клеточное ядрышко и окружающую область ядрышка.

Системы САПР обрабатывают цифровые изображения, чтобы идентифицировать характерные признаки заметных участков, например возможные заболевания, и тем самым предоставлять дополнительную поддержку лицам, принимающим решения в области медицины. В Лаборатории медицинской информатики мы работаем над созданием САПР для поддержки особенно сложного диагностического процесса: выявления и классификации рака почки.

Есть два типа рака почки, которые имеют очень похожие гистопатологические характеристики. Один из них злокачественный, то есть хромофобные опухоли, а другой доброкачественный, то есть опухоли онкоцитомы. Тем не менее, на гистопатологических изображениях они выглядят очень похоже, и поэтому специалисту-человеку, то есть патологоанатому, очень трудно отличить хромофобную почечно-клеточную карциному от почечной онкоцитомы. Поэтому их подходы к идентификации подвержены человеческим ошибкам.

Чтобы смягчить эти виды человеческих ошибок, система САПР может быть очень полезной. CAD-система может не только помочь в точном анализе изображений, но и значительно повысить эффективность обнаружения и снизить утомляемость глаз патологоанатомов. Одним из распространенных подходов к разработке САПР является создание большого набора данных из помеченных изображений и обучение на них модели глубокого обучения.Однако алгоритмы черного ящика, в том числе модели глубокого обучения, не поддаются интерпретации, и медицинские эксперты могут не доверять им.

Поэтому необходима объяснимая система искусственного интеллекта, которая могла бы различать различия между двумя типами раковых опухолей. Вместе с ассистентом эксперта по патологии профессором Мохаммадом Хаери из Медицинской школы Канзасского университета наша команда в Лаборатории медицинской информатики в Метрополитен-колледже определяет набор правил и вводит их в основанный на правилах алгоритм классификации, который может точно различать эти два типа опухолей. Наш алгоритм подробно делится своей интерпретацией с врачами и объясняет причину своей интерпретации в виде отчета. Программа сгенерирует отчет с подробными данными, который прост для понимания и основан на фактических данных, в отличие от алгоритмов черного ящика. Следовательно, его объяснительная сила может завоевать доверие экспертов-людей в диагностике этих опухолей.

Например, хромофобные опухоли имеют более выраженную клеточную мембрану и околоядерный ореол по сравнению с опухолями онкоцитомы. Включив эти функции в наше распознавание изображений на основе правил, мы смогли различить два типа опухолей.

В связи со вспышкой Covid-19 мы теперь выполняем всю нашу работу удаленно и никогда не посещаем членов команды лично. С другой стороны, у нас продуктивный процесс, и наш прогресс свидетельствует о том, что личные встречи не обязательно полезны. Сэкономив много времени на поездках на работу, мы можем больше сосредоточиться на работе. В то же время мгновенное онлайн-общение значительно сокращает время, необходимое для обратной связи, и повышает эффективность работы.

Используя алгоритмы машинного обучения и компьютерного зрения, наша команда предлагает новый инструмент диагностики для конкретных ситуаций. Мы надеемся, что наша новая программа предоставит патологоанатомам эффективный компьютеризированный диагностический инструмент, который они понимают и которому доверяют

Об авторах

Сюй Ян учится на магистра компьютерных наук в Метрополитен-колледже Бостонского университета. В BU MET Ян работает вместе с лабораторией медицинской информатики BU MET. Его основной интерес — машинное обучение и искусственный интеллект.

Тахере (Зохре) Джавахери — приглашенный научный сотрудник лаборатории медицинской информатики BU MET. Ее основные научные интересы включают биологию рака и анализ генома. Доктор Джавахери получила докторскую степень в Техническом университете Мюнхена, Германия. До прихода в BU она была постдоком в Институте исследований рака Людвига Больцмана, Австрия.

Реза Равасизаде, доктор философии, доцент кафедры компьютерных наук в Колледже Метрополитен Бостонского университета и преподаватель Лаборатории информатики здравоохранения BU MET. Его исследовательский интерес сосредоточен на вездесущих технологиях, включая носимые устройства, мобильные устройства и роботов.

Физиологические сигналы, медицинские изображения и биосистемы могут использоваться для доступа к состоянию здоровья субъекта и могут помочь клиницистам, улучшая диагностику в целях лечения. Компьютерная диагностика (CAD) в приложениях для здравоохранения может помочь в автоматизированном принятии решений, визуализации и извлечении скрытых сложных функций для помощи в клинической диагностике. Эти CAD-системы нацелены на повышение качества ухода за пациентами с минимальным количеством ошибок из-за отказов устройств. В этой статье мы утверждаем, что формальная методология проектирования, основанная на моделях, может привести к созданию систем, отвечающих этому требованию. Моделирование не является чем-то новым для САПР, но моделирование для проектирования систем изучено меньше. Поэтому мы обсудим некоторые методы проектирования систем и предоставим более конкретный пример проектирования компьютерной диагностики и автоматизированного принятия решений.

Цитируется по 11 статьям

Чамбара Н., Лю С.Ю.В., Ло Х., Ин М. Чамбара Н. и др. ПЛОС Один. 2021 15 января; 16 (1): e0245617. doi: 10.1371/journal.pone.0245617. eCollection 2021. PLoS One. 2021. PMID: 33449958 Бесплатная статья PMC. Клинические испытания.

Чжан Ю, Ву Цюй, Чен Ю, Ван Ю.Чжан И и др. Фронт Онкол. 2020 11 сент.; 10:557169. doi: 10.3389/fonc.2020.557169. eCollection 2020. Фронт Онкол. 2020. PMID: 33042840 Бесплатная статья PMC.

Фауст О., Чаччо Э.Дж., Ачарья УР. Фауст О и др. Общественное здравоохранение Int J Environ Res. 2020 29 апреля; 17 (9): 3093. дои: 10.3390/ijerph17093093. Общественное здравоохранение Int J Environ Res. 2020. PMID: 32365521 Бесплатная статья PMC. Обзор.

Фауст О., Раджендра Ачарья У., Нг Э.Й.К., Хонг Т.Дж., Ю В. Фауст О. и др. Инфракрасная физ.-техн. 2014 Сентябрь;66:160-175. doi: 10.1016/j.infrared.2014.06.001. Epub 2014, 20 июня. Технология инфракрасной физики. 2014. PMID: 32288546 Бесплатная статья PMC. Обзор.

Американская компания, специализирующаяся на медицинских технологиях, Varian Medical Systems представила свое новое программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAE), упрощающее процесс проектирования систем экранирования и радиологической защиты.

Новое программное обеспечение Attila4MC предлагает инженерам использовать код N-частиц Монте-Карло (MCNP) при проектировании своих продуктов с интуитивно понятным графическим интерфейсом пользователя (GUI), который упрощает и ускоряет процесс расчета.

Varian планирует использовать это программное обеспечение для исследований, связанных с медицинской физикой и ядерной техникой.

"Attila4MC позволяет организациям более эффективно использовать результаты моделирования методом Монте-Карло при разработке своих продуктов".

Старший менеджер Varian Attila Product Line Грег Файлла сказал: "Наша цель при разработке Attila4MC состояла в том, чтобы помочь пользователям MCNP работать более продуктивно".

Ivantis сообщает о положительных результатах исследования имплантатов Hydrus

Исследователи разрабатывают новую флуоресцентную технологию для обнаружения опухолей

Новый тест на сонную болезнь

"Attila4MC позволяет организациям более эффективно включать результаты моделирования методом Монте-Карло в свои проекты продуктов, и мы стремимся помочь пользователям повысить простоту, скорость и надежность расчетов".

Данные, аналитические данные и аналитические материалы, предоставленные вам Просмотреть все информационные бюллетени Команда Medical Device Network Подпишитесь на наши информационные бюллетени Подпишитесь здесь

Программное обеспечение обладает возможностями, помогающими инженерам преодолевать препятствия, связанные с анализом, включая надежное автоматизированное проектирование (САПР); Настройка расчета на основе графического интерфейса и автоматическое сокращение отклонений.

Утверждается, что использование Attila4MC сокращает цикл анализа и способствует эффективному использованию подробного моделирования методом Монте-Карло, что обеспечивает безопасность, надежность и производительность разрабатываемых ими продуктов.

Varian также предлагает дополнительную надстройку CAD с Attila4MC, предоставляя пользователям, работающим неполный рабочий день, всю мощь твердотельного моделирования на кончиках пальцев.

Заместитель руководителя отдела ядерной физики STEAG Energy Services Биргит Вортманн (Birgit Wortmann) заявила: «Мы убеждены, что Attila4MC дает хорошую возможность ускорить моделирование MCNP и получить более своевременные результаты».

Вы когда-нибудь задумывались, что на самом деле входит в строительство зданий или производство автомобилей? Есть сотни компонентов, но в самом начале всего этого есть план, дизайн и, возможно, кто-то за экраном, использующий программное обеспечение для автоматизированного проектирования. Компьютерное черчение и проектирование или CADD - это использование программного обеспечения для рисования и проектирования физических компонентов или процессов компоновки. Это важная часть многих отраслей, включая архитектуру и инженерию, потому что она дает точные инструкции о том, как что-то должно быть сделано.

Преимущества автоматизированного проектирования

До появления компьютеров чертежникам и дизайнерам приходилось делать наброски чертежей или создавать модели вручную. На это уходило много времени и усилий, и не всегда было легко редактировать или совместно работать над дизайном. Теперь вы можете использовать компьютерное программное обеспечение, такое как AutoCAD или Revit, для создания 2D- и 3D-проектов. Вы можете рисовать фигуры и линии, копировать и редактировать содержимое, а также рассчитывать точные размеры с помощью программного обеспечения CADD. Вы также можете сохранять и копировать свои проекты, отправлять их на 3D-принтер для производства или даже делиться ими через облако с другими членами вашей команды.

Эффективность автоматизированного проектирования экономит время и деньги. С помощью CADD вы можете вносить все свои изменения и ошибки на этапе проектирования. Вы также можете точно оценить виды и количество используемых материалов или время изготовления, что означает, что вы не перерасходуете свой бюджет.

Как используется компьютерный дизайн?

Компьютерное проектирование используется в нескольких отраслях, а именно в архитектуре и машиностроении. Этим отраслям нужны чертежники, которые могут взять свои концепции и воплотить их с помощью компьютерного проектирования. Для чего они используют компьютерный дизайн?

Другие отрасли также полагаются на автоматизированное проектирование. Дизайнеры интерьера будут использовать планы этажей, чтобы представить, как можно спроектировать или украсить комнату. Градостроители могут использовать CADD для анализа земельных участков и того, как их следует развивать или благоустраивать. Художники могут даже использовать CADD для создания рисунков или эскизов скульптур, прежде чем они начнут лепить глину.

Компьютерный дизайн затрагивает так много аспектов нашего повседневного мира, что его трудно измерить. Ваш телефон, вероятно, был разработан с помощью CADD, и автомобиль, которым вы управляете, вероятно, был произведен с его помощью. Представьте что-то, что соответствует современному миру, а затем представьте себе CADD. Если вам нравятся технологии и вы хотите сделать карьеру, которая будет иметь влияние, вы можете стать отличным кандидатом на профессию разработчика.

В Институте карьеры YTI в Пенсильвании мы предлагаем программу компьютерного черчения и дизайна, которая поможет вам приобрести навыки и знания, необходимые для карьеры в этой полезной области. Заполните форму, чтобы узнать больше.

Читайте также: