スキャンIP

シノプシスシンプルウェアスキャンIP
	Simpleware ScanIP のスクリーンショット
開発者	概要
安定リリース	S-2021.06 / 2021年6月8日; 3年前
オペレーティング·システム	Windows ; Linux
ライセンス	商業
Webサイト	www.synopsys.com/simpleware/products/software/scanip.html

Synopsys Simpleware ScanIPは、 Synopsys Inc.が開発した3D画像処理およびモデル生成ソフトウェアプログラムであり、磁気共鳴画像法（MRI）、コンピューター断層撮影法（CT）、マイクロトモグラフィー、およびコンピューター支援設計（CAD）、有限要素解析（FEA）、数値流体力学（CFD）、3D印刷用のその他のモダリティからの3D画像データを視覚化、分析、定量化、セグメント化、およびエクスポートします。^[2]このソフトウェアは、生命科学、材料科学、非破壊検査、リバースエンジニアリング、および岩石物理学で使用されています。

セグメント化された画像は、 STLファイル形式、サーフェスメッシュ、ポイントクラウドでCADや3Dプリントにエクスポートできます。また、FEモジュールを使用すると、サーフェス/ボリュームメッシュとして主要なコンピュータ支援エンジニアリング（CAE）ソルバーに直接エクスポートできます。^[3] CADおよびNURBSアドオンモジュールを使用すると、CADオブジェクトを画像データに統合したり、スキャンデータをCAD用のNURBSベースのモデルに変換したりできます。SOLID、FLOW、およびLAPLACEアドオンモジュールを使用すると、均質化技術を使用してスキャンされたサンプルから有効な材料特性を計算できます。2020年以降、Simplewareソフトウェアには、人工知能ベースの機械学習を使用して医療画像データを自動的にセグメント化するモジュールであるSimpleware AS OrthoとSimpleware AS Cardioが含まれています。^[4]さらに、完全にカスタマイズ可能なモジュールであるSimpleware Custom Modelerも利用できます。^[5]

応用分野

ライフサイエンス

Simpleware ScanIP は、ライフサイエンスに関連する幅広い設計およびシミュレーションアプリケーションに適した、画像データから高品質の 3D モデルを生成します。MRI や CT などのソースからの画像データは、CAD、CAE、3D 印刷モデルとしてエクスポートする前に、視覚化、分析、セグメント化、定量化できます。ソフトウェアのさまざまなセグメント化および処理ツールを使用して、さまざまな組織、骨、その他の体の部分を識別できます。CAD と画像データを統合するオプションも用意されており、CAD で設計されたインプラントが人体とどのように相互作用するかについて医療機器の研究を行うことができます。高品質の CAE モデルは、同様に、生体力学の研究で動きやさまざまな力が解剖学的構造に与える影響をシミュレートするために使用できます。その一例は、高解像度の MRI スキャンから生成され、セグメント化されて、頭部への衝撃や脳震盪などの特定の有限要素 (FE) アプリケーションに合わせて簡単にメッシュ化できるデータを作成する、米国海軍研究所/Simpleware の頭部モデルです。^[6]^[7]

このソフトウェアの用途には、インプラントの配置の研究、^[8]統計的形状分析、^[9]血管網における血流の計算流体力学分析などがあります。^[10] Simpleware のスクリプトツールを使用すると、股関節インプラントの最適な配置を探索できます。^[11] 3D モデルを使用して、膝蓋大腿骨の運動学を分析できます。^[12] Simpleware で生成された人体モデルを使用して、MRI スキャナーの電磁放射線の影響をシミュレートできます。^[13] Simpleware のソフトウェア環境内で作成されたモデルのその他の用途には、経頭蓋直流刺激のシミュレーション、^[14]およびてんかん治療用の電極配置のテストなどがあります。^[15]歯科研究の観点では、CAD オブジェクトを解剖学的データと統合し、シミュレーション用にエクスポートすることで、歯科インプラントの評価が行われています。^[16]^[17]

医療機器

Simpleware ScanIP Medicalは、医療機器としての使用を目的としたソフトウェアのバージョンです。米国食品医薬品局（FDA）からクラスII医療機器として510(k)市場承認を取得しており、 ^[18]CEマークとISO 13485認証も取得しています。 ^[19]

Simpleware ScanIP Medical は、医療用画像情報を出力ファイルに転送するためのソフトウェアインターフェイスおよび画像セグメンテーションシステムとして使用することを目的としています。また、診断および手術計画のための術前ソフトウェアとしても使用できます。これらの目的のために、出力ファイルは、従来の製造方法または付加製造方法を使用して物理的なレプリカを作成するためにも使用できます。物理的なレプリカは、整形外科、顎顔面、および心臓血管の分野で診断目的で使用できます。このソフトウェアは、他の診断ツールや専門家の臨床判断と組み合わせて使用することを目的としています。

ライフサイエンスの研究など、非臨床医療アプリケーションに Synopsys Simpleware ScanIP を引き続き使用したい場合は、臨床使用を目的としないコア Synopsys Simpleware ScanIP パッケージを使用することをお勧めします。

自然科学、含む古生物学そして機能形態学

Simpleware ScanIPは、自然科学におけるさまざまな生物学的プロセスやその他の有機的プロセスの調査のために、スキャンデータから解剖学的構造を再構築するために使用されます。ScanIPの古生物学上の用途には、恐竜の骨格の再構築が含まれます。^[20]また、このソフトウェアは、迅速なプロトタイピングやサメの匂いのテストに適したサメの頭のモデルを生成するために使用され、^[21] 3Dプリントに適した擬似形態のSTLモデルを生成するためにも使用されています。 ^{[22] ScanIPは、}エデンプロジェクトのバイオミミクリープロジェクトや、形態学に触発されたアート作品の制作にも使用されています。^[23] ScanIPは、アリの首をリバースエンジニアリングして、そのメカニズムの理解を深めるために使用できます。^[24]

材料科学

Simpleware ScanIP は、研究者がスキャンしたサンプルの特性を調査するさまざまな材料科学や製造ワークフローで幅広い用途があります。複合材料やその他のサンプルのスキャンは ScanIP で視覚化して処理できるため、複数の相や多孔質ネットワークを調査および分析できます。^[25]たとえば、亀裂やひび割れなどの測定を行ったり、多孔性分布やその他の特徴の統計を生成したりできます。ScanIP を FE モジュールと組み合わせて、応力やひずみの分布、透過性、その他の材料特性の FE および CFD 特性評価用のボリュームメッシュを生成できます。^{[26]アプリケーションの例としては、燃料電池の特性評価、}^[27]や合成グラファイトの弾性特性に対する多孔性の影響のモデル化などがあります。 ^[28]

岩石物理学

Simpleware ScanIP は、石油・ガス業界でコアサンプルや岩石のスキャンから 3D モデルを生成するために使用されています。CT、マイクロ CT、集束イオンビーム走査型電子顕微鏡スキャン、その他の画像撮影法から取得した画像データをインポートして視覚化できるため、細孔ネットワークの調査、関心領域の分割、特徴の測定と定量化が可能になります。処理されたデータは、FE モジュールを使用して、ソルバーの FEA および CFD 用のボリュームメッシュとしてエクスポートできるため、流体構造解析やその他の地質力学的特性に関する洞察が得られます。^[29]^[30]

非破壊検査（非破壊検査）

ScanIPは、CAEソルバーでのシミュレーション用に詳細な視覚化、分析、エクスポートに適した計算モデルを作成するために使用できます。スキャンされた画像データは、関心領域の特定、欠陥の測定、多孔性などの統計の定量化、CADおよびCAEモデルの生成など、簡単に処理できます。アプリケーションの例には、複合材料、^[31]フォーム、^[32]および食品^{[33]の特性評価の研究が含まれます。}

リバースエンジニアリング

ScanIPを使用すると、CADでは正確に作成できないレガシーパーツやその他の形状をリバースエンジニアリングすることができます。オブジェクトのスキャンはScanIPで視覚化および処理され、元の設計についてさらに詳しく知ることができ、物理的特性のシミュレーション用にFEおよびCFDモデルとしてエクスポートできます。このソフトウェアは、スキャンから正確な3Dモデルを生成する必要がある航空宇宙、自動車、その他の分野で使用されています。^[34]その他の用途としては、消費者向け製品をリバースエンジニアリングしてその特性を分析したり、^[35]侵襲的なテストを必要とせずに製品が人体とどのように相互作用するかを研究したりすることができます。

3Dプリント

ScanIP は、医療用途を含む 3D 印刷用の堅牢な STL ファイルを生成することができます。ScanIP を使用して作成されたファイルは、保証された水密三角形分割と正しいノルム、およびボリュームとトポロジーを保持するスムージングのオプションを備えています。STL ファイルは適合インターフェイスを使用して生成されるため、マルチマテリアル印刷が可能です。また、積層造形前に重量を減らすために、部品の 3D モデルにラティスとも呼ばれる内部構造を追加することもできます。^[36]アプリケーションの例としては、3D 印刷された医療機器の研究、^[37]ラティスサポート構造の生成、^[38]および 3D 臓器の研究などがあります。^{[39] ScanIP は、}サウサンプトン総合病院での軽微な手術の前にオプションを視覚化するために、男性の腎臓の STL ファイルを生成するために使用されました。^[40]ラティス技術は、航空宇宙、自動車、その他の業界で新しい部品の開発にも使用されています。^[41]

アドオンモジュール

Simpleware FE モジュール

FE モジュールは、FEA および CFD に適合するマルチパーツのボリュームメッシュを生成します。有限要素接触、ノードセット、シェル要素を定義でき、数値流体力学の境界条件も定義できます。材料特性は、グレースケール値または事前設定された値に基づいて割り当てることができます。ユーザーは、グリッドベースまたはフリーメッシュアプローチを選択できます。メッシュは、さらに処理することなく、主要なコンピュータ支援エンジニアリングソルバーに直接エクスポートできます。結果は、 ABAQUS (.inpファイル)、ANSYS (.ansファイル)、COMSOL Multiphysics (.mphtxtファイル)、I-DEAS (.unvファイル)、LS-DYNA (.dynファイル)、MSC (.outファイル)、FLUENT (.mshファイル) にエクスポートできます。

Simpleware AS オルソモジュール

Simpleware AS Ortho (整形外科用自動セグメンテーション) モジュールは、人工知能ベースの機械学習を使用して、股関節、膝、足首を自動的にセグメンテーションします。このモジュールを使用すると、一般的なランドマークを含む骨や軟骨をセグメント化できます。CT スキャンからの股関節セグメンテーションには、大腿骨近位部、骨盤、仙骨が含まれ、股関節ランドマークは骨盤、尾骨、大腿骨に配置されます。PD 強調 MRI スキャンと CT からの膝のセグメンテーションの場合、関心領域には大腿骨、脛骨、および関連軟骨、膝蓋骨、腓骨が含まれ、膝のランドマークは大腿骨と脛骨に配置されます。距骨、踵骨、脛骨、腓骨、および足首中心、腓骨切痕、外側および内側の顆のランドマークを含む足首の CT データもカバーされます。

Simpleware AS カーディオモジュール

AS Cardio は、心血管データを自動的にセグメント化する使いやすいツールを提供します。この特定のリリースでは、血液プール空洞、選択された筋肉組織、および右心室、三尖弁、心房耳などの一般的な主要なランドマークを含む CT からの心臓のセグメント化に焦点を当てています。

Simpleware カスタムモデラー

このモジュールは、ユーザー向けの自動化ソリューションであり、Simpleware のエンジニアと共同で開発され、ソフトウェアを現在のプロセスに合わせてカスタマイズします。このモジュールを使用すると、カスタム自動セグメンテーションを設定できるほか、画像処理、ランドマーク設定、測定、統計とレポート、メッシュモデルのワークフロー、3D 印刷、CAD、シミュレーションへのエクスポートなどの機能を完全に自動化するオプションも利用できます。

Simpleware CAD モジュール

CAD モジュールを使用すると、画像データ内で CAD モデルをインポートし、インタラクティブに配置することができます。結果として得られる結合モデルは、マルチパート STL としてエクスポートするか、FE モジュールを使用して、マルチパート有限要素または CFD メッシュに自動的に変換できます。内部構造をデータに追加して、機械的強度を維持しながら重量を減らすこともできます。 CAD を使用すると、ユーザーは CAD ベースのソフトウェアで画像ベースのファイルを操作する必要がなくなります。データは、ScanIP、IGES (.igesおよび.igsファイル)、STEP (.stepおよび.stpファイル)、STL (.stlファイル) から取得できます。結果は、さらに処理するために ScanIP ファイルに保存するか、STL (.stlファイル) にエクスポートできます。

Simpleware NURBS モジュール

NURBS モジュールを使用すると、自動パッチフィッティング技術を使用してセグメント化された 3D 画像データを非均一有理 B スプライン(NURBS) にフィッティングし、 IGES (.igesおよび.igsファイル) としてエクスポートできます。自動サーフェスアルゴリズムは、輪郭と曲率の検出オプションを使用して、画像データから CAD 対応の NURBS モデルへの直接的なルートを提供します。CAD ジオメトリは、エクスポート前に検査して不要なフィーチャを削除することもできます。

シンプルウェアデザインリンク

このモジュールにより、Simpleware ソフトウェアとSolidWorksのユーザーは、両方のソフトウェアパッケージのパワーを活用し、製品開発ワークフローを高速化できます。

Simpleware SOLID モジュール

SOLID モジュールは、材料サンプルの有効剛性テンソルと個々の弾性係数を計算します。組み込みの FE ソルバーを使用して数値均質化を実行するか、セグメント化された画像から迅速な半解析的推定値を導き出します。

Simpleware FLOWモジュール

FLOW モジュールは、多孔質材料サンプルの絶対透過率テンソルを計算します。数値均質化は、組み込みのストークスソルバーを使用して実行されます。

Simpleware LAPLACE モジュール

LAPLACE モジュールは、ラプラス方程式によって挙動が決まる材料の有効な電気的、熱的、分子的特性を計算します。組み込みの FE ソルバーを使用して数値均質化を実行するか、セグメント化された画像から迅速な半解析的推定値を導き出します。

インポート形式

DICOMバージョン 3.0 および 2D スタック - 時間ステップ選択付きの 4D (時間分解) DICOM を含む - インポートされたデータとともに DICOM タグを保存するオプション
ACR-NEMA (バージョン 1 および 2)
ディコンデ
インターファイル
分析する
メタイメージ
生画像データ（バイナリ、CSV ...）
2D 画像スタック ( BMP、GIF ...)
ネイティブにサポートされているピクセルタイプ: 8 ビット符号なし整数、16 ビット符号なし整数、16 ビット符号付き整数、32 ビット浮動小数点

エクスポート形式

背景画像のエクスポート

RAW画像フォーマット
メタイメージ
画像のスタック (BMP、JPG、PNG、TIF)
DICOM

分割画像

RAW画像フォーマット
メタイメージ

表面モデル（三角形）

言語
IGES
ACIS（土）
ANSYSサーフェスメッシュ
ABAQUSサーフェスメッシュ
オープンインベンター
点群
MATLABファイルサーフェス

アニメーション

動画
オッグ・テオラ
H.264/MPEG-4 コーデック
Windows Media ビデオアドバンスドシステムフォーマット
PNGシーケンス
透明なPNGシーケンス

2Dおよび3Dスクリーンショット

その他

オブジェクトの焼き込みを含む仮想 X 線を生成 (ScanIP Medical バージョンのみ)
シーンをエクスポート (現在の 3D ビューをエクスポート) - 3D PDF、VRML

参考文献

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