РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ ПАЦИЕНТА ПО ДАННЫМ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОГО И КОМПЬЮТЕРНОГО ТОМОГРАФОВ

В работе представлены алгоритм и структурно-функциональная организация устройства для визуализации внутренних органов на основе построения объемной модели анализируемого пространства посредством анализа данных магнитно-резонансных и компьютерных томографов. Принцип обработки томографических изображений базируется на разделении органов и тканей внутрибрюшной полости на основе выделения их контуров на отдельных оптических срезах и последующем объединении контуров отдельных объектов на смежных оптических срезах в единые объекты. Для отнесения ткани к одному из априори заданных классов биологических объектов используется информация о распределении локальных спектральных характеристик участка изображения, уточняемая адаптивно с учетом параметров текущих обрабатываемых изображений. Разработанное решение позволяет осуществлять ввод данных, оценку статистических характеристик распределения шума, оценку яркости, оценку разрешающей способности приборов, обеспечивших получение томографических изображений; предварительную сегментацию объектов; вычисление порогов адаптивной пороговой обработки границ сегментов и построение контуров; анализ связности и непрерывности контуров на отдельных кадрах и на смежных кадрах; отображение объектов с использованием алгоритмов и библиотек трехмерной графики. Отличительной особенностью предложенного метода является повышенная точность локализации объектов за счет предварительной декомпозиции объектов с учетом их локальных свойств и уточняющего вычисления порога, определяющего границы областей изображения, соответствующих различным биологическим структурам. Разработан макет программного обеспечения для проверки разработанных алгоритмов синтеза биологических объектов внутрибрюшного пространства. Выполненные экспериментальные исследования построения рабочей сцены внутрибрюшного пространства подтвердили адекватность созданных теоретических подходов и алгоритмического обеспечения. Предложено специализированное устройство, позволяющее реализовать предложенный алгоритм на аппаратном уровне. Разработанные технические решения могут быть использованы для подготовки и визуализации данных при диагностике и планировании операций в хирургии.

1. Виртуальные технологии в современной хирургии / П.В. Глыбочко, Ю.Г. Аляев, Л.М. Рапопорт, Д.Н. Фиев, И.П. Матюхов, Г.А. Мартиросян // Российские медицинские вести. 2014. Т. 19. № 1. С. 4-16.

2. Плесканос Л.В., Филист С.А. Формирование морфологических признаков сложноструктурируемых сигналов на основе гибридных ортогональных преобразований // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 5-2 (44). С. 33-38.

3. Филист С.А., Кассим К.Д.А., Руцкой Р.В. Гибридные решающие системы для прогнозирования послеоперационных осложнений у больных с доброкачественной гиперплазией предстательной железы // Известия Юго-Западного государственного университета. 2013. № 5 (50). С. 40-49.

4. Формирование признакового пространства для задач классификации сложноструктурируемых изображений на основе спектральных окон и нейросетевых структур / С.А. Филист, К.Д. Али Кассим, А.А. Кузьмин, О.В. Шаталова, Е.А. Алябьев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 4 (67). С. 56-68.

5. J. Montagnat and H. Delingette, “Volumetric Medical Images Segmentation Using Shape Constrained Deformable Models,” Proc. First Joint Con5 CVRMedMRCAS ’97, J. Troccaz, E. Grimson, and R. Mosges, eds. Mar. 1997.

6. J. Sharpe, U. Ahlgren, P. Perry, B. Hill, A. Ross, J. Hecksher-Sorensen, R. Baldock and D. Davidson. Optical projection tomography as a tool for 3D microscopy and gene expression studies. Science, 296: 541-545, 2002.

7. 18F-FDG PET/CT visualisation of tumor seeding after percutaneous radiofrequency ablation of metastases / ZanottiFregonara, P., Hindié, E., Albertini, AF. et al. // Eur J Nucl Med Mol Imaging (2007) // European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. February 2007. Vol. 34, no. 2. P.305

8. Rowe S.P., Chu L.C. & Fishman, E.K. Cinematic rendering of small bowel pathology: preliminary observations from this novel 3D CT visualization method // Abdominal Radiology. November 2018. Vol. 43. Issue 11. P. 2928–2937.

9. Method of generating 2D or 3D maps of MRI T1 and T2 relaxation times. Заявка на патент на изобретение США № 20120223710, 6.09.2012 г.

10. Automatic 3d segmentation and cortical surfaces reconstruction from t1 MRI. Заявка США № 20160292847, 6.10.2016 г.

11. 3-d- технологии при операциях на почке. От хирургии виртуальной к реальной / Н.В. Петровский , Л.М. Рапопорт, Д.Н. Фиев, Р.Р. Харчилава, С.Б. Хохлачев, Д.Г. Цариченко, Е.В. Шпоть. М.: ООО ИГ "ГЭОТАР-Медиа", 2014. 291 с.

12. Трехмерное моделирование опухолевого процесса в почке с последующим планированием оперативного вмешательства на ней / П.В. Глыбочко, Ю.Г. Аляев, С.К. Терновой, Н.К. Дзеранов, С. Хохлачев, Н.Д. Ахвледиани, Н.В. Петровский, Д.Н. Фиев // Бюллетень сибирской медицины. 2012. Т. 11. № S1. С. 38-40.