Тривимірна реконструкція томографічних зображень. Алгоритми побудови 3D-моделей анатомічних структур. Частина 2

30.01.2015

Хоча КТ є високоточним методом дослідження, в ході її проведення можуть виникати різні артефакти, які суттєво впливають на якість отриманої 3D-моделі. Серед основних артефактів виділяють наступні:

  1. лінійні артефакти, що виникають біля об’єктів, які поглинають більшу частину рентгенівських променів (металеві імпланти, протези, дуже щільна кістка, емаль зуба). Цей вид артефактів усувається при використанні сучасних алгоритмів реконструкції та подальшої обробки томографічних зображень;
  2. ефект «розмиття» зображення в зоні гострих країв (partial volume effect) і в зонах різкого переходу від високої рентгенологічної щільності до низької. Зменшення цього негативного ефекту можливо завдяки збільшенню кількості датчиків і зменшення товщини томографічного зрізу, що залежить від виробника томографа;
  3. поява одного або декількох «кілець» на зображенні, як правило, пов’язане з механічною поломкою детектора;
  4. «шумовий артефакт» проявляється підвищеною зернистістю зображення, пов’язаної з низьким співвідношенням сигналу і шуму або недостатньою потужністю рентгенівської трубки;
  5. артефакти, пов’язані з рухом об’єкту дослідження, виявляються розмитістю або появою лінійних спотворень. Вони мінімізуються в сканерах останніх поколінь за рахунок зменшення часу, витраченого на обробку одного зрізу;
  6. «сходинки» на зображенні, обумовлені великою товщиною томографічного зрізу і ін.
Якість отриманої моделі буде, таким чином, визначатися якістю вхідних даних, розширенням томографа, товщиною одного томографічного зрізу, точністю визначення меж об’єкта в процесі сегментації, особливостями обробки моделі в програмному забезпеченні для роботи з медичними зображеннями (згладжування, редагування, булеві операції і т. д.).

Сучасні CAD-програми для роботи з томографічними зображеннями мають великий набір інструментів для кращої візуалізації тривимірного зображення в залежності від завдань дослідження: модель можна переміщувати і обертати, розглядати її перетин в різних площинах, збільшувати або зменшувати окремі ділянки, змінювати прозорість моделі і її забарвлення. Окремі програмні компоненти дозволяють накладати фотографічне зображення пацієнта на тривимірну комп’ютерну модель (фотомепінг), досягаючи максимального рівня реалістичності графічного зображення.

Використовуючи певні інструменти для проведення лінійних і кутових вимірів і визначення рентгенологічної щільності окремих ділянок об’єкта дослідження, хірург має можливість здійснювати комплексний аналіз клінічної картини і отримати ряд важливих показників, необхідних для вибору методу лікування.

Деякі алгоритми лінійних і кутових вимірів реалізовані в автоматичному чи напівавтоматичному режимі і називаються 3D-цефалометрією. Основою методу є визначення основних анатомічних орієнтирів, які виконують роль реперних точок (в сучасних методиках 3D-цефалометрію застосовують понад 70 таких точок). Надалі на тривимірній моделі через реперні точки проводять певні лінії і площини, визначають відстані і кути між ними. Ці параметри мають певне клінічне значення і служать для точного встановлення діагнозу і вибору методу проведення ортогнатичного або відновного втручання.

Таким чином, завдяки сучасним програмним комплексам для обробки даних, КТ не тільки стала одним з найважливіших методів діагностики в медицині, але і основою побудови тривимірних (3D) імітаційних моделей об’єктів дослідження. На сьогоднішній день існує ряд програмних систем (MIMICS, SimPlant (Materialise), Ezimplant, Implant-assistant, 3D-DOCTOR, AMIRA і ін.), Які дозволяють від 2D-комп’ютерних зрізів перейти до 3D-об’єктів з можливістю структурного аналізу системи в залежності від рентгенологічної щільності об’єкта дослідження. Діагностична інформація з поперечних зрізів тіла пацієнта може бути представлена ​​у вигляді багатоплощинних або об’ємних (тривимірних) реконструкцій, які дозволяють наочно оцінити всю складність топографічних взаємовідносин анатомічних структур. Удосконалення методів КТ відкрило нові можливості для біомеханічного аналізу, оскільки стало можливим побудова не тільки усереднених або ідеалізованих моделей, але і моделей, максимально наближених до параметрів конкретного пацієнта як по геометрії, так і за властивостями м’яких і кісткових тканин.

Важливою перевагою сучасних програмних комплексів є можливість обміну даними з іншими CAD / CAM / CAE-системами, в основі якого – імпорт / експорт 3D-моделей з однієї програми в іншу.

Базовими форматами для обміну є формат STL (об’єкт уявлення у вигляді поверхневої полігональної сітки) і IGS (у вигляді набору поліліній). Проблема сумісності з інженерними програмами CAD CAE вирішена в програмному комплексі SIMPLANT, що дозволяє імпортувати STL-файли і зберігати або експортувати моделі в форматах, сумісних з більшістю програмних компонентів автоматизованого проектування.

Comments (1)

Leave a Comment