16.03.2017 14:53 Стэнфордские ученые создали трехмерную реконструкцию мочевого пузыря

Передовая компьютерная технология визуализации создала трехмерную компьютерную реконструкцию мочевого пузыря пациента. Техника, которая работает на любом полом органе, может помочь врачам обнаружить опухоли или другие нарушения и подготовиться к операции.

Способ, которым врачи исследуют мочевой пузырь на наличие опухолей или камней, подобен исследованию контуров пещеры с фонариком. Используя камеры, прикрепленные к длинным гибким инструментам, называемым эндоскопами, они обнаруживают, что иногда бывает трудно ориентировать положение опухолевого образование в пределах покрытого кровеносными сосудами стенок мочевого пузыря.

Это может измениться с новым способом компьютерного зрения, разработанного исследователями Стэнфорда, который создает трехмерные реконструкции мочевого пузыря из иным образом полученных эндоскопических изображений. С помощью этого единства медицины и техники врачи смогли разработать карты органов, чтобы лучше готовиться к операциям и обнаруживать ранние рецидивы рака. Смотрите видео.

«Красота этого проекта заключается в том, что мы можем использовать данные, которые врачи уже собирают», - сказала Одри Боуден, доцент кафедры электронной инженерии. Она является одним из ведущих авторов недавней статьи, опубликованной в Biomedical Optics Express, в которой описывается этот метод.

Рак мочевого пузыря имеет один из самых высоких показателей рецидивирования любого рака. От 50 процентов до 70 процентов опухолей возвращаются после удаления, согласно Джозефу Ляо, адъюнкт-профессору урологии в Школе медицины и соавтору статьи. Возможность видеть пузырь каждого пациента в виде трехмерной модели может улучшить хирургическое планирование и контролировать рецидив рака.

«Эндоскопия мочевого пузыря, называемая цистоскопией, является неотъемлемой частью борьбы с раком. Все, что вы можете сделать для улучшения эндоскопии, полезно», - сказал Ляо. «Хирурги всегда ищут лучшие способы увидеть рак, чтобы удалить его более эффективно».

Широко применяемая техника

Одним из преимуществ этого метода является то, что врачам не нужно покупать новое оборудование или значительно изменять их методы. Благодаря использованию передовых алгоритмов компьютерного зрения команда восстанавливает форму и внешний вид мочевого пузыря, используя видеозапись обычной цистоскопии, которая обычно была бы отброшена или не записана в первую очередь.

«В эндоскопии мы генерируем много данных, но в настоящее время их просто выбрасывают», - сказал Ляо.

Хотя команда разработала методику для мочевого пузыря, ее можно было применять к другим полым органам, где врачи обычно проводят эндоскопию, включая желудок или кишку. «Мы были первой группой, которая смогла достичь полной 3D-модели мочевого пузыря, используя стандартное клиническое оборудование, что делает это исследование готовым для быстрого перевода в клиническую практику», - говорит Кристен Лурье, ведущий автор статьи, недавний аспирант и докторант в Стэнфорде, и в настоящее время инженер-программист в Google.

По словам Ляо, эти трехмерные изображения могут помочь врачам подготовиться к операции. Травмы, опухоли и рубцы в мочевом пузыре найти трудно, как на начальном этапе, так и во время операции.

«Иногда у тебя нет никакого понимания - где я был в мочевом пузыре?» - сказал Ляо. Видя трехмерную визуализацию органа перед операцией, например, подобную карте перед тем, как отправиться в путешествие, можно облегчить эту процедуру для врачей. Другие потенциальные применения включают использование 3D реконструкции в качестве визуальной медицинской карты.

Точная визуализация

Чтобы проверить полученную ей точность реконструкции мочевого пузыря, команда сначала создала модель, основанную на эндоскопических изображениях, сделанных в 3D-печатном пузыре, известном как тканевый фантом. Поскольку детали тканевого фантома известны, исследователи могли напрямую сравнить их визуализацию с реальным объектом. По словам Боудена, тканевые фантомы являются стандартом для анализа биологического моделирования. Команда обнаружила, что ее трехмерная визуализация соответствует тканевому фантому с небольшим количеством ошибок.

Исследователи сказали, что этот метод является первым в своем роде и по-прежнему имеет возможности для улучшения. Прежде всего, трехмерные модели имеют тенденцию сглаживать неровности стенок мочевого пузыря, включая опухоли. Только с этой моделью опухоли труднее обнаружить. В настоящее время команда работает над увеличением близости к реальности моделей, их формой и детализацией.

Будущие направления, по мнению исследователей, включают использование алгоритма для мониторинга заболеваний и рака в мочевом пузыре с течением времени для обнаружения тонких изменений, а также для объединения его с другими технологиями визуализации.

«Технология обладает огромным потенциалом, не говоря уже об увлекательном свойстве - возможности, позволяющей перемещаться по виртуальному органу», - сказал Ляо.

Это исследование было поддержано стипендией NSFGRFP и Центром визуальных вычислений и коммуникаций Макса Планка.

Боуден также является членом Стэнфордског Bio-X и Стэнфордского института исследований здоровья детей. Ляо также является членом Стэнфордского Bio-X и Стэнфордского онкологического института. Среди других авторов - Роланд Ангст и Димитар В. Златев.

Jackie Flynn

Источник: stanford.edu