16.03.2017 14:53 Стенфордський вчені створили тривимірну реконструкцію сечового міхура

Передова комп'ютерна технологія візуалізації створила тривимірну комп'ютерну реконструкцію сечового міхура пацієнта. Техніка, яка працює на будь-якому підлогою органі, може допомогти лікарям виявити пухлини або інші порушення і підготуватися до операції.

Спосіб, яким лікарі досліджують сечовий міхур на наявність пухлин або каменів, подібний дослідження контурів печери з ліхтариком. Використовуючи камери, прикріплені до довгих гнучким інструментам, званим эндоскопами, вони виявляють, що іноді буває важко орієнтувати положення пухлинного утворення в межах покритого кровоносними судинами стінок сечового міхура.

Це може змінитися з новим способом комп'ютерного зору, розробленого дослідниками Стенфорда, який створює тривимірні реконструкції сечового міхура з іншим чином отриманих ендоскопічних зображень. За допомогою цієї єдності медицини і техніки лікарі змогли розробити карти органів, щоб краще готуватися до операцій і виявляти ранні рецидиви раку. Дивіться відео.

«Краса цього проекту полягає в тому, що ми можемо використовувати дані, які лікарі вже збирають», - сказала Одрі Боуден, доцент кафедри електронної інженерії. Вона є одним з провідних авторів недавньої статті, опублікованій в Biomedical Optics Express, в якій описується цей метод.

Рак сечового міхура має один з найвищих показників рецидивування будь-якого раку. Від 50 відсотків до 70 відсотків пухлин повертаються після видалення, згідно Джозефу Ляо, ад'юнкт-професор урології в Школі медицини та співавтору статті. Можливість бачити міхур кожного пацієнта у вигляді тривимірної моделі може поліпшити хірургічне планування і контролювати рецидив раку.

«Ендоскопія сечового міхура, звана цистоскопией, є невід'ємною частиною боротьби з раком. Все, що ви можете зробити для поліпшення ендоскопії, корисно», - сказав Ляо. «Хірурги завжди шукають кращі способи побачити рак, щоб видалити його більш ефективно».

Широко застосовувана техніка

Одним з переваг цього методу є те, що лікарям не потрібно купувати нове обладнання або значно змінювати їх методи. Завдяки використанню передових алгоритмів комп'ютерного зору команда відновлює форму і зовнішній вигляд сечового міхура, використовуючи відеозапис звичайної цистоскопії, яка зазвичай була б відкинута або не записана в першу чергу.

«В ендоскопії ми генеруємо багато даних, але в даний час їх просто викидають», - сказав Ляо.

Хоча команда розробила методику для сечового міхура, її можна було застосовувати до інших порожнистим органам, де лікарі зазвичай проводять ендоскопію, включаючи шлунок або кишку. «Ми були першою групою, яка змогла досягти повної 3D-моделі сечового міхура, використовуючи стандартне клінічне обладнання, що робить це дослідження готовим для швидкого перекладу в клінічну практику», - говорить Крістен Лур'є, провідний автор статті, недавній аспірант і докторант в Стенфорді, і в даний час інженер-програміст Google.

За словами Ляо, ці тривимірні зображення можуть допомогти лікарям підготуватися до операції. Травми, пухлини і рубці в сечовому міхурі знайти важко, як на початковому етапі, так і під час операції.

«Іноді у тебе немає ніякого розуміння - де я був в сечовому міхурі?» - сказав Ляо. Бачачи тривимірну візуалізацію органу перед операцією, наприклад, подібну карті перед тим, як відправитися в подорож, можна полегшити цю процедуру для лікарів. Інші потенційні застосування включають використання 3D реконструкції в якості візуальної медичної карти.

Точна візуалізація

Щоб перевірити отриману їй точність реконструкції сечового міхура, команда спочатку створила модель, засновану на ендоскопічних зображеннях, зроблених в 3D-друкованому міхурі, відомому як тканинний фантом. Оскільки деталі тканинного фантома відомі дослідники могли безпосередньо порівняти їх візуалізацію з реальним об'єктом. За словами Боудена, тканинні фантоми є стандартом для аналізу біологічного моделювання. Команда виявила, що її тривимірна візуалізація відповідає тканинному фантому з невеликою кількістю помилок.

Дослідники сказали, що цей метод є першим у своєму роді і як і раніше має можливості для поліпшення. Насамперед, тривимірні моделі мають тенденцію згладжувати нерівності стінок сечового міхура, включаючи пухлини. Тільки з цією моделлю пухлини важче виявити. В даний час команда працює над збільшенням близькості до реальності моделей, їх формою і деталізацією.

Майбутні напрямки, на думку дослідників, включають використання алгоритму для моніторингу захворювань і раку в сечовому міхурі з плином часу для виявлення тонких змін, а також для об'єднання його з іншими технологіями візуалізації.

«Технологія володіє величезним потенціалом, не кажучи вже про захоплюючому властивості - можливості, дозволяє переміщатися по віртуальному органу», - сказав Ляо.

Це дослідження було підтримано стипендією NSFGRFP і Центром візуальних обчислень і комунікацій Макса Планка.

Боуден також є членом Стэнфордског Bio-X і Стенфордського інституту досліджень здоров'я дітей. Ляо також є членом Стенфордського Bio-X і Стенфордського онкологічного інституту. Серед інших авторів - Роланд Ангст і Дімітар Ст. Златєв.

Jackie Flynn

Джерело: stanford.edu