Органы 3d

Не смотря на иногда кажущуюся допотопность, в медицине сегодня существуют впечатляющие технологии, поражающие своей эффектностью. Речь о компьютерных томографах, способных создавать 3d-образы человека а-ля органы 3d.

Да-да, такое возможно уже сегодня и требует много ресурсов компьютера и терпения врача. Как же это все устроено и что дает современной цивилизации? Читайте далее.

Все мы привыкли хаять медиков и медицину в принципе. Мол, ничего они не лечат, а только зубы заговаривают. Есть в этих словах доля истины. И доля эта достаточно велика. Но существуют в этой отрасли и прорывные, очень многообещающие технологии. Об одной такой речь пойдет ниже.

Медицинская наука сегодня имеет много белых пятен. Ну или черных дыр — кому как больше нравится. И высокие технологии в данную отрасль входят отнюдь не так быстро как хотелось бы. Однако уже несколько десятков лет существует довольно интересный способ диагностики, который с успехом применяется, хоть и не всегда дает нужную информации. Речь идет о 3d-реконструкции человеческого тела.

Выполняется данное исследование на обычном компьютерном томографе. Врачи-рентгенологи более привычны к срезовым изображениям и редко прибегают к данной процедуре. Но согласитесь, способность создавать 3d-образы органов и систем живого человека оставляет оптимистичное впечатление.

На иллюстрации выше наглядно изображено то, что получается в результате сканирования человека на компьютерном томографе. В памяти ЭВМ находится полный набор данных о всей обрасти исследования, однако врачи больше привыкли к плоскостным серым срезам.

Как это получается

Для начала человека помещают на стол перед дырочкой компьютерного томографа (т. н. Гентри). Затем происходит сканирование тела, в результате которого получается огромный массив информации, который заносится в память компьютера.

Массив это представляет собой, если пользоваться математической терминологией, трехмерную матрицу. Более простыми словами, в памяти компа хранится трехмерная табличка, созданная по принципу Декартовской системы координат: у нее есть ширина, глубина, высота.

Такая своеобразная коробочка с множеством ящичков, в каждом из которых что-то лежит. Это самое что-то и есть значение рентгеновской плотности в каждой конкретной точке пространства внутри Гентри.

Как уже было сказано, плотность тканей организма различна (хотя не всех). Измеряется она в единицах Хаунсфельда (или HU), названных в честь отца компьютерной томографии. Вот значения некоторых из органов:

• Печень. 60 HU — 70 HU.
• Селезенка. 40 HU — 50 HU.
• Почки. 20 HU — 40 HU.
• И др.

Пользуясь такой разницей, можно отделить ткани друг от друга, подсветить разными цветами на мониторе и создать полноценный образ человека, состоящий из органов 3d. Процесс этот называется сегментацией и уже достаточно давно существуют неплохие алгоритмы его осуществления.

Есть множество вариантов визуализации данных КТ после сканирования тела человека. Это и MIP, где в множестве срезов показывается та точка по ходу условной оси, в которой значение плотности максимально. Данный метод, например, удобен для исследования сосудов. Это и MPR, в котором можно показать срез тела в любой плоскости.

Правда все это не истинно 3d методы. Тот, что интересует нас называется SSD; он не только формирует поверхности органов, согласно выбранному порогу HU (например, когда нужно убрать мягкие ткани и показать только кости скелета), но еще и добавляет тени и блики, которые делают восприятие именно как трехмерного объекта намного проще.

Очень удобно, что не интересующие ткани органы можно просто стереть из изображения, оставив лишь самое важное. Например, на картинке выше справа 3d образ со всеми тканями, слева — тот же, но с выкинутыми мягкими тканями. С тем же успехом можно оставить любые органы и изучать их взаиморасположение или прорастание опухоли из одного в другой.

Использование в современной медицине

Сегодня данная технология редко находит применение в медицине. У этого есть множество причин. Во-первых, на создание органов в 3d необходимо потратить достаточное количество времени. Алгоритмы часто хороши, но никуда пока не деться от погрешностей датчиков и все же некоторых изъянов алгоритмов. В силу этого многое приходится корректировать вручную. А потраченное впустую время – это иногда чья-то неспасенная жизнь.

Помимо этого, врачи больше привыкли к плоскостным изображениям (т. н. аксиальным срезам), что делает постановку диагноза по 3d образам менее удобной.  Поэтому возиться со всякими 3d органами – только лишняя морока. Хотя, конечно, картинки красивые.

Нередко, однако, 3d реконструкцию используют при изучении сложных переломов, когда на обычных аксиальных срезах все показано так, что, как говориться, без бутылки так просто не разберешься. Да и сегментация именно костей отлажена на сегодня наилучшим образом, потому что программисты и математики в этом отношении хорошо постарались и написали четкие алгоритмы.

Заглядывая в будущее

Технология, конечно, красивая, но не так уж часто используемая в силу многих недостатков. В их числе неидеальность сегментации, трата большого количества времени, сложность восприятия на плоском мониторе. Две первые проблемы обусловлены алгоритмами, которые, давайте будем надеяться, вскоре усовершенствуют. Третья более глубокая, но решаемая.

Когда-нибудь все же произведут системы 3d визуализации по типу голограмм из фантастических фильмов. Если это произойдет, то полученную матрицу значений плотностей можно выводить не на плоский монитор, а в трехмерной пространство и осматривать органы и ткани со всех сторон – точно также, как патологоанатомы разглядывают органы после изъятия из тела усопшего.

Со временем сама скорость сканирования на компьютерных томографах увеличивается. Если каких-то 25 лет назад сканирование брюшной полости составляло около часа, сегодня это занимает несколько секунд. Когда же она достигнет 1/24 секунд, тело человека можно разглядывать динамически так же, как смотреть кино по телевизору.

Объединяя увеличение скорости сканирования и появление систем 3d визуализации, можно нафантазировать почти идеальную диагностическую систему. К сожалению, сегодня это лишь мечты. Но мечты, не такие уж неосуществимые, как кажется сегодня.

Выводы

Сегодня технология 3d реконструкции данных компьютерной томографии – скорее эффектная картинка, но не сильная диагностическая приблуда. Заглядывая в будущее, можно предречь ей одну из ведущих ролей в медицине.

Вроде бы, парадокс – сегодня ненужная вещь может стать незаменимой в будущем. Тем не менее это возможно – вспомним хотя бы числовые ряды, сначала провозглашенные бессмысленной игрушкой математикой, а позже легших в основу компьютеров.

Уважаемые читатели блога Pererojdenie.info, как вы считаете, есть ли будущее у 3d-реконструкции человеческого тела, оставляйте комментарии или отзывы. Кому то это очень пригодиться!