Учени могат да създават персонални 3D модели на човешкото сърце
Учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) и от Бостънската детска болница разработиха система, която може да направи ядрено-магнитен резонанс (ЯМР) на сърцето на пациент и само за няколко часа да превърне сканираната информация в реален физически модел, който хирурзите да използват, за да планират необходимата операция.
Моделите ще предоставят на хирурзите по-детайлен и сигурен начин да оценяват и да се подготвят за индивидуалните анатомични особености на всеки един пациент. Все пак те виждат с ръцете си и възприемат света чрез докосване.
Тази есен седмина кардиолози от Бостънската детска болница ще участват в проучване с цел оценяване ползата от 3D моделите на сърца. Полина Голанд, професор по електроинженерство и компютърни науки в MIT, и колегите й, ще представят своята иновативна система на Международната конференция по компютърни медицински изображения и интервенции, извършвани посредством компютри през октомври.
Даниеле Паче, специалист по електроинженерство и компютърни науки от MIT, е основоположникът и най-пряко отговорният за развитието на софтуера за анализиране резултатите от ЯМР. Меди Могари е физик в Бостънската детска болница, разработи нови процедури, които увеличават точността на резултатите от ЯМР десетократно. А Андрю Поуел – кардиолог в болницата, ръководи клиничната работа по проекта.
Цялостната дейност е финансирана както от болницата, така и от Harvard Catalyst, консорциум, чиято мисия е да спомага бързото развиване на научните иновации в медицината.
Данните от ЯМР представляват серии от напречни разрези на триизмерни обекти. Както при черно-белите снимки, и тук, всяко напречно сечение е съставено от тъмни и светли области, а границите между тях биха могли да показват ръбовете на анатомичните структури, но не винаги.
Различаването на границите между отделните обекти на картината е сред основните проблеми при компютърната визуализация, известна още като „сегментация на изображението“. Предназначените за универсално използване алгоритми за сегментация не са достатъчно надеждни за получаване на точни модели, от които хирургическото планиране се нуждае.
Човешки фактори
Обичайният начин за по-добро прецизиране на даден алгоритъм за сегментация е като се умножи по общия модел на сегментирания обект. Човешките сърца например имат камери и кръвоносни съдове, които обикновено са на приблизително еднакви места. От тази анатомична константа би могъл да се извлече алгоритъм за сегментация, като се изключват недопустимите възможности за разположение на предметни граници.
Проблемът при този подход е, че повечето от пациентите със сърдечни проблеми в Бостънската детска болница се нуждаят от операция именно поради аномалиите в анатомията на сърцата си. Осланянето на изводи от общия сърдечен модел би могло напълно да заблуди кардиолозите.
Досега учените разполагаха с единствената опция за изготвяне на печатни модели на сърца, като ръчно посочват границите на получената от ЯМР картина. Но това е процес, който би могъл да отнеме от 8 до 10 часа. Понякога дори се налага похабяването на още един ден за обработка на изображението. А междувременно болните деца лежат в болничните легла в очакване на животоспасяваща операция.
Но след редица изследвания по идея на Паче и Голанд е установено, че резултатите от сегментацията на едва 14 сечения съвпадат на 90% с тези от сегментацията на всичките 200 сечения. Това откритие в комбинация с дигитализацията на алгоритмите води до създаването на 3D моделите на сърца, чието изработване отнема едва час. А процесът по 3D печата – няколко часа, но със сигурност много по-малко от осем.
Нови цели
След това си постижение учените определено не възнамеряват да спрат. Плановете им включват още редица изследвания и опити за подобряване на системата. А през есента, практически опит с десетина пациенти, ще има за цел да покаже дали и доколко нововъведението ще бъде полезно за планиране на кардиологичните операции.
Ситарам Емани, кардиолог в Бостънската детска болница, отбелязва още един позитив на 3D моделите: „Имайки 3D модели улеснява неизмеримо разговорите със семействата, за които анатомията е неясна. Това им предоставя по-добра визуализация и много пациенти и семейства коментираха, че така се чувстват способни да разберат болестта по-добре“.