ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ЧЕРЕПНОГО ИМПЛАНТАТА ПО КТ-ДАННЫМ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 1

Сергеев М.М.

Студент - магистрант Институт инженерных и цифровых технологий НИУ «БелГУ»,

(Россия, г. Белгород)

Шамраева Е.О.

доцент кафедры информационных и робототехнических систем Институт инженерных и цифровых технологий НИУ «БелГУ»,

к. т. н., доцент (Россия, г. Белгород)

ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ЧЕРЕПНОГО ИМПЛАНТАТА ПО КТ-ДАННЫМ

Аннотация: в данной статье рассматривается разработанная функциональная модель описывающая построение компьютерной модели черепного импланта по КТ-данным, полученным в результате обработки томографических изображений.

Ключевые слова: краниопластика, имплант, трехмерная модель, томография.

Черепно-мозговая травма - это довольно часто встречающаяся патология, которая заключается в механическом повреждении черепа и внутричерепных образований. Основная цель лечения черепно-мозговой травмы - минимизация вторичных повреждений головного мозга, так как первичные повреждения не поддаются лечению. Сложность и длительность лечения ЧМТ зависит от локализации, вида и обширности поражения всех структур черепа.

Одним из поздних видов лечения черепно-мозговой травмы является краниопластика - пластическая операция, которая заключается в закрытии дефектов костей черепа и твердой мозговой оболочки [4].

Краниопластику выполняют для устранения возможности повторной травмы, устранения косметического дефекта, предотвращения в последствии заболеваний. Особую роль при планировании краниопластики отводят компьютерной томографии, так как именно благодаря этому виду диагностики становиться возможным планирование проведения оперативного вмешательства и реабилитации после него.

Для формирования функциональной модели процесса имплантации по КТ-данным, был выбран программный продукт ErWin Process Modeler с использованием нотации IDEF0 и частично IDEF3, позволяющей поэтапно описать функциональность предметной области, а также визуализировать несколько вариантов решения поставленной задачи. Главным функциональный блоком является «Процесс имплантации по КТ-данным», входными данными которого являются томографические снимки головы с посттравматическим дефектом черепа (ПТДЧ) и без, выходными соответственно, 3D - модель импланта (Рис. 1).

Методы

обработки

изображений

Математические формулы

Пользователь

Правила построения объектов

Томографические снимки головы без ПТДЧ

Томографические снимки головы с ПТДЧ Процесс имплантации по КТ-данным

0 ? 0

Средство

визуализации

Система

3D - модель (имплант)

Рисунок 1 - Функциональный блок «Процесс имплантации по КТ- данным»

Декомпозиция главного функционального блока «Процесс имплантации по КТ-данным» представлена на (Рис. 2).

Рисунок 2 - Декомпозиция главного функционального блока

Как видно в диаграмме имеется 5 этапов, выполняющихся последовательно. Изначально система должна преобразовать полученные снимки с тамографа. Детализация данного процесса подразумевает преобразование формата снимков и определение его позиции (последовательного номера). Далее будет происходить обработка снимков, иначе говоря, их фильтрация, для получения контуров черепа с посттравматическим дефектом, что является неотъемлемой частью будущей системы. Данный функциональный блок позволит получить контуры каждого снимка искомой области. Его декомпозиция представлена на (Рис. 3).

Рисунок 3 - Декомпозиция «Обработка снимков»

Все процессы, описанные в вышеуказанной диаграмме, будет выполнять система, но на третьем этапе, при применении пороговой фильтрации, пользователю необходимо выбрать оптимальный порог яркости изображения, чтобы система в дальнейшем сформировала четкие контуры черепа. Таким образом пользователь является механизмом для данного этапа. Далее будет происходить определение точек координат каждого контура и запись их в структурированный файл для построения трехмерного объекта [1].

Заключающий процесс построения 3D - модели импланта описывается методологией IDEF3, позволяющая обрисовать ситуацию, когда функции выполняются в определенной последовательности, либо имеют некоторые условия для получения конечного результата. Так же есть возможность описать случай, в котором окончание одного действия может служить сигналом к началу нескольких работ, или же одна работа для своего запуска может ожидать окончания нескольких других действий, для этого в данной аннотации применяются «перекрестки».

Перспективы данной темы достаточно велики, так как потребность в таких системах в сфере медицины, использующих 3D - технологии, растет с каждым днем.

Список литературы:

1. Авшаров, Е. М. Обработка медицинских изображений Авшаров, Е. М. , Абгарян М. Г. : ТЕХНОСФЕРА, 2014. - 876 с.

2. Белов, С.В. Инженерная и компьютерная графика: учебно-практическое пособие для студентов заочной формы обучения / С. П. Белов, рец.: С.И. Моторин, М.И. Королев. - Белгород: БелГУ, 2006. - 171 с.

3. Верещагин, Н.В. Компьютерная томография мозга / Верещагин Н.В., Брагина Л.К., Вавилов С.Б., Левина Г.Я. М.: Медицина, 2010.-256 с.

4. Шамраева Е. О., Построение компьютерных моделей черепных имплантатов по РГ-и КТ-данным / Шамраев А.А. Харьков: Lap LAMBERT, 2016, 175 c.