Введение. 3
1. Существующие схемы моделирования формы имплантата 6
1.1. Построение недостающего фрагмента на срезах. 6
1.2. Симметричное отражение 7
1.3. Использование «виртуального донора» 7
2. Постановка задачи 8
3. Исследование программных средств для разработки алгоритма 8
3.1. Используемые технологии 11
3.2. Требования системы 12
4. Этапы работы алгоритма 12
4.1. Основная идея алгоритма. Преимущества/недостатки. 12
4.2. Чтение и обработка DICOM изображений 15
4.2.1. Преобразование исходных пиксель-данных. 16
4.3. Определение наличия травмы на снимке 19
4.4. Определение точных границ поврежденной области 20
4.5. Восстановление поврежденной области 23
5. Эксперименты 25
6. Перспективы алгоритма 28
Заключение 28
Список литературы: 29
Приложение
Дефект костей черепа - отсутствие участка цельной костной ткани, посредством черепно-мозговой травмы или хирургического вмешательства (резекционная трепанация). Наличие дефекта черепа отражается серьезными функциональными нарушениями работы мозга, а так же косметическими недостатками и психологическими проблемами. На основе чего проблема использования материалов для устранения дефектов и деформаций черепа, их форма и внедрение остаётся одной из актуальных тем.
Краниопластика [7] - общее название хирургических операций, целью которых является восстановление целостности черепа. Краниопластика делится на виды в зависимости от срока ее проведения:
• Первичная краниопластика
• Первично-отсроченная краниопластика
• Ранняя краниопластика
• Поздняя краниопластика
Материалы для трансплантации, согласно современной классификации, подразделяются на:
• аутотрансплантаты — использование тканей больного
• аллотрансплантаты — использование костей и твердой мозговой оболочки, взятых от трупа и подвергшиеся предварительной обработке
• ксенотрансплантаты — использование материалов, взятых от животных
• эксплантаты — материалы небиологического характера органической и неорганической природы
Первые два типа помимо того, что не поддаются структурному изменению, ограничены количеством, в связи с этим одной из актуальных тем в области современной медицины является поиск материалов для объёмно-контурной пластики. Развивающимся направлением в решении данной проблемы являются биоактивные имплантаты, в основе которых лежит гидроксиапатит кальция. Будучи основным компонентом костной ткани человеческого скелета, гидроксиапатит уже нашёл широкое применение в ортопедии, травматологии, восстановительной хирургии, стоматологии и косметологии в виде прочных керамических заготовок, которые могут выполняться как в произвольной форме, так и в форме больших фрагментов кости. Принципиально новой формой гидроксиапатита считается так называемый «костный цемент». Его преимущество перед своими предшественниками заключается в возможности вносить изменения в некоторые характеристики материала непосредственно во время приготовления в процессе операции, поскольку он обладает до статочным для этого временем набора первоначальной прочности (около 10—15 мин после смешения). Это позволяет заполнять дефекты костной ткани любой формы (рис 1). Пластичность гидроксиапатитсодержащего цемента предоставляет нам возможность изготовления его в период планирования операции в произвольной форме. А современная аппаратура 3D печати [9] (например 3D принтер 3DCer- am Ceramaker, основанный на технологии стереолитографии) позволяет использовать «костный цемент» в качестве исходного материала для печати. Гидроксиапатит, благодаря своим свойствам, позволяет организму быстрее сращивать кости, а приблизительно через год он просто растворяется в тканях пациента, не оставляя после себя никаких следов.
Инновационная медицинская процедура по заполнению поврежденной кости, опирается на технологию 3D-печати не только из биоактивных материалов, например установки Concept Laser Mlab R и M2 способны работать с различными сплавами титана, которые до сих пор являются одними из самых востребованных материалов в изготовлении имплантата (рис.2). Для получения точной модели имплантата применяются биомеханические сопровождения, построенные на базе современных компьютерных технологий. В основе этих технологий лежит компьютерная томография (CT), которая является не только одним из важнейших методов диагностики в медицине, но и служит для построения трехмерных (3D) представлений исследуемых объектов с последующим их использованием и анализом в системе CT/CAD/CAE/CAM.
В проделанной выпускной квалифицированной бакалаврской работе был разработан алгоритм по обнаружению и восстановлению поврежденной области черепной коробки. В процессе разработке были изучены объемные материалы по медицине, а именно строение черепа, виды черепно-мозговых травм, принципы карниопластики, применяемые материалы и др. Так же проводилась личная консультация с ведущими нейрохирургами республиканской клинической больницы, где подтверждалась актуальность работы. Изучались принципы работы компьютерной томографии, библиотеки по работе с DICOM файлами. А так же были получены практические знания по алгоритму машинного обучения. В процессе разработки поднялся уровень знания языка программирования Python и таких библиотек как OpenCV, VTK, matplotlib, pydicom. В ходе выполнения дипломной работы были получены знания не только в сфере программирования, но и в иных областях.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
