Като гадаене на ръка: Какво видяха учените в триизмерна снимка на човек

Руски учени приложиха метода фотограметрия, който традиционно се използва за картографиране на релефа на Земята, върху хора, пише РИА Новости.  В резултат на това са получили 3D изображения, които помагат за диагностициране на сериозни заболявания и контрол на тяхното лечение. А лицевото картографиране предоставя много информация не само за невролозите, но и за психолозите.

Алтернатива на рентгена

В Русия и в чужбина има различни медицински системи за метрични измервания на повърхността на тялото. На тяхна основа се проектират индивидуални корсети, но в медицинската практика това практически не се използва поради сложната форма на представяне на резултатите.

Освен това морфометричните параметри нямат ясна пространствена референция. Измерванията, направени по различно време, не съвпадат помежду си и лекарят не може да проследи ефективността на терапията, използвайки ги. Ето защо, за да наблюдават продължителното лечение на ортопедични заболявания, като сколиоза при деца, лекарите са принудени многократно да предписват вредни рентгенови изследвания на пациентите.

Руски учени, ръководени от Маргарита Кожевникова от Изследователския институт по обща патология и патофизиология на Руската академия на медицинските науки и Татяна Скрипицина от Московския държавен университет по геодезия и картография (МИИГАиК), са разработили прост фотограметричен метод за измерване на параметрите на човешкото тяло, като се вземат предвид всички желания на лекарите.

Фотограметрията е научна и техническа дисциплина, която се занимава с определяне на формата, размера и други характеристики на обекти от техните фотографски изображения. Когато има две или повече снимки, направени от различни точки, може да се изгради триизмерен модел. Този метод - стереофотограметрия - картографира релефа на Земята и други планети и се използва също в архитектурата, археологията и криминалистиката.

Неведнъж са се опитвали да го въведат и в медицината. За разлика от обикновен преглед на пациент, когато лекарят се опира на собствените си знания, 3D компютърният модел дава количествена оценка на нарушенията на формата на тялото и също така позволява да проследявате динамиката на промяната му. Това е изключително важно в ортопедията, неврологията и козметологията.

Контури на тялото

Авторите на разработката пренесоха методите за изучаване на Земята като природен обект на хората въз основа на богатия опит, натрупан в Катедрата по фотограметрия на МИИГАиК.

„Решихме, че тъй като сме в състояние да гледаме на Земята по триизмерен начин, можем да погледнем по същия начин, например, гърба на дете със сколиоза и да определим колко добре протича лечението чрез неговият релеф“, казва Татяна Скрипицына, доцент на катедрата.

Изследователите сглобяват система от две синхронизирани камери. Специално разработена програма преобразува стереоизображението в 3D модел, в който височината на всяка точка от повърхността на тялото спрямо страничната линия се определя с точност до 0,5 милиметра. За визуализация е използван методът на изолиниите - линии с еднаква височина, възприет в топографията. За да стане по-визуално, всеки "хоризонтален" слой е оцветен в свой собствен цвят.

По-рано подобен резултат беше получен с помощта на скъпи компютърни устройства за оптична топография - руският KOMOTS или немският DIERS, които се предлагат само в големите специализирани центрове. И двете системи се основават на безконтактно оптично изследване, когато решетка от хоризонтални или вертикални линии се проектира върху пациента и след това, анализирайки тяхната кривина, компютърът изгражда 3D модел.

Методът, предложен от руски учени, не изисква нищо повече от две много прости камери, монтирани на статив. Това е по силите на всяка клиника и дори училищен медицински център. И можете да обработвате изображения от разстояние.

Референтна точка и център на масата

Крайната задача на изследователите беше да преминат от 3D към 4D моделиране, тоест да въведат в системата възможността за сравняване на триизмерни модели на един човек в различно време. За това са необходими референтни точки, към които програмата ще бъде прикрепена всеки път.

"Беше важно да се намерят анатомични ориентири, които не се променят с възрастта, обяснява Скрипицина. Анализът показа, че опашната кост е най-стабилната точка на човешкото тяло. Програмата просто повдига вертикалната ос от нея и изгражда относителен модел към него.”

Това направи възможно създаването на 4D модели, в които цветният елемент отразява скоростта на промяна на повърхността - от бяло в стабилни зони до най-наситени - където има широкомащабни трансформации. Според учените такива модели ще бъдат полезни след операции, включително козметични, както и при заболявания, които причиняват подуване или тумори.

И това не е всичко. И така, един вид метод, при който снимането се извършва едновременно от гърба и отстрани на гърдите, ви позволява да получите триизмерен модел на човек и не само да коригирате сколиозата, но до известна степен да разберете нейната причина.

„На всяка част от тялото можете да намерите центровете на масата и като ги свържете, можете да видите колко близо е тази линия до оста на гръбначния стълб. Отклонението от истинската позиция на центъра на масата води до факта, че човекът се изкривява. При навременна настройка всичко ще се върне на мястото си", подчертава изследователят.

Обикновено в такива ситуации те се изпращат на рентгенови лъчи. Но не трябва да се злоупотребява с тях. Има западни разработки, при които специално устройство, свързано със смартфон, сканира човек от всички страни, но те далеч не винаги са налични.

Методът, предложен от руски учени, не изисква никакви скъпи устройства. Той е едновременно прост и безопасен, преминал е изпиния и е издаден патент за изобретението.

Написано на лицето

„Когато невролозите видяха нашия метод, те попитаха дали искаме да го приложим за оценка на естествената асиметрия на лицето, продължава Татяна Скрипицина, „Всички знаят, че лицата са асиметрични, но не е известно в кой момент това се превръща в индикатор на патология. В нашата цифрова ера е необходима количествена оценка. Измерихме местоположението и тонуса на мускулите на лицето, оценихме тяхната стабилност, определихме колко лявата страна се различава от дясната по точки. Като гадатели на ръка, успяхме всички диагнози да установим по лицето " .

За да визуализираме резултатите от картографирането на лица, използвахме същия метод на контрастно оцветяване и видяхме много интересни неща. Оказа се например, че мъжете имат по-подвижни лицеви мускули и следователно имат по-активни изражения на лицето от жените.

Изследователите са уверени, че лицевата фотограметрия е много обещаваща. Невролозите ще могат да следят динамиката на възстановяването на пациентите след инсулт, оценявайки ефективността на лечението с "милиметрова" точност. Този метод ще помогне и на лицево-челюстните хирурзи. А динамичното 3D моделиране на лица е изключително търсено в козметологията.

Снимките, които са задължителни преди и след операции, според учените трябва да бъдат допълнени с триизмерен модел. Това не само ще улесни коригирането на резултата, но и ще служи като обективно доказателство в случай на спорове и съдебни спорове.