Способ моделирования грудных желез с помощью нейросети
METHOD FOR MODELLING MAMMARY GLANDS USING A NEURAL NETWORK

Данный способ применим в области медицины и является высокопродуктивным технологическим процессом при изготовлении имплантов для их последующей имплантации.
От правильного выбора импланта зависит удовлетворенность результатом маммопластики. По статистическим данным подавляющее большинство женщин недовольны своей грудью. Их не устраивает форма груди, размер груди. Определяющим фактором возможности улучшить внешний вид груди до желаемых пациенткой размеров и формы является максимально объективное определение размеров груди женщины и соответствующее определение размеров и формы импланта.
Неправильно выбранный эндопротез, мало того, что будет смотреться неестественно, но и при этом не исключены проблемы со здоровьем в дальнейшем, начиная от болей в спине и возникновения быстрой утомляемости и даже вплоть до появления зон онемения на отдельных участках груди.
Перед специалистами и пациентками всегда встает вопрос - влияет ли объем имплантов на размер груди. Однако это не совсем так. Специалистам известно, что при имплантировании эндопротеза необходимо учитывать три основных параметра: проекция - высота от основания; ширина основания и объем.
Врачу необходимо учитывать четыре основных категории профиля, который является соотношением проекции к ширине основания.
Например, низкий профиль, средний профиль, высокий профиль и экстравысокий профиль (очень объемная грудь).
Чем больше высота и уже основание, тем высокопрофильней грудной имплант, что нужно учесть при выборе эндопротеза. Профиль определяет, насколько далеко визуально будет выступать вперед грудь после маммопластики.
Только специалист может определить, какая форма и размер подойдет женщине. При этом, учитываются такие факторы, как строение тела, в том числе строение грудной клетки. Эти факторы являются важными в маммопластике для получения высокой эстетики, сохранения здоровья, уменьшения рисков приживления и побочных эффектов. Кроме того, хирургу важно учитывать объем подкожно-жировой клетчатки, провисание молочных желез, а также объем мышечной ткани. Это необходимо, прежде всего, для того, чтобы максимально уменьшить негативные факторы и повысить эстетически-визуальный внешний вид.
При этом очень важно помнить, что эндопротез не заменяет собственную молочную железу, а дополняет ее, а размер импланта даст разные результаты у пациенток с изначально разными, например, размерами бюста.
Необходимо также учитывать тот факт, что на размер импланта влияет эластичность кожи и объем мягких тканей, так как недостаточное растяжение препятствует установке эндопротеза желаемого размера. Поэтому правильный подбор размера имплантов будет иметь определяющее значение.
На сегодняшний день существует немало способов моделирования груди с использованием различных методов измерений необходимых для имплантации эндопрротеза соответствующих тканей и органов (молочных желез, мышечной ткани).
Например, в статье, найденной по адресу aif.ru/boostbookymammoplastika.html говорится о способах маммопластики путем липофиллинга, который заключается в увеличении груди с помощью пересадки собственных жировых клеток пациентки. Основным условием этого хирургического вмешательства является сопутствующая липосакция. У стройных пациенток неоткуда взять излишки жировой клетчатки. Но особенность жировой ткани - низкая приживаемость при сильном сжатии, поэтому за одну процедуру увеличить грудь этим способом можно только на один размер. Затем, когда кожа достаточно растянется и введенная ткань приживется, процедуру можно повторить. При этом способе для начала н тело пациентки наносится разметка, помогающая ввести жир симметрично. Затем при помощи специального аппарата производится липосакция, после чего через точечные проколы забранный жир вводится в молочную железу и распределяется нужным образом. Разрезы в области липосакции заклеивают или зашивают. Проколы кожи молочных желез обрабатывают антисептиками.
Минусом этой процедуры является то, что трансплантированная жировая ткань частично рассасывается, в результате чего теряется объем. В груди также могут возникнуть уплотнения, впадины и бугры, требующие дополнительной коррекции.
Также известна имплантационная маммопластика, при которой также проводится обследование и замеры груди, чтобы определить, какие именно импланты подходят пациентке. Минусы этого метода - осложнения, но они могут проявиться в случае неправильного подбора имплантов и неквалифицированной работы хирурга.
Существует также коррекция ассиметрии груди, которая может возникнуть в результате искривления позвоночника, удаления опухоли, неправильного грудного вскармливания, гормональных нарушений. Минус этого метода - при искривлении позвоночника и гормональных сбоях асимметрия груди может вернуться. Требуется лечение основных заболеваний.
Наиболее точным способом является 3D моделирование груди. Известно, что благодаря компьютерному моделированию груди женщина может получить представление о том, как будет выглядеть ее грудь с разными видами имплантов, сравнить варианты и сделать выбор. 3D моделирование позволяет примерить на себя различные по размерам и формам импланты, а значит сделать осознанный выбор. Результат таких операций напрямую зависит не только от квалификации хирурга, но и от вида выбранного импланта, его формы и размера.
3D моделирование грудных желез - это прогнозирование результата операции с последующей демонстрацией на компьютере реалистичного объемного изображения тела с различными грудными имплантами (как по форме, так и по размеру). Такое моделирование возможно, например, с помощью программы BodyNova, которая использует разработки 20 Mpi/3D сканирования и учитывает индивидуальные особенности анатомии, мягких тканей организма при моделировании, что позволяет дать прогнозы результата будущей операции. Данные сведения доступны в сети Интернет по ссылке https://grandmed.ru/plasticheskaya_hirurgiya/plastika_grudi/modelirovanie_grudi/ 3d_breast_model/.
Известен способ (патент на изобретение 2480172) пластики груди, который также относится к пластической хирургии. Известный способ осуществляют путем выполнения установки имплантата исходя из расчета нового положения инфрамаммарной складки по формуле LVC(F)=LVC(50-60)+ΔL. Длину нижней вентральной кривизны имплантата измеряют от 50-60% высоты имплантата в зависимости от его формы. Толщину тканей в нижнем полюсе груди умножают на π/2. Способ позволяет определить послеоперационный уровень инфрамаммарной складки в зависимости от выбранного имплантата и характеристик тканей пациентки, улучшить эстетические результаты.
Известен биоизмерительный способ профессора Хедена (Швеция), так называемый «Метод Akademikliniken».
(1) Heden Р: Breast augmentation with anatomical, high-cohesive silicon gel implant.
In: Spear SL, ed. Surgery of the breast∧principles and art, 2nd ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2006:1344-1367.
(2) Измерение и планирование аугментационной маммопластики с использованием метода Akademikliniken. Методические рекомендации для пластических хирургов. Аллерган - Здоровье семьи. 2010 г.
Метод состоит в том, что новое расстояние от соска до послеоперационного уровня инфрамаммарной складки рассчитывается как сумма величины нижней кривизны имплантата и толщины тканей молочной железы в нижнем полюсе. Однако расчеты проф. Хедена не вполне точны, поскольку предполагают, что увеличение длины окружности при увеличении радиуса происходит на величину, равную разнице радиусов меньшей и большей окружностей, что является неверным. Ошибка в расчетах может привести к неполному достижению хорошего эстетического результата, проявляющегося в том, что послеоперационный рубец располагается вне инфрамаммарной складки и становится заметен. Также, подобная ошибка может привести к неправильному расположению имплантата (чрезмерно высоко или низко по отношению к сосково-ареолярному комплексу).
Известен способ РАСПОЗНАВАНИЯ АНАТОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ ОБЪЕМА ГРУДИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ХИРУРГИИ ГРУДИ (см. патент на изобретение №2604710). Известный способ относится к средствам диагностики и формирования трехмерного изображения верхней части туловища. Система содержит устройство формирования трехмерного изображения, связанное с ним устройство компьютерного анализа, включающее один или более вычислительных модулей, предназначенных для определения незамкнутой непрерывной кривой, для определения параметров трехмерного изображения грудной стенки по данным трехмерного изображения, для определения части грудной стенки по данным указанной незамкнутой кривой и для определения исходного объема груди, и устройство отображения или формирования отчетов, связанное с устройством компьютерного анализа. Во втором варианте выполнения системы устройство компьютерного анализа дополнительно содержит один или более вычислительных модулей, предназначенных для определения грудной стенки по данным незамкнутых кривых, для определения исходного объема одной груди.
Известен СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИНФРАМАММАРНОЙ СКЛАДКИ ПРИ ДВУХЭТАПНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ, который относится к реконструктивной хирургии и включает нанесение разметки будущей инфрамаммарной складки при вертикальном положении пациентки. Выполняют кожный разрез и рассечение мягких тканей до капсулы экспандера, рассечение капсулы и удаление экспандера, удаление переднего листка капсулы. Надсекают задний листок капсулы выше нижней переходной складки кармана экспандера параллельно предоперационной разметке формируемой инфрамаммарной складки. Выполняют диссекцию и мобилизацию мягких тканей книзу до получения мобильного торако-эпигастрального лоскута достаточного размера, необходимого для формирования птоза реконструированной молочной железы. Проводят тракцию мобилизованного заднего листка капсулы кверху до уровня, соответствующего предоперационной разметке формируемой инфрамаммарной складки, что влечет за собой одновременную тракцию прилегающего к мобилизованному заднему листку капсулы мобилизованного торако-эпигастрального лоскута. Фиксируют мобилизованный задний листок капсулы к оставшейся верхней части заднего листка капсулы наложением швов нерассасывающимся шовным материалом. Способ позволяет создать естественную форму реконструируемой молочной железы с выраженной инфрамаммарной складкой, эстетически приемлемым птозом, с отсутствием умбиликаций на коже, а также позволяет хирургу наблюдать формируемые инфрамаммарную складку и степень птоза до наложения швов, что предотвращает необходимость перенакладывать швы (см. патент на изобретение №2567790).
Известен способ распознавания анатомических характеристик и размерный анализ объема груди для обеспечения хирургии груди (см. заявка на изобретение №2014107796) путем автоматического определения объема груди на основе данных трехмерного контурного изображения верхней части туловища, содержащая: (а) устройство формирования трехмерного изображения, предназначенное для формирования указанного трехмерного контурного изображения указанной поверхности указанной верхней части туловища; (b) устройство компьютерного анализа, связанное с указанным устройством формирования трехмерного изображения и включающее в себя один или большее число вычислительных модулей, предназначенных для определения скорости изменения контуров указанного трехмерного изображения указанной верхней части туловища; (с) причем указанное устройство компьютерного анализа дополнительно содержит один или большее число вычислительных модулей, предназначенных для определения незамкнутой непрерывной кривой, представляющей субмаммарную складку трехмерного изображения груди, по данным указанного трехмерного изображения посредством анализа указанной скорости изменения указанных контуров указанного трехмерного изображения, при этом указанная незамкнутая кривая, представляющая складку груди, проходит по поверхности указанного трехмерного изображения и ограничивает нижнюю часть груди; устройство отображения или формирования отчетов, связанное с указанным устройством компьютерного анализа и предназначенное для отображения или предоставления отчетов, содержащих данные указанного исходного объема груди. Однако данный способ трудоемок и предлагает использование нескольких устройств специального назначения.
Известен способ (см. патент на изобретение №2675088) подбора грудных имплантатов для увеличивающей маммопластики, при котором выполняют измерение параметров грудной клетки и молочных желез пациентки, определение ширины, высоты и объема имплантатов с последующим выбором подходящих имплантатов из каталогов фирм-производителей. При этом у пациентки измеряют рост, вес, окружность грудной клетки на уровне субмаммарных складок, расстояние от середины соска (СС) до субмаммарной складки (CMC). Затем определяют ширину и высоту подходящих имплантатов по Таблице 1, приведенной в описании, где ОГК - окружность грудной клетки в см, Ш - ширина имплантата в см, В - высота имплантата в см. Далее для определения объема подходящего имплантата сопоставляют длину отрезка СС-СМС с длиной арки имплантатов, которые уже предварительно были подобраны по ширине и высоте из каталога, и исключают те имплантаты, у которых длина арки больше либо меньше длины отрезка СС-СМС более чем на 1,0 см. В частном случае после определения ширины и высоты будущих имплантатов производят уточнение их параметров при помощи дополнительных измерений ширины основания и высоты молочных желез. Однако данный способ менее информативен и дает большой коэффициент ошибок при измерении и соответственно при подборе импланта.
Известен способ аугментационной маммопластики в сочетании с мастопексией (патент РФ №2361526, А61В 17/00, Бюл. №20, 20.07.2009 г.), заключающийся в выполнении разметки анатомических образований путем нанесения оси молочной железы, линии субмаммарной складки, парастернальной линии, положения второго и третьего ребер, передне-подмышечной линии, отметки точек пексии молочной железы, проведение мастопексии и эндопротезирования. При этом дополнительно отмечают линию субмаммарной складки от парастернальной до передней подмышечной линии ниже молочной железы, отмечают новое место ареолы как проекцию пальца на передней поверхности груди при его установке в субмаммарной складке на линии оси молочной железы - точка (А), (Фиг. 1) отступают вниз от нижнего края ареолы на 2 см и ставят точку (В), проводят овал, соединяющий точку (А) и точку (В), определяющий наружные границы деэпидермизации (S). Проводят деэпидермизацию вокруг сосково-ареолярного комплекса, после чего выполняют диссекцию кожи и подкожной клетчатки по периферии от зоны деэпидермизации, по направлению к верхним квадратам до уровня второго ребра, а по ширине - в медиальную и латеральную стороны по 3 см и вниз на 3 см (Р). Накладывают фиксирующие швы, проходящие через верхний край деэпидермизированной кожи, верхний край собственной ткани железы и фасции грудных мышц, с фиксацией последовательно, а именно соответственно в точке (G) - в месте пересечения линии оси молочной железы и второго межреберья, в точке (Н) и точке (I), расположенных на 3 см медиальнее и латеральнее точки (G) по ходу второго межреберья; затем, отступя 2 см от нижнего края ареолы, по оси молочной железы рассекают собственную ткань железы длинной до 4 см (C-D), а глубиной до ретромаммарной клетчатки, в ретромаммарном пространстве формируют ложе для эндопротеза, границами которого служат линии: субмаммарной складки (L-N), передней подмышечной (K-L), парастернальной (M-N) и проекции третьего ребра. В сформированное ложе устанавливают эндопротез (R), ушивают собственную ткань молочной железы над эндопротезом отдельными швами, ушивают кожу вокруг ареолы кисетным внутрикожным швом. Способ позволяет уменьшить травматичность оперативного вмешательства и улучшить косметический эффект проводимого лечения.
Однако этот способ имеет недостаток: не позволяет сформировать субмаммарную складку при значительном птозе и тубулярности молочных желез, а ретромаммарное расположение протеза повышает риск формирования капсулярной контрактуры, контурирования краев протеза и раннего птоза железы под действием тяжести импланта и собственных тканей.
Известен способ (патент на изобретение 2718660) радикальной или профилактической подкожной мастэктомии с одномоментной реконструкцией птозированной молочной железы, при котором до операции наносит на тело пациентки разметку зоны периареолярной редукции избытка кожи молочной железы. Кожу в зоне редукции деэпидермизируют вокруг ареолы. В верхненаружном квадранте железы по наружной границе зоны редукции выполняют дугообразный доступ, из которого выполняют подкожную мастэктомию и установку импланта. Наружный деэпидермизированный край кожи соединяют с краем ареолы швами. В частном случае при деэпидермизации кожи в зоне редукции для ее предварительной инфильтрации используют физиологический раствор. Способ обеспечивает сохранение соска и ареолы при выполнении подкожной мастэктомии с одномоментной реконструкцией птозированной молочной железы, позволяет минимизировать послеоперационные шрамы, расположив их только по границе темной части ареолы, достигая за счет этого хороший эстетический эффект.
Известен способ трехмерного моделирования при увеличении груди. (Vorstenbosch, J. & Islur; корреляция прогноза и фактического результата трехмерного моделирования при увеличении груди с использованием облачной программы. Aesth Plast Surg (2017) 41: 481. Received: 27 December 2016 / Accepted: 13 February 2017). Взято в сети Интернет по адресу crisalix/com/ru/publications.
Received: 27 December 2016 / Accepted: 13 February 2017
Springer Science + Business Media New York and International Society of Aesthetic Plastic Surgery 2017.
Предлагаемый нами способ позволяет упростить, повысить точность подбора имплантатов с последующим улучшением эстетики при коррекции молочных желез. Задача предлагаемого изобретения - улучшение эстетического результата пластики груди путем правильного расчета положения импланта для точного определения послеоперационного уровня в зависимости от выбранного имплантата и характеристик пациентки и тем самым уменьшение количества послеоперационных осложнений и эстетически неприемлемых результатов.
Технический результат поставленной задачи достигается тем, что после выбора имплантата, в зависимости от антропометрических характеристик пациентки и с учетом ее пожеланий, при помощи предлагаемого способа производится расчет предоперационной формы груди с последующим моделированием имплантов.
Способ работает на основе приложения, где основной платформой является оперативная система iOS и дополнительной платформой является операционная система Android.
Перед выбором импланта измеряют требуемые параметры тела человека по фотографии. На основе результатов измерения пользователь приложения производит заказ имплантов для груди.
Основной платформой приложения является iOS, дополнительной платформой является Android. Поддерживаемые версии: iOS 9.0 и выше при использовании Apple TestFlight. При этом не требуется публикации в AppStore. Рабочее приложение полностью выполняется на смартфоне (локально). Допускается передача в сеть изображений, не позволяющих идентифицировать человека или информации, из которой можно восстановить исходное полное изображение человека. В приложении необходимо обеспечить доступ к галерее фотографий, хранящихся на телефоне пользователя. При этом приложение открывает фотографии во всех популярных форматах (jpg, png) и проводит измерение, а также сохраняет их результаты в файл фото без изменения самой фотографии. При открытии фото с уже имеющимися результатами измерений, они должны быть отображены на экране.
Методика измерения осуществляется следующим образом. Эталонное расстояние извлекается из фото с помощью нейронной сети, определяющей на фото объект (радужка человеческого глаза) с известными размерами, на основании известной длины по горизонтали в 12,5 мм рассчитывается цена деления одного пикселя в миллиметрах. Допустимая погрешность вычисления границ радужки глаза, выставляемых приложением составляет 7%. При исходном коде приложение разрабатывается с использованием системы версионирования git. Адрес репозитария
https://gitlab.com/deepsystm/boobsmeasurement.git.
Любая передача кода проводится только через данный репозитарий. Права на доступ будут предоставлены всем разработчикам, кому это необходимо. Интерфейс и использование приложения возможны как самим пациентом, так и его лечащим врачом. Логика работы заключается в поэтапном осуществлении следующих действий, которые отражены на изображениях (см. фиг. 1-5).
На фиг. 1 отображен заявленный способ, на фиг. 2-5 подробно проиллюстрированы операции заявленного способа.
На экране 1 открывается файл (см. фиг. 2).
При этом мы видим, что на экране отображается список ранее открывавшихся файлов. Причем, если программа открывается впервые, то по умолчанию открывается вкладка Новое и там находится стандартный компонент выбора файла. Если список Сохраненные не пуст он открывается первым по умолчанию.
При долгом тапе на фото в списке открывается возможность выделить одно или более фото и:
• поделиться им (переслать),
• удалить,
• удалить все (отдельная кнопка).
Если при открытии фото программа определила что оно не подходит для проведения измерения, выводится модал с текстом, поясняющим что нужно исправить в фото, чтобы оно стало валидным. Если открывается фото с уже сохраненными данными, то экраны 2-3 пропускаются.
Далее переходим к экранам 2 и 3, которые позволяют осуществить корректировку границ радужной оболочки глаз.
На экране отображается увеличенный левый глаз человека и квадрат границ радужной оболочки (РО), определенный нейросетью (НС) с маркерами в каждом углу для более точного определения границ. На экран необходимо предложить текст, который поможет пользователю быстро понять, что от него требуется (см. фиг. 3). Когда изменения проведены, пользователь нажимает кнопку Далее и проводит аналогичную операцию на правом глазу, потом также нажимает Далее и попадает на экран №4 (см. фиг. 3).
На всех экранах (кроме экрана №1) отображается кнопка X в правом верхнем углу. Ее нажатие закрывает текущий экран и переходит к Экрану №1. Если в процессе работы пользователь произвел действия, которые могут быть сохранены, программа предварительно перед закрытием спрашивает сохранить или нет проведенные измерения. Затем осуществляется отправка на сервер данных для обучения POST
https://flat.digital/telemetry/pmplastic/:payloadID
{payload: FILE}
payloadID - генерируемый на стороне программы уникальный хеш фото.
Затем переходим к работе на экране №4, на котором проводим необходимые измерения. При открытии экрана №4 на фото выставляется сетка пунктирными линиями (см. фиг. 4).
S1 - количество пикселей между центрами зрачков
При работе с экраном №4 все линии строятся на всю ширину и высоту экрана. При этом:
Линия 1 - строится вертикально относительно экрана через центр невидимого отрезка, соединяющего два зрачка;
Линия 2 и Линия 3 - строятся вертикально относительно экрана на расстоянии S*2 по разные стороны от Линии 1;
Линия 4 и Линия 5 - строятся на расстоянии 7 см (рассчитывается соответствующее количество пикселей) по разные стороны от Линии 1;
Линия 6 (2 шт.) - строится горизонтально относительно экрана на расстоянии S1*6 от центра невидимого отрезка, соединяющего два зрачка. Линия делится на две независимых линии - место деления - линия 1. Сделано по причине возможной асимметрии груди у женщин по вертикали;
Линия 7 - строится горизонтально относительно экрана на расстоянии S1*3 от центра невидимого отрезка, соединяющего два зрачка.
Фото человека выравнивается посередине в пропорциях как на скрине ниже. Ограничения по правому и левому краям устанавливаются в размере S1*5 от центральной линии. Пересечение двух линий в области измерения подсвечивается черной точкой. В области измерения можно двигать только линии, точки двигать нельзя. Перемещение линии приводит к пересчету всех размеров.
Саму область измерения можно изменять - при клике на нее появляются маркеры, позволяющие передвигать границы области измерения (если они установлены НС неточно). Линии при первом открытии отображаются пунктиром. Чтобы линия была активной, пользователю необходимо ее коснуться в любом месте и при необходимости передвинуть более точно. Активная линия отображается сплошной заливкой, неактивная линия отображается пунктирной заливкой. При клике на любом месте текстового поля результатов измерения все результаты должны копироваться в буфер обмена с показом всплывающего сообщения об этом. При клике на кнопку Сохранить все результаты измерения сохраняются в файл, в текстовом поле под кнопкой Сохранить пишется "Последнее сохранение, только что".
Для более точной постановки точек фото человека можно увеличивать/уменьшать (зумить). Максимально возможным уменьшением фото по ширине является помещение его в границы экрана, меньше зумить не нужно. При зуме фото линии также масштабируются с фото, но остаются приемлемой толщины (тонкие) чтобы их перемещать.
Части фото, находящиеся за границей области измерения должны быть затемнены (10-20% прозрачности, легкое затемнение). Осуществляют измерения (измеряемые отрезки в пикселях) по следующим формулам:
Отображение величины измеренных отрезков осуществляется в сантиметрах. Измерение пересчитывается в реальном времени во время перемещения пользователем линии.
Окончательным этапом служит тестирование функционала, которое проводится на основе набора из 10 фотографий, по которым уже известны результаты измерения. Результат измерения, полученный с использованием разрабатываемого приложения, сравнивается с результатами реального измерения. На основании результатов сравнения делается вывод о работоспособности приложения.
Таким образом, предлагаемый нами способ позволяет наиболее точно осуществить необходимые замеры и создать модель импланта, полностью соответствующую выбранным параметрам пациенткой и при этом воссоздать полную имитацию естественной молочной железы при корректирующем вмешательстве.