Способ определения площади анатомических областей и отделов со сложным рельефом
METHOD FOR DETERMINING THE AREA OF ANATOMICAL REGIONS AND SECTIONS WITH COMPLEX RELIEF

Изобретение относится к области медицины, а именно способу, используемому в фотометрических исследованиях, например, в стоматологии для определения площади поверхности неба или съемных и несъемных ортопедических конструкций в диагностических и лечебных целях; в гинекологии для определения площади поверхности, предварительно созданной цифровой трехмерной модели промежности у пациенток с пролапсом женских половых органов; в реконструктивной и пластической хирургии, а также во множестве других медицинских случаях для точного определения площади поверхности в диагностических целях, а также в целях контроля динамики и эффективности лечения.
В медицинской практике очень часто возникает необходимость в определении площади поврежденного участка поверхности кожного покрова или слизистой.
Известен способ определения площади поврежденной при ожоге поверхности по Б.Н. Постникову, заключающийся в накладывании на обожженную поверхность слоя стерильной марли или целлофана, нанесении на них контура площади ожога с последующим вырезанием площади ожога по нанесенному контуру и накладыванием его на лист миллиметровой бумаги для определения абсолютной площади ожога методом арифметического подсчета, (см. Петров С.В. «Общая хирургия», СПб.: Лань, 1999, стр. 577-579, рис. 14.3).
Недостатком известного способа является его длительность и приблизительная точность определенной площади, так как не учитывается рельеф площади.
Известен способ для определения площади поверхности с учетом рельефа, заключающийся в использовании морфометрической линейки для определения параметров операционных ран (см. Воробьев А.А., Поройский С.В., Крюков С.А. «Морфометрическая линейка для определения параметров операционных ран», Клиническая анатомия и экспериментальная хирургия, №5, 2005, стр. 258-259)..
Морфометрическая линейка содержит подвижно соединенные между собой несущую и указательную метрические бранши, и фиксированную к несущей указательной бранше метрической дуги, обеспечивающих измерение широтных, высотных, угловых параметров операционных ран.
Известный способ трудоемок и длителен во времени, так как требует большого числа измерений и последующего расчета широтных, высотных, угловых параметров операционной раны и не обеспечивает возможности определения площади всей раневой поверхности, что является его недостатком.
Известен способ бесконтактного измерения формы объекта, заключающийся в определении поверхности подлежащей исследованию, восприятие изображения поверхности тела оптическим фиксирующим прибором, обработка изображений и последующий анализ воспринимаемого изображения (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации №2419069, МПК G01B 11/24, опубл. 20.05.2011).
На этапе предобработки формируют опорную искусственную текстуру поверхности объекта, представляющую собой совокупность плоских меток, размер и плотность которых зависят от чувствительности оптического фиксирующего устройства, после чего при помощи сопоставления оптических характеристик всех изображений объекта находят координаты каждой распознанной точки объекта на различных изображениях и по результатам сопоставления определяют форму объекта. Изображения в известном способе получают оптическим фиксирующим устройством, установленным с возможностью перемещения вокруг измеряемого объекта, причем координаты оптического фиксирующего устройства для каждого получаемого изображения известны, а область нахождения каждой точки по каждому изображению вычисляют с учетом данных о координатах оптического фиксирующего устройства для каждого получаемого изображения.
Необходимость использования в известном способе фиксированных меток затрудняет его использование на пациентах (живых объектах), поскольку нанесение многочисленных меток на поверхность ран или слизистых затруднительно.
Известен способ определения координат точек и ориентации участков поверхности тела сложной формы, принятый в качестве прототипа, включающий определение поверхности тела подлежащей исследованию, восприятие изображения поверхности тела оптическим фиксирующим прибором, обработка изображений и последующий анализ воспринимаемого изображения (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации №2162591, МПК G01B 11/24, G01B 11/16, опубл. 27.01.2001).
Определение поверхности тела сложной формы подлежащей исследованию в известном способе отмечают метками. В качестве меток используют плоские элементы одинаковой формы. Способ определения координат точек и ориентации участков поверхности тела сложной формы осуществляют при помощи горизонтальной и перпендикулярной ей вертикальной базовых поверхностей, метки, выполненной, например, в форме круга (в проекции эллипса), а также с использованием оптического фиксирующего прибора, причем метка размещается в контролируемой точке участка поверхности тела сложной формы.
Восприятие изображения поверхности тела сложной формы в известном способе осуществляют оптическим фиксирующим прибором, например, фото-, теле-, кино- или видеокамерой с устройства, расположенного над исследуемой поверхностью. Последующий анализ воспринимаемого изображения производят относительно горизонтальной и перпендикулярной ей вертикальной базовых поверхностей. При этом эталонную метку размещают на горизонтальной базовой поверхности.
Сравнивая изображения метки и эталонной метки, расположенной таким образом, что координаты всех точек метки известны, судят о координатах точек поверхности тела сложной формы, а также об ориентации участка поверхности, на котором расположена метка, учитывая угол его наклона.
Необходимость использования фиксированных меток затрудняет его использование на пациентах (живых объектах), поскольку нанесение многочисленных меток на поверхность ран или слизистых затруднительно.
Технической задачей и результатом предлагаемого изобретения является обеспечение бесконтактным способом возможности воспроизведения и последующего определения (подсчета с высокой точностью) площади поверхности анатомической области с учетом сложного рельефа.
Технический результат достигается тем, что способ определения площади анатомических областей и отделов со сложным рельефом заключается в том, что вначале определяют у пациента «зону интереса», имеющую сложный рельеф, на которой планируют произвести подсчет площади поверхности, после чего производят фотосъемку «зоны интереса» оптическим цифровым фотоаппаратом для получения достаточного количества цифровых фотоснимков с максимального количества доступных ракурсов, предварительно разместив рядом с «зоной интереса» шаблон в виде плоского равностороннего треугольника с заранее заданными размерами, необходимыми для масштабирования полученных цифровых фотоснимков, фотосъемку осуществляют, поместив «зону интереса» в основание полусферы, образованной меридианами, расположенными через каждые 30 градусов относительно друг друга, снимая «зону интереса» вдоль меридиана через каждые 30 градусов, причем в процессе фотосъемки у фотоаппарата должны быть неизменны значения выдержки, ISO, диафрагмы и фокусного расстояния, затем полученные фотоснимки обрабатывают в программе для реконструкции 3D модели и получают виртуальную 3D модель, воспроизводя рельеф «зоны интереса» и обеспечивая расчет площади поверхности с учетом поверхности рельефа.
Предлагаемый способ позволяет:
- просто и быстро определить площадь анатомических областей и отделов со сложным рельефом и с высокой точностью;
-исследуемый объект не нуждается в фиксации и длительном пребывании в неподвижном состоянии;
- цифровое оптическое фиксирующее устройство используют бесконтактно с исследуемым объектом, что важно в ситуациях, где необходимо соблюдение правил асептики и антисептики.
Способ определения площади анатомических областей и отделов со сложным рельефом поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 изображены различные этапы фотосъемки цифровой фотокамерой по меридиональным плоскостям исследуемого объекта, расположенного в центре горизонтальной плоскости полусферы;
на фиг. 2 - положение тела пациентки с шаблоном для масштабирования 3D модели перед фотосъемкой (пример 1);
на фиг. 3 - положение гипсовой модели верхней челюсти пациента с шаблоном для масштабирования 3D модели перед фотосъемкой (пример 2);
на фиг. 4 - положение лицевого отдела черепа перед фотосъемкой с шаблоном для масштабирования 3D модели и последующей 3D реконструкции (пример 3).
Предлагаемый способ определения площади анатомических областей и отделов со сложным рельефом реализуют следующим образом.
Вначале определяют у пациента «зону интереса» (исследуемую область), имеющую сложный рельеф, на которой запланирован подсчет площади поверхности.
Затем производят фотосъемку «зоны интереса» оптическим цифровым фотоаппаратом или фотокамерой для получения достаточного для подсчета количества цифровых фотоснимков «зоны интереса» с максимального количества доступных ракурсов, предварительно разместив рядом с «зоной интереса» шаблон. Шаблон выполнен в виде плоского равностороннего треугольника с заранее заданными размерами и с маркерами по углам, и предназначен для масштабирования полученных цифровых фотоснимков относительно виртуальной оси координат.
Фотосъемку осуществляют вдоль меридиана, снимая «зону интереса» через каждые 30 градусов, поместив «зону интереса» в основание полусферы, образованной меридианами, расположенными через каждые 30 градусов относительно друг друга.
В процессе фотосъемки у фотоаппарата или фотокамеры должны быть неизменны значения выдержки, ISO, диафрагмы и фокусного расстояния для получения фотоснимков четких, умерено освещенных и с максимально отображенным возможным рельефом «зоны интереса».
Затем полученные фотоснимки обрабатывают в программе для реконструкции 3D модели по фотоснимкам и получают виртуальную 3D модель, воспроизводя рельеф «зоны интереса» и с высокой точностью производят расчет площади поверхности «зоны интереса» с учетом поверхности рельефа или ее объема.
Пример 1
Больная П. 30-ти лет. д-з: Недостаточность мышц тазового дна, цистоцеле, недержание мочи, многорожавшая. Находится на амбулаторном лечении с применением физиопроцедур, общеукрепляющей терапии, гимнастики для мышц тазового дна.
Для диагностики эффективности проведения терапевтических процедур выполнили фотометрию с созданием трехмерной модели области промежности у обследованной пациентки.
При определении площади поверхности промежности пациентку уложили в гинекологическое кресло с таким условием, чтобы седалищные бугры находились за краем кресла, ноги расслаблены и максимально разведены.
Для масштабирования использовали шаблон - равносторонний треугольник, который положили рядом с «зоной интереса». Фотосъемку проводили с использованием цифровой фотокамеры, придерживаясь меридионального направления фотокамеры при изменении ракурса.
2
Фотоснимки, полученные со всех сторон, позволили точно оценить рельеф поверхности, а именно высоту, ширину, глубину, протяженность всевозможных изгибов, складок, выбуханий, углублений, морщин на промежности. Определили площадь промежности, равную 0,00725 м.
Пример 2
Больной И. 45-ти лет. В диагностических целях для постановки диагноза необходим подсчет площади поверхности твердого неба.
Для этих целей изготовили гипсовую модель верхней челюсти по предварительно снятому оттиску верхней челюсти пациента, определили «зону интереса» - твердого неба пациента.
Выполнили фотосъемку. Полученные фотоснимки обработали в программе для реконструкции 3D модели по фотографиям и получили виртуальную 3D модель верхней челюсти пациента. Масштабирование 3D модели в виртуальной среде производили при помощи шаблона, расположенного рядом с «зоной интереса».
На данной виртуальной модели подсчитали площадь слизистой оболочки твердого неба с учетом рельефа и анатомических особенностей пациента, что способствовало точной постановке диагноза и составлению правильного плана лечения.
Пример 3
Больной Н. 29 лет. Жалобы на патологические щелчки в суставе.
Для проведения комплексной междисциплинарной диагностики требуется в виртуальной среде объединить компьютерную томографию, МРТ челюстно-лицевой области, а также необходим ряд исследований, одно из которых 3D сканирование лицевого отдела черепа.
Зоной интереса выбрали лицевой отдел черепа пациента. Далее провели фотографирование «зоны интереса» пациента с шаблоном.
Полученные фотоснимки обработали в программе для реконструкции 3D модели по фотографиям, в результате чего получили виртуальную 3D модель верхней челюсти пациента. Масштабирование 3D модели в виртуальной среде производили при помощи шаблона, расположенного рядом с «зоной интереса».
На данной виртуальной модели лицевого отдела черепа подсчитали краниометрические показатели и индексы, а также площади интересующих участков лица. Данная процедура способствовала точной постановке диагноза и составлению правильного плана лечения.