МОСКВА, 3 авг — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Российские ученые применили на человеке метод фотограмметрии, который традиционно используют для картирования рельефа Земли. В итоге получили 3D-изображения, помогающие диагностировать серьезные заболевания и контролировать их лечение. А картография лиц дает много информации не только неврологам, но и психологам.
Альтернатива рентгену
В России и за рубежом есть разные медицинские системы метрических измерений поверхности тела. На их основе конструируют индивидуальные корсеты, но в лечебной практике это практически не применяют из-за сложной формы представления результатов.
Кроме того, морфометрические параметры не имеют четкой пространственной привязки. Сделанные в разное время измерения не согласуются между собой, и врач не может по ним отслеживать эффективность терапии. Поэтому для мониторинга пролонгированного лечения ортопедических заболеваний, например, сколиоза у детей, медики вынуждены многократно назначать пациентам вредное для здоровье рентгеновское обследование.
Российские ученые под руководством Маргариты Кожевниковой из НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН и Татьяны Скрыпицыной из Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК) разработали простой фотограмметрический метод измерения параметров человеческого тела с учетом всех пожеланий медиков.
Фотограмметрия — научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением формы, размеров и иных характеристик объектов по их фотоизображениям. Когда есть два или несколько снимков, сделанных с разных точек, можно построить объемную модель. Таким методом — стереофотограмметрией — картируют рельеф Земли и других планет, а также пользуются в архитектуре, археологии, криминалистике.
Не раз пытались его внедрить и в медицину. В отличие от простого осмотра пациента, когда врач ориентируется на собственные ощущения, компьютерная 3D-модель дает количественную оценку нарушений формы тела, а также позволяет отследить динамику ее изменения. Это чрезвычайно важно в ортопедии, неврологии и косметологии.
Изолинии тела
Авторы разработки перенесли приемы изучения Земли как природного объекта на человека на основе богатого опыта, накопленного на кафедре фотограмметрии МИИГАиК.
"Решили, что раз мы в состоянии объемно посмотреть на Землю, можно точно так же взглянуть, например, на спину ребенка, больного сколиозом, и по ее рельефу определить, насколько хорошо идет лечение", — рассказывает доцент кафедры Татьяна Скрыпицына.
Исследователи собрали установку из двух синхронизированных фотокамер. Специально разработанная программа преобразовывала стереоизображение в 3D-модель, на которой высота любой точки на поверхности тела относительно боковой линии определяется с точностью до 0,5 миллиметра. Для визуализации применили метод изолиний — линий равной высоты, принятый в топографии. Чтобы сделать его более наглядным, каждый "горизонтальный" слой раскрасили в свой цвет.
Раньше похожий результат получали с помощью дорогостоящих приборов компьютерной оптической топографии — отечественной КОМОТ или немецкой DIERS, которые есть только в крупных специализированных центрах. Обе эти системы основаны на бесконтактном оптическом обследовании, когда на пациента проецируют сетку горизонтальных или вертикальных линий, а затем, анализируя их кривизну, компьютер строит 3D-модель.
Метод, предложенный российскими учеными, не требует ничего, кроме двух самых простых фотоаппаратов, закрепленных на штативе. Это по силам любой поликлинике и даже школьному медицинскому пункту. А обрабатывать изображения можно дистанционно.
© Фото : МИИГАиК
Доцент кафедры фотограмметрии МИИГАиК Татьяна Скрыпицына
Точка отсчета и центр масс
Конечная задача исследователей заключалась в том, чтобы перейти от 3D- к 4D-моделированию, то есть заложить в систему возможность сравнения объемных моделей одного человека разного времени. Для этого нужны точки отсчета, к которым каждый раз будет привязываться программа.
"Важно было найти анатомические ориентиры, не меняющиеся с возрастом, — объясняет Скрыпицына. — Анализ показал, что самая устойчивая точка на теле человека — это копчик. Программа просто поднимает из нее вертикальную ось и относительно нее выстраивает модель".
Это позволило создавать 4D-модели, на которых градиент цветов отражает скорость изменения поверхности — от белого в стабильных областях до максимально насыщенного — там, где масштабные трансформации. По мнению ученых, такие модели пригодятся после операций, в том числе косметических, а также при заболеваниях, вызывающих отеки или опухоли.
И это далеко не все. Так, разновидность метода, при которой съемку производят одновременно со спины и со стороны груди, позволяет получить объемную модель человека и не просто зафиксировать сколиоз, а в какой-то степени выяснить его причину.
"На каждом сечении туловища можно найти центры масс, а соединив их, посмотреть, насколько эта линия близка к оси позвоночника. Отклонение от истинного положения центра масс ведет к тому, что человека перекашивает. При своевременной корректировке все вернется на место", — подчеркивает исследователь.
© Т.Н. Скрыпицына, М.И. Кожевникова, 2016
Рельефы спины ребенка с прогрессирующим сколиозом: а — спина ребенка и колорированная карта ее рельефа на начальном этапе формирования патологии; б — рельеф спины спустя два года в 3D-варианте и в виде плоской карты
Обычно в таких ситуациях отправляют на рентген. Но злоупотреблять им не стоит. Есть западные разработки, где специальное устройство, подключенное к смартфону, сканирует человека со всех сторон, но они далеко не всегда доступны.
Способ, предложенный российскими учеными, не требует никаких дорогостоящих приспособлений. Он одновременно простой и безопасный, прошел экспертизу и оформлен патентом на изобретение.
На лице написано
"Когда неврологи увидели наш метод, спросили, не хотим ли мы применить его для оценки естественной асимметрии лица, — продолжает Татьяна Скрыпицына. — Все знают, что лица несимметричны, но в какой момент это становится индикатором патологии, неизвестно. Раньше врач определял это на глаз, по опыту. В наш цифровой век нужна количественная оценка. Мы измеряли расположение и тонус мышц на лице, оценивали их устойчивость, определяли, насколько левая сторона отличается от правой по точкам, рельефу. Как гадалки по руке, установили по лицу все диагнозы".
Для визуализации результатов картирования лиц использовали тот же прием контрастной окраски и увидели много интересного. Выяснилось, например, что у мужчин мышцы лица подвижнее и поэтому у них более активная мимика, чем у женщин.
© Т.Н. Скрыпицына, М.И. Кожевникова, 2016
Карты рельефов лиц мужчины (а) и женщины (б), полученные с интервалом в одну неделю. Видна асимметрия и различие в динамике мимических мышц
Исследователи уверены, что у фотограмметрии лиц большие перспективы. Неврологи смогут следить за динамикой восстановления пациентов после инсульта, с "миллиметровой" точностью оценивая эффективность лечения. Этот метод поможет и челюстно-лицевых хирургам. А динамическое 3D-моделирование лиц чрезвычайно востребовано в косметологии.
Фотоснимки, которые в обязательном порядке делают до и после операций, стоит, по мнению ученых, дополнить объемной моделью. Это не только облегчит корректировку результата, но и послужит объективным доказательством в случае возникновения спорных ситуаций и судебных разбирательств.