Спосіб 3-d реконструкції анатомічних об`єктів за макрофотографіями їх анатомічних зрізів

Спосіб 3-D реконструкції анатомічних об'єктів за макрофотографіями їх анатомічних зрізів за допомогою комп'ютерного моделювання з введенням серії зображень анатомічних органів та структур у комп'ютер, який відрізняється тим, що для забезпечення точності зіставлення зрізів один з одним використовується від 3 до 5 додаткових штучних паралельних координатних осей - «внутрішні маркери», які повторюються в серії топографоанатомічних (гістологічних) зрізів у внутрішньотканинних структурах. (19) (21) u201100851 (22) 26.01.2011 (24) 12.09.2011 (46) 12.09.2011, Бюл.№ 17, 2011 р. (72) ОЛІЙНИК ІГОР ЮРІЙОВИЧ, ТАБАЧНЮК НАТАЛІЯ ВАСИЛІВНА, БЕРНІК НАТАЛІЯ ВІКТОРІВНА, АНТОНЮК ОЛЬГА ПЕТРІВНА, ЛАВРІВ ЛЕСЯ ПЕТРІВНА (73) БУКОВИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ МОЗ УКРАЇНИ 3 62646 уяву про будову мікрооб'єктів різної конфігурації, яким властиві досить складні топографоанатомічні взаємовідношення на ранніх стадіях онтогенезу. Недоліком способу-аналогу є те, що для одержання об'ємного зображення анатомічних об'єктів необхідний тривалий час, крім того, це надзвичайна трудомістка робота, яка істотно обмежує фізичні можливості морфолога і не дозволяє опрацьовувати значний обсяг первинної інформації. Прототипом є спосіб дослідження Твердохліба І. В. (Просторова реконструкція біологічних об'єктів за допомогою комп'ютерного моделювання / І. В. Твердохліб // Морфологія.-2007. - Т. 1. - № 1. - С. 135-139), в якому представлена процедура просторового моделювання анізотропних біологічних об'єктів на органному, тканинному, клітинному і субклітинному рівнях. Важливим питанням при проведенні етапу комп'ютерного моделювання є співставлення зрізів один з одним, що на мікроскопічному рівні вирішено за рахунок додаткових штучних координатних осей, наприклад нервових волокон. Така процедура передбачає виконання кілька послідовних етапів. Етап 1. Підготовка серії зрізів за допомогою стандартних гістологічних методик на основі одержаних парафінових, напівтонких або ультратонких зрізів. Етап 2. Мікрофотографування. Етап 3. Попереднє створення контурів. Етап 4. Конвертація зображень. Етап 5. Обробка і вимірювання серійних контурних зображень. 4 Етап 6. Створення тривимірного каркаса (первинної моделі). Етап 7. Колірна (або) фактурна обробка файлів тривимірного каркасу. Етап 8. Створення кінцевої моделі. Недоліком прототипу є те, що при комп'ютерному моделюванні зображень біологічного об'єкту при зіставленні зрізів один з одним орієнтуються на додаткові координатні осі зрізів - "внутрішні маркери" (наприклад, нервові волокна), які у кожному гістологічному зрізі можуть мати непостійні напрямки, що спотворює кінцеву просторову реконструкцію зображень біологічних об'єктів. В основу способу поставлено задачу забезпечити точність співставлення зрізів один з одним для комп'ютерного моделювання з введенням зображень анатомічних органів та структур через USB-порт у комп'ютер. Для вирішення поставленої задачі використовують серію топографоанатомічних (гістологічних) зрізів із попереднім розміщуванням у них від 3 до 5 додаткових паралельних штучних координатних осей -«внутрішні маркери". Ознаки корисної моделі: - об'єкти дослідження; - методи одержання цифрових зображень; - додаткові штучні паралельні координатні осі "внутрішні маркери". Спільними ознаками прототипу та способу, що заявляється, є комп'ютерне моделювання 3-D реконструкції анатомічних органів і структур. Відмінність корисної моделі від прототипу представлена в таблиці. Таблиця Порівняння корисної моделі та прототипу за ознаками Ознака об'єкти дослідження методи одержання цифрових зображень додаткові штучні паралельні координатні осі - "внутрішні маркери» Спосіб, що заявляється топографоанатомічні та гістологічні зрізи комп'ютерне моделювання Прототип гістологічні зрізи комп'ютерне моделювання від 3 до 5 взаємопаралельних проколів із одночасним проведенням каналом голки з тон- нервові волокна кою забарвленою ниткою Визначення термінів, які використовуються при описі корисної моделі: комп'ютерне моделювання, гістологічні та топографоанатомічні зрізи, додаткові штучні паралельні координатні осі "внутрішні маркери", реконструкція. Теоретичні передумови здійснення способу, що заявляється. Актуальність проблеми "позиційних" маркерів збереглася і у випадку комп'ютерної тривимірної реконструкції з використанням серійних зрізів органів і тканин. Для вирівнювання зображень серійних зрізів відносно один одного в даному способі використані додаткові штучні паралельні координатні осі - "внутрішні маркери", які повторюються у серії гістологічних зрізів внутрішньотканинних і внутрішньоорганних структур. В даному способі використовується від 3 до 5 кольорових міток, які вносяться ще до виготовлення серії топографоанатомічних або гістологічних зрізів за допомогою пофарбованої нитки, яка прохо дить через весь анатомічний об'єкт, залишаючи кольорові сліди - "внутрішні маркери". Спосіб здійснюється наступним чином. На етапі підготовки до виготовлення серії зрізів біологічних об'єктів важливим моментом є розміщення додаткових штучних паралельних координатних осей безпосередньо у об'єкті дослідження чи поруч з ним, що у свою чергу під час комп'ютерного моделювання сприятиме точності зіставлення зрізів один з одним (як контрольні точки) після виготовлення зрізів та їх макрофотографування. Для цього (ще до фіксації формаліном морфологічних об'єктів) через товщу анатомічного об'єкта спеціальною голкою здійснюють від 3 до 5 взаємопаралельних проколів із одночасним проведенням каналом голки тонкої забарвленої нитки, що легко піддається (після фіксації об'єкту формаліном) пересіканню секційним ножем у момент виготовлення зрізу. Анатомічні органи і структури, попе 5 редньо фіксовані 5-10 % формаліном і відмиті проточною водою з попередньо проведеними через них додатковими штучними координатними осями (для подальшого комп'ютерного зіставлення внутрішніх форм зрізів), розміщують на робочому столі пристрою і ріжуть паралельно поверхні робочого стола секційним ножем покроково (із однаково заданою товщиною) та фотографують, опускаючи при цьому вниз по штативу на рівноцінну товщині зрізу відстань цифрову камеру (фотоапарат), що забезпечує єдине для всієї серії топографоанатомічних (гістологічних) зрізів кінцеве збільшення новозрізаної поверхні органу чи структури. Зображення серії анатомічних об'єктів вводять через USB-порт у комп'ютер, де за допомогою програми 3-D Max-Studio проводять 3-D реконструкцію зображень шлуночків головного мозку трупів новонароджених людей. Комп'ютерна 3-D реконструкція шлуночків головного мозку здійснюється поетапно: каркасна модель (передньо-бічна проекція, фіг. 1), об'ємно-порожнинне моделювання (передньо-бічна проекція, фіг. 2), текстурування каркасної моделі матеріалами (вигляд ззаду, фіг. 3), співвідношення шлуночків головного мозку з лівою півкулею головного мозку (задньо-бічна проекція, фіг. 4). Даний спосіб використовується на кафедрі патоморфології та судової медицини Буковинського державного медичного університету впродовж 2009-2010pp. Одержані 3-D зображення шлуночків головного мозку в 11 трупів новонароджених людей. Приклади виконання способу. 62646 6 Приклад 1. Фіг. 1. Каркасна модель 3-D реконструкції (передньо-бічна проекція) шлуночків головного мозку новонароджених. Приклад 2. Фіг. 2. Об'ємно-порожнинне моделювання 3-D реконструкція (передньо-бічна проекція) шлуночків головного мозку новонароджених. Приклад 3. Фіг. 3. Текстурування каркасної моделі матеріалами (вигляд ззаду) 3-D реконструкції шлуночків головного мозку новонароджених. Приклад 4. Фіг. 4. Співвідношення шлуночків головного мозку з лівою півкулею головного мозку (задньо-бічна проекція) новонароджених. Технічний результат: за допомогою комп'ютерного моделювання з введенням зображень анатомічних органів та структур через USB-порт у комп'ютер з використанням від 3 до 5 додаткових штучних паралельних координатних осей - "внутрішні маркери" одержані 3-D зображення шлуночків головного мозку: каркасна модель (передньобічна проекція), об'ємно-порожнинне моделювання (передньо-бічна проекція), текстурування каркасної моделі матеріалами (вигляд ззаду), співвідношення шлуночків головного мозку з лівою півкулею головного мозку (задньо-бічна проекція) новонароджених людей. Застосування запропонованого способу дозволяє підвищити точність зіставлення зрізів один з одним для 3-D реконструкції (наприклад, шлуночків головного мозку) із серії топографоанатомічних та гістологічних зрізів з метою подальшого дослідження особливостей зовнішнього рельєфу чи порожнин органів у різних проекціях, дослідження динаміки становлення форми та синтопії органів. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 62646 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601