Artec Eva для точного определения степени смещения мягких тканей лица

Кратко: Точное измерение смещения мягких тканей лица – непростая задача, необходимая в работе с пациентами до и после операции. Магнитно-резонансная томография, компьютерная томография и конусно-лучевая компьютерная томография не принесли желаемого результата в части точности измерений.

Задача: С помощью портативного 3D-сканера оцифровать мягкие ткани лица пациента в положениях стоя, сидя и лежа на спине. Использовать эти сканы для точного сравнения и анализа.

Инструменты: Artec Eva, Artec Studio

В недавнем исследовании Университета Акдениз (Анталия, Турция) 3D-сканер Artec Eva стал инструментом инновационного высокоточного метода отслеживания изменений в мягких тканях лица человека в зависимости от положения тела.

В изучении пропорций лица и головы врачи много лет полагаются на традиционные методы цефалометрии. Самыми распространенными способами сканирования остаются магнитно-резонансная томография (МРТ), компьютерная томография (КТ) и конусно-лучевая компьютерная томография (КЛКТ). Но, как подчеркивается в исследовании экспертов Турецкого университета Акдениз (Akdeniz), данные методики изобилуют неточностями. В клинической практике сравнение результатов измерений каждым из этих методов выявляет значительные расхождения, которые, тем не менее, редко принимаются во внимание, превращаясь для медицины в самый настоящий ящик Пандоры.

В рамках исследования недостатков МРТ и КЛКТ 3D-сканер на основе структурированной подсветки Artec Eva, приобретенный Университетом у турецкого партнера Artec компании Teknodizayn, показал превосходный результат, сведя погрешности измерений к минимуму. Его портативная конструкция не требует соблюдения условий, которые влекут за собой обычные методы измерений. В отличие от Eva, традиционное оборудование требует определенного положения пациента – стоя, сидя или лежа, поскольку только так возможно снятие биометрических показателей. Такие неудобства для пациента и врача полностью отменяются в случае использования сканера Eva. Сканируя пациента практически под любым углом и собирая в разы больше данных, Eva, по словам врачей, обеспечивает непревзойденную точность и надежность.

В исследовании под названием «Влияние положений тела – сидя, стоя или лёжа на спине – на мягкие ткани лица: детальный 3D-анализ» сотрудники Отделения анатомии, Факультета медицины Университета Акдениз Ю.Озсой, Р.Секерци и Е.Огут подняли ряд важных вопросов, которые затрагивают сразу два аспекта: смещение мягких тканей лица и применяемые в медицине методы сканирования.

Какие изменения в мягких лицевых тканях можно отследить, меняя положение тела? Какая существует связь между данными изменениями и методами медицинского анализа?

Целью эксперимента являлось, прежде всего, изучение поведения мягких тканей лица человека. В частности, основной задачей было определить степень их смещения в трех положениях тела во время сканирования: стоя, сидя и лежа на спине. Какие изменения в мягких лицевых тканях можно отследить, меняя положение тела? Какая существует связь между данными изменениями и методами медицинского анализа?

Второй, возможно, более важной, задачей было ответить на вопрос, которым неизбежно задаются многие практикующие врачи: какой метод наиболее эффективен? Стандартные методы сканирования лицевых тканей сопровождаются рядом обременяющих факторов. В медицинской практике, когда необходимо получить точные данные о геометрии мягких тканей лица, степень надежности выбранного метода определяется его способностью свести к минимуму или, если удастся, устранить влияние внешних факторов.

В исследовании турецких ученых гравитация рассматривается как один из важных факторов.

В исследовании турецких ученых гравитация рассматривается как один из важных факторов. Несмотря на прямое действие на организм, её значимость зачастую не принимается в расчет. Но когда речь идет о мягких тканях лица человека, роль гравитации может быть огромна. Таким образом, в основу исследования легло предположение о том, что данные, получаемые популярными на сегодня методами сканирования, следует анализировать с точки зрения изменений, происходящих под действием гравитационных сил и положения тела пациента во время сканирования.

Для изучения воздействия гравитации на мягкие ткани лица исследователи составили группу из 35 женщин и 35 мужчин в возрасте от 19 до 24 лет. Чтобы определить степень смещения и изменения геометрии тканей под действием гравитации в разных положениях тела, учёные маркером нанесли на лицо каждого участника эксперимента 35 точек с целью разделить поверхность лица на сегменты. Сами ученые назвали эти точки «реперами». С помощью такой «разметки» они отслеживали изменения на снимках головы пациента в разных положениях тела. 3D-сканер Eva работал с точностью до 0,1 мм и 3D-разрешением до 0,5 мм. Такая точность измерения сыграла ключевую роль в получении ответов на вопросы исследования.

Сканирование с помощью  Artec Eva в положении сидя (A), стоя (B) и лежа на спине (C)

Полученные 3D-изображения загрузили в Artec Studio, где каждый набор сканов, сделанный в одном из трех положений тела, был обработан в ручном режиме. Необходимо было найти способ совместить все сканы каждого пациента. Таким образом, точкой совмещения был выбран центр переносицы, «как правило, наиболее статичная область лица», расположенная между внутренними уголками глаз. Это помогло ученым закрепить оси x, y и z, которые соответствуют фронтальной, горизонтальной и сагиттальной плоскостям головы.

Когда все точки были соединены и образовали своего рода цифровую «маску», для совмещения сканов использовали алгоритм преобразования поверхности в Artec Studio. Реперы помогли привести сканы в единое положение и ориентацию. Теперь, путем анализа осей x, y и z появилась возможность отследить изменения геометрии тканей лица в положениях сидя, стоя и лежа на спине. Затем маски были наложены друг на друга, чтобы увидеть движение реперов, а следовательно, и изменения положения и параметров мягких тканей.

На рисунке ниже видны результаты совмещения масок, сделанных:  A – в положении сидя и стоя; B – сидя и лежа на спине; C – стоя и лежа на спине. Синим цветом обозначена отрицательная разница, красным – положительная, зеленый – означает, что разница в этой точке близка к нулевому значению.

С помощью приложения GraphPad Prism версии 6.05 был произведен статистический анализ полученных данных. Реперы исследовали на стандартные отклонения (СО) для определения количества областей смещения. Были также использованы такие математические вычисления, как, среднее квадратичное значение (СКЗ), среднее абсолютное отклонение (САО) и среднее отклонение (СО), с тем, чтобы рассчитать «вариативность формы и объема поверхностей». Всё это помогло получить математическое доказательство трансформации мягких тканей лица под действием гравитации, которую применяемые методы сканирования не способны определить с необходимой точностью.

3D-анализ мягких тканей лица показал существенные различия между совмещенными масками «сидя-лежа» и «стоя-лежа». В то время как в положениях сидя и лежа разница едва прослеживалась по всем осям. Более того, анализ реперов выявил разную степень  их смещения под воздействием положения тела.

Область применения результатов данного эксперимента в медицине безгранична. Они особенно актуальны в челюстно-лицевой хирургии.

Область применения результатов данного эксперимента в медицине безгранична. Они особенно актуальны в челюстно-лицевой хирургии, где малейший просчет может стать причиной необратимых губительных последствий. Поэтому точность измерений мягких тканей лица до и после операции может оказать непосредственное влияние на результат.

Связаться с нами