Визуализация для диагностики

Ученые предложили новый метод реконструкции изображений в медицине

Одной из наиболее распространенных методов диагностики была и остается рентгенография. Ее роль просто нельзя переоценить. Почти каждый человек хоть раз в жизни получал направление на прохождение рентгена. К сожалению, распространенность и доступность метода не исключает его недостатки. В частности, связки, мышцы, другие мягкие ткани не очень хорошо удается визуализировать на снимках. Решить эту проблему во многом призван многофункциональный рентгеновский комплекс с функцией цифрового томосинтеза. Он создается совместно Институтом прикладной математики и автоматизации Кабардино-Балкарского научного центра РАН (ИПМА КБНЦ РАН), Южным федеральным университетом и ООО «Севкаврентген-Д» (КБР) согласно постановления Правительства РФ №218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских образовательных организаций высшего образования, государственных научных учреждений и организации реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства». Общий объем финансирования проекта составляет 230 млн. рублей.

Важнейшей отличительной особенностью создаваемого комплекса является существенное повышение качества диагностирования за счет применения современных цифровых методов обработки и визуализации. Они базируется на научных исследованиях реконструкции изображений, которые ведутся учеными ИПМА КБНЦ РАН: руководителем научной части проекта, заведующим отделом вычислительных методов Асланом Апековым и основным исполнителем, директором Института Анатолием Алихановым.  

Ими предложен при реконструкции рентгеновского томографического изображения метод ускорения вычислений путем применения нелинейной вексельной сетки и специальной методики разбиения восстанавливаемого объекта. Воксельная (от английских слов: volumetric объёмный) и pixel (пиксель)) компьютерная графика, которая имеет элементы растра в трехмерном изображении. Еще ее иначе называют графикой, имитирующей векторное изображение.

Применение специальной методики разбиения восстанавливаемого объекта позволяет добиться того, чтобы проекционная матрица обладала свойством симметрии специального вида, что позволяет разбить процесс восстановления объекта и работать с двумя матрицами размерность которых в четыре раза меньше размерности исходной матрицы.

Предложенный Алихановым А.А. и Апековым А.М. метод позволяет в разы сокращать время вычислений. В сотни раз уменьшается количество хранимых на ЭВМ данных. Кроме того, при реконструкции изображения метод позволяет выполнять параллельные вычисления для каждого вертикального слоя. Это на порядок ускоряет восстановление изображения.

Данный метод применим не только для визуализации в медицине, но и в промышленности, где требуется восстановить объект по проекционным данным.

Полученные результаты были представлены на секции «Цифровые методы рентгеновской диагностики» в рамках IV Международной научной конференции «Актуальные проблемы прикладной математики», а также на конференции SPIE Electro-Optical Remote Sensing XII (Берлин, Германия).

Разработка отечественного инновационного цифрового рентгеновского комплекса с функцией томографического синтеза изображений не только повысит качество диагностики, но и создает хорошую основу для развития реального сектора экономики региона, для которого НИИ и вузы становятся «точками роста».