TOMO-4D

Исследование и разработка методов представления снимков томографа (Tomo-4D)

Руководитель проекта - Дижевский А.Ю.

Проект выполняется в рамках гранта РФФИ 15-07-08151 и является продолжением работ, начатых в рамках проекта TOMO-3D (Грант 12-07-33057-мол_а_вед).

Целью проекта является разработка новых методов и программных средств визуализации и анализа данных компьютерной томографии. Для проведения консилиумов между медицинскими работниками и погружения специалистов в 3-D модели данных, полученных с томографа, возникает необходимость в развитии методов визуализации, в том числе с использованием сети Интернет. Проект является продолжением работы по гранту РФФИ 12-07-33059 мол\_а\_вед, выполненном коллективом в 2012-13 годах, заключавшемся в разработке информационно-аналитической системы Tomo-3D, основанной на алгоритмах 3-D анализа и визуализации пространственных данных, первоначально представленных в виде плоских двумерных сечений исследуемого объекта.


В новом проекте предлагается существенно усилить функционал системы Tomo-3D, а именно:

  • добавить в программное обеспечение визуализации временной составляющей развития особенностей (опухолей) для мониторинга динамики состояния пациента;
  • разработать серверное приложение SaaS. Пациент или врач загружает через сеть Интернет томограммы, затем данные обрабатываются на сервере, выявляются особенности и скомбинированная трехмерная модель органа с локализованными особенностями визуализируется в веб-браузере с поддержкой функционала WebGL;
  • исследование и разработка доступной системы виртуального окружения для визуализации в медицинской сфере, в частности, реализация методов визуализации на установке Виртуального Окружения нового поколения -- VEonPC2 с программным фреймворком Avango NG.


В результате проекта будет создан многофункциональный программный продукт Tomo-4D, интегрируемый в современные томографы, сеть Интернет и системы виртуального окружения.
Реализация проекта будет способствовать решению задач медицинскими работниками в разных точках мира для коммуникации и работы в едином пространстве медицинской визуализации, а также погружению в их стерео представление. Данный программный продукт по своей функциональности не будет иметь аналогов; а сервисы по анализу данных пациентов через web в настоящее время отсутствуют. Дополнительно, в Tomo-4D будут использованы новейшие технологии на стыке разных областей исследований (медицинская визуализация, компьютерные сети, виртуальное окружение), которые будут доступны широкому кругу пользователей через интернет.
Главная цель проекта -- исследовать методы визуализации данных томографии, исследовать технологии передачи больших объемов данных, разработать и внедрить клиент-серверное приложение по анализу и визуализации. Созданная система позволит:

  • производить диагностику рака легких, выявлять камни в почках и печени, а также визуализировать выявленные особенности;
  • предоставлять web-сервисы по диагностике и визуализации рака легких;
  • визуализировать данные томографа на установке Виртуального Окружения.

Проект направлен на решение междисциплинарных фундаментальных проблем, связанных с численными методами обработки информации, полученной в виде цифровых снимков томографа, методами визуализации и передачи данных. Технологическим содержанием является создание новых методов и инструментов выявления особенностей в массиве данных на основе серии плоских сечений и их представление. Данный проект является продолжением проекта (грант РФФИ 12-07-33059), в результате которого был создан программный комплекс Tomo-3D. Особое внимание будет уделено разработке алгоритмов и программных средств стерео-проецирования медицинских данных и алгоритмам передачи данных через сеть Интернет, которые наиболее актуальны при решении задач диагностики рака, заболеваний почек и печени консилиумом докторов, а также для удаленного просмотра самими пациентами.\\

Основной задачей, которая будет решена в рамках проекта, является разработка многофункционального программного продукта Tomo-4D для использования в медицинских клиниках при выполнении задач диагностики раковых опухолей, отложении солей в органах, визуализации и анализа снимков томографа на системах виртуальной реальности, а также работающего в режиме клиент-сервер для выполнения всех сервисных функций посредством Интернет. Например, пациенты могут через Интернет проанализировать результаты своих снимков томографа на предмет подозрений или для подтверждения диагноза.\\

Внедрение данного продукта даст возможность для проведения консилиума докторов, находящихся в разных точках мира, а также возможность погружения в объемные изображения, содержащие выявленные особенности и окружающие органы для более эффективной диагностики.\\

Одним из приложений данного программного продукта будет возможность пациентов самостоятельно загружать снимки томографа на сервер для дальнейшей диагностики и визуализации, например, в случаях, когда пациенты сомневаются в правильности поставленного диагноза.\\

Полученный в результате программный продукт будет производить автоматическое выявление и визуализацию опухолей в легких человека и отложения солей в разных органах как на рисунке ниже:\\

А также производить погружение в объемные картины через системы стерео-проецирования как на рисунке ниже:


Для достижения цели проекта и решения основной задачи необходимо: 

(1) Исследовать и разработать алгоритмы по стереопроецированию и системы стереопроецирования в приложении к визуализации данных томографа.

(2) Исследовать и разработать алгоритмы передачи медицинских данных (например, в формате DICOM) через Интернет для визуализации посредством web-браузера.

(3) Исследовать алгоритмы визуализации снимков томографа и обработанных данных томографа (например, выявленные особенности) посредством web интерфейса, доступные любым из доступных web-браузером.

(4) Разработать систему хранения данных пациентов с удобными поисковыми возможностями и разграничением прав.

(5) Исследовать и разработать алгоритмы сопоставления и определения роста особенностей на двух и более исследованиях, например, когда загружаются снимки пациента, полученные с разницей в полгода или год. Такая функция часто является необходимой для проведения хирургического/химического вмешательства, в случае роста опухолей или отложений солей.

(6) Собрать все разработанные компоненты в единый многофункциональный программный комплекс Tomo-4D, который:

(а) обеспечивает высокоскоростной и эффективный анализ данных по выявлению особенностей (таких как раковые опухоли, отложения солей в сердце и почках), превосходящий зарубежные аналоги;

(б) обладает функциональностью по точной и высокоскоростной трехмерной реконструкции областей исследуемого объекта по заданным пользователем параметрам;

(в) обеспечивает хранение больших объемов данных о пациентах;

(г) интегрируется с современными томографами;

(д) может устанавливаться на системы виртуального окружения;

(е) производит визуализацию и взаимодействие с пользователями с помощью web-интерфейса;

(ж) обеспечивает анализ двух и более серий снимков в части сопоставления и сравнения выявленных особенностей;

(з) дает возможность одновременного просмотра одной серии снимков томографа со вставленными синтетическими объектами. 

Особое внимание будет уделено следующим проблемам: (1) разработка методов визуализации на системах стереопроектирования; (2) разработка web-интерфейса и алгоритмов web-визуализации; (3) разработка алгоритмов программных средств сопоставления особенностей на двух сериях снимков томографа.


Статьи

1. Астахов Ю.С., Дижевская А.К., Дижевский А.Ю., Исламов Д.Р. Сравнение особенностей двух серий снимков томографа //Труды Международной конференции и Школы по физико-технической информатике CPT2015, 10-17 мая 2015 г., Ларнака, Республика Кипр; 01-03 июля 2015 г., Протвино, Московская область. -- Изд-во ИФТИ, Протвино-Москва, 2015, ISBN 978-5-88835-039-3, С.72-74

2. Дижевская А.К., Дижевский А.Ю., Кальметьев Р.Ш., Обоймов А.С., Пестриков В.И. Алгоритмы и системы стерео-проецирования в приложении к визуализации данных томографа //Труды Международной конференции и Школы по физико-технической информатике CPT2015, 10-17 мая 2015 г., Ларнака, Республика Кипр; 01-03 июля 2015 г., Протвино, Московская область. -- Изд-во ИФТИ, Протвино-Москва, 2015, ISBN 978-5-88835-039-3, С.75-78

3. Бурхонов Р. А., Клименко С. В. Современные технологии обработки медицинских изображений// Труды Международной конференции и Школы по физико-технической информатике CPT2015, 10-17 мая 2015 г., Ларнака, Республика Кипр; 01-03 июля 2015 г., Протвино, Московская область. – Изд-во ИФТИ, Протвино-Москва, 2016, ISBN 978-5-88835-039-3, С.207-210

4. Клименко С.В., Пестриков В.И. Программно-аппаратный комплекс дополненной реальности для хирургии // Труды Международной конференции и Школы по физико-технической информатике CPT2015, 10-17 мая 2015 г., Ларнака, Республика Кипр; 01-03 июля 2015 г., Протвино, Московская область. -- Изд.ИФТИ, Протвино-Москва, 2015, ISBN 978-5-88835-039-3, С.1-13


Comments