Лаборатория медицинских компьютерных систем отдела микроэлектроники НИИЯФ МГУ
Название лаборатории говорит само за себя — здесь разрабатывают компьютерные системы для диагностики и лечения пациентов. О том, какие технологии используются и в каких областях применяются рассказал заведующий лабораторией МКС ОМЭ НИИЯФ МГУ Гаврилов Андрей Васильевич.
Автоматизированные компьютерные системы и «3D Цифровой Пациент»
В лаборатории проводится разработка автоматизированных компьютерных систем для диагностики, планирования и контроля лечения пациентов на основе объективной информации, получаемой от работающих в клиниках приборов лучевой диагностики: компьютерных рентгеновских томографов, магнитно-резонансных томографов, приборов ультразвуковой диагностики и так далее, а также при использовании данных функциональных и лабораторных исследований. Мы разрабатываем методы, алгоритмы и программы для обработки и анализа 2D/3D/4D медицинских изображений с целью определения и визуализации количественных характеристик, ранее не использованных врачами для диагностики.
Работы проводятся в сотрудничестве с ведущими медицинскими научно-исследовательскими центрами России. Многие результаты в виде программных комплексов внедрены в практическую работу медицинских учреждений России. Чтобы углубить исследовательский подход к диагностике и лечению пациентов, мы разрабатываем проект «3D Цифровой Пациент». Проект нацелен на обеспечение врача научно-исследовательским инструментом, основанным на создании персональных анатомо-физиологических моделей внутренних структур и органов пациентов на базе получаемой в клинике объективной диагностической информации. Дальше на основе этого решаются задачи создания компьютерных диагностических методик для различных областей медицины: оценки кровоснабжения тканей головного мозга, оценки механики работы сердца, сосудов, оценки состояния костной системы и т.п.
Использование методов математической физики позволило оценивать состояния гемодинамики сосудов и аневризм головного мозга при различных патологических условиях для планирования хирургических вмешательств. Кроме того, благодаря используемым методам стало возможно решать задачи по оценке кровотока в коронарных сосудах, определять достаточность кровоснабжения сердечной мышцы.
Навигационная оптическая система для нейрохирургических операций
Второе направление — разработка медицинской навигационной оптической системы для планирования и контроля проведения операций в нейрохирургии (головном мозге, позвоночнике, операциях на ушах, горле, челюстно-лицевых операциях и т.п.).
Система построена по принципу определения трехмерных координат объектов стереовидеокамерами, работающими в инфракрасном диапазоне. Принцип работы системы состоит в возможности прослеживания движения хирургических инструментов в невидимых для глаз хирурга областях тела пациента. Такая ситуация возникает, например, при операциях в головном мозге, когда хирургу приходится действовать инструментом типа «игла» в глубоких областях мозга. Для этого проводят предварительное обследование пациента на КТ или МРТ томографе, строят 3D изображение области (например, головы), которую будут оперировать. Затем в операционной пациента помещают в стационарный позиционер, определяют пространственные координаты головы (регистрацией, например, реперных точек на его голове, соответствующих точкам на КТ/МРТ изображениях) и таким образом «привязывают» координаты головы к 3D КТ/МРТ изображению головы пациента. Такие же маркеры прикрепляются к хирургическим инструментам. Врач во время операции перемещает эти инструменты, а стереоскопическая система определяет их координаты. Поскольку все объекты — 3D изображения, голова пациента и хирургические инструменты — находятся в одной системе координат, то программное обеспечение системы на экране компьютера показывает движение инструментов относительно 3D изображения, хотя на самом деле инструменты уже находятся в оперируемой области на голове пациента. После этого хирург, выполняя операцию, уже может координировать свои действия непосредственно глядя на экран монитора, на котором визуализируются сама оперируемая область и движения хирургических инструментов в оперируемой области.
Количественная оценка КТ/МРТ изображений с помощью нейросетей
Последнее направление — разработка методов, алгоритмов и программных сервисов для количественной оценки КТ/МРТ изображений исследуемых тканей на основе использования нейронных сетей. В настоящее время разработаны алгоритмы и программные сервисы для диагностики заболеваний легких – КОВИД-19 и ишемического инсульта головного мозга. Разработанные сервисы подключены к единой радиологической системе г. Москвы и в автоматическом режиме дают количественные оценки указанных заболеваний, одновременно обрабатывая результаты КТ обследований пациентов из целого ряда больниц города. Планируется развитие этих методов для целого ряда других органов и патологий.
Контакты
Приглашаем вас принять участие в работе нашей научной группы! По всем вопросам обращайтесь к заведующему лабораторией МКС ОМЭ НИИЯФ МГУ Гаврилову Андрею Васильевичу: agavrilov49@gmail.com.