Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Разработка программного обеспечения ILungHelper для помощи в принятии решения врачу-бронхологу при проведении трансбронхиальной биопсии
НТТМ-2017-0200 | Категория II

Автор:

Шибаев Вячеслав Алексеевич

Еремина Екатерина Константиновна

Научный руководитель:
Хлебников Николай Александрович
Организация:
ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Институт фундаментального образования,
Свердловская область, Екатеринбург
Цель работы
Часто при диссеминированных заболеваниях легких проводят процедуру трансбронхиальной биопсии. Процедура проводится при помощи инструмента, называемого бронхоскопом. Он представляет собой гибкий шланг с выдвигающейся иглой на конце. Врач вводит бронхоскоп в дыхательные пути пациента и, продвигаясь по трахеобронхиальному дереву, достигает очага поражения, образец которого необходимо взять при помощи иглы.
Проблема заключается в отсутствии наружного обзора трахеобронхиального дерева. Так как очаги поражения могут располагаться и за его пределами, то врач не видит их во время процедуры, а может только выяснить их расположение до ее проведения, просматривая сотни снимков компьютерной томографии. Путь инструмента до очага поражения врач так же определяет «на глаз». Вследствие этого вероятность того, что вместо пораженной ткани будет взят образец здоровой ткани, достигает 80%, а, следовательно, вероятность диагностических ошибок очень высока и необходимость повторного проведения процедуры возникает очень часто.
Задачей проекта является создание программного продукта, позволяющего снизить вероятность диагностических ошибок при проведении процедуры транcбронхиальной биопсии, связанных с неправильными ручными расчетами точек и траекторий ввода инструмента, а так же позволяющего увеличить эффективность работы врачей. Решение задачи достигается путем автоматизации расчетов и определения расположения очагов поражения, а также путем предоставления врачу наружного обзора трахеобронхиального дерева при помощи 3D модели органов грудной клетки, построенной по набору снимков компьютерной томографии конкретного пациента.
Обзор предметной области
На данный момент в России решение описанной проблемы «ложится на плечи» врача. В мире существует несколько программ аналогов, таких как: iLogic inreach, Super dimension. Их основным минусом является то, что это целый комплекс дорогостоящего оборудования. При разработке проекта мы опирались в основном на профессиональное мнение врача-бронхолога, которое значительное повлияло на выбор функций программы и на ее пользовательский интерфейс. Зарубежные аналоги подтвердили, что данный подход к решению поставленной задачи хорошо работает. И в отличие от конкурентов наш продукт является программой, а не комплексом оборудования, что заметно снижает его стоимость.
Описание результатов проекта
Все задачи проекта можно условно разделить на 3 группы:
1) задачи распознавания образов
2) задачи получения из изображения необходимой информации
3) задачи визуализации.
На текущий момент, решая задачи каждой из групп, мы смогли реализовать MVP, позволяющий врачу-бронхологу получить наружный обзор трахеобронхиального дерева и определить расстояние, на которое необходимо выдвинуть иглу для взятия биопсии. Были решены следующие задачи:
1 группа:
• Разработаны алгоритмы распознавания конкретных органов (скелета, легких, дыхательных путей) по снимкам КТ.
• Начата разработка алгоритма распознавания очагов поражения.
2 группа:
• Разработан алгоритм скелетизации трахеобронхиального дерева, на основе которого в дальнейшем будет построен маршрут для бронхоскопа, а также определены размеры дерева.
3 группа:
• Реализован алгоритм для визуализации 3D модели органов грудной клетки.
Также был разработан интерфейс с учетом специфики работы врача-бронхолога и простой и удобный для человека с минимальными навыками работы с компьютером.
На данный момент у нас налажено взаимодействие с одним из потенциальных пользователей нашего продукта – уральским научно-исследовательским институтом фтизиопульмонологии. Совместно с ними начато испытание MVP.
Описание применимости
Конечным пользователем нашего продукта является врач-бронхолог. На текущем этапе разработки алгоритм работы с нашим продуктом следующий. Врачу предстоит провести процедуру трансбронхиальной биопсии. Он загружает в нашу программу набор снимков компьютерной томографии пациента. После этого врачу доступны 2 окна программы: в левом окне отображаются 2D – снимки КТ, а справа – 3D модель дыхательных путей, которую врач может полностью рассмотреть, вращая, масштабируя и перемещая ее. В текущей версии продукта далее врачу необходимо указать на снимке в левом окне расположение очага поражения, путем постановки на него метки, с помощью нажатия левой кнопки мыши. При этом указанный очаг поражения автоматически отобразится на 3D модели. Это предоставляет врачу наружный обзор. После этого на снимках в левом окне необходимо указать место в дыхательных путях, откуда врач хотел бы выдвинуть иглу для взятия биопсии. Эта метка ставится аналогично метке на очаге поражения. При этом автоматически рассчитается расстояние, на которое врачу потребуется выдвинуть иглу для взятия биопсии, и оно автоматически отобразится на 3D модели. Кроме того врач может поставить по несколько меток как на очаги поражения, так и на дыхательные пути и после того, как программа произведет расчёты, выбрать оптимальные. Таким образом, мы даем врачу наружный обзор дыхательных путей и автоматизируем его расчеты на этапе подготовки к проведению процедуры.
Дальнейшее развитие проекта
Дальнейшее развитие проекта мы видим в усилении функционала продукта. Планируется реализовать автоматическое распознавание очагов поражения, определение оптимального из них, для взятия биопсии и построение четкого маршрута для бронхоскопа до него. Другой путь развития проекта предполагает расширение области применения нашего продукта. На базе уже разработанного модуля распознавания органов грудной клетки и модуля визуализации, можно реализовать модули, помогающие врачам в проведении других операций на органах грудной клетки (например, торакоскопии).

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ

E-mail: info@konkurs-nttm.ru