Применение дигитайзера в медицине

The use of a digitizer in medicine

Grigory Volkov

student of the magistracy, Mari State University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Ksenia Nazarova

student of the magistracy, Mari State University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Vladimir Izikov

doctor of Technical Sciences, Professor, Volga State Technical University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Аннотация. В данной статье рассматривается применение дигитайзера в медицинских целях. Также имеется подробное описание конструкции данного устройства. Дигитайзер используется для сопряжения полученной 3D-модели органа с реальными объектами. Данный процесс должен происходить в режиме реального времени непосредственно во время проведения операции.

Abstract. This article discusses the use of a digitizer for medical purposes. Also there is a detailed description of the design of this device. A digitizer is used to interface the obtained 3D model of an organ with real objects. This process should occur in real time directly during the operation.

Ключевые слова: Дигитайзер; 3D-модель органа; режим реального времени; система координат; положение точек в пространстве; томографическое обследование; маркерные точки; навигационная система; предоперационное планирование.

Keywords: Digitizer; 3D model of the organ; real-time mode; coordinate system; position of points in space; tomographic survey; marker points; navigation system; pre-operational planning.

Дигитайзер представляет собой кодирующее устройство, обеспечи­вающее ввод двумерного или трехмерного изображения в компьютер. Он является внешним специализированным устройством графического ввода. 3D-дигитайзер имеет широкую область применения, но наиболее актуальной частью будет применение его в медицине. Данное устройство служит для определения положения точек в пространстве, изображенное на рисунке 1. Именно этот вид технике будет рассмотрен далее.

Рисунок 1. Внешний вид 3D-дигитайзера

Рассмотрим более подробно, из каких частей состоит дигитайзер. Под цифрой 1 представлено основание устройства. К нему осущест­вляется непосредственное крепление аппарата с помощью магнитов, болтов или других конструкций. Таким образом, создает базовую точку для начала отчета у дигитайзера. Помимо этого основание имеет порты для подключения к персональному компьютеру, которое осуществляется передачу данных, и для соединения с питание сети. Цифрой 2 обозначается поворотная платформа, которая крепится к основанию на шарниры. Она необходима для вращения верхней части дигитайзера в вертикальной плоскости. Далее располагаются две стрелы, выделенные цифрами 3 и 4. Они нужны для перемещения плеч дигитайзера в других плоскостях. С их помощью осуществляется перемещения пера дигитайзера под цифрой 5. Этот инструмент может выполнять разнообразный функции в зависимости от действий, необходимых врачу.

С помощью этого устройства можно совмещать 3D-модель органа с человеком в режиме реального времени. Такая модель строится на основе томографического обследования человека. Снимки срезов обра­батываются при помощи специальных алгоритмов и на основе этого строятся модели необходимых органов. Для совмещения 3D-модели с реальным объектом используются маркерные точки. Данный процесс проиллюстрирован на рисунке 2.

Рисунок 2. Ввод координат маркерных точек на теле пациента

Как показано на рисунке 2 операция, осуществляемая с помощью навигационной системы с использованием дигитайзера, выполняется следующим образом:

· используя перо дигитайзера, врач последовательно вводит в компьютер координаты маркерных точек (рисунок 2);

· производится сопряжение реальных и виртуальных систем координат;

· перемещая в пространстве пера дигитайзера вокруг его оси симметрии, проверяется отображение виртуальной 3D-модели;

· хирург указывает на теле пациента точки проколов, заданные на виртуальной модели.

Таким образом, дигитайзер передает данные своих положения и ориентации в пространстве в режиме реального времени, что способствует однозначному отображения 3D-модели на компьютере.

Использование дигитайзера способствует повышению качества медицинских услуг за счет обеспечения дополнительных возможностей для проведения операции на этапе предоперационного планирования и непосредственно во время проведения операции.