ПГТУ и Марийский машзавод создают систему интраоперационной навигации с дополненной 3D реальностью

• 
•  © marimmz.ru

В Поволжском государственном технологическом университете завершен первый этап реализации проекта по созданию программно-аппаратного комплекса «Система интраоперационной навигации с поддержкой технологии дополненной реальности на базе виртуальных 3D-моделей органов, полученных по результатам КТ-диагностики, для малоинвазивных операций».

Разработку ведет научная группа кафедры радиотехнических и медико-биологических систем совместно с Республиканской клинической больницей и Марийским машиностроительным заводом в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». Программа предполагает финансирование проекта до конца 2018 года в размере 29 миллионов рублей. Внедрение малоинвазивных вмешательств, применение лапароскопических операций без больших разрезов — одна из основных тенденций развития хирургии. Вместе с этим возрастают требования к информационной поддержке хирурга при подготовке и проведении операции. В ходе малоинвазивных операций область, которую хирург может видеть, ограничена возможностями оборудования. При этом очень важно, чтобы врач с точностью до миллиметра знал, где находится опухоль или камень, которые требуется удалить, понимал их расположение относительно других анатомических структур.

С предложением создать систему, способную улучшить диагностику и позиционирование медицинского инструмента, к сотрудникам кафедры радиотехнических и медико-биологических систем радиотехнического факультета ПГТУ обратился доктор медицинских наук, заведующий урологическим отделением Республиканской клинической больницы, главный уролог республики Василий Николаевич Дубровин. Ученые приняли вызов, понимая, что создание собственных технологий трехмерного моделирования и дополненной реальности для обеспечения качественного и безопасного проведения малоинвазивных хирургических вмешательств — важная задача, которую в России необходимо решать в рамках импортозамещения. Над проектом трудились ученые Волгатеха под руководством профессора, доктора технических наук, зав. кафедрой радиотехнических и медико-биологических систем радиотехнического факультета Алексея Аркадьевича Роженцова и руководителя лаборатории «Региональная научно-исследовательская лаборатория по обработке изображений групповых точечных объектов и точечных полей», доктора технических наук, профессора Якова Абрамовича Фурмана.

Создаваемый программно-аппаратный комплекс позволит совмещать расположение модели органа, полученной на компьютерной томографии, с изображением, которое хирург видит в ходе операции с помощью видеоэндоскопического комплекса. Это упростит и обезопасит операционный процесс. Хирург сможет контролировать перемещение инструмента относительно анатомических структур, а компьютерная программа, учитывающая индивидуальные особенности пациента, заранее предупредит врача о недопустимых перемещениях инструмента. Сегодня подобные технологии интраоперационной навигации применяются преимущественно при операциях на мозге или позвоночнике — то есть структурах, которые могут быть жестко зафиксированы. На органах забрюшинного пространства они практически не проводятся: в ходе операции органы могут смещаться даже из-за дыхания. Поэтому задача, которую решают наши ученые, заключается в создании системы, которая позволит корректировать 3D-модель органов в реальном времени.

В 2017 году проект RFMEFI577170254 «Система интраоперационной навигации с поддержкой технологии дополненной реальности на базе виртуальных 3D-моделей органов, полученных по результатам КТ диагностики, для малоинвазивных операций» стал победителем федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». Работа ведется при финансовой поддержке Министерства и образования и науки РФ. Проведены исследования, связанные с построением трехмерных моделей органов. Разработана методика помощи хирургу при дооперационном планировании хирургической операции. Реализованы алгоритмы формирования виртуальной 3D-модели пациента по результатам томографического исследования; поиска направления путей доступа, контроля безопасности формируемого раневого канала; сопряжения системы координат виртуальной модели с пациентом. Предварительные результаты клинического исследования показали успешность 3D-моделирования для качественной визуализации пораженного органа при хирургическом вмешательстве.

Одним из условий реализации проекта является привлечение индустриального партнера. Им стал Марийский машиностроительный завод. По результатам проведенной научно-исследовательской работы он создаст опытный образец системы для внедрения его в производство и вывода на российский рынок медицинской техники. Предприятие уже разработало технические предложения по реализации разработки в виде аппаратно-программного комплекса. Сотрудники завода готовы приступить к созданию специализированного вычислительного модуля для обработки и совмещения изображений.

Макетный образец проекта демонстрировался в Сколково на форуме «Открытые инновации» и на прошедшем в Йошкар-Оле форуме «Инженерные кадры — будущее инновационной экономики России». В декабре его авторы приняли участие в семинаре по нейрохирургии в Праге, где на базе нейрохирургической клиники ознакомились с работой аналогичных зарубежных систем.

К следующему этапу работы над проектом сотрудники ПГТУ, ММЗ и РКБ приступят в 2018 году. В планах — завершение разработки программного обеспечения, формирование моделей предоперационного планирования, программы операционной навигации, окончательное оформление технической документации. Кстати, ученые предполагают включить в состав комплекса трехмерную визуализацию — с помощью либо очков дополненной реальности, либо многоракурсных мониторов.

Говоря о значении проводимой работы, нельзя не отметить, что этот и другие реализуемые в рамках федеральной целевой программы проекты позволят довести долю отечественных медицинских изделий на внутреннем рынке до 40%, а также обеспечить рост экспорта продукции отечественной медицинской промышленности. В целом же сегодня мировой уровень развития вычислительных систем и алгоритмов, а также хирургической практики таков, что применение технологий трехмерного моделирования и дополненной реальности становится необходимым условием для обеспечения качественного и безопасного проведения хирургических вмешательств. И очень важно, что в создании новых технологий активное участие принимают представители Республики Марий Эл.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.