Публікація: Методи та засоби комп'ютерного планування пластичних втручань на обличчі людини
Завантаження...
Дата
2015
Автори
Назва журналу
ISSN журналу
Назва тома
Видавництво
Анотація
Дисертаційна робота присвячена розробці нових методів і засобів комп'ютерного планування пластичних втручань на обличчі людини. Робота є синтезом трьох напрямків досліджень, об'єднаних спільною метою. З них два напрямки є прикладними, а один можна назвати методичним, оскільки методи, розроблені в рамках цього напрямку, дозволяють практично вирішувати прикладні завдання дослідження. Розробка методів і засобів комп'ютерного планування пластичних втручань на обличчі людини проводилася у такій послідовності. Спочатку були створені алгоритми і програми, які забезпечили можливість проведення 3D візуалізації голови людини. При цьому вирішувалися завдання створення такого програмного комплексу, який може бути розгорнутим на будь-якому універсальному швидкодіючому комп'ютері. З цією метою дисертантом розв’язувалися такі завдання: початкова комп'ютерна обробка томографічних даних або даних фотограмметрії; тональна компресія; сегментація томографічних зображень голови людини; визначення контурів сегментованих областей на томографічних зрізах; розробка підсистеми візуалізації полігональних моделей анатомічних структур; побудова полігональних моделей обличчя і верхніх дихальний шляхів за результатами рентгенівського томографічного дослідження голови пацієнта; розробка методів програмної об'ємної візуалізації томографічних даних; використання методу програмного відкидання променів і створення алгоритму його реалізації. Реалізація завдань цього напрямку досліджень дозволила перейти до розв’язання наступного завдання ‑ створення віртуальних комп'ютерних моделей обличчя людини з можливістю такої корекції, яка відповідає бажанням пацієнта і відповідним природним біолого-анатомічним вимогам. Для випадку вирішення зазначеної задачі з використанням даних комп'ютерної томографії розроблений метод пересування зв’язаних вокселів, як найменш трудомісткий, а, отже, і найбільш швидкодіючий. Створені два методи пересування елементів томографічного об’єму, з яких один ефективний при не надто великій кількості вокселів, що пересуваються, але допускає біологічну інтерпретацію процесу, а другий ‑ абстрактний та універсальний. Для другого метода визначено клас функцій, які надають можливості різних за формою трансформацій просторової моделі і при цьому позбавлені невизначеностей, які випливають з вимоги відсутності стикання вокселів. Для моделювання пластичних втручань на обличчі людини з використанням даних фотограмметрії розроблений спосіб 3D деформації, що ґрунтується на деформуючих перетвореннях полігональних сіток і застосуванні деформуючого інструменту. Вивчено і обґрунтовано використання різних функціональних виразів, що визначають характер використання цього «деформуючого пензля». Третій напрямок досліджень ‑ визначення показань до ринопластики на основі створення тривимірної моделі верхніх дихальних шляхів і оцінки, виходячи з цієї моделі, функціональної спроможності повітряпровідної системи носа пацієнта. Для цього побудована аеродинамічна модель, яка описує рух повітря у верхніх дихальних шляхах, що разом з результатами інтроскопічних досліджень дозволило створити ітераційний алгоритм, який дає можливість оцінити стан повітряносних шляхів носа і, тим самим, встановити їх функціональну спроможність, а, отже, і наявність або відсутність показань до ринопластики.
The thesis is devoted to the development of new methods and tools for plastic interventions planning on the human face. The work is a synthesis of three research areas united by a common purpose. The two areas have applied nature. And one are can be called methodical because the methods developed in this direction allow practically solve applied problems of research. The development of methods and tools of computer planning plastic interventions on the human face was performed in the following sequence. First the algorithms and programs that provide the possibility of 3D visualization of the human head were created. Thus formulate and solve the task of creating a software that can be deployed to any universal high-performance computers. By the author of the work were resolved local problems: initial computer processing CT data or photogrammetric data, tone mapping, segmentation of CT images of the human head, defining the contours of the segmented regions on the CT slices, development of a visualization subsystem for the rendering of polygonal models of facial anatomical structures and upper respiratory tract, constructing polygonal models of a face and upper respiratory tract by processing CT of the patient’s head, development of methods for software volume rendering of CT data. The implementation of these research goals allows move to the next problem - the problem of creation of virtual computer models of the human face, that allow to make necessary adjustments in the model according to the wishes of the patient and corresponding to the natural biological and anatomical requirements. For the solution of this problem by using a CT data method based on voxels moving was developed. This method is the least operator time-consuming and, also most fast. Two methods of moving elements tomographic volume were developed. One of them is effective if not many voxels was moved, but allows biological interpretation of the process. The second one is more abstract and more universal. For the second method the was developed class of functions that provide opportunities for various forms of transformation of the spatial model. For plastic interventions modeling using photogrammetric data the deformation method was developed. This 3D deformation method is based on polygonal meshes transformations and using of the sculpting brush. The use of different functional expressions that define the nature of the use of this deformation tool was investigated. The third area of research was the solving problem of determining the indications for rhinoplasty through the creation of three-dimensional model of the upper respiratory tract and evaluation on the basis of this model, the functional viability of the patient's nose breathe. For this purposes was built aerodynamic model which describes the movement of air in the upper airways, and together with the results of introscopic investigations allows to create iterative algorithm for establishing functional viability of the patient’s nose, and, therefore, the presence or absence indications for rhinoplasty.
Опис
Ключові слова
віртуальна модель обличчя, медична візуалізація, передопераційне планування, virtual face model, medical imaging, preoperative planning
Бібліографічний опис
Кнігавко Ю. В. Методи та засоби комп'ютерного планування пластичних втручань на обличчі людини : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.11.17 "Біологічні та медичні прилади та системи" / Ю. В. Кнігавко ; М-во освіти і науки України, Харків. нац. ун-т радіоелектроніки. – Харків : ХНУРЕ, 2015. – 20 с.