Новая математическая модель черепа могла бы в будущем способствовать проведению медицинского обследования головы при помощи лишь небольшого рентгеновского снимка или даже совсем без него, таким образом значительно снижая нагрузку радиоактивного облучения.
Современные рентгеновские устройства являются настоящими высокотехнологичными устройствами и могут использоваться целенаправленно. «Тем не менее, было доказано, что доза облучения от рентгеновских лучей постоянно увеличивалась с 1990-х годов, так что все меры радиационной защиты должны приветствоваться. Особенно дети и подростки с их повышенной радиационной чувствительностью должны подвергаться как можно меньшему облучению», - говорит профессор, доктор мед. наук Ральф Шульце из отделения челюстно-лицевой хирургии Университетской клиники Майнца. Он возглавляет рабочую группу Университета им. Иоганна Гутенберга (JGU) в области исследований BiomaTiCS - биоматериалов, тканей и клеток в науке, которая занимается изучением взаимодействия тканей и клеток с чужеродными материалами и поверхностями. Другими партнерами проекта являются профессор, доктор мед. наук Эльмар Шёмер из Института информатики Университета им. Иоганна Гутенберга в Майнце и профессор, доктор мед. наук Марио Боч, руководитель исследовательской группы «Компьютерная графика и обработка геометрии». Целью проекта является разработка метода, который позволит рассчитывать форму лицевого черепа на основе максимум одного рентгеновского снимка в сочетании со сканированием лица. Это значительно уменьшит дозу облучения при определенных исследованиях. Проект показал, что расчет лицевого черепа возможен даже при сканировании лица. Изначально исследователи сами не ожидали такого результата.
Чем больше данных, тем лучше модель
Представленный метод основан на статистических моделях, описывающих вариации лиц, лицевых черепов и толщины кожи лица. Чтобы получить модели, исследователи проанализировали трехмерные изображения примерно 40 черепов и 80 лиц, которые были получены в основном из Университетской клиники Майнца.
Ученые разработали свои модели на основе набора точек измерения, соединенных треугольниками, которые покрывают лицо или череп, как сетка с треугольными ячейками. Точное расположение вершин этих треугольников отличается для каждого лица или каждого черепа. Разработанные статистические модели теперь кодируют статистическое распределение вершин по отношению к анализируемым изображениям черепа или лица. «Чем больше у нас данных, тем более точной становится модель», - объясняет Боч.
Применение в двух направлениях
Что особенного в этой модели? Она может применяться в двух направлениях. «Нашей первой целью было вычислить череп человека на основе его формы лица», - говорит один из исследователей, доктор мед. наук Шванеке. Но работает и обратная сторона этого метода: исследователи могут восстановить то, как могло бы выглядеть лицо при наличии черепа. «Это интересно, например, для судебно-медицинской экспертизы или даже для антропологии». При этом, при помощи модели рассчитывается трехмерная форма лица. Тем не менее, она может выглядеть очень по-разному, в зависимости от того, стройный ли человек или является обладателем избыточного веса. «Вот почему мы создаем разные варианты», - объясняет Яша Ахенбах, который работает над проектом в аспирантуре в Билефельде. На самом деле, кожа на черепе сравнительно тонкая и плотно прилегает. И можно предположить, что получить представление о черепе по лицу легко. «Но это не так просто», - говорит профессор, доктор мед. наук Боч. Одна из причин этого заключается в том, что толщина кожи сильно варьируется: в зависимости от того, насколько она толстая или тонкая в отдельных местах, череп под ним может выглядеть по-разному. Но именно это статистические модели и принимают во внимание.
Меньше рентгеновского излучения во время ортодонтического лечения
«Я предполагаю, что на основе этих моделей мы сможем, например, сократить количество рентгенологических исследований при ортодонтическом лечении», - утверждает профессор Шванеке.
Этого же результата ожидают Томас Гитцен и Роберт Брилка из Университета Рейн-Мейн (RheinMain), которые работают аспирантами в проекте Kephalos. «Для нашего расчета необходимо только поверхностное сканирование лица. Оно также может дополнительно подкрепляться одним боковым рентгеновским снимком», - говорит Гитцен.
Современные рентгеновские устройства являются настоящими высокотехнологичными устройствами и могут использоваться целенаправленно. «Тем не менее, было доказано, что доза облучения от рентгеновских лучей постоянно увеличивалась с 1990-х годов, так что все меры радиационной защиты должны приветствоваться. Особенно дети и подростки с их повышенной радиационной чувствительностью должны подвергаться как можно меньшему облучению», - говорит профессор, доктор мед. наук Ральф Шульце из отделения челюстно-лицевой хирургии Университетской клиники Майнца. Он возглавляет рабочую группу Университета им. Иоганна Гутенберга (JGU) в области исследований BiomaTiCS - биоматериалов, тканей и клеток в науке, которая занимается изучением взаимодействия тканей и клеток с чужеродными материалами и поверхностями. Другими партнерами проекта являются профессор, доктор мед. наук Эльмар Шёмер из Института информатики Университета им. Иоганна Гутенберга в Майнце и профессор, доктор мед. наук Марио Боч, руководитель исследовательской группы «Компьютерная графика и обработка геометрии». Целью проекта является разработка метода, который позволит рассчитывать форму лицевого черепа на основе максимум одного рентгеновского снимка в сочетании со сканированием лица. Это значительно уменьшит дозу облучения при определенных исследованиях. Проект показал, что расчет лицевого черепа возможен даже при сканировании лица. Изначально исследователи сами не ожидали такого результата.
Чем больше данных, тем лучше модель
Представленный метод основан на статистических моделях, описывающих вариации лиц, лицевых черепов и толщины кожи лица. Чтобы получить модели, исследователи проанализировали трехмерные изображения примерно 40 черепов и 80 лиц, которые были получены в основном из Университетской клиники Майнца.
Ученые разработали свои модели на основе набора точек измерения, соединенных треугольниками, которые покрывают лицо или череп, как сетка с треугольными ячейками. Точное расположение вершин этих треугольников отличается для каждого лица или каждого черепа. Разработанные статистические модели теперь кодируют статистическое распределение вершин по отношению к анализируемым изображениям черепа или лица. «Чем больше у нас данных, тем более точной становится модель», - объясняет Боч.
Применение в двух направлениях
Что особенного в этой модели? Она может применяться в двух направлениях. «Нашей первой целью было вычислить череп человека на основе его формы лица», - говорит один из исследователей, доктор мед. наук Шванеке. Но работает и обратная сторона этого метода: исследователи могут восстановить то, как могло бы выглядеть лицо при наличии черепа. «Это интересно, например, для судебно-медицинской экспертизы или даже для антропологии». При этом, при помощи модели рассчитывается трехмерная форма лица. Тем не менее, она может выглядеть очень по-разному, в зависимости от того, стройный ли человек или является обладателем избыточного веса. «Вот почему мы создаем разные варианты», - объясняет Яша Ахенбах, который работает над проектом в аспирантуре в Билефельде. На самом деле, кожа на черепе сравнительно тонкая и плотно прилегает. И можно предположить, что получить представление о черепе по лицу легко. «Но это не так просто», - говорит профессор, доктор мед. наук Боч. Одна из причин этого заключается в том, что толщина кожи сильно варьируется: в зависимости от того, насколько она толстая или тонкая в отдельных местах, череп под ним может выглядеть по-разному. Но именно это статистические модели и принимают во внимание.
Меньше рентгеновского излучения во время ортодонтического лечения
«Я предполагаю, что на основе этих моделей мы сможем, например, сократить количество рентгенологических исследований при ортодонтическом лечении», - утверждает профессор Шванеке.
Этого же результата ожидают Томас Гитцен и Роберт Брилка из Университета Рейн-Мейн (RheinMain), которые работают аспирантами в проекте Kephalos. «Для нашего расчета необходимо только поверхностное сканирование лица. Оно также может дополнительно подкрепляться одним боковым рентгеновским снимком», - говорит Гитцен.
