Анатомическое строение наружного носа в свете новых информационных технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анатомическое строение наружного носа в свете новых информационных технологий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Научные исследования, посвященные развитию и внедрению новых информационных технологий в различных отраслях знаний, в том числе и в медицине в настоящее время занимают приоритетное положение в развитие науки и техники [Приказ Президента Российской Федерации от 21 мая 2006 года (Пр-843 и ПР-842), Распоряжение Президиума РАМН №14-09/40 от 27.07.06.].

Несмотря на то, что анатомия наружного носа изучена достаточно хорошо, развитие ринохирургии требует от клиницистов точных персонифицированных знаний о строении наружного носа. Сам термин «наружный нос» широко распространен в специализированной литературе [Г.З. Пискунов, С.З. Пискунов, 2002]. Размеры и форма наружного носа являются важным диагностическим признаком в антропологических исследованиях, так как отличаются высокой изменчивостью: расовой, возрастно-половой, индивидуальной [Б. А. Никитюк, 1983]. До настоящего времени анатомия наружного носа изучалась классическими методами и работ посвященных применениям современных информационных технологий крайне мало. Удобным инструментом, позволяющим проводить измерения и планировать операции, является система бесконтактных измерений и построения трехмерной модели поверхности тела пациента [Knyaz V.A., Sibiryakov A.V., 1998; Knyaz V.A., Zheltov S.U., 2000; Н.А. Адамская, Г.Г. Кармазановский, В.А. Князь, И.А. Косова. 2005]. Вместе с тем данный метод не отображает топографо-анатомических взаимоотношений. Существующие проекты в США, Великобритании, Франции основаны на использовании художественных графических пакетов с записью всех точек всех поверхностей в пространстве так и данных Visible Human Project [Bushyhead AL, Bouvier M, Benson AN., 1995; Beylot P, Gingins P, Kalra P, Thalmann NM, Maurel W, Thalmann D, Fasel J., 1996]. Данные продукты не отображают индивидуальных особенностей тела пациента и являются, по сути, анатомическими атласами, созданными на основе одного масштабного исследования. Трехмерная виртуальная среда дает возможность накопления не только результатов, но и материалов исследования, что при исследовании прижизненной анатомии невозможно достичь никакими другими способами.

Трехмерная векторная модель анатомических структур - это математическое описание формы и взаиморасположения анатомических образований в пространстве, которое не может быть выполнено иными способами [А.А. Лойт, 2004]. В связи с этим, требуется создание индивидуализированных моделей, позволяющих осуществлять в виртуальной среде анализ анатомических структур на любом уровне и имитировать ход хирургического воздействия с максимальной анатомической достоверностью, актуально и имеет не только теоретическое, но и практическое значение.

Соответствие диссертационного исследования шифру специальности

Данная тема соответствует П. 8 Паспорта специальностей научных работников «Исследование строения живого человека с применением разнообразных клинических и инструментальных факторов» по шифру 14.00.02 - анатомия человека от 1 июля 2002 года.

Цель работы - Создать информационно-программный комплекс, основанный на данных компьютерной томографии и индивидуального компьютерного моделирования хирургической анатомии наружного носа, как метода исследования анатомии человека и средства оптимизации выполнения оперативных вмешательств.

Задачи исследования.

1.Адаптировать современное программное обеспечение для использования данных рентгеновской компьютерной томографии при изучении анатомии наружного носа.

2.Создать методику генерации индивидуальной компьютерной модели средней трети лица для использования ее как метода исследования анатомии человека и при выполнении оперативных вмешательств.

3.Обосновать достоверность метода виртуальной антропометрии.

4.Сформировать базу данных индивидуальных компьютерных моделей по хирургической анатомии наружного носа.

5.Дать практические рекомендации по правомочному использованию полученных данных как метода исследования в анатомии и при планировании оперативных вмешательств в области носа.

Научная новизна.

Впервые создан программный комплекс обеспечивающий исследования анатомических структур в трехмерном виртуальном пространстве.

Впервые определен количественный критерий оценки анатомической реалистичности трехмерного моделирования. Доказана обратная пропорциональность значения коэффициента реалистичности и оценки качества виртуальной анатомической модели, выраженной в баллах.

Впервые обоснована необходимость применения формата 3ds для сохранения и передачи анатомической информации о трехмерных объектах.

Впервые создана индивидуализированная компьютерная база изображений анатомических структур средней трети лица и наружного носа, дополненная трехмерными векторными моделями и оснащенная средствами визуализации и виртуальной антропометрии.

Впервые определены у лиц различных краниоморфных типов расстояния между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки для брахицефалов 4,7 ± 0,35 см, для мезоцефалов - 5,31 ± 0,36 см, долихоцефалов - 4,17 ± 0,33 см; расстояние между назолатеральными точками; для брахицефалов 3,35 ± 0,21 см, для мезоцефалов - 3,38 ± 0,23 см, долихоцефалов - 3,7 ± 0,18 см; расстояние между подглазничными отверстиями для брахицефалов 5,4 ± 0,22 см, для мезоцефалов - 5,08 ± 0,18 см, долихоцефалов - 4,08 ± 0,24 см; дакрильная ширина для брахицефалов 2,95 ± 0,3см, для мезоцефалов - 2,87 ± 0,31 см, долихоцефалов - 2,5 ± 0,2 см

Впервые были рассчитаны нестандартные показатели: площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками, площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку; разность между этими площадями.

Впервые у лиц различных краниоморфных типов выявлены анатомически и клинически значимые различия нестандартных показателей. Впервые доказано, что площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками максимальна у долихоцефалов (16,9 ± 0,81 см2) и минимальна у брахицефалов (15,4 ± 0.69 см2); площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку максимальна у мезоцефалов (21,1 ± 0,65 см2) и минимальна у долихоцефалов (18,62 ± 0,77 см²); разность между площадями максимальна у брахицефалов (3,99 ± 0,95 см2) и минимальна у долихоцефалов (1,99 ± 0,6 см²).

В ходе исследования впервые была определена путем сравнения результатов с классическими морфометрическими методами высокая достоверность метода виртуальной антропометрии.

Научно-практическая значимость.

В работе сформирован многофункциональный программный комплекс обеспечивающий совместимость диагностического оборудования, средств визуализации, моделирования и измерения анатомических структур в трехмерном пространстве.

На практике определены технические требования к разработке систем виртуальной реальности применительно к анатомическим исследованиям

Выработаны количественные критерии определения анатомической реалистичности трехмерного моделирования.

Разработан и обоснован алгоритм и техника выполнения построения трехмерных векторных моделей анатомических структур области носа.

Вследствие применения формата 3ds улучшено качество визуализации анатомических структур и обеспечена корректная передача трехмерных анатомических объектов между программными пакетами сторонних разработчиков.

Подтверждена эффективность выполнения нового метода виртуальной антропометрии, как средства оптимизации ринохирургических вмешательств снижающего нагрузку на пациента в период предоперационного обследования.

Создана индивидуализированная компьютерная база изображений анатомических структур средней трети лица и наружного носа, дополненная трехмерными векторными моделями и оснащенная средствами визуализации и виртуальной антропометрии.

Основные положения, выносимые на защиту.

Методика генерации индивидуальной векторной трехмерной модели строения наружного носа является технически выполнимой и не предусматривает привлечение врача - рентгенолога и программиста.

Применение формата 3ds улучшает качество визуализации анатомических структур при применении векторных форматов и обеспечивает корректную передачу трехмерных анатомических объектов.

Индивидуализированная компьютерная база радиологических изображений анатомических структур средней трети лица и наружного носа, дополненная трехмерными векторными моделями и оснащенная средствами визуализации и виртуальной антропометрии может применяться для научных исследований в виртуальной среде в области анатомии.

Существуют различия размеров между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки; расстояния между назолатеральными точками; расстояния между подглазничными отверстиями и дакрильной ширины у лиц различных краниоморфных типов.

Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками максимальна у долихоцефалов и минимальна у брахицефалов; площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку максимальна у мезоцефалов и минимальна у долихоцефалов; разность между площадями максимальна у брахицефалов и минимальна у долихоцефалов.

Реализация результатов исследования.

Работа была выполнена в отделе клинической и экспериментальной хирургии (зав. отделом - доктор медицинских наук, профессор А.А.Воробьев) Волгоградского научного центра РАМН и администрации Волгоградской области (директор - академик РАМН, доктор медицинских наук, профессор В.И.Петров), на кафедре оперативной хирургии и топографической анатомии (зав. кафедрой - доктор медицинских наук, профессор А.А.Воробьев) Волгоградского государственного медицинского университета (ректор - академик РАМН, доктор медицинских наук, профессор В.И.Петров), при участии специалистов отдела лучевой диагностики Волгоградского областного кардиологического центра и сотрудников кафедры систем автоматического проектирования и поискового конструирования Волгоградского государственного технического университета.

Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедрах анатомии человека, оперативной хирургии и топографической анатомии Волгоградского государственного медицинского университета и в лечебном процессе городской клинической больницы №1 г. Волжского.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Новые технологии в медицине» (Волгоград, 2004, 2005); Х научно - практической конференции в рамках международной выставки «Медицина и здоровье-2004»(Пермь, 2004); Всероссийской конференции с международным участием «Новые информационные технологии в медицине» (Волгоград, 2006); Всероссийской научной конференции «Анатомо-физиологические аспекты современных хирургических технологий» (Санкт-Петербург, 2006).

По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из которых две в ведущих, рецензируемых ВАК РФ изданиях.

Структура и объём диссертации.

Диссертация выполнена на 124 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц, иллюстрирована 34 рисунками. Работа состоит из введения, обзора литературы, главы описания материалов и методов исследования, главы собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов. Список литературы содержит 148 источников (93 на русском и 55 на иностранных языках).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для реализации исследования нами был сформирован электронный архив результатов компьютерной томографии средней трети лица. Для его создания был проанализирован архив данных КТ исследований отдела лучевой диагностики Волгоградского областного кардиологического центра за период с 17.11.2000 по 08.12.2003, включающий данные 7400 исследований.

Всего нами было отобрано и сгруппировано по годам 120 исследований пациентов различного пола и возраста (Таб.1). Общий объем информации составил 5,61 Гбайт.

Таблица 1Возрастная и половая принадлежность пациентов отдела лучевой диагностики Волгоградского областного кардиологического центра

Возраст (лет)	20-30	30-40	40-50	50-60	60-70	Всего
Пол
Мужчины	8	15	16	11	14	64
Женщины	2	16	17	10	11	56
Итого	10	31	33	21	25	120

Для верификации результатов было проведено антропометрическое исследование на 100 добровольцах (Таб.2) различного пола и возраста, и трупном материале (Таб.3). Исследования на трупном материале проводилось на базе патологоанатомического бюро городской больницы №1 г. Волжского.

Таблица 2 Возрастная и половая принадлежность исследуемых объектов (добровольцев).

Возраст (лет)	20 - 25	26 - 30	31 - 35	35 - 40	Всего
Пол
Мужчины	32	14	8	6	60
Женщины	20	9	7	4	40
Итого	52	23	15	10	100

Таблица 3 Возраст и пол трупов, используемых для исследования.

Возраст (лет) Пол	35 - 40	41 - 45	46 - 50	51 - 60	Всего
Мужчины	8	12	15	11	46
Женщины	2	2	4	6	14
Итого	10	14	19	17	60

В целях адаптации программного обеспечения нами были отобраны в виде инсталляционных пакетов 11 единиц программного обеспечения предназначенного для работы с радиологическими данными как свободно распространяемого, так и полнофункциональных продуктов с ограничением по времени использования. Пакеты XMedCon 0.6.2 GtkWin32, ImageJ 1.34s, RadFiler, DICOMWorks, PiView 3.0 компании MediFace, eFilmWorkstation фирмы Medical Imaging System, AccuView Lite и DICOM Patient Identity Remover Version 3.2 фирмы AccuImageDiagnostics, UniViewer (UniPACS), VGStudio Max v1.1.210 (Volume Graphics GmbH, Copyright 2001-2006), 3D-DOCTOR for Windows (9X/NT/2000/ME/XP) (Able Software Corp) были последовательно установлены на данную систему с целью анализа их работы.

В качестве пакетов трехмерной графики нами были применены как программа трехмерой визуализации Alteros 3D (Lighttek Software), так и система инженерной графики Actify SpinFire Pro v2004 (Actify Inc,.Copyright (C) 1996-2004).

Для построения моделей нами применялось программное обеспечение 3D Doctor for Windows от Able Software Corporation (США), непосредственно поддерживающее стандарт DICOM 3.0.

Разработанный нами процесс генерации индивидуальных компьютерных моделей средней трети лица подразумевает последовательное выполнение шести этапов.

На первом этапе производилась анонимизация электронного архива результатов компьютерной томографии средней трети лица при помощи утилиты DICOM Patient Identity Remover Version 3.2 (AccuImage Diagnostics Corp. Copyright (C) 2000 - 2004). При этом были удалены персональные данные пациентов за исключением информации о поле и дате рождения пациента и года проведения исследования.

На втором этапе при помощи программного средства AccuLite (AccuImage Diagnostics Corp. Copyright (C) 2000 - 2004) производился предварительный просмотр сканов для исключения грубых артефактов исследования и выбор тех исследований, в которых зона сканов наиболее полно охватывает среднюю треть лица. Условием достаточным для включения в исследование считался охват от глабеллы до колюмеллы на сканах в аксиальной проекции. Так же определялась толщина скана и их количество в серии. В корневой папке каждого исследования формировалась папка с рабочей копией данных. При помощи файлового менеджера имена сканов рабочей копии изменялись в режиме простой нумерации для облегчения контроля формирования виртуальной топографо-анатомической среды.

На третьем этапе производился экспорт данных в формате DICOM из рабочей копии в программу 3D-DOCTOR for Windows (Able Software Corp), где нами формировалась виртуальная топографо-анатомическая среда, и производилась коррекция расположения сканов в виртуальном пространстве. Результатом данного этапа обработки являлся файл, описывающий порядок расположения, количество и местонахождение файлов для последующей работы программы. Данная операция производилась под визуальным контролем, при использовании монтажного окна программы.

На четвертом этапе нами производилось формирование контуров трехмерной модели при помощи механизма интерактивной сегментации. Для построения модели костных структур выбирался скан отображающий достоверно костные и мягкотканые структуры различной толщины, проходящий парные носовые кости. Аналогичным образом производилось построение модели хрящевых структур. Построение модели наружной поверхности тела производилось исходя из соображения, что к телу относятся все области скана отличные от плотности воздуха и включающие в себя уже определенные анатомические структуры.

На пятом этапе отдавалась команда на построение наружных и внутренних контуров выделенных структур. После чего производилась автоматическая генерация трехмерной модели. Контроль артефактов построения осуществляется визуально. На основе полученных моделей производилась генерация комплексного объекта, включающего в себя все перечисленные области.

Шестым этапом производилась оценка анатомической реалистичности моделирования в зависимости от толщины скана и формата сохранения трехмерной модели.

Оценка производилась по 5 - балльной шкале при визуальном анализе моделей. Оценивались следующие характеристики:

1.Полнота охвата трехмерной моделью анатомических структур (парные носовые кости, медиальный край лобного отростка верхней челюсти, а также передний отдел небных отростков верхней челюсти).

2.Искажения геометрии модели.

3.Различимость на модели парных носовых костей, медиального края лобного отростка верхней челюсти, а также переднего отдела ее небных отростков

Для определения и сравнения критериев качества визуализации и моделирования впервые нами предложен способ количественной оценки в виде расчета коэффициента реалистичности (КР):

КР = ВТС / ЧС,

где

КР - коэффициент анатомической реалистичности

ВТС - виртуальная толщина скана

ЧС - число сканов (ЧС), проходящих через заданную анатомическую область

Кефалометрия в виртуальном пространстве была выполнена на трехмерных моделях в виртуальном пространстве. Для верификации результатов было проведено антропометрическое исследование на живых людях и трупном материале классическим методом. Измерения мозгового и лицевого черепа проводились модифицированным нами штангенциркулем длиной 25 см. и ценой деления 0,1 мм. Все объекты исследования разделялись на три группы: 1 группа - имеющие брахицефалический, 2 группа - мезоцефалический тип и 3 группа - долихоцефалический тип строения черепа. Групповая принадлежность определялась путем измерения поперечного и продольного диаметра головы с последующим математическим вычислением головного индекса (поперечно-продольного указателя) в процентах:

Головной индекс (%) = (поперечный диаметр головы / продольный диаметр головы) Ч 100,

где

- поперечный диаметр (мм.) - расстояние между наиболее выступающей кнаружи точки головы (эурион) - eu - eu;

- продольный диаметр (мм.) - расстояние между точками глабелла (g) и опистокранион (op) - g - op;

Согласно классификации R.Martin (1926), к 1 группе были отнесены лица с головным индексом 80 и >%, к 2 группе - 75 - 79,9% и к 3 группе - < 75% [Храппо Н.С., и др., 2001].

В каждой группе во время кефалометрического исследования были проведены следующие измерения:

- срединная линия между субназальной точкой (ns) и линией, соединяющей дакрильные точки (d-d), (см.);

- расстояние между назолатеральными точками, (см.);

- расстояние между основаниями вторых верхних премоляров, соответствующее месту прохождения вертикали, опущенной через подглазничное отверстие [Сергиенко В.И., Петросян Э.А., Фраучи И.В., 2001], (см.);

- дакрильная ширина (d - d), (см.);

При этом, размеры нами были определены как расстояния между произвольными точками A(x1, y1, z1) и B(x2, y2, z2) в трехмерном пространстве декартовой системы координат и вычислялись по формуле:

d(A;B) = v ((x2 - x1)^2 + (y2 - y1)^2+ (z2 - z1)^2);

где x1, y1, z1, x2, y2, z2 - координаты точек в трехмерном декартовом пространстве

Координаты середин отрезков x ср, y ср, z ср, определялись по формулам:

x ср = (x1 + x2) / 2;

y ср = (y1+y2) / 2;

z ср = (z1 + z2) / 2;

где x1, y1, z1, x2, y2, z2 - координаты точек в трехмерном декартовом пространстве

Так же впервые были рассчитаны нестандартныепоказатели:

- площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками(S1), (см²);

- площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку (S2), (см²);

- разность между площадями(S3), (см²);

При этом площади определялась исходя из формулы расчета площадей правильных трапеций:

S1 (см2) = (AB + DF/2) Ч SE;

S2 (см2) = (AB + СG/2) Ч SE,

где AВ - верхнее основание правильной трапеции - дакрильная ширина (d - d)) (см.);

DF - нижнее основание правильной трапеции расстояние между назолатеральными точками (см.);

CG - нижнее основание правильной трапеции - расстояние между точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия, с линией проходящей через субназальную точку (см.);

SE - высота правильной трапеции (соответствует срединной линии носа, проведенной от его основания (sn) до пересечения с серединой дакрильной линии (d - d)) (см )

Полученные числовые значения, подвергались вариационно - статистической обработке общепринятыми методами [Браверманн Э.М., Мучник Н.Б., 1993; Платонов А.Е., 2000]. Расчет средней арифметической величины, среднего квадратичного отклонения, ошибки репрезентативности, сравнение средних значений по критерию Стьюдента были выполнены с помощью программного пакета EXCEL 7.0 (Microsoft, USA).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Были проанализированы свободно распространяемые и демонстрационные версии программ, доступные через Интернет, а также некоторые коммерческие программные продукты.

В процессе исследования нами были выявлены преимущества и недостатки перечисленного программного обеспечения.

Таким образом, в процессе исследования нами был сформирован программный комплекс, отвечающий современным требованиям к системам клинической и научной визуализации, с возможностью генерации трехмерных векторных моделей. По сумме возможностей визуализации комплекс превосходит отдельно взятые программные продукты, что дает дополнительные возможности при изучении сложных анатомических областей, к которым относится область носа.

Для количественного определения и сравнения критериев качества визуализации и моделирования производился расчет коэффициента реалистичности анатомического моделирования (КР). Величины рассчитанных коэффициентов для различных моделей округлялись до тысячных долей. (Таб. 4)

Таблица 4 Зависимость качества модели от формата данных, коэффициента анатомической реалистичности и виртуальной толщины скана

Показатель	Величины
Виртуальная толщина скана (мм)	1	1,5	2	3
Коэффициент анатомической реалистичности	0,011	0,023	0,042	0,094
Оценка качества модели STL(в баллах)	4	3	2	1
Оценка качества модели 3ds(в баллах)	5	4	3	2

Существует обратная зависимость анатомической реалистичности (качества) моделей от толщины скана в серии, что коррелирует с данными специализированной литературы о применении стереолитографичнских установок при анатомических исследованиях. При толщине скана 3мм и коэффициенте реалистичности в пределах от 0.08 до 0,1 качество может быть признано не более чем удовлетворительным, при уменьшении до 1 - 1.5 мм толщины скана существует возможность генерации фотореалистичной модели без применения средств обработки графики. Коэффициент реалистичности в данном случае не должен превышать 0,015. Полученные данные обосновывают необходимость применения формата 3ds, ранее не применявшегося для анатомических исследований, для сохранения и передачи анатомической информации о трехмерных объектах, как дающего существенное преимущество в качестве передачи визуальной информации. Анализ показал выраженное преимущество формата 3ds примененного для сохранения и экспорта анатомических трехмерных моделей.

В качестве информационной составляющей информационно-программного комплекса была создана электронная база результатов компьютерной томографии средней трети лица, предназначенная для проведения исследовательской работы и обеспечения учебного процесса. Анализ показал, что в базу данных были включены результаты рентгеновской компьютерной томографии пациентов различных возрастных групп. В ее составе 3D векторные модели костных объектов, модели поверхности средней трети лица и комбинированные многослойные модели (верхних латеральных, нижних латеральных, добавочных хрящей и непарного хряща перегородки носа). Кефалометрический анализ показал, что среди исследованных наборов данных и трехмерных моделей 42% были отнесены к брахицефалическому, 54% к мезоцефалическому и 4% к долихоцефалическому типам строения черепа.

Следует отметить, что каждая трехмерная векторная модель анатомических структур - это математическое описание формы и взаиморасположения анатомических образований в пространстве, которое не может быть выполнено иными способами

Созданная нами база данных может применяться для проведения антропометрических исследований в виртуальной среде и в плане анатомических исследований дает возможность неограниченного числа повторений исследования, его расширения и облегчает стандартизацию измерений. В аспекте хирургических исследований база данных позволит дать объективное обоснование новых методов ринопластических вмешательств, определить оптимальность их технического выполнения и достоверность достигнутого результата на основании индивидуальных анатомических особенностей.

Для определения возможностей виртуальной краниометрии впервые нами было проведено антропометрическое исследование моделей средней трети лица в полностью в виртуальной среде.

Среди исследованных наборов данных результатов рентгеновской компьютерной томографии и трехметных моделей 42% были отнесены к брахицефалическому (1 группа), 54% к мезоцефалическому типу (2 группа) и 4% к долихоцефалическому (3 группа) типам строения черепа. При этом значения черепного индекса в 1 группе составляли 83,7 ± 2,34 %, во 2 группе 77,8 ± 1,45 % и в 3 группе 72,9 ± 0,91 %.

Для верификации полученных данных, нами проведено прижизненное антропометрическое исследование 100 добровольцев и антропометрическое исследование 100 трупов, с математическим вычислением величин, характерных для лиц различных краниоморфных типов. Среди исследованных лиц 43% были отнесены к брахицефалическому (1 группа), 52% к мезоцефалическому типу (2 группа) и 5% к долихоцефалическому (3 группа) типам строения черепа. При этом значения черепного индекса в 1 группе составляли 83,8 ± 2,32 %, во 2 группе 77,7 ± 1,35 % и в 3 группе 72,8 ± 0,84 %.

В 1 группе анатомических моделей (брахицефалический тип) методом виртуальной краниометрии получены следующие данные. Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки составляла 4,8 ± 0,6 см., дакрильная ширина составляла 2,9 ± 0,4 см. Расстояние между подглазничными отверстиями составляло 5,2 ± 0,61 см. Ширина основания носа была равна 3,4 ± 0,25 см. Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (зона минимальной доступности) составляла 15,7 ± 0,92 см². Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку (площадь максимальной доступности) составляла 19,5 ± 0,88 см². Разность между площадями (резерв расширения операционной раны) составил 3,9 ± 1,1 см². В 1 группе (брахицефалический тип) классическими методами получены следующие данные. Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки 4,7 ± 0,35 см., дакрильная ширина составляла 2,95 ± 0,3 см. Расстояние между подглазничными отверстиями 5,4 ± 0,22 см. Ширина основания носа была равна 3,35 ± 0,21 см. Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (зона минимальной доступности) составляла 15,4 ± 0,69 см². Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку составляла 19,6 ± 0,71 см². Разность между площадями составила 3,99 ± 0,95 см². (Таб.5)

Таблица 5 Сравнение параметров полученных по данным виртуальной кефалометрии с данными классического анатомического исследования (Брахицефалический тип)

Параметры	Виртуальная кефалометрия	Классическая кефалометрия	Коэффициент Стьюдента
Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки(см)	4,8 ± 0,6	4,7 ± 0,35	0,29
Дакрильная ширина (см)	2,9 ± 0,4	2,95 ± 0,3	0,2
Расстояние между подглазничными отверстиями (см)	5,2 ± 0,61	5,4 ± 0,22	0,61
Ширина основания носа (см)	3,4 ± 0,25	3,35 ± 0,21	0,30
Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (S1) (см2)	15,7 ± 0,92	15,4 ± 0,69	0,52
Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку (S2) (см2)	19,5 ± 0,88	19,6 ± 0,71.	0,18
Разность между площадями (S3) (см2)	3,9 ± 1,1	3,99 ± 0,95	0,12

Во 2 группе анатомических моделей (мезоцефалический тип) методом виртуальной краниометрии получены следующие данные. Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки составляла 5,25 ± 0,41 см., дакрильная ширина составляла 2,9 ± 0,35 см. Расстояние между подглазничными отверстиями 5,1 ± 0,58 см. Ширина основания носа была равна 3,33 ± 0,28 см. Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (зона минимальной доступности) составляла 16,41 ± 0,73 см². Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку (площадь зоны максимальной доступности) составляла 20,9 ± 0,93 см². Разность между площадями составила 3,25 ± 0,99 см². Во 2 группе (мезоцефалический тип) классическими методами получены следующие данные. Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки составляла 5,31 ± 0,36 см., дакрильная ширина составляла 2,87 ± 0,31 см. Расстояние между подглазничными отверстиями 5,08 ± 0,18 см. Ширина основания носа была равна 3,38 ± 0,23 см. Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (зона минимальной доступности) составляла 16,3 ± 0,55 см². Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку (площадь зоны максимальной доступности) составляла 21,1 ± 0,65 см². Разность между площадями составила 3,2 ± 0,81 см². (Таб.6)

Таблица 6 Сравнение параметров полученных по данным виртуальной кефалометрии с данными классического анатомического исследования (Мезоцефалический тип).

Параметры	Виртуальная кефалометрия	Классическая кефалометрия	Коэффициент Стьюдента
Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки (см)	5,25 ± 0,41	5,31 ± 0,36	0,21
Дакрильная ширина(см)	2,9 ± 0,35	2,87 ± 0,31	0,13
Расстояние между подглазничными отверстиями (см)	5,1 ± 0,58	5,08 ± 0,18	0,06
Ширина основания носа (см)	3,33 ± 0,28	3,38 ± 0,23	0,27
Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (S1) (см2)	16,41 ± 0,73	16,3 ± 0,55	0,24
Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку (S2) (см2)	20,9 ± 0,93	21,1 ± 0,65	0,35
Разность между площадями (S3(см2))	3,25 ± 0,99	3,2 ± 0,81	0,07

В 3 группе анатомических моделей (долихоцефалический тип) методом виртуальной краниометрии получены следующие данные. Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки составляла 5,1 ± 0,7 см., дакрильная ширина составляла 2,55 ± 0,2 см. Расстояние между подглазничными отверстиями 4,81 ± 0,3 см. Ширина основания носа была равна 3,64 ± 0,29 см. Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (зона минимальной доступности) составляла 16,88 ± 1,1 см². Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку составляла 18,79 ± 0,91 см². Разность между площадями составила 2,0 ± 0,8 см². В 3 группе (долихоцефалический тип) классическими методами получены следующие данные. Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки составляла 5,17 ± 0,33 см., дакрильная ширина составляла 2,5 ± 0,2 см. Расстояние между подглазничными отверстиями 4,8 ± 0,24 см. Ширина основания носа была равна 3,7 ± 0,29 см. Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (зона минимальной доступности) составляла 16,9 ± 0,81 см². Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку составляла 18,62 ± 0,77 см². Разность между площадями составила 1,99 ± 0,6 см². (Таб.7)

Таблица 7 Сравнение параметров полученных по данным виртуальной кефалометрии с данными классического анатомического исследования (Долихоцефалический тип)

Параметры	Виртуальная кефалометрия	Классическая кефалометрия	Коэффициент Стьюдента
Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки (см)	5,1 ± 0,7	5,17 ± 0,33	0,18
Дакрильная ширина (см)	2,55 ± 0,2	2,5 ± 0,2	0,35
Расстояние между подглазничными отверстиями (см)	4,81 ± 0,3	4,8 ± 0,24	0,1
Ширина основания носа (см)	3,64 ± 0,29	3,7 ± 0,18	0,35
Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (S1) (см2)	16,88 ± 1,1	16,9 ± 0,81	0,03
Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку (S2) (см2)	18,79 ± 0,91	18,62 ± 0,77	0,29
Разность между площадями (S3) (см2)	2,0 ± 0,8	1,99 ± 0,6	0,02

Таким образом, в ходе исследования нами выявлена высокая анатомическая достоверность генерированных трехмерных анатомических моделей и метода виртуальной антропометрии, так как данные полученные методами виртуальной антропометрии и классическим методом были практически идентичны (t<< 2).

В исследования определено (Таб. 8), что расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки имело близкие значения для лиц мезо- и долихоцефалического типа (5,31 ± 0,36 см. и 5,17 ± 0,33 см.) и несколько меньшее значение у брахицефалов (4,7 ± 0,35 см.) Наибольшая дакрильная ширина была определена у лиц брахи- и мезоцефалического типа (2,95 ± 0,3 см. и 2,87 ± 0,31 см.). В 3 группе (долихоцефалы) ее длина была несколько меньше (2,5 ± 0,2 см). Расстояние между подглазничными отверстиями достоверно различалась во всех трех группах. Ширина основания носа была близка у лиц брахи и мезоцфалического типа (3,35 ± 0,21 и 3,38 ± 0,23) и максимальна у долихоцефалов (3,7 ± 0,18).

Таблица 8 Сводная таблица результатов кефалометрии

Параметры	Типы строения головы
	Брахицефалический тип	Мезоцефалический тип	Долихоцефалический тип
Расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки (см)	4,7 ± 0,35 (tм=2,38)	5,31 ± 0,36 (tд=0,56)	5,17 ± 0,33 (tб=2,07)
Дакрильная ширина (см)	2,95 ± 0,3 (tм=0,37)	2,87 ± 0,31 (tд=2,08)	2,5 ± 0,2 (tб=2,59)
Расстояние между подглазничными отверстиями (см)	5,4 ± 0,22 (tм=2,25)	5,08 ± 0,18 (tд=2,03)	4,8 ± 0,24 (tб=3,95)
Ширина основания носа (см)	3,35 ± 0,21 (tм=0,19)	3,38 ± 0,23 (tд=2,3)	3,7 ± 0,18 (tб=2,67)
Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками (S1) (см2)	15,4 ± 0,69 (tм=2,04)	16,3 ± 0,55 (tд=1,34)	16,9 ± 0,81 (tб=3,04)
Площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку (S2) (см2)	19,6 ± 0,71 (tм=3,12)	21,1 ± 0,65 (tд=5,32)	18,62 ± 0,77 (tб=2,00)
Разность между площадями (S3) (см2)	3,99 ± 0,95 (tм=1,27)	3,2 ± 0,81 (tд=2,4)	1,99 ± 0,6 (tб=3,69)

Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками у лиц мезо- и долихоцефалического типов была сопоставима (16,3 ± 0,55 см² и 16,9 ± 0,81 см².) и имела наименьшее значение у брахицефалов (15,4 ± 0,69 см².) Наибольшая площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку достигалась у мезоцефалов (21,1 ± 0,65 см².). Ее минимальное значение наблюдалось у лиц долихоцефалического типа (18,62 ± 0,77 см² ). Разность между площадями была достоверно меньше у лиц долихоцефалического типа

ВЫВОДЫ

1. Разработанный программный комплекс для исследования прижизненной анатомии наружного носа отвечает современным требованиям к системам научной визуализации, создает дополнительные возможности изучения прижизненной анатомии наружного носа, что особенно важно для выполнения индивидуального предоперационного анатомического моделирования.

2. Разработанная методика создания индивидуальной анатомической компьютерной модели наружного носа технически выполнима, не предусматривает привлечение врача - рентгенолога и программиста, позволяет применять трехмерные векторные модели для исследования прижизненной анатомии и использовать полученные данные при планировании хирургических вмешательств.

3. Созданная компьютерная база анатомических данных, включающая в себя данные прижизненной рентгеновской компьютерной томографии и созданные на их основе трехмерные векторные модели наружного носа с прилегающими анатомическими областями, может применяться для научных исследований в виртуальной среде в области анатомии.

4. При использовании как классических антропометрических методов, так и метода виртуальной антропометрии доказано, что расстояние между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки имело близкие значения для лиц мезо- и долихоцефалического типа (5,31 ± 0,36 см. и 5,17 ± 0,33 см.) и несколько меньшее значение у брахицефалов (4,7 ± 0,35 см.) Наибольшая дакрильная ширина была определена у лиц брахи- и мезоцефалического типа (2,95 ± 0,3 см. и 2,87 ± 0,31 см.). В 3 группе (долихоцефалы) ее длина была несколько меньше (2,5 ± 0,2 см). Расстояние между подглазничными отверстиями достоверно различалась во всех трех группах. Ширина основания носа была близка у лиц брахи и мезоцфалического типа (3,35 ± 0,21 и 3,38 ± 0,23) и максимальна у долихоцефалов (3,7 ± 0,18). Площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками у лиц мезо- и долихоцефалического типов была сопоставима (16,3 ± 0,55 см² и 16,9 ± 0,81 см².) и имела наименьшее значение у брахицефалов (15,4 ± 0,69 см².) Наибольшая площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку достигалась у мезоцефалов (21,1 ± 0,65 см².). Ее минимальное значение наблюдалось у лиц долихоцефалического типа (18,62 ± 0,77 см² ). Разность между площадями была достоверно меньше у лиц долихоцефалического типа

5. При сопоставлении результатов краниометрии выполненной классическими морфометрическими методами на живых людях, на трупах и полученных методом виртуальной антропометрии подтверждена полная достоверность данных виртуальной антропометрии, что подтверждает в свою очередь корректную передачу трехмерных анатомических объектов форматом 3ds.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Использование индивидуального трехмерного моделирования анатомических структур в анатомии:

а) Осуществление виртуальной антропометрии позволяет в короткие сроки с высокой достоверностью выявить краниометрические параметры (поперечный диаметр головы; продольный диаметр головы; длина срединной линии между субназальной точкой и линией, соединяющей дакрильные точки; расстояние между назолатеральными точками; расстояние между основаниями вторых верхних премоляров; дакрильная ширина). Учитывая доказанную высокую достоверность метода возможно определить любые другие краниометрические параметры.

б) С помощью метода индивидуального трехмерного моделирования анатомических структур можно воссоздать изначальную анатомическую форму наружного носа, измененного деформациями вследствие травм, рубцовых изменений, опухолевых процессов, оперативных вмешательств.

в) Индивидуальное трехмерное моделирование анатомических структур целесообразно применять в учебном процессе при изучении анатомии человека.

2. Использование индивидуального трехмерного моделирования анатомических структур в хирургии:

а) Метод целесообразно использовать для прогноза результата оперативного вмешательства в предоперационном периоде.

б) Для индивидуального определения зон максимальной и минимальной доступности и резерва расширения операционной раны при выполнении оперативного вмешательства из орально-преддверного оперативного доступа.

3. Области возможного применения индивидуального трехмерного моделирования анатомических структур в других областях медицины:

а) В судебно-медицинской практике индивидуальное трехмерное моделирование анатомических структур дает возможность идентификации личности

б) При незначительной адаптации технологии обеспечивается возможность расчета параметров носового дыхания и плотность костной ткани, при помощи рентгенконтрастного маркера.

в) Данные индивидуального трехмерного моделирования анатомических структур могут быть использованы в навигационных хирургических системах для средней трети лица (в настоящее время подобные системы используются во время операций на конечностях и позвоночнике).

4. При планировании хирургических вмешательств на наружном носе необходимо учитывать выявленные нами антропометрические показатели, так как площадь ограниченная дакрильными и назолатеральными точками у лиц мезо - и долихоцефалического типов сопоставима и имеет наименьшее значение у брахицефалов. Наибольшая площадь ограниченная дакрильными точками и точками пересечения вертикалей, опущенных через подглазничные отверстия с линией проходящей через субназальную точку определяется у мезоцефалов. Ее минимальное значение наблюдается у лиц с долихоцефалическим типом головы. Разность между площадями, то есть возможность наибольшего расширения апертуры операционной раны наблюдается у лиц брахицефалического типа. Его минимальное значение наблюдается у долихоцефалов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАНЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

нос анатомия хирургический

1. Топографо-анатомические аспекты выполнения орально-преддверного оперативного доступа при коррекции сложных комбинированных деформаций наружного носа // Актуальные вопросы хирургии и клинической анатомии: сборник научных трудов Х научно-практич конференции в рамках Международной выставки «Медицина и здоровье-2004» - Пермь,2004., с331-332. (соавт. А. А. Воробьев, С. А. Крюков, Н. В. Тарасова).

2. Методика краниометрии с использованием компьютерной томографии // Материалы конференции, посвященной 70-летию ВолГМУ «Новые технологии в медицине (морфологические, экспериментальные, клинические и социальные аспекты)».- Волгоград 2005, т. 61, вып.1., с.41 - 42. (соавт. А.А.Воробьев, С.В.Поройский, Егин М.Е).

3. Применение современных технологий для проведения ринологических исследований // Материалы региональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы современной хирургии». - Курск 2005, с. 266 - 268. (соавт. А.А.Воробьев, С.В Поройский).

4. Интеллектуализация процедур диагностики с использованием рентгеновской компьютерной и магнитно-резонансной томографии на основе синтеза и анализа виртуальных топографо-анатомических сред // Вестник Волгоградского Государственного Медицинского университета №3/15/2005 . с. 3 - 6. (соавт. А.А.Воробьев, В.А.Камаев, А.В.Петрухин, Е.И Егин, С.В.Поройский, А.С. Баринов, М.Е.Егин, А.В.Крайнев) - ведущий рецензируемый журнал.

5. Рентгеноконтрастный оптический маркер // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные информационные технологии в медицине» Бюллетень Волгоградского научного центра РАМН и Администрации Волгоградской области №2 2006., с10-11. (соавт. А. А. Воробьев, С.В.Поройский).

6. Трехмерное моделирование наружного носа для краниометрических исследований и оптимизации оперативных вмешательств // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные информационные технологии в медицине» Бюллетень Волгоградского научного центра РАМН и Администрации Волгоградской области №2 2006., с 8-10. (соавт. А. А. Воробьев).

7. Создание электронной базы результатов компьютерной томографии средней трети лица // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные информационные технологии в медицине» Бюллетень Волгоградского научного центра РАМН и Администрации Волгоградской области №2 / 2006., с 4-5.

8. Современные компьютерные технологии в преподавании топографической анатомии и оперативной хирургии // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные информационные технологии в медицине» Бюллетень Волгоградского научного центра РАМН и Администрации Волгоградской области №2 / 2006., с 66. (соавт. А.А.Воробьев, С.В.Поройский, Е.Е.Писарева, Т.Г.Лешина).

9. Использование 3D моделирования средней трети лица в ринохирургии и анатомии // Материалы Всероссийской научной конференции «Анатомо-физиологические аспекты современных хирургических технологий». - Санкт-Петербург, 2006., с.79-80. (соавт. А. А. Воробьев, С.В. Поройский).

10. Перспективы применения новых компьютерных технологий в хирургии // Международная дистанционная научно-практическая конференция молодых ученых и студентов, посвященной 90 - летию высшего медицинского образования на Западном Урале и 75-летию Пермской государственной медицинской академии «Новые технологии в хирургии и клинической анатомии - 2006» 1-20 сентября 2006. - Пермь, 2006., с.27-28 (соавт. А.А.Воробьев, Е.И.Егин, С.В.Поройский, М.Е.Егин, А.А.Колмаков)

11. Возможности применения компьютерного анализа виртуальных топографо-анатомических сред в медицине // Известия Волгоградского государственного технического университета: Межвузовский сборник научных статей № 2(17)/ВолГТУ - Волгоград, 2006 136 с. [сер. Концептуальное проектирование в образовании, технике и технологии. Вып. 2] с 28. (соавт. А.А Воробьев, В.А. Камаев, А.В.Петрухин, Е.И. Егин, С.В.Поройский, А.С. Баринов, А.В.Крайнев, М.Е.Егин) - ведущий рецензируемый журнал.

12. Информационно-программный комплекс для исследования анатомии наружного носа // Материалы международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» Волгоград, 2006 с.200-201 (соавт. А.А Воробьев)

Размещено на Allbest.ru

...