Описание методики
Информационные возможности
анализа 3D-модели рельефа спины
Процесс построения 3D-модели объекта заключается в получении координат точек поверхности объекта с некоторым разрешением (шагом). Величина разрешения зависит от требований, предъявляемой к получаемой 3D-модели. В случае сканирования поверхности спины пациента требуемая точность была оценена в пределах от 1 до 3мм. Указанная точность определена исходя из объема получаемого массива точек, а также оценки примерных затрат на обработку полученной информации. На основе массива 3D-точек строится "сеть" из небольших треугольных плоскостей, которая аппроксимирует исходную поверхность с некоторой погрешностью.
Полученный массив точек далее анализируется по глубине и производится разбиение на слои с шагом 5мм - когда каждая точка соотносится с определенным слоем. Затем каждому слою назначется свой цвет, а значит каждая небольшая треугольная плоскость (из которой состоит 3D-модель) также будет окрашена в соответствующий цвет.
На рисунке 1.1а дан рельеф практически нормы осанки. На рисунке .1.1б - рельеф случая сложного ее нарушения.
Получив цветовую карту рельефа спины пациента можно визуально оценить степень асимметрии, а значит у врача появляется наглядный инструмент визуальной оценки состояния костно-мышечной системы спины пациента. Необходимо отметить следующий важный момент: сканирование спины пациента производится в его естественном, вертикальном положении, без необходимости применения каких-либо средств фиксации позы, которые как правило приводят к искажению реального рельефа спины.
А это означает, что полученная 3D-модель рельефа спины пациента отражает сиюминутное естественное состояние, что в свою очередь диктует необходимость проведения нескольких (не менее трех) последовательных сканирований с интервалом между ними в несколько минут, в течении которых пациенту рекомендуется подвигаться.
Такой подход позволит получить объективную картину состояния рельефа спины пациента на основе средней оценки 3-х последовательных сканирований. Указанный метод демонстрирует неплохую воспризводимость результатов.
На рисунке 2.1 даны 6 рельефов, построенных по данным 2-х серий съемок (по 3 в каждый из 2-х дней).
Кроме чисто визуальной оценки асимметрии рельефа спины пациента возможна и числовая оценка степени асимметрии, которая позволяет отслеживать динамику изменений состояния рельефа во времени. Числовая оценка асимметрии базируется на вычислении центров масс для каждого слоя с последующим сравнением их положений относительно общего центра масс для всех слоев. Разница в положении центров масс слоев по горизонтальной оси Х относительно положения общего центра масс слоев характеризует степень асимметрии рельефа спины.
Кроме оценки асимметрии рельефа возможна оценка ротации (торсии) рельефа спины относительно вертикальной оси. Для этого построим горизонтальные сечения рельефа, а затем соединим наиболее выступающие точки на каждой линии сечения касательными. Теперь вычислив углы разворота каждой касательной (в горизонтальной плоскости XZ относительно вертикальной оси Y) можно оценить степень ротации. Очевидно, что у проблемных пациентов "разбежка" углов разворота касательных будет существенно больше, чем в случае с нормой. Это хорошо заметно как при визуальной оценке, так и по числовой оценке ротации. Причем возможна визуальная оценка степени ротации для разных отделов спины.
На рис. 3.1 дано 3Д изображение модели спины, ее поперечные сечения и касательные к областям максимальных их высот - прямые линии зеленого цвета, углы поворота которых друг относительно друга наглядно выявляют факт ротации спины в разных ее областях.
Таким образом, вариант оценки асимметрии рельефа спины пациента на основе анализа 3D-модели, позволяющий в том числе отслеживать факт появления ротации в разных ее областях, как одного из факторов начала формирования сколиоза, является наиболее доступным вариантом информации о нарушении осанки ребенка как для родителей, так и для него самого. А его динамика помогает всем им «увидеть» вклад активности их участия в коррекционных процессах.
Прием, названный как Визуализатор, мобилен, методически прост, экономически доступен и абсолютно безопасен.
Его широкое применение при обследовании детей в условиях образовательных, оздоровительных, физкультурно-спортивных организаций и даже в домашних условиях позволяет отдалить или даже исключить их направление на R-графию, снижая таким образом дозу облучения наших детей.