Vastagbél modellezése kapszulakamerával
"Az Ön bélrendszerének anatómiája és geometriája valószínűleg egészen más, mint a szomszédjáé"
Még rossz minőségű képekből is képes 3D-modellt alkotni a lenyelhető, apró diagnosztikai kamera. A nagy kérdés az, hogy ez az új módszer áttörést jelenthet-e a bélrák elleni küzdelemben.
A Journal of Imaging folyóiratban jelent meg a Norwegian University of Science and Technology kutatóinak cikke, amelyben egy kapszulába helyezett endoszkópos kamera által készített képsorozat segítségével sikerült létrehozni a vastagbél háromdimenziós modelljét. Ez az új módszer sokkal jobb képeket nyújt a hagyományos tükrözésnél, és segíthet a szakembereknek a betegségek gyorsabb felismerésében.
A kutatócsoport már több éve dolgozott azon, hogy apró kapszulába helyezett kamerák képeit felhasználva rekonstruálja a belek 3D-s modelljét. Ezeket a kamerákat több mint 20 évvel ezelőtt használták először, de a rossz minőségű, zajos képek eddig megakadályozták azt, hogy a technológia elterjedjen. A mostani kutatás fő célja a képminőség javítása volt annak érdekében, hogy ezek a felvételek a szakemberek számára a betegek gyomor-bélrendszeri rendellenességeinek észlelésére lehessenek alkalmasak. Ezzel a módszerrel kíméletesebben, könnyebben és gyorsabban felismerhetők bizonyos betegségek, például a bélrák, amely Norvégiában a második leggyakoribb ráktípus.
A most közölt tanulmányban a kutatóknak egy mesterséges vastagbélben készült egyedi képek és egy speciális algoritmus segítségével sikerült rekonstruálniuk egy háromdimenziós bélmodellt. A kutatók által használt algoritmus az úgynevezett shape-from-shading algoritmus (SFS) volt: ez egy olyan matematikai modell, amellyel egyetlen kétdimenziós képből háromdimenziós alakzatot lehet rekonstruálni. Ennek a módszernek a hátránya, hogy ha az algoritmusba olyan képek kerülnek be, amelyek zajosak, vagy ahol a színek torzak, a hibák a 3D modellben is megjelennek.
“Mi viszont megmutatjuk, hogy a képek gondos kalibrálásával és előfeldolgozásával egyetlen kép alapján is jó 3D modellt kaphatunk – még akkor is, ha a kép tele van zajjal és vizuális torzítással" – nyilatkozta a cikk első szerzője, Pal Anders Floor. Floor és kollégái a kapszulakamerák által készített több képsorozaton alapuló 3D modellek kifejlesztésén dolgoznak, ami lehetővé teszi, hogy a modellek a vastagbél hosszabb szakaszait is újraalkossák. A modellek létrehozásának célja, hogy pontosan kiderüljön, a belekben hol találhatók betegségekre utaló jelek, elváltozások.
“Mindannyiunknak van vastagbele, de az Ön bélrendszerének anatómiája és geometriája valószínűleg egészen más, mint a szomszédjáé. Az új 3D modelleket minden egyes beteghez egyedileg lehet hozzáigazítani, ami lehetővé teszi a szakorvosok számára, hogy az emésztőrendszert különböző szögekből vizsgálják a számítógépen. Ezzel az is lehetővé válik, hogy pontosan meghatározzák, hol kell beavatkozást végezni, ráadásul az orvosok a különösen nehéz beavatkozások előtt gyakorolhatnak is, ami segít csökkenteni annak kockázatát, hogy a műtét során valami rosszul sikerüljön” – fejtette ki Floor.
A nagy kérdés az, hogy ez az új módszer áttörést jelenthet-e a bélrák elleni küzdelemben.
“Még túl korai lenne határozott következtetéseket levonni. Először is finomítanunk kell a kidolgozott módszeren, és további kutatásokat kell elvégeznünk.”
A kutatók kezdetben nagyon nagy reményeket fűztek a vezeték nélküli kapszulás endoszkópiához (WCE; wireless capsule endoscopy). Úgy gondolták, hogy a kis kapszulák kiválthatják a hagyományos kolonoszkópiát és gyomortükrözést, amelyeket egyesek annyira fájdalmasnak találnak, hogy nem hajlandók alávetni magukat ilyen eljárásoknak. A kapszulakamerák ezzel szemben szinte észrevétlenül és fájdalom nélkül vizsgálhatják meg a belek minden zugát, miközben a beteg a mindennapi életét éli. Amint lenyelik, a kamerával felszerelt kapszula megkezdi útját az emésztőrendszeren keresztül. Ez az út sok órát is igénybe vehet, és útközben több tízezer képet továbbít. Bármilyen jónak is tűnik ez az ötlet, sajnos nem működik jól az emésztőrendszer összes pontján. A kapszulakamera az egyik legjobb megoldás a vékonybél szűrésére, ám ami a vastagbelet illeti, még hosszú út áll előttünk, mire kiválthatja a vastagbéltükrözést.
Ez részben azért van így, mert túl sok időt vesz igénybe ekkora mennyiségű adathalmaz áttekintése és elemzése, másrészt fennáll annak a lehetősége, hogy a kamera kihagy valamilyen betegségre utaló jelet. A kapszula követi a bél mozgását, és ezzel párhuzamosan szakaszosan halad előre. Ez azt jelenti, hogy a kamera hirtelen elzoomolhat mondjuk egy polip mellett anélkül, hogy "látná" azt. Ezért könnyen előfordulhat, hogy egy kritikus, betegségre utaló jelről csak egyetlen kép készül. A bél belsejében a látási viszonyok is nagyon változatosak, mivel gyakran kevés a fény, és rengeteg törmelék is található a látómezőben. Néha a képek felbontása is gyenge, és nincs garancia arra, hogy az esetleg legfontosabb kép éles és tiszta lesz.
Pontosan itt rejlik a mostani fejlesztés lényege: az algoritmussal egyetlen kép alapján rekonstruálni lehet egy adott lokáció háromdimenziós modelljét. Floor és kollégái a tanulmányban számos javaslatot tettek arra vonatkozóan, hogyan lehetne a technológiát továbbfejleszteni, hogy még jobb minőségű képeket kapjunk. Úgy vélik továbbá, hogy a technika könnyen átvihető más, olyan területekre is, ahol hasznos lenne háromdimenziós alakzatokat és modelleket generálni a képekből.
Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:
Single-image 3D modeling of the colon can enable rapid disease diagnosis
Single-Image-Based 3D Reconstruction of Endoscopic Images
Irodalmi hivatkozás:
Ahmad, B., et al. (2024). Single-Image-Based 3D Reconstruction of Endoscopic Images. Journal of Imaging. doi.org/10.3390/jimaging10040082.
