МОДЕЛИРОВАНИЕ ВНУТРИОРГАННОГО СОСУДИСТОГО РУСЛА МЕТОДАМИ ПРОЦЕДУРНО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПРОСТРАНСТВА
Аннотация
Обоснование. В настоящее время электронные методы информирования в медицине получают все более широкое распространение. Дополнительным толчком к развитию дистанционных информационных технологий явилась пандемия COVID-19. В связи с этим создание медицинских систем электронного обучения, в частности, предназначенных для изучения анатомии сосудистых русел человека, следует считать актуальным.
Целью работы является повышение реалистичности визуального представления сосудистого русла внутренних органов человека путем создания универсальной компьютерной 3d-модели, базирующейся на результатах морфометрии реальных сосудистых деревьев.
Материалы и методы. Применение данных морфометрии реальных сосудистых деревьев, геометрическое моделирование на плоскости, геометрическое моделирование в пространстве, процедурная пространственная трансформация модели сосудистого русла по закону логарифмической спирали.
Результаты. Предложена двухэтапная последовательность построения геометрической 3d-модели. Модель строится из фрагментов русла – бифуркаций (дихотомий). На первом этапе на базе морфометрических данных о геометрии реальных сосудистых русел строится математическая 2d-модель фрагмента русла, которая отражает структуру и количественные характеристики сосудистых бифуркаций (дихотомий). На втором этапе добавляется информация о третьей пространственной координате элементов сосудистого русла и строится процедурная 3d-модель фрагмента. Для повышения наглядности модели введены возможность изгиба сосудов и различие диаметров их начальной и конечной точек.
Заключение. Представлена универсальная 3d-модель древовидной структуры на примере внутриорганного сосудистого русла. Подобные модели могут использоваться в качестве наглядных учебных пособий в системе электронного дистанционного образования. Для повышения информативной и образовательной ценности модели в нее можно добавлять визуальные образы различных патологий сосудистого русла.
Скачивания
Литература
Arterial’naya sistema cheloveka v tsifrakh i formulakh [Human arterial system in numbers and formulas] / O.K. Zenin [et al.]. Donetsk: Donbass, 2002, 196 p.
Zenin O.K., Kizilova N.N., Filippova E.N. Issledovanie zakonomernostey stroeniya rusla koronarnykh arteriy cheloveka [Studies on the structure of human coronary vasculature] Biofizika [Biophysics], 2007, vol. 52, no. 5, pp. 924-930.
Ziatdinov R.A., Nabiev R.I., Miura K.T. O nekotorykh klassakh ploskikh krivykh s monotonnoy funktsiey krivizny, ikh esteticheskoy funktsii i prilozheniyakh v promyshlennom dizayne [On some classes of plane curves with a monotonic function of curvature, their aesthetic function and applications in industrial design]. Vestnik Moskovskogo aviatsionnogo instituta [Herald of Moscow Aviation Institute], 2013, vol. 20, no. 2, pp. 209-218.
Nabiev R.I., Ziatdinov R.A. Esteticheskiy analiz ploskikh krivykh s monotonnoy funktsiey krivizny. 1. Psevdospirali [Aesthetic analysis of plane curves with a monotonic curvature function. 1. Pseudo-spirals]. Sistemy proektirovaniya, tekhnologicheskoy podgotovki proizvodstva i upravleniya etapami zhiznennogo tsikla promyshlennogo produkta (CAD/CAM/PDM - 2013): Trudy 13-y Mezhdunarodnoy konferentsii. pod redaktsiey E.I. Artamonova [Systems of design, technological preparation of production and management of the stages of the life cycle of an industrial product (CAD / CAM / PDM - 2013): Proceedings of the 13th International Conference. edited by E.I. Artamonov.]. OOO «Analitik», 2013. P. 234-235.
Urmantseva N.R. et al. Sootvetstvie uglov sliyaniya podkozhnykh ven cheloveka pravilam Ru v matematicheskoy interpretatsii Myurreya [Correspondence of angles of fusion of human saphenous veins to Roux’s rules in the mathematical interpretation of Murray]. Vestnik KRAUNTs. Fiziko-matematicheskie nauki [Bulletin of KRAUNTS. Physics and mathematics], 2020, vol. 31, no. 2, pp. 79-91. https://doi.org/10.26117/2079-6641-2020-31-2-79-91
Shkarubo M.A. et al. Sposob izgotovleniya anatomicheskikh preparatov golovnogo mozga cheloveka s in”ektsiey sosudov tsvetnym silikonom (tekhnicheskoe opisanie) [A method for the manufacture of anatomical preparations of the human brain with the injection of vessels with colored silicone (technical description)]. Voprosy neyrokhirurgii» imeni N.N. Burdenko [Questions of neurosurgery NN Burdenko], 2018, vol. 82, no. 2, pp. 59-64.
Urgun, Kamran, Zafer Orkun Toktas, Akin Akakin, Baran Yilmaz, Soner Sahin, and Turker Kilic. A Very Quickly Prepared, Colored Silicone Material for Injecting into Cerebral Vasculature for Anatomical Dissection: A Novel and Suitable Material for Both Fresh and Non-Fresh Cadavers. Turkish Neurosurgery, 2016, vol. 26, no. 4, pp. 568–73. https://doi.org/10.5137/1019-5149.JTN.12293-14.1
Bajaj, Chandrajit, and Samrat Goswami. Modeling Cardiovascular Anatomy from Patient-Specific Imaging. Advances in Computational Vision and Medical Image Processing, 2009, pp. 1–28.
Moccia, Sara, Elena De Momi, Sara El Hadji, and Leonardo S. Mattos. Blood Vessel Segmentation Algorithms — Review of Methods, Datasets and Evaluation Metrics. Computer Methods and Programs in Biomedicine, 2018, vol. 158, pp. 71–91. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2018.02.001
Cook, Theodore Andrea. The Curves of Life. New York: Courier Dover Publications, 1979, 479 p.
Kocinski, Marek, Andrzej Materka, Marcin Elgalal, and Agata Majos. Fusion of Resampled 3D MR Images for Geometric Modeling of Blood Vessels. 2018 International Conference on Signals and Electronic Systems (ICSES), pp. 218–223. IEEE, 2018. https://doi.org/10.1109/ICSES.2018.8507273
Hemenway, Priya. The Secret Code : The Mysterious Formula That Rules Art, Nature, and Science. London: Taschen UK, 2008, 208 p.
Logarithmic Spiral - Wikipedia. Accessed November 22, 2021. https://en.wikipedia.org/wiki/Logarithmic_spiral
Murray, C.D. The Physiological Principle of Minimum Work Applied to the Angle of Branching of Arteries. Journal of General Physiology, July 20, 1926, vol. 9, no. 6, pp. 835–41. https://doi.org/10.1085/jgp.9.6.835
Rosen, Robert. Optimality Principles in Biology. Optimality Principles in Biology. Boston, MA: Springer US, 1967, 198 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-6419-9
Settecase, Fabio, and Vitaliy L. Rayz. Advanced Vascular Imaging Techniques. Handbook of Clinical Neurology, 2021, pp. 81–105. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64034-5.00016-X
Auzinger, Thomas, Gabriel Mistelbauer, Ivan Baclija, Rudiger Schernthaner, Arnold Kochl, Michael Wimmer, M. Eduard Groller, and Stefan Bruckner. “Vessel Visualization Using Curved Surface Reformation.” IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 2013, vol. 19, no. 12, pp. 2858-2867. https://doi.org/10.1109/TVCG.2013.215
Wischgoll, Thomas. Modeling and Visualization of Cardiovascular Systems. Scientific Visualization: Advanced Concepts. Dagstuhl: Schloss Dagstuhl--Leibniz-Zentrum fuer Informatik, 2010. pp. 210-226. https://doi.org/10.4230/DFU.SciViz.2010.210
Yoshida, Norimasa, Tomoyuki Hiraiwa, and Takafumi Saito. “Interactive Control of Planar Class A Bézier Curves Using Logarithmic Curvature Graphs.” Computer-Aided Design and Applications, 2008, vol. 5, no. 1–4, pp. 121-130. https://doi.org/10.3722/cadaps.2008.121-130
Просмотров аннотации: 168 Загрузок PDF: 126
Copyright (c) 2021 Oleg Zenin, Yury N. Kosnikov, Edgar S. Kafarov
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
