Sistema que convierte imágenes por resonancia magnética en 3D impreso-modelos físicos en unas pocas horas. Larry Hardesty | MIT Noticias

Los investigadores del MIT y el Hospital de Niños de Boston han desarrollado un sistema que puede tomar imágenes de resonancia magnética del corazón de un paciente y, en cuestión de horas, para convertirlos en un modelo físico tangible de que los cirujanos pueden usar para planificar la cirugía.



Los modelos pueden proporcionar una manera más intuitiva para los cirujanos para evaluar y preparar las idiosincrasias anatómicas de cada paciente.

"Nuestra gente está convencida de que esto va a hacer una diferencia", dice Paulina Golland, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en el MIT, quien dirigió el proyecto. "La frase que he oído es que" los cirujanos hacen con sus manos, 'que la percepción está en contacto. "

Este otoño, siete cirujanos cardíacos Hospital de Niños de Boston, participará en un estudio para evaluar la utilidad de los modelos.

Golland y sus colegas describen su nuevo sistema en la Conferencia Internacional de Computación e Informática de Imágenes Médicas Intervención Asistida en octubre.

Danielle Pace, un estudiante graduado en el MIT en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, es el primer autor del artículo y lideró el desarrollo de software para analizar las imágenes por resonancia magnética. Medhi Moghari, un físico del Hospital de Niños de Boston, ha desarrollado nuevos procedimientos que aumentan la precisión de MRI diez veces, y Andrew Powell, un cardiólogo en el hospital, lleva a cabo el trabajo clínico del proyecto.

El trabajo fue financiado por ambas Hospital de Niños de Boston y el catalizador de Harvard, un consorcio dirigido a rápido movimiento la innovación científica en la clínica.

Datos de MRI están constituidos por una serie de secciones transversales de un objeto tridimensional. Como blanco y negro

Determinar los límites entre diferentes objetos en una imagen es uno de los problemas centrales de la visión por computador, conocidos como "segmentación". Pero los algoritmos de segmentación de imágenes genéricas no son lo suficientemente confiable para producir modelos que requieren la planificación quirúrgica precisa.

Factor Humano

Típicamente, la manera de hacer un algoritmo de segmentación de las imágenes más precisas se aumenta con un modelo genérico del objeto a ser segmentada. El corazón humano, por ejemplo, se proporcionan con habitaciones y los vasos sanguíneos que se encuentran por lo general en aproximadamente los mismos lugares respecto a la otra. Esa coherencia podría dar un algoritmo de segmentación anatómica una manera de eliminar a conclusiones inverosímiles de los bordes del objeto.

El problema con este enfoque es que muchos pacientes cardíacos en el Hospital de Niños de Boston requieren cirugía debido a la anatomía de su corazón es irregular. Las inferencias a partir de un modelo genérico pueden oscurecer las mismas características que son más importantes para el cirujano.

En el pasado, los investigadores han producido modelos de corazón imprimible indicando bordea manualmente por resonancia magnética. Pero con las secciones 200 en una de las exploraciones de alta precisión Moghari, ese proceso puede durar de ocho a 10 horas.

"Quieren llevar a los niños a explorar y probablemente pasar un día o dos para hacer la planificación de exactamente cómo van a operar", dice Golland. "Si se necesita un día para procesar las imágenes, se vuelve engorroso."

La paz y la solución de Golland era pedir a un experto humano para identificar los límites en algunas de las secciones y permitir algoritmos para tomar el control de allí. Sus resultados más fuertes llegaron cuando preguntaron al experto segmentar sólo un pequeño parche una novena parte de la superficie total - cada sección.

En tal caso, la segmentación sólo el 14 parche y dejar que el algoritmo para inferir el producto resto tiene acuerdo de 90 por ciento con el experto en la segmentación de toda la colección de 200 secciones transversales. Segmentación humanos sólo tres parches producidos acuerdo de 80 por ciento.

"Creo que si alguien me pudiera segmento de todo corazón ocho rebanadas de 200, no habrían creído dijo," dice Golland. "Es una sorpresa para nosotros."

En conjunto, la segmentación del parche muestra humana y la generación de un corazón digital de algorítmica modelo 3-D toma alrededor de una hora. El proceso en 3-D de impresión tarda un par de horas más.

El pronóstico

Actualmente, el algoritmo examina los parches de secciones transversales no segmentados y buscar características similares cercanas secciones segmentadas. Pero Golland cree que su desempeño podría mejorarse si se revisó el parche que corrió en diagonal a través de varias secciones transversales. Este y otros cambios en el algoritmo son el tema de investigación en curso.

El juicio en el otoño implicará resonancia magnética de 10 pacientes que han recibido tratamiento en el Hospital de Niños de Boston. Cada uno de los siete cirujanos se les dará los datos de los 10 pacientes - algunos probablemente más de una vez. Estos datos incluyen la primera resonancia magnética y, basado en aleatorizado, es un modelo físico o un modelo de ordenador en 3-D, basado, de nuevo por casualidad, tanto en humanos segmentaciones segmentaciones o algorítmica.

Utilizando estos datos, los cirujanos, los planes elaborados quirúrgicas, que se compararon con la documentación de las intervenciones que se han realizado en cada uno de los pacientes. La esperanza es que el estudio arrojará luz sobre si los modelos físicos 3D de impresión en realidad puede mejorar los resultados quirúrgicos.

"Absolutamente, un modelo 3-D sería de gran ayuda", dice Sitaram Ernani, un cirujano cardíaco en el hospital de niños de Boston, que no es un co-autor del nuevo documento. "Hemos estado utilizando este tipo de modelo en algunos pacientes, y de hecho correr" cirugía virtual 'en el corazón para simular condiciones reales. Hacer esto realmente ayudó con la cirugía real en términos de reducción de la cantidad de tiempo dedicado a examinar el corazón y correr reparar ".

"Creo que tener presente también reducirá la incidencia de lesiones residuales - imperfecciones en la reparación - lo que le permite simular y planificar el tamaño y la forma de parche para usar", añade Ernani. "En última instancia, parches 3D-impreso en la base del modelo que nos permitirá personalizar la prótesis al paciente."

"Por último, teniendo este gran medida simplifica las conversaciones con las familias, que son la anatomía de la confusión", dice Ernani. "Esto les da una mejor vista, y muchos pacientes y familias han comentado cómo esto les permite entender mejor su condición."

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Reproducido con permiso del MIT Noticias