Вышедшие номера
Разработка моделей "виртуальных пациентов" для имитационных испытаний метода ОФЭКТ/КТ
Гурко М.А.1, Денисова Н.В.1
1Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия
Email: m.gurko@alumni.nsu.ru
Поступила в редакцию: 10 июля 2024 г.
В окончательной редакции: 14 октября 2024 г.
Принята к печати: 21 октября 2024 г.
Выставление онлайн: 24 марта 2025 г.

Актуальной задачей метода однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ), совмещенной с компьютерной томографией (КТ), является разработка количественной оценки полученных изображений патологических областей и оптимизация протокола процедуры обследования пациентов этим методом. Решение этих задач требует большого количества исследований. Развитие метода математического моделирования является актуальной задачей в области ядерной медицины в связи с этическими ограничениями из-за лучевой нагрузки. Для решения этой задачи необходимо создать модели "виртуальных пациентов", описывающих распределение введенного радиофармпрепарата в органах и тканях, а также его накопление в патологических очагах. Представлены подходы к созданию математических моделей пациентов (фантомов) для исследований диагностической точности метода ОФЭКТ, совмещенной с компьютерной томографией (ОФЭКТ/КТ). Разработаны два подхода к созданию моделей "виртуальных пациентов". Первый подход Constructive Solid Geometry (CSG), основанный на уравнениях аналитической геометрии, конструирует модели среднестатистического пациента. Второй подход создает так называемые "цифровые двойники" на основе сегментации клинических ОФЭКТ/КТ изображений реальных пациентов. Фантомы CSG были успешно применены в имитационном моделировании, направленном на исследования и решения общих проблем визуализации методом ОФЭКТ/КТ. К таким проблемам относятся исследования оптимальных параметров протокола сбора данных, проблема ложного апикального дефекта в ядерной кардиологии. "Цифровые двойники" позволяют наиболее точно моделировать клинические случаи и оценивать ошибки на реконструированных изображениях. Оба подхода к созданию моделей "виртуальных пациентов" имеют свою нишу исследовательской работы. Задачи, для решения которых необходимо провести большое количество испытаний с варьированием нескольких анатомических параметров (например, габитус пациента, угловая ориентация, толщина стенок и размер миокарда левого желудочка), наиболее оптимально исследовать с использованием геометрических CSG-моделей. "Цифровые двойники" должны использоваться при исследовании реальных клинических случаев, а также для верификации решений и выводов, полученных в исследованиях с использованием CSG-моделей. Ключевые слова: фантом, однофотонная эмиссионная компьютерная томография, компьютерная томография, моделирование.
  1. W. Kainz, E. Neufeld, W.E. Bolch, C.G. Graff, C.H. Kim, N. Kuster, B. Lloyd, T. Morrison, P. Segars, Y.S. Yeom, M. Zankl, X.G. Xu, B.M.W. Tsui. IEEE Trans. Radiat. Plasma Med. Sci., 3 (1), 1 (2019). DOI: 10.1109/TRPMS.2018.2883437
  2. Н.В. Денисова. Медицинская радиология и медицинская безопасность, 67 (6), 51 (2022)
  3. E. Abadi, W.P. Segars, B.M.W. Tsui, P.E. Kinahan, N. Bottenus, A.F. Frangi, A. Maidment, J. Lo, E. Samei. J. Med. Imag., 7 (04), 1 (2020). DOI: 10.1117/1.JMI.7.4.042805
  4. П.С. Голышева, А.Е. Медведев. Прикл. мех. техн. физ., 64 (6), (2023). DOI: 10.15372/PMTF202315319 [P.S. Golysheva, A.E. Medvedev. J. Appl. Mech. Tech. Phys., 64 (6), 1041--5 (2023). DOI: 10.1134/S0021894423060147]
  5. P. Morais, J.M.R.S. Tavares, S. Queiros, F. Veloso, J. D'hooge, J.L. Vilaca. Med. Phys., 44 (11), 5638--49 (2017). DOI: 10.1002/mp.12559
  6. J. Yao, S. Chen, J.M. Guccione. Bioengineering, 9 (8), 334 (2022). DOI: 10.3390/bioengineering9080334
  7. А. Чупахин, А. Черевко, А. Хе, Н. Телегина, А. Кривошапкин, К. Орлов, В. Панарин, В. Баранов. Патология кровообращения и кардиохирургия, 16 (4), (2012). DOI: 10.21688/1681-3472-2012-4-27-31
  8. Ю.В. Василевский, С.С. Симаков, Т.М. Гамилов, В.Ю. Саламатова, Т.К. Добросердова, Г.В. Копытов, О.Н. Богданов, А.А. Данилов, М.А. Дергачёв, Д.Д. Добровольский, О.Н. Косухин, Е.В. Ларина, Е.Ю. Мычка, В.Ю. Харин, К.В. Чеснокова, А.А. Шипилов. Компьютерные исследования и моделирование, 14 (4), (2022). DOI: 10.20537/2076-7633-2022-14-4-911-930
  9. R.M. Reilly. The Fundamental Principles of Compartmental Pharmacokinetics Illustrated by Radiopharmaceuticals Commonly Used in Nuclear Medicine Continuing Education for Nuclear Pharmacists And Nuclear Medicine Professionals (University of New Mexico Health Sciences Center, Albuquerque, 2013)
  10. А.В. Колобов, М.Б. Кузнецов. Компьютерные исследования и моделирование, 7 (2), (2015). DOI: 10.20537/2076-7633-2015-7-2-361-374
  11. H.L.J. Fisher, W.S. Snyder (Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory, 1966), р. 221--28
  12. G. Williams, M. Zankl, W. Abmayr, R. Veit, G. Drexler. Phys. Med. Biol., 31 (4), 449--52 (1986). DOI: 10.1088/0031-9155/31/4/010
  13. B.M.W. Tsui, J.A. Terry, G.T. Gullberg. INVESTIGATIVE RADIOLOGY, 28 (12), 1101--12 (1993). DOI: 10.1097/00004424-199312000-00004
  14. P.H. Pretorius, W. Xia, M.A. King, B.M. Tsui, T.S. Pan, B.J. Villegas. J. Nucl. Med., 38 (10), 1528--35 (1997)
  15. Л.В. Евсеенко, А.А. Куракин, А.В. Тултаев, А.П. Черняев. Математическая модель фантома человека в радионуклидной диагностике и терапии (НИИЯФ МГУ, М., 2002)
  16. Н.В. Денисова, В.П. Курбатов, И.Н. Терехов. Медицинская физика, (2), 55 (2014)
  17. N. Denisova, M. Ondar, H. Kertesz, T. Beyer. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering: Imaging \& Visualization, 11 (3), 433--41 (2023). DOI: 10.1080/21681163.2022.2074308
  18. M. Zankl, R. Veit, G. Williams, et al., Radiat. Environ. Biophys., 27, 153 (1988). DOI: 10.1007/BF01214605
  19. M. Zankl, A. Wittmann. Radiat. Environ. Biophys., 40 (2), 153--62 (2001). DOI: 10.1007/s004110100094
  20. Д.Н. Моисеенко, Ю.А. Кураченко. Медицинская физика, (3), 27, (2012)
  21. X.G. Xu, T.C. Chao, A. Bozkurt. Health Phys., 78 (5), 476--86 (2000). DOI: 10.1097/00004032-200005000-00003
  22. Электронный ресурс. Режим доступа: https://visiblehumanproject.com/
  23. А.С. Юрова. Методы автоматизированной сегментации КТ-изображений брюшной полости (Канд. дисс., МГУ, М., 2018), 159 с
  24. W. Segars. Development and application of the new dynamic NURBS-based cardiac-torso (NCAT) phantom (Ph.D, The University of North Carolina at Chapel Hill, North Carolina, 2001)
  25. W.P. Segars, G. Sturgeon, S. Mendonca, J. Grimes, B.M.W. Tsui. Med. Phys., 37 (9), 4902--15 (2010). DOI: 10.1118/1.3480985
  26. S. Gnesin, P. Leite Ferreira, J. Malterre, P. Laub, J.O. Prior, F.R. Verdun. Computational and Mathematical Methods in Medicine, 2016, 1 (2016). DOI: 10.1155/2016/4360371
  27. Электронный ресурс. Режим доступа: https://www.slicer.org/
  28. Р.Д. Синельников, Я.Р. Синельников. Атлас анатомии человека (Новая волна, 2022), в 4-х т
  29. М.А. Гурко, Н.В. Денисова. ЖТФ, 92 (5), 747 (2022). DOI: 10.21883/JTF.2022.05.52381.264-21
  30. Tissue Substitutes in Radiation Dosimetry and Measurement (International Commission on Radiation Units and Measurements, 1989)
  31. M.J. Berger, J.H. Hubbell, S.M. Seltzer, J. Chang, J.S. Coursey, R. Sukumar, D.S. Zucker, K. Olsen. NIST, PML, Radiation Physics Division, (2010). https://dx.doi.org/10.18434/T48G6X
  32. N.V. Denisova, A.A. Ansheles. Biomed. Phys. Eng. Express, 4 (6), 065018 (2018). DOI: 10.1088/2057-1976/aae414
  33. Н.В. Денисова, М.А. Гурко, И.П. Колинко, А.А. Аншелес, В.Б. Сергиенко. Digital Diagnostics, 4 (4), 492 (2023). DOI: 10.17816/DD595696
  34. Н.В. Денисова, М.А. Гурко, С.М. Минин, Ж.Ж. Анашбаев, А.А. Жеравин, Е.А. Самойлова, С.Э. Красильников. Сибирский онкологический журнал, 22 (2), (2023). DOI: 10.21294/1814-4861-2023-22-2-14-25
  35. S.M.B. Peters, N.R. Van Der Werf, M. Segbers, F.H.P. Van Velden, R. Wierts, K.A.K. Blokland, M.W. Konijnenberg, S.V. Lazarenko, E.P. Visser, M. Gotthardt. EJNMMI Phys., 6 (1), 29 (2019). DOI: 10.1186/s40658-019-0268-5
  36. А.В. Нестерова, Н.В. Денисова. ЖТФ, 92 (7), 1018 (2022). DOI: 10.21883/JTF.2022.07.52659.331-21

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.