Využití zobrazovacích technik a počítačového plánování v traumatologii

Název v angličtině:Modern Image Processing Techniques and Computer-based Planning in Trauma Treatment
Hlavní řešitel:Zemčík Pavel
Spoluřešitelé:Polok Lukáš, Smrž Pavel
Další řešitelé:Kaushik Sumit, Mlích Jozef, Široký Adam
Agentura:Technologická agentura České republiky - Program aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje ALFA
Kód:TA04011606
Zahájení:2014-07-01
Ukončení:2017-06-30
Klíčová slova:Počítačové předoperační plánování; traumatologie; skeletální traumatologie; léčba zlomenin; repozice kostních fragmentů; výběr implantátu; implantát na míru; zpracování a vizualizace obrazových dat; 3D model; parametrický model dlouhých kostí; GPU akcelerace
Anotace:
Cílem tohoto projektu je podpořit pracovní postupy týkající se zlomeniny a operativní léčby kostních defektů s využitím moderních metod počítačového zpracování dat a počítačového předoperačního plánování. Řešení projektu zahrnuje spolupráci různých oborů: traumatologie, informační technologie a biomechanika (vývoj zdravotnických prostředků). Projekt se zaměřuje na předoperační fázi a vývoj softwarového systému, který bude lékaři asistovat při identifikaci zlomeniny, počítačové rekonstrukci kostních fragmentů do správné polohy a výběru vhodného implantátu. S využitím moderních technik zpracování a vizualizace dat usnadní software posouzení zlomeniny a vytvoření operačního plánu. Výsledkem bude vhodnější volba implantátu a jeho fixace s cílem předcházet opakovaným korekcím, nadbytečným chirurgickým zákrokům a také snížení zatížení personálu při opakovaném RTG snímkování pacienta.
Popis projektu:
Zranění, úmyslná i neúmyslná, jsou významnou složkou našeho veřejného zdraví. Úrazy, ke kterým dochází každý den, mají hluboký dopad na jednotlivce, jejich rodiny, nemocnice i společnost jako celek, protože způsobují obrovskou zdravotní, psychosociální a finanční zátěž. Traumatická poranění jsou také častou příčinou úmrtí dospělých i dětí. Cílem projektu je podpořit pracovní postupy týkající se zlomeniny a operativní léčby kostních defektů s využitím moderních metod počítačového zpracování dat a počítačového předoperačního plánování. Operatér bude mít možnost již v předoperační fázi naplánovat celkový pracovní postup tak, aby se minimalizovaly provozní doby, připravit se na případné komplikace a obecně zlepšit přesnost operačního procesu. Systém bude vyvíjen s ohledem na specifické požadavky traumatologie, tedy na jednoduchost a rychlost plánování. Projekt se zaměřuje na předoperační fázi a vývoj softwarového systému pro identifikaci a posouzení zlomeniny, počítačovou rekonstrukci kostních fragmentů do správné polohy, výběr optimálního implantátu nebo záměnu standardního implantátu. Systém bude podporovat přípravu implantátu ohýbáním, včetně naplánování potřebného ohýbání, zkrácení nebo jiné změny. Dle předem připraveného návrhu může být implantát následně pozměněn technickým nebo operačním personálem. Řešení projektu zahrnuje spolupráci odborníků z oborů traumatologie, informační technologie a biomechanika. Cíle bude dosaženo realizací následujících dílčích výsledků, které jsou rozloženy do čtyř etap v průběhu 3 let:
  • Analýza případových studií skeletální tramatologie a vhodnosti počítačového plánování; uživatelská specifikace vlastností technologie/pracoviště pro rychlé předoperační plánování.
  • Příprava 3D geometrických modelů vybraných částí kostry, zejména dlouhých kostí (např. stehenní, pažní, holenní kost); příprava databáze 3D geometrických modelů implantátů, fixačních zařízení a nástrojů pro repozici kostí.
  • Vytvoření populačně specifických (pohlaví, věk, váha, atd.) parametrických modelů kostí pro potřeby předoperačního plánování; vývoj metod pro adaptaci parametrických modelů na konkrétního pacienta.
  • Vytvoření počítačového software pro předoperační plánování v operativní léčbě zlomenin nebo vad a případnou instruktáž operačního týmu před zákrokem.
  • Vývoj a implementace modulů pro GPU akceleraci zpracování 3D polygonálních modelů (např. extrakce příznaků, statistické metody pro výpočet parametrických modelů, adaptace parametrického modelu na konkrétního pacienta, atd.).
  • Uživatelské testy plánovacího software; vyhodnocení využitelnosti software v reálných klinických situacích.
Dalším cílem projektu je publikace dílčích vědeckých a odborných výsledků projektu a případně poskytnutí software souvisejícího s těmito výsledky. Předpokládají se publikace na konferencích a v časopisech.

Produkty

2016Knihovna pro multi-fragmentovou 2D-3D rekonstrukci s GPU akcelerací, software, 2016
Autoři: Klíma Ondřej, Klepárník Petr, Zemčík Pavel
2015SSIM Renderer s GPU Akcelerací, software, 2015
Autoři: Klepárník Petr, Klíma Ondřej, Zemčík Pavel

Publikace

2016KLÍMA Ondřej, BAŘINA David, KLEPÁRNÍK Petr, ZEMČÍK Pavel, CHROMÝ Adam a ŠPANĚL Michal. Lossy Compression of 3-D Statistical Shape and Intensity Models of Femoral Bones Using JPEG 2000. In: 14th IFAC Conference on Programmable Devices and Embedded Systems PDES 2016 Brno, Czech Republic, 5-7 October 2016. Brno / Lednice: Elsevier Science, 2016, s. 115-120. ISSN 2405-8963.
 KLÍMA Ondřej, KLEPÁRNÍK Petr, ŠPANĚL Michal a ZEMČÍK Pavel. Intensity-based femoral atlas 2D/3D registration using Levenberg-Marquardt optimisation. In: Biomedical Applications in Molecular, Structural, and Functional Imaging. San Diego: SPIE - the international society for optics and photonics, 2016, s. 1-6. ISBN 978-1-5106-0023-2.
 KLÍMA Ondřej, KLEPÁRNÍK Petr, ŠPANĚL Michal a ZEMČÍK Pavel. Towards an accurate 3D reconstruction of fractured long bones from plain 2D radiographs. Proceedings of the 30th International Congress and Exhibition on Computer Assisted Radiology and Surgery. Heidelberg, 2016.
 POLOK Lukáš a SMRŽ Pavel. Increasing Double Precision Throughput on NVIDIA Maxwell GPUs. In: Proceedings of the 24th High Performance Computing Symposium. Pasadena / Los Angeles: Association for Computing Machinery, 2016, s. 1-8. ISBN 978-1-5108-2318-1.
 POLOK Lukáš, ILA Viorela S. a SMRŽ Pavel. 3D Reconstruction Quality Analysis and Its Acceleration on GPU Clusters. In: Proceedings of European Signal Processing Conference 2016. Budapest: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, s. 1-8. ISBN 978-0-9928626-6-4.
2015KLÍMA Ondřej, KLEPÁRNÍK Petr, ŠPANĚL Michal a ZEMČÍK Pavel. GP-GPU Accelerated Intensity-based 2D/3D Registration Pipeline. Proceedings of Shape Symposium. Délemont: Swiss Institute for Computer Aided Surgery, 2015.

Vaše IPv4 adresa: 54.81.73.2
Přepnout na IPv6 spojení

DNSSEC [dnssec]