Πρόσκτηση Και Παρουσίαση Τρισδιάστατων Ιατρικών Δεδομένων

Abstract

Τα τελευταία χρόνια η ιατρική έχει κάποια πολύ ισχυρά εργαλεία στη διάθεσή της. Αυτά είναι συστήματα που μπορούν να συλλέξουν αλλά και να απεικονίσουν πληροφορίες για τη δομή και λειτουργία των οργάνων των ασθενών. Έτσι μπορεί να γίνεται γρηγορότερη και ακριβέστερη διάγνωση καθώς και παρακολούθηση της εξέλιξης της ασθένειας. Σε μερικές περιπτώσεις μάλιστα διαθέτουμε συστήματα που συμβάλλουν άμεσα στις θεραπείες, όπως για παράδειγμα στην ακτινοθεραπεία κατά του καρκίνου.Στο πρώτο κεφάλαιο θα εξετάσουμε σύντομα τις σύγχρονες τεχνολογίες πρόσκτησης ιατρικών δεδομένων. Την υπολογιστική τομογραφία ακτινών Χ, τη μαγνητική τομογραφία, την τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίου, την τομογραφία μονοφωτονιακής εκπομπής, την τομογραφία υπερήχων, την τομογραφία ηλεκτρικής εμπέδησης και την απεικόνιση μαγνητικών πηγών. Όλες αυτές οι τεχνολογίες παράγουν ένα σύνολο δεδομένων το οποίο αντικατοπτρίζει τη δομή ή και τη λειτουργία του σώματος του εξετασθέντος. Αυτό το σύνολο δεδομένων πρέπει να επεξεργαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε το ιατρικό προσωπικό να μπορεί να το ερμηνεύσει για να εξάγει μια διάγνωση. Αυτή η επεξεργασία συνήθως σημαίνει την οπτικοποίηση του. Αυτή μπορεί να γίνει όπως στην κλασσική ακτινογραφία δηλαδή με την αποτύπωση σε φωτογραφικό φιλμ. Η οπτικοποίηση μπορεί να πραγματοποιηθεί και με πιο σύγχρονες μεθόδους μέσα από την οθόνη ενός υπολογιστή. Η οπτικοποίηση μέσω υπολογιστή παρέχει πολλές περισσότερες δυνατότητες και ευκολίες στο ιατρικό προσωπικό. Για παράδειγμα τα δεδομένα που απεικονίζονται μπορούν να είναι τρισδιάστατα, οπότε μπορούν να παρατηρηθούν από πολλές διαφορετικές γωνίες, σε αντίθεση με την απεικόνιση στο φιλμ. Στο δεύτερο κεφάλαιο θα εξετάσουμε πώς ακριβώς μεταφέρονται τα τρισδιάστατα ιατρικά δεδομένα στις δύο διαστάσεις της οθόνης του υπολογιστή. Αναλυτικότερα, αρχικά θα εξετάσουμε μερικές βασικές έννοιες των τρισδιάστατων αναπαραστάσεων και στη συνέχεια κάποιες από τις μεθόδους προεπεξεργασίας και απεικόνισης. Η υλοποίηση αυτών των μεθόδων με υλικό ή λογισμικό κάνει δυνατή την απεικόνιση των ιατρικών δεδομένων. Οι μέθοδοι που θα εξετάσουμε είναι η προβολή μέγιστης έντασης, η απόδοση επιφανειών, η απόδοση όγκου και η ρίψη ακτινών. Επίσης θα εξετάσουμε τους αλγόριθμους που αφορούν στη σκίαση και έναν αλγόριθμο που βελτιώνει σημαντικά την ταχύτητα, τον αλγόριθμο διάτμηση-στρέβλωση.Εκτός από διαγνωστικά οφέλη, η τρισδιάστατη αναπαράσταση αποδεικνύεται χρήσιμη και στο σχεδιασμό ορισμένων θεραπειών, όπως στο σχεδιασμό της ακτινοθεραπείας για την αντιμετώπιση του καρκίνου. Στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζουμε μερικά χαρακτηριστικά αυτής της ασθένειας εστιάζοντας στη γονιδιακή της φύση. Από τις μεθόδους θεραπείας που εξετάζουμε περισσότερο βάρος δίνεται στην ακτινοθεραπεία, και συγκεκριμένα στην ακτινοθεραπεία εξωτερικής δέσμης. Εξετάζοντας αυτή τη μέθοδο εξηγούνται οι αιτίες και ο τρόπος που η τρισδιάστατη αναπαράσταση ενός όγκου και των γειτονικών του ιστών αποτελεί τη βάση στο σχεδιασμό των σύγχρονων μεθόδων ακτινοθεραπείας εξωτερικής δέσμης.Η οπτικοποίηση της ακτινοθεραπείας προσφέρει σημαντικό πλεονέκτημα στους σχεδιαστές της θεραπείας. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται ο αλγόριθμος για τη η γεωμετρική αναπαράσταση της ακτινοβολίας στις τρεις διαστάσεις. Επίσης περιγράφεται ο διαχωρισμός του δέρματος του ασθενή από το υπόλοιπο σύνολο δεδομένων καθώς η ενσωμάτωση της γεωμετρικής αναπαράστασης της δέσμης στο τρισδιάστατο σύνολο δεδομένων που αναπαριστά το δέρμα του ασθενή. Τέλος περιγράφεται ο αλγόριθμος υπερτονισμού του δέρματος στα σημεία εισόδου και εξόδου της ακτίνας. Για όλους τους αλγόριθμους παρατίθενται εικόνες με αποτελέσματα. Ο σχετικός κώδικας υλοποιήθηκε σε γλώσσα C.