Как применяется компьютерная графика в медицине

Обновлено: 04.07.2024

Развитие 3D технологии в свете медицины началось совсем недавно, однако скорость, с которой развивается эта среда, потрясает.

В настоящее время все больше и больше медицинских отраслей применяет технологии 3D моделирования, для того чтобы отслеживать те или иные показатели.

Первым случаем с применением 3D технологий в медицине стала имплантация органа, сделанного с помощью компьютерной томографии и 3D-принтером в 1999 году.

Моделирование позволяет с высокой точностью воссоздавать разные прототипы органов, протезов и имплантов. Использование компьютерной томографии и моделирование органов на компьютере позволяет врачам сильнее углубиться в строение тех или иных частей тела и позволяет более точно проследить происходящее с ними.

С помощью распечатанных моделей молодое поколение врачей может учиться, не подвергая риску жизни пациентов.

Основными направлениями 3D моделирования на данный момент являются:

Протезирование – в настоящее время является одной из самых важных

и широко развивающихся областей. Многие ученые считают, что именно протезирование может являться ключем для так называемого секрета долголетия. Огромную часть в изучении данного процесса занимают Япония и США. Так, например, в Японии медицинское моделирование объединили с робототехникой для того, чтобы восстановить подвижность протезов. В 2019 году были проведены первые испытания, согласно которым, напечатанную на 3D принтере модель руки подключили с помощью высокоточных каналов к нервным окончаниям, что позволило пациенту в полной мере пользоваться новообретенным протезом.

Стоматология. Эта сфера деятельности развивается уже очень давно и именно она является самой распространенной и часто встречаемой в человеческой жизни. По статистике около 45% людей в возрасте от 20 до 55 пользовались коронками. С помощью современных 3D технологий врач может получить максимально четкий и точный снимок зуба и создать долговечную коронку, которая будет идеально подходить под нужный слот.

Имплантация. В данном случае подразумевается создание и калибровка внутренних органов человеческого организма. Эта область медицины давно стояла в приоритете у врачей, однако только сейчас, с расширением медицинских технологий, у медиков появилась возможность развивать данную сферу. Широкое распространение данная технология получила на востоке. В Южной Корее, Китае и Японии процедуры с использованием имплантов являются уже обыденностью. В основном все импланты изготавливаются из сплава титана. Считается что это самый лучший материал, который можно использовать для изготовления имплантов, т.к. он один из немногих практически не отторгается организмом. Ассимиляция живых тканей с имплантами из подобных сплавов практически всегда происходит безболезненно.

Самым главным инструментом в 3D моделировании является высокоточный принтер, который используется для создания и изготовления необходимых частей.

Созданием подобных принтеров сейчас занимаются компании по всему миру, в том числе и в России. Так, в нашей стране к 2020 году планируется создание и выпуск особого SLM-принтера, принцип печати которого заключается в технологии плавки металлического порошка. Данный способ позволит сильно сократить затраты времени на печать при этом не нанося удар по качеству. Такой аппарат, по заявлению его создателей, будет в 2-3 раза быстрее и эргономичнее чем нынешние аналоги и будет стоить в разы дешевле зарубежных моделей.

Важным компонентом 3D моделирования и печати является и ПО, которое необходимо для создания и построения правильных и четких моделей. На данный момент на рынке существует несколько крупных 3D модуляторов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки перед остальными.

В основе создания 3D моделей в компьютерной среде является томография, которая позволяет делать снимки, а потом переводить эти снимки в координаты, по которым в последствии будет создаваться нужная модель.

Использование данной технологии широко применяется не только для печати, но и для отдельного компьютерного моделирования. Созданная таким образом модель любой части тела доступна для изучения и способна показать врачам полную картину болезни и поражения.

В данный момент технология 3D моделирования в медицине развивается в положительном быстром темпе. Появляются новые технологии, новые сплавы и новые способы внедрения. Все это делает позитивную среду для использования протезирования и имплантирования в новых сферах. Так, например, за последние несколько лет начали появляться первые операции по замене сердца человека на напечатанную модель, которая будет так же служить ему верой и правдой. Внедрение новых технологий позволяет появиться надежде на колоссальные изменения, которые позволят полностью моделировать и модифицировать человеческое тело.

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Комитета по здравоохранению Администрации Волгоградской области «Медицинский колледж №1, Волгоград» Использование компьютерной графики в работе среднего медицинского персонала г.Волгоград, 2010год Студентка группы М-411 Крикуненкова Елена Руководитель – Гилярова М.Г.

В эпоху информационных технологий сложно представить цифровой мир без компьютерной графики, интегрирующей разнообразные возможности визуализации изображений. Компьютерная графика нашла широкое применение в различных областях человеческой деятельности, в том числе и в медицине.

Компьютерная графика делает информацию компактной, ёмкой, удобной в использовании. Она позволяет наглядно представлять исследуемый объект, дает возможность рассматривать движения изучаемых предметов, демонстрировать сферы жизни, недоступные обычному человеческому глазу, применять средства мультимедиа.

Одна и та же информация, переданная графически и описанная вербально, усваивается по разному.

Другой вид информации – видео, также базируется на использовании компьютерной графики.

Цели кружковой работы: познакомиться с возможностями компьютерной графики и применением дисплейного графического материала в медицинской практике; узнать, какие приборы визуально отображают информацию на экранах монитора.

Компьютерная графика активно используется в нашем колледже в качестве наглядного материала для различных дисциплин: «Сестринское дело в терапии», «Сестринское дело в хирургии», «Сестринское дело в педиатрии», «Гинекология».

Современные медицинские приборы отображают информацию на дисплеях с использованием компьютерной графики.

Такие приборы перед вами: 1) цифровые флюорографические кабинеты;

Они предназначены для проведения флюорографического осмотра и работы с базой данных после него

2) аппараты УЗИ (ультразвуковое исследование различных органов)

Работа с аппаратами УЗИ позволяет выявить заболевания на ранней стадии появления

3) аппараты ИВЛ - медицинское оборудование для принудительной подачи газовой смеси (кислород + сжатый осушенный воздух) в лёгкие

Аппараты ИВЛ насыщают кровь кислородом и удаляют из лёгких углекислый газ

4) кардиомониторы – аппараты, предназначенные для круглосуточного контроля сердечной деятельности пациентов в отделениях интенсивной терапии и реанимации. Кардиомонитор снабжен портативным передатчиком, и приемным блоком с антенной, что обеспечивает беспроводную фиксацию ЭКГ у пациента в радиусе 1м

Различные кардиомониторы Прикроватный кардиомонитор Электрокардиограмма – графическое изображение регистрации и исследования электрических полей, образующихся при работе сердца

5) инфузоматы предназначены для решения задач инфузионной терапии, парентерального питания и введения лекарственных средств с высокой точностью.

Различные инфузоматы и их использование

6) различное диагностическое оборудование, класс приборов по биорезонансному тестированию, диагностике и биорезонансной терапии, в котором использованы передовые технологии в области биорезонансной медицины

Всей этой техникой должны уметь пользоваться будущие медицинские работники среднего звена. В современном обществе компьютерная графика применяется во всех областях медицины: гинекологии, кардиологии, косметологии, лабораторных исследованиях, офтальмологии, реабилитации, диагностике, рентгенологии, стоматологии, травматологии, урологии, хирургии, эндоскопии, физиотерапии и т.д.

С целью ознакомления с оборудованием реанимации студенты посетили МУЗ КБ СМП №25

В реанимационном блоке установлено оборудование, отображающее работоспособность важных систем организма человека на мониторах подключенных устройств.

Занимаясь в кружке «Компьютерная графика» студенты познакомились с различными форматами графических изображений, научились редактировать фотоснимки, создавать простейшие анимации, используя их при создании презентаций и мультимедийных документов.

На слайде вы увидите анимации, созданные студентами группы М-411, презентации по теме «Первая медицинская помощь».

В следующем году, в рамках кружка, планируется провести исследовательскую работу, посвященную применению описанных аппаратов в различных отделениях стационара для специальности «Сестринское дело».

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Кузьмин Андрей Викторович

Данная статья подготовлена по материалам доклада « Трехмерное моделирование и визуализация в медицине», представленного на пленарном заседании ХХVI научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки и образования» студентов и профессорско-преподавательского состава университета.

Текст научной работы на тему «Трехмерное моделирование и визуализация в медицине»

ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ В МЕДИЦИНЕ

Аннотация. Данная статья подготовлена по материалам доклада «Трехмерное моделирование и визуализация в медицине», представленного на пленарном заседании XXVI научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки и образования» студентов и профессорско-преподавательского состава университета.

Ключевые слова: трехмерное моделирование, компьютерная графика, визуализация, математическое моделирование.

Проникновение информационных технологий в различные области науки и образования во многом определяет прогресс и направления развития в этих областях. И медицина здесь не является исключением. В данной статье рассматривается область трехмерного моделирования в медицине на примере четырех проектов, в разработке которых автор принимает непосредственное участие как сотрудник кафедры информационновычислительных систем и резидент студенческого научно-производственного бизнесинкубатора Пензенского государственного университета.

Моделирование электрической активности сердца

Современные информационные технологии находят свое применение при решении самых различных задач: от ведения баз данных пациентов до сложных диагностических систем и аппаратно-программных комплексов роботической хирургии. Одной из актуальных задач применения информационных технологий является моделирование сердца человека.

Актуальность этой темы вызвана двумя основными факторами. Первый из них -это чрезвычайная важность проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. По статистике они уверенно держат первое место среди причин смерти и потери трудоспособности населения. Диагностика сердечно-сосудистых заболеваний является важнейшей проблемой. Второй фактор - это повсеместное внедрение информационных технологий, когда моделирование и анализ функционирования отдельных систем на сегодняшний день стали нормой.

Область моделирования сердца человека на стыке медицинских и технических дисциплин. А как показывает история науки, по крайней мере с средины прошлого века, очень часто прорывы происходят именно при работе на стыке различных отраслей. Вспомнить хотя бы совместную работу известнейшего ученого-кибернетика Норберта Винера и физиолога Артуро Розенблюта.

Многие ученые и целые разделы наук успешно разрабатывали тематику сердца, отдельных аспектов его активности, но зачастую достаточно изолированно друг от друга. Нынешний уровень развития информационных технологий, моделирования и визуализации позволяет использовать эти наработки для исследовательских целей, обучения и диагностики.

Вот, например, как формулирует цели дальнейшей работы Нильс Вессел: «Еще одна цель, следовательно, состоит в том, чтобы пойти на качественно новый шаг: сочетание анализа данных и моделирования». Или академик РАН М. П. Рощевский убежден, что

Техника, технология, управление

диагностика сердечно-сосудистой системы будущего будет основываться на моделировании электрических процессов в сердце по электрокардиографическим данным, полученным на поверхности тела. По сути, они формулируют одну и ту же цель - анализ модели сердца с использованием исходных данных реального человека.

Если исходить из того, что адекватная модель работы сердца имеется, то анализ данных здесь - это получение параметров такой модели, отражающей особенности конкретного человека, а моделирование - это как раз исследование функционирования сердца на такой модели с учетом индивидуальных параметров.

Это можно назвать даже сменой парадигмы диагностики и переходом к диагностике, основанной на моделировании (или симуляционной диагностике), когда продиагностированное состояние пациента моделируется c учетом его физиологических особенностей.

Такой подход вполне согласовывается со всеми мировыми тенденциями по индивидуализации медицины, внедрению личного медицинского профиля, долгосрочной истории хранения диагностических данных и результатов диагностики.

Основой моделирования сердца может быть модель электрической активности сердца. Целый класс таких моделей, несмотря на существенные различия, сводится к одному - рассмотрению сердца в качестве некоего электрического генератора, такого, что при его помещении на место сердца мы могли бы регистрировать на поверхности тела ЭКГ с удовлетворительной погрешностью.

Таких моделей сейчас создано множество: это и точечный заряд, диполь, квадру-поль, мультиполь или многодипольный генератор и др. Особенно стоит подчеркнуть вклад в разработку таких моделей именно российских ученых: В. С. Мархасина, Л. И. Ти-томира, М. П. Рощевского, О. В. Баума, А. Н. Волобуева и М. Н. Крамма.

Получение параметров модели электрической активности сердца связано с решением обратной задачи электродинамики. В связи с этим не стоит забывать, что обратные задачи не всегда корректные, а их решение может быть достаточно сложным.

В своей работе мы используем многодипольную модель электрической активности сердца, разработанную Л. И. Титомиром [1]. Важнейшим элементом такой модели является геометрическая модель сердца, или квазиэпикард. В качестве геометрической модели используется как поверхностная полигональная модель, построенная на основе опорных точек, так и объемная воксельная модель, построенная на основе рекурсивного разделения пространства (рис. 1).

Рис. 1. Трехмерная модель сердца:

а - поверхностная модель внутри модели грудной клетки; б - объемная модель

Вестник Пензенского государственного университета № 4 (12), 2015

Предложенные модели используются для получения распределения электрических характеристик по поверхности модели сердца [2].

Сейчас в рамках данного проекта разрабатывается методика динамического изменения геометрических параметров модели. Работа выполняется в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности по Заданию № 2014/151 за 2014 г. по теме «Моделирование электрической активности сердца» (№ госрегистрации 114110640068).

Говоря об этой тематике, нельзя не упомянуть о коллегах, с которыми получены научные результаты. Это научный коллектив (или даже научная школа) неинвазивной диагностики и анализа кардиографической информации, включающий ученых и специалистов Пензенского государственного университета (а именно кафедр «Информационно-вычислительные системы», «Информационно-измерительная техника», «Теоретическая и прикладная механика и графика», а также Медицинского института). Научный руководитель этого направления - профессор О. Н. Бодин.

Другим актуальным и чрезвычайно интересным проектом, как нельзя лучше во-площаяющим технологии трехмерного моделирования и визуализации в области медицинского обучения, является «Виртуальный хирург». Это разработка Самарского медицинского университета, первый в России компьютерный симуляционный тренажер для обучения навыкам эндоскопической, эндоваскулярной и открытой хирургии, а также высокореалистичный трехмерный атлас анатомии человека. Часть технических решений, используемых в этом тренажере, разработана при участии нашего университета: это модуль базовых навыков лапароскопии, методики моделирования и визуализации объектов операционного поля, инструментов, физических взаимодействий, сечения полигональных и объемных моделей, а также архитектура средств разработки программного обеспечения для построения хирургических тренажеров [3].

Технические решения разработаны с использованием современных средств, таких как графическая библиотека OGRE3D, физические библиотеки PhysX от NVidia и Bullet, интегрированная среда разработки Visual Studio от Microsoft.

На рис. 2 показаны примеры визуализации, взятые из различных кейсов.

Рис. 2. Визуализация операционного поля:

а - модуль базовых навыков работы с эндоскопической камерой; б - открытая хирургия, разрез

Техника, технология, управление

Также стоит отметить, что мехатронный манипулятор для открытой хирургии проходил тестирование в лаборатории бизнес-инкубатора.

Моделирование воздействий на верхнечелюстную пазуху

Другая разработка связана напрямую с применением трехмерного моделирования для планирования операций на верхнечелюстной пазухе. Проект осуществляется совместно с сотрудниками Медицинского института, руководитель - доктор медицинских наук, профессор С. В. Сергеев.

В качестве основы для построения трехмерной модели использовались томограммы. Кроме того, проведена работа по изучению и анализу возрастных изменений геометрических и механических параметров пазухи.

С использованием построенной модели выполнялись вычислительные эксперименты по исследованию возникающих деформаций под воздействием хирургического инструмента с помощью метода конечных элементов [4]. Сравнивалась травматичность при использовании различных точек доступа, определялись особенности возникающих деформаций (рис. 3).

II 609*401 1 $40*401 1 <07*401 1 «7*401 1 1«*401 9051*402 0*44*402 7 0)7*402 5«2«*402 4 222*402

1 2015*402 1407*402 1000*4»

Рис. 3. Визуализация параметров напряженно-деформированного состояния

Результаты работы легли в основу кандидатской диссертации.

Система для интерактивного изучения анатомии человека

Данный проект демонстрирует, как студенческая инициатива, «инициатива снизу» может вылиться в интересную и востребованную научно-техническую работу. Замысел принадлежит студенту Медицинского института, который на практике столкнулся со всеми сложностями освоения теоретической части курса анатомии человека с помощью печатного анатомического атласа. В бизнес-инкубатор он пришел с идеей создания интерактивной системы, которая позволяла бы работать с трехмерными моделями наиболее сложных костей и соответствующими описаниями, чтобы их можно было изучать в более наглядном интерактивном режиме на компьютере.

Вестник Пензенского государственного университета № 4 (12), 2015

Данный проект уже получил признание на научно-технических мероприятиях различного уровня. С технической точки зрения уже реализован прототип интерактивном системы со своей оболочной, загружаемыми моделями и информационным содержанием (рис. 4).

Рис. 4. Подготовка трехмерной модели

Главной изюминкой является то, что на нескольких костях с достаточно сложной пространственной структурой был отработан технологический конвейер создания детализированных моделей на основе томографических данных [5].

Приведенными примерами не ограничиваются разработки ПГУ в области трехмерного моделирования и визуализации в области медицины. Данный список может быть продолжен. Однако уже рассмотренного перечня достаточно, чтобы показать, насколько перспективной и плодотворной является область на стыке современных информационных технологий и медицины и что данное направление в университете активно развивается.

1. Титомир, Л. И. Математическое моделирование биоэлектрического генератора сердца / Л. И. Титомир, П. Кнеппо. - М. : Наука, Физматлит, 1999. - 447 с.

3. Алгоритмы определения видимости объектов сцены при симуляционном обучении базовым навыкам лапароскопии / А. В. Кузьмин, М. Г. Милюткин, А. С. Черепанов, А. В. Иващенко, А. В. Колсанов, Р. Р. Юнусов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2013. - № 3. - С. 40-51.

4. Григорькина, Е. С. Компьютерное 3Б-моделирование травмирующего воздействия на верхнюю челюсть / Е. С. Григорькина, А. В. Кузьмин, С. В. Сергеев // Практическая медицина. - 2015. -№ 2 (87). - Т. 2. - С. 76-78.

5. Денисов, О. Е. Информационная система для изучения анатомии человека / О. Е. Денисов, И. А. Левашов, А. В. Кузьмин // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. - № 2 (10). - C. 153-157.

Техника, технология, управление

Кузьмин Андрей Викторович

кандидат технических наук, доцент, кафедра информационно-вычислительных систем,

candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of information systems,

Penza State University

УДК 004.9 Кузьмин, А. В.

Трехмерное моделирование и визуализация в медицине / А. В. Кузьмин // Вестник Пензенского государственного университета. - 2015. - № 4 (12). - C. 122-127.

Тема: Применение компьютерных технологий в медицине.

условиях развития современного общества информационные технологии глубоко проникают в жизнь людей. Они очень быстро превратились в жизненно важный стимул развития не только мировой экономики, но и других сфер человеческой деятельности.

Сейчас трудно найти сферу, в которой не используются информационные технологии.

каждым годом информационные технологии все прочнее входят во все сферы деятельности (от автобизнеса до строительства). Стремительно набирая темпы в последние десятилетия, прогресс на фоне повсеместного внедрения компьютерных информационных технологий (IT-технологий) охватил и медицину. Сегодня информационные системы в медицине используются всё шире: при создании серьёзной клиники без IT-составляющей уже не обойтись. Особенно актуально их внедрение в практику деятельности коммерческих клиник и медицинских центров, ведь помимо пользы для медперсонала и пациентов, информационные системы выгодны с чисто экономической точки зрения.

И далеко не случайно, намереваясь финансировать медучреждения либо даже их сети, инвесторы прежде всего закладывают в инвестиционный бюджет оснащённость клиник современными IT системами. Применяемые в медицинских клиниках и центрах информационные технологии дают следующие преимущества:

Делают работу медицинского персонала более эффективной и удобной.

Позволяют сэкономить значительные денежные средства.

Компьютеры в медицине

Компьютеры уже давно используются в медицине. Многие современные методы диагностики базируются на компьютерных технологиях. Такие способы обследования, как УЗИ или компьютерная томография, вообще немыслимы без компьютера. Но и в более "старые" методы обследования и диагностики компьютеры вторгаются все более активно. Кардиограмма и анализы крови, исследование глазного дна и состояния зубов. - трудно сейчас найти область медицины, в которой компьютеры не применялись бы все более и более активно.

Но только диагностикой применение компьютеров в медицине уже не ограничивается. Они все активнее начинают использоваться и при лечении различных заболеваний - начиная от составления оптимального плана лечения и до управления различным медицинским оборудованием во время проведения процедур.

Кроме того, сейчас компьютеры помогают больным людям и в повседневной жизни. Уже создано огромное количество устройств, предназначенных для больных и немощных людей, которые управляются компьютерами.

Компьютер в стоматологии

Сегодня в России компьютер есть в каждой стоматологической клинике. Чаще всего он

работает как помощник бухгалтера, а не служит для автоматизации делопроизводства

всей стоматологической клиники

Наиболее широко распространены на стоматологическом рынке компьютерных программ

системы цифровой (дигитальной) рентгенографии, часто называемые радиовидеографами. Системы позволяют детально изучить различные фрагменты снимка зуба и пародонта, увеличить или уменьшить размеры и контрастность изображений,

сохранить всю информацию в базе данных и перенести ее при необходимости на бумагу с помощью принтера. Наиболее известные программы: Gendex, Trophy. Недостатком данной группы программ является дефицит информации о пациенте.

Вторая группа программ - системы для работы с дентальными видеокамерами. Они позволяют детально запечатлеть состояние групп или определенно взятых зубов «до» и «после» проведенного лечения. К таким программам, распространенным в России, относятся: Vem Image, Acu Cam, Vista Cam, Telecam DMD. Недостатки те же, что и у предыдущей группы.

Следующая группа - системы управления стоматологическими клиниками. Таких программ достаточно много. Они применяются в Воронеже, Москве, Санкт-Петербурге и даже в Белгороде. Одним из недостатков является их незащищенность от несанкционированного доступа к информации.

Электронный документооборот модернизирует обмен информации внутри стоматологической клиники. Различная степень доступа врачей и пациентов, обязательное использование системы шифрования для кодирования диагнозов, результатов обследования, терапевтических, хирургических, ортодонтических и др. процедур дает возможность надежно защищать любую информацию.

Функциональные исследования

Такие важные методы обследования, как КТ, УЗИ, МРТ, ЭКГ и другие невозможны без использования компьютера. Но и в классические способы диагностики вводится использование компьютеров. Сейчас сложно представить области медицины, в которых не используются компьютеры. Анализы крови, снимки органов и костей, кардиограмма, гастроэндоскопия, сшивающие приборы и многое другое стало помощником в медицинском обследовании и лечении.

настоящее время ультрозвуковая диагностика применяется в медицине повсеместно,

являясь необходимым методом исследования во многих разделах медицины, несмотря на наличее более современных методов.

Ультразвук – это волны высокой частоты, применяющиеся для изучения внутренних органов. Получение изображения в режиме реального времени дает возможность отслеживать ряд динамических процессов, происходящих в организме, таких как движение крови по сосудам и состояния плода.

Метод исследования биоэлектрической активности сердца, получивший название электрокардиография, является сегодня незаменимым в диагностике нарушений ритма и проводимости, ишемической болезни сердца и других заболеваний, гипертрофии миокарда предсердий и желудочков.

Метод основан на регистрации электрических потенциалов, возникающих в сердце.

Метод изучения состояния организма человека, при котором производится последовательное, очень частое измерение тонких слоев внутренних органов. Эти данные записываются в компьютер, который на их основе выстраивает полное объемное изображение. Физические основы измерений разнообразны: рентгеновские, магнитные, ультразвуковые, ядерные и пр.

Совокупность устройств, обеспечивающих измерения, сканирование, и компьютер, создает полную картину, называются томографом.

Томография является одним из основных примеров внедрения новых информационных технологий в медицине. Создание этого метода без мощных компьютеров было бы невозможным.

Исследование внутренней структуры объектов, которые проецируются при помощи рентгеновских лучей на специальную плёнку или бумагу. Наиболее часто термин относится к медицинскому неинвазивному исследованию, основанному на получении суммарного проекционного изображения анатомических структур организма посредством прохождения через них рентгеновских лучей и регистрации степени ослабления рентгеновского излучения.

История рентгенологии начинается в 1895 году, когда Вильгельм Конрад Рентген впервые зарегистрировал затемнение фотопластинки под действием рентгеновского излучения. Им же было обнаружено, что при прохождении рентгеновских лучей через ткани кисти на

фотопластинке формируется изображение костного скелета. Это открытие стало первым в мире методом медицинской визуализации, до этого нельзя было прижизненно, не инвазивно получить изображение органов и тканей. Рентгенография очень быстро распространилась по всему миру. В 1896 году в России был сделан первый рентгеновский снимок.

1918 году в России была создана первая рентгенологическая клиника. В 1921 году в Петрограде был открыт первый рентген стоматологический кабинет.

настоящее время рентгенография остается основным методом диагностики поражений костно-суставной системы. Важную роль играет при обследовании легких, особенно в качестве скринингового метода. Методы контрастной рентгенографии позволяют оценить состояние внутреннего рельефа полых органов, распространённость свищевых ходов и др. 13 июля 2018 года новозеландскими учёными в Женеве был представлен рентгеновский аппарат, который способен делать трёхмерные цветные снимки.

Компьютерные технологии в протезировании

Компьютерная визуализация позволяет хирургу видеть картинку сустава. Данная система визуализации тканей сустава использует инфракрасные лучи. Информация, полученная с их помощью, обрабатывается на компьютере и строится изображение сустава и положение хирургического инструмента. Эта информация помогает хирургу ориентировать инструментарий и компоненты протеза при использовании маленьких разрезов.

Большинство ортопедов применяют при протезировании тазобедренного сустава компьютерные системы, что позволяет им добиться применения маленьких разрезов. Хирургия малых разрезов способствует быстрому заживлению, меньшей кровопотере и сопровождается меньшими болями в послеоперационном периоде.

Компьютерные технологии позволяют добиться высокой точности при сопоставлении костей суставов, что невозможно сделать невооруженным взглядом.

Компьютерные технологии в лучевой терапии

Лучевая терапия опухолей - один из наиболее известных терминов онкологии, подразумевающий использование ионизирующего излучения для разрушения опухолевых клеток.

Изначально лучевое лечение использовало принцип большей устойчивости здоровых клеток к воздействию радиации, в сравнении со злокачественными. При этом в зону расположения опухоли подавали высокую дозу излучения (за 20-30 сеансов), что приводило к разрушению ДНК клеток опухоли.

Развитие способов воздействия ионизирующего излучения на опухоль привело к изобретению новых направлений в радиационной онкологии. Например, радиохирургии (Гамма-Нож, КиберНож), при которой высокая доза радиации однократно (либо за несколько сеансов) подается точно в границы новообразования и приводит к биологическому разрушению его клеток.

Эволюция медицинской науки и технологий лечения рака привела к тому, что классификация видов лучевого лечения (радиотерапии) довольно сложна. И пациенту, столкнувшемуся с лечением онкозаболевания, сложно самостоятельно определить, насколько подходит в его случае тип лучевого лечения опухолей, предложенный в конкретном онкоцентре России и зарубежья.

Наивысшего технического уровня достигло лучевое лечение, при котором доза излучения доставляется бесконтактно, с небольшого расстояния. Дистанционная лучевая терапия проводится как с использованием ионизирующего излучения радиоактивных радиоизотопов (современная медицина использует дистанционное излучение изотопов только при радиохирургии на Гамма-Ноже, хотя в некоторых онкоцентрах России все еще можно встретить старые аппараты для радиотерапии работающие на изотопе кобальта), так и с применением более точных и безопасных ускорителей элементарных частиц (линейный ускоритель или синхроциклотрон при протонной терапии).

Так выглядят современные аппараты для дистанционного лучевого лечения опухолей (слева направо, сверху вниз): Линейный ускоритель, Гамма-нож, КиберНож, Протонная терапия

Компьютерные технологии в офтальмологии

Офтальмология – это узкий раздел медицины, изучающий строение, анатомию и болезни глаза. Как и всякая область знаний, медицина активно развивается и пользуется продуктами технологического прогресса.

Поражает размах и качество применения новых технологий в офтальмологии сегодня: микроэлектронные приборы для лечения кажутся почти фантастическими. Научные открытия и труды химиков, физиков и биологов в совокупности дают широкий спектр возможностей, который позволяет врачам покорять новые горизонты в лечении глазных заболеваний.

Развитие технологий и научных достижений на протяжении последних 20 лет привело к новым возможностям в офтальмологии. Главным достижением, пожалуй, является лазерная коррекция зрения.

Телемедицина

Телемедицина - использование компьютерных и телекоммуникационных технологий для обмена медицинской информацией. Является одним из наиболее быстро растущих сегментов здравоохранения в мире (около 20 % в год). Также используется (реже) термин «дистанционная медицина».

Технология телемедицины работает в двух направлениях:

коммуникация «врач – врач», при которой контактируют и решают вопросы здравоохранения медицинские работники (доктора и медперсонал);

коммуникация «пациент – врач», которая предполагает удаленный обмен

информацией между врачом и пациентом.

Более новым и перспективным направлением считается второе: оно начало активно развиваться, когда технологии стали более совершенными, а цифровизация общества ускорилась. В свою очередь, коммуникация «пациент – врач» тоже делится на два типа:

это дистанционная диагностика с помощью специальных приборов (например, измерение и контроль сердечных ритмов) и дистанционные консультации пациентов.

При этом клиент может связаться с врачом по телефону, скайпу либо же через мессенджеры или специальные приложения. Такой вид консультаций не может заменить личный визит к врачу, но делает медицинские услуги более доступными.

Впервые термин «телемедицина» был введен в 1974 году, однако еще задолго до этого практика проведения телемедицинских консультаций была реализована с помощью первого предшественника телефонного аппарата – телеграфа. Позже был изобретен телефон, затем – радио, телевидение и наконец – компьютер. С появлением ЭВМ человечество узнало, что такое интернет, и тогда телемедицина перестала быть технологией из разряда фантастики.

Электронный документооборот

Электронный документооборот — совокупность нормативно-методических документов, стандартов и технологий подготовки, хранения, поиска и обработки ЭД, а также их передачи на физических носителях и по каналам связи, обеспечивающая конфиденциальность содержащихся в них сведений и их юридическую значимость.

Для медицинской организации основным первичным внутренним ЭД является электронная медицинская карта (ЭМК), или история болезни (ЭИБ) пациента, которая в общем случае представляются в виде определенной совокупности персональных медицинских записей в базе данных (БД). К внешним ЭД относятся переписка, различного рода отчетность, реестры, выписки из медицинских документов и т.п. К электронным документам особого вида следует отнести нормативы, классификаторы и справочники, используемые в здравоохранении.

Электронная история болезни

Внедрение в клиническую практику электронной истории болезни позволяет устранить многие недостатки бумажного медицинского документооборота, связанные с трудоемкостью заполнения, архивации, поиска документации, создать удобную навигацию по истории болезни, объединить в едином информационном пространстве все службы современного медицинского учреждения с выходом на внешние информационные системы.

Электронная история болезни устраняет многие недостатки бумажного документооборота и обладает рядом существенных преимуществ: четкой формализацией записей; сокращением времени оформления медицинских документов в 2,5—10 раз; сокращением рукописной работы, что снимает все вопросы, связанные с неразборчивым почерком медицинского персонала; персонификацией записи медицинских специалистов;

мгновенной доступностью медицинских данных для персонала; новыми способами защиты от подделок и подмены данных в истории болезни.

Идеология стандарта ЭИБ позволяет создать «Единое хранилище персональных записей о (электронный архив) — пожизненный электр банк, в котором содержится личная медицинская информация пациента. Электронный архив значительно уменьшает время поиска персональных медицинских данных, сокращает часть медицинского персонала, занятого архивированием бумажных носителей, и освобождает площади, занятые бумажными картотеками. Персональные медицинские данные электронного архива могут лечь в основу создания персональных медицинских электронных паспортов, которые необходимы для оперативного доступа к медицинским данным пациента при экстренной медицинской помощи, например при дорожно-транспортных происшествиях.

Одной из главных задач стандарта ЭИБ является создание основ для формирования единого информационного пространства медицинского учреждения

Сегодня все большее внимание уделяется внедрению современных информационных технологий в больницах и поликлиниках, поскольку это позволяет вывести их работу на качественно новый уровень. Применение информационных технологий в медицине позволяет:

повысить качество оказания медицинских услуг и удовлетворенность пациентов;

снизить нелечебную нагрузку на врачей-специалистов;

улучшить доступность медицинской информации и скорость ее предоставления медицинскому персоналу;

повысить эффективность работы служб обеспечения;

снизить процент случайных потерь и необоснованных трат медицинских материалов,

оборудования и инвентаря;

совершенствовать внутренний медицинский учет;

оптимизировать процесс обязательной отчетности перед вышестоящими организациями,

представлять результаты работы поликлиники для руководства в реальном времени;

повысить лояльность врачей и медицинского персонала.

Компьютеры играют важную роль в медицинских исследованиях. Они позволяют установить, как влияет загрязнение воздуха на заболеваемость населения данного района.

Кроме того, с их помощью можно изучать влияние ударов на различные части тела, в частности последствия удара при автомобильной катастрофе для черепа и позвоночника человека.

Банки медицинских данных позволяют медикам быть в курсе последних научных и практических достижений.

Компьютеры используются для создания карт, показывающих скорость распространения эпидемий.

Компьютеры хранят в своей памяти истории болезни пациентов, что освобождает врачей от бумажной работы, на которую уходит много времени, и позволяет больше времени уделять самим больным.

Сегодня информационные системы в медицине используются всё шире. Поэтому медицина XXI века не может существовать без компьютера и ИКТ.

-75%

Читайте также:

Как применяется компьютерная графика в медицине

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Кузьмин Андрей Викторович

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Кузьмин Андрей Викторович

Текст научной работы на тему «Трехмерное моделирование и визуализация в медицине»