О ПРОЕКТЕ

Академик РАН, профессор Александр Николаевич Коновалов 

akonovalov

Дорогие друзья! 

С большим профессиональным удовольствием рад представить результат многолетней работы по созданию мультимедийного трехмерного Атласа головного мозга человека.  В основу этого фундаментального труда положены многолетние исследования головного мозга, проводимые в НИИ нейрохирургии им. акад.Н.Н.Бурденко — данные магнитно-резонансной и компьютерной томографии, цифровой ангиографии, результаты анатомических исследований, а также данные, систематизированные в научных изданиях и атласах предыдущих. Передовые компьютерные технологии позволили создать удобную интерактивную трехмерную версию Атласа.

Мозг человека – сложнейшая и наиболее совершенная структура, созданная природой и очень непросто постичь особенности его строения. Поэтому знание анатомии центральной нервной системы и, в частности, головного мозга, являются фундаментом для успешной работы не только нас, нейрохирургов, но и ученых многих специальностей.

Знание анатомии это еще и основа подготовки молодых специалистов в области неврологии и нейрохирургии. Решению этих проблем призван помочь этот трехмерный анатомический Атлас центральной нервной системы человека.

Хочу особо отметить, что объемная реконструкция важнейших структур мозга – коры больших полушарий, подкорковых ядер, ствола, проводящих путей, желудочковой системы, вен и артерий, спинного мозга и черепно-мозговых нервов позволяют составить цельное пространственное представление о строении мозга. Эти знания важны для всех специалистов, изучающих заболевания нервной системы и, в первую очередь, для нейрохирургов.  Представляемый  Атлас  будет весьма полезна не только начинающим специалистам,  но и их умудренным практическим и жизненным опытом старшим коллегам.

 Академик РАН Александр Николаевич Коновалов  

ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ АТЛАСА
ПРИОБРЕСТИ ВИРТУАЛЬНЫЙ АТЛАС
СКАЧАТЬ УСТАНОВЩИК ДЛЯ WINDOWS
СКАЧАТЬ УСТАНОВЩИК ДЛЯ MACOS

О ПРОЕКТЕ

Одним из приоритетных направлений научно-практической деятельности компании “ТОЛИКЕТИ” являются разработки в области виртуализации нейроанатомии человека.

Трехмерные программные компьютерные технологии позволяют совершенно по-новому взглянуть на строение Центральной нервной системы человека. Определяющая концепция трёхмерной реконструкции открывает безграничные возможности в исследовании законов построения органического мира.

Издательство “ТОЛИКЕТИ” в лице доктора медицинских наук, заведующего отделением нейроонкологии НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н.Бурденко Давида Ильича Пицхелаури и Студия Научного Дизайна «BRAIN.ERA» в лице Самборского Дмитрия Ярославовича, выполнившая работы, связанные с трехмерным моделированием и дизайном проекта, при финансовой поддержке “Международного Фонда Развития Нейрохирургии и Нейрореабилитации” разработали проект создания ТРЁХМЕРНОГО АТЛАСА ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА.

Программную часть проекта разработали специалисты в области программирования Исламов Денис и Логинов Павел.

15_horizontal

В качестве исходных данных использовались нативные компьютерные и магнитно-резонансные томограммы среднестатистического человека, данные анатомических исследований, а также систематизированные в научных изданиях предыдущих лет сведения по анатомии  Центральной нервной системы человека.

12_horizontal

Создание Атласа является главной составляющей проекта для использования в научно-практических и обучающих целях в нейрохирургии, неврологии и других смежных дисциплинах. Эта разработка основана на уникальном материале, полученном в процессе 10-летней совместной работы нейрохирургов и специалистов в области трёхмерных программных технологий.

4_horizontal 

Понятие виртуального нейроанатомического атласа

Виртуальный атлас центральной нервной системы человека представляет трёхмерно-программный концепт, объединяющий, во-первых, разнотипную информацию о головном мозге и, во-вторых, набор методов для работы с этой информацией. Атласы центральной нервной системы естественным образом позволяют интегрировать геометрическую, физическую, физиологическую информацию, получаемую из различных источников, предоставляя пользователям возможность работать сразу со всей совокупностью данных. Объем информации, хранимой в нейроанатомическом атласе, может быть колоссальным, и поэтому внутренняя организация работы с информацией является крайне важным параметром атласа – не менее важным, чем сама информация о мозге.

06_horizontal

Детально разработаны строение и функциональные связи сложных внутримозговых структур:  гипоталамуса, таламуса, амигдалярного комплекса, гиппокампальной формации, базальных ганглиев, мозжечка, ретикулярной формации, черепно-мозговых нервов, проводящих путей ЦНС и др.

10_horizontal

Программное обеспечение включает большое количество интерактивных нейроанатомических реконструкций и дополнительные опции, расширяющие функциональные возможности продукта.

Концепция разнесения информации по слоям, которые можно включать и отключать в зависимости от поставленной задачи, позволяет управлять огромными массивами информации, которые характерны для биологических объектов.

На всех этапах создания Атласа большое внимание уделялось точности предоставляемой анатомической информации, достигаемой аудитом экспертных проработок.

СОДЕРЖАНИЕ

Контент разделен на 12 разделов, в которых размещены виртуальные нейроанатомические блок-препараты.

13_horizontal

Выбор оптимального ракурса, определение набора элементов сборки, виртуальное препарирование структур, перекрывающих обзорное поле и разбивка препарата на несколько вложенных сцен, обеспечивают максимальное раскрытие зоны интереса.

18_horizontal

Разработанные в проекте оригинальные решения трехмерного реконструирования биологических объектов, позволили создать уникальный виртуальный продукт для нейрохирургических целей.

Для построения коры больших полушарий с учетом внутреннего хода извилин, являющейся крайне сложной задачей, был использован метод пошагового экструдирования на основе внедренных МР-срезов. Это явилось уникальным преимуществом атласа-тренажера.

16_horizontal

Также были найдены трехмерные решения алгоритмов строения сосудов с системой ветвления, сложной с точки зрения трехмерного моделирования.

07_horizontal

Построение цистерн потребовало огромных ресурсов и глубокого анализа смежных структур, определяющих их форму.

08_horizontal

Построения проводящих систем потребовало поиска решения трехмерного моделирования таких сложных органических объектов, как волокнистые системы ЦНС.

17_horizontal

Система анимационных модулей позволила смоделировать движение сигнальных импульсов в 12 черепно-мозговых нервах и основных функциональных системах ЦНС.

14_horizontal

Одной из практических полезных особенностей атласа является возможность его использования в качестве нейрохирургического тренажера. Имитируя повороты и масштабирование виртуального операционного поля, в выбранных реконструкциях, и идентифицируя структуры с разных ракурсов, хирург получает уникальный опыт навигации для его последующего использования в реальных операционных условиях.

Встроенный стерео-режим с использованием специальных очков и VR-режим (виртуальные шлемы и другие девайсы), позволяют работать с контентом в современных форматах.

УСТАНОВКА ПРОГРАММЫ

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ПРОЕКТА

 

ИНТЕРАКТИВНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ НАВИГАТОР

На базе Атласа планируется создание интерактивного операционного навигатора, функционирующего на базе трёхмерных реконструкций основных нейрохирургических доступов. Выбранная пользователем реконструкция доступа синхронизируется с положением пациента в заданном ракурсе, что позволяет нейрохирургу быстро определить анатомические ориентиры в изменяемом операционном поле.

Работа хирурга в интраоперационном режиме навигатора предусматривает следующие функции: поворот, масштабирование, а также управление наполнением контента с возможностью скрытия анатомических объектов, перекрывающих операционное поле.

Использование элементов аугментивной (добавленной) реальности — линий разрезов, контуров фрезевых отверстий, критически важных для жизни пациента маркеров, анатомических локусов и т.д. позволяет оптимально спланировать операцию и визуализировать инструкции для ассистентов, «открывающих» операционное поле.

В программном режиме реконструкция доступа может дополняться и уточняться виртуальным контентом: особенностями индивидуального строения, реконструкцией патологического очага (опухоль, аневризма и т.д.) и дислокацией прилежащих структур мозга.

БАНК ВАРИАБЕЛЬНОСТЕЙ

Следующим важным направлением в развитии проекта является создание банка вариабельностей анатомических структур ЦНС с открытой архитектурой наполнения. Созданные на базе элементов индивидуальных трехмерных реконструкций анатомические структуры, позволят оценить все многообразие нейроанатомии человека.

Индивидуальные виртуальные реконструкции, помимо интраоперационного режима, можно использовать в предоперационном планировании и послеоперационном разборе.

Разрабатываемый атлас-тренажер ставит своей целью достижение существенно более высокого уровня реалистичности c возможностью симуляции нейрохирургических операций в режиме виртуальной реальности.

Важной составляющей тренажера является разработка “динамических методов”,  оценивающих изменения структур головного мозга при определенных воздействиях, в частности, при использовании ретрактора и других нейрохирургических инструментов.

 ПЕРСОНАЛИЗАЦИЯ

Заключительным этапом проекта является разработка и реализация метода персонализации атласа. Метод позволит на основании диагностических данных высокотехнологичных методов КТ, МРТ, цифровой ангиографии, конвергирующих на виртуальную трёхмерную реконструкцию конкретного пациента, осуществлять планирование реальных операций и разрабатывать тактику хирургического вмешательства.

Программное обеспечение виртуального нейроанатомического тренажера разработано под WINDOWS с последующим созданием версий для iPad, iPhone и Android. В разработке предусмотрена возможность постоянного апгрейда программного обеспечения через интернет-сервис.