Koristeći samo jednu sliku snimljenu kamerom za endoskopsku kapsulu, naučnici su uspeli da naprave trodimenzionalni model debelog creva. Ova nova metoda pruža mnogo bolje slike i može pomoći specijalistima da brže otkriju bolest.
„Naš rad pokazuje da je moguće ponovo napraviti prilično tačan trodimenzionalni (3D) model debelog creva nekih pacijenata na osnovu jedne slike snimljene kamerom za endoskopsku kapsulu — čak i ako je slika niskog kvaliteta“, kaže Pol Anders Floor, istraživač na Odeljenju za računarske nauke na NTNU.
Već nekoliko godina radi na korišćenju slika sa kamera za endoskopiju kapsula za rekonstrukciju gotovo identičnog 3D modela creva. Ove kamere su prvi put korišćene pre više od 20 godina, ali slike niskog kvaliteta i šum na slici sprečili su ovu pametnu tehnologiju da ikada zaista krene.
Nova studija, „3D rekonstrukcija endoskopskih slika zasnovana na jednoj slici,“ objavljena je u Journal of Imaging. Ovo je deo doktorskog istraživanja koje sprovodi Bilal Ahmad, a nadgledaju Floor i profesor Ivar Farup.
Glavni cilj ovog istraživanja je da poboljša slike koje stručnjaci koriste za otkrivanje abnormalnosti u gastrointestinalnom traktu svojih pacijenata. Tada mogu lakše otkriti bolest i brže postaviti dijagnozu. Ovo su važni koraci na putu ka konačnom cilju: borbi protiv raka creva, drugog najčešćeg tipa raka u Norveškoj.
Koristeći veštačko debelo crevo, pojedinačne slike snimljene „endoskopijom“ i poseban algoritam, istraživači NTNU su uspeli da rekonstruišu trodimenzionalni model creva. Endoskop radi isti posao kao i kapsula kamera — sa nekim bitnim razlikama: slike imaju veću rezoluciju i osvetljenost kamere se može podesiti ručno.
„Algoritam“ koji su istraživači koristili se zove algoritam oblika od senčenja (SFS). Ovo je matematički model koji se može koristiti za rekonstrukciju trodimenzionalnog oblika iz jedne, dvodimenzionalne slike.
Ako se algoritmi napajaju slikama koje su bučne ili gde je boja izobličena, greške će se proširiti na 3D model.
„Pokazujemo da pažljivom ‘kalibracijom’ i prethodnom obradom slika možemo dobiti dobar 3D model zasnovan na samo jednoj slici — čak i ako je slika puna šuma i vizuelnih izobličenja,“ rekao je Floor.
Floor i njegove kolege su takođe radili na razvoju 3D modela zasnovanih na sekvencama koje uključuju nekoliko slika snimljenih kamerama u kapsulama. Ovo omogućava modelima da ponovo kreiraju duže delove debelog creva. Modeli bi trebalo da omoguće da se tačno utvrdi gde u crevima postoje abnormalnosti i znaci bolesti.
„Ranije smo pokazali da lekari smatraju da je ova vrsta modela korisna kada procenjuju pacijente, zajedno sa posedovanjem video snimka sa kapsule kamere. Sada smo pokazali da možemo izračunati relativno precizne 3D modele koristeći stvarne slike i tehnologiju koja već postoji“, Floor rekao.
U svom novom radu istraživači rekonstruišu trodimenzionalne, relativno kvalitetne slike creva na osnovu prilično lošeg originala. Njihovi zajednički napori omogućavaju im da rekonstruišu geometriju čitavog creva.
„3D model se može koristiti za podešavanje osvetljenja na originalnoj slici tako da tamnije oblasti postanu bolje osvetljene i da se vidi više detalja“, rekao je Floor.
„Svi imamo debelo crevo, ali anatomija i geometrija vašeg creva se verovatno prilično razlikuju od onih kod vašeg komšije. Novi 3D modeli se mogu prilagoditi svakom pacijentu. Oni omogućavaju specijalistima da pregledaju digestivni trakt iz različitih uglova na računaru i omogućavaju im da bolje planiraju i tačno odrede gde treba da se održi intervencija Lekari takođe mogu da vežbaju pre posebno teških procedura, pomažući da se smanji rizik da nešto pođe naopako“, kaže Floor.
Veliko je pitanje da li bi ove nove metode mogle značiti iskorak u borbi protiv raka creva.
„Prerano je za izvlačenje bilo kakvih definitivnih zaključaka. Prvo, moramo da usavršimo ono što smo razvili i da uradimo više istraživanja. Moglo bi potrajati dosta vremena da se postignu rezultati koji su statistički validni.“
Podaci iz Norveškog registra raka (na norveškom) pokazuju da je Norveška na vrhu globalne statistike u pogledu prevalencije i smrti od raka creva. To je drugi najrašireniji oblik raka u zemlji, sa 4.912 dijagnoza kolorektalnog karcinoma u 2023. godini.
Istraživači su u početku imali veoma velika očekivanja u vezi sa bežičnom kapsularnom endoskopijom (VCE). Smatralo se da male kapsule mogu zameniti tradicionalnu „kolonoskopiju“ i „gastroskopiju“, za koje neki ljudi smatraju da su toliko bolni da odbijaju da im se podvrgnu.
Kapsulske kamere, naprotiv, mogu da istraže sve kutke i rupe u crevima, gotovo neprimetno i bez bola, dok se pacijent bavi svakodnevnim životom. Čim se proguta, kapsula sa kamerom počinje svoje mukotrpno putovanje kroz digestivni trakt.
Ovo putovanje može trajati mnogo sati, a usput prenosi desetine hiljada slika. Koliko god da je dobra, ova inovacija ne funkcioniše podjednako dobro za ceo digestivni trakt. Kapsula kamera je najbolja opcija za skrining tankog creva. Što se debelog creva tiče, još uvek postoji put pre nego što može da zameni kolonoskopiju.
Ovo je delimično zato što je potrebno mnogo vremena za pregled i analizu tako velikih količina podataka, što znači da postoji velika mogućnost da se znaci bolesti mogu propustiti. Kapsula prati pokrete creva, napredujući u napadima i napadima. Ponekad kamera iznenada zumira pored „polipa“.
Stoga je moguće da se napravi samo jedna slika kritičnog mesta sa znacima bolesti. Vidljivost unutar creva je takođe veoma raznolika, često sa malo svetla i svim vrstama otpada. Slike takođe imaju lošu rezoluciju i nema garancija da će ono što bi mogla biti najvažnija slika biti oštra i jasna.
U tome leži važnost mogućnosti da se rekonstruiše trodimenzionalni model na osnovu samo jedne slike, kao što su Floor i njegove kolege sada uradili. Novi 3D modeli će moći da pomognu da gastrointestinalni pregledi budu precizniji i manje zahtevni — i na kraju dovedu do boljeg lečenja.
Floor i njegove kolege dali su nekoliko preporuka o tome kako bi dizajn tehnologije mogao biti poboljšan da bi se dobile slike još višeg kvaliteta. Oni takođe veruju da bi se tehnika lako mogla preneti na druge oblasti gde bi bilo od pomoći da se generišu trodimenzionalni oblici i modeli iz slika.
Istraživači su napisali da bi to moglo uključivati kulturno nasleđe, robotiku i medicinsku dijagnostiku, da spomenemo samo neke.
Napori su deo radnog paketa 2 u projektu Istraživačkog saveta Norveške pod nazivom „Poboljšano otkrivanje patologije u bežičnim kapsularnim endoskopskim slikama putem veštačke inteligencije i 3D rekonstrukcije (CAPSULE)“.
Floor hvali saradnju sa Inlandet Hospital Trust, Gjøvik, i kaže da je ona bila ključna za napredak projekta. Njihovi stručnjaci su odigrali ključnu ulogu, kako u izboru metodologije, tako iu evaluaciji modela na tom putu.
„Bez povratnih informacija ovih lekara, u velikoj meri bismo petljali u mraku“, rekao je on.
