Анализ ИК-термокарт коры головного мозга человека
ПРОЕКТ ЗАКРЫТ
Проект был направлен на решение основной задачи: выделение надёжных информативных признаков, по которым возможно обнаружить патологию головного мозга, классифицировать её тип и очертить границы патологического очага. Проводимые исследования также были ориентированы на изучение фундаментальных проблем, связанных с механизмами ауторегуляции локального мозгового кровотока, в том числе при заболеваниях и травмах головного мозга.
Ведущим специалистом проекта по предметной области являлся Михаил Григорьевич Воловик, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Нижегородского НИИ травматологии и ортопедии.
В связи с высокой медицинской значимостью в качестве основной изучаемой патологии головного мозга в проекте были взяты опухолевые поражения (как доброкачественной, так и злокачественной природы). Тем не менее, априори представлялось, что методу исследования, принятому в проекте, доступна также тяжёлая черепно-мозговая травма, абсцессы, и сосудистая патология головного мозга.
Проект по ИК-термокартированию открытого сегмента коры головного мозга человека являлся весьма сложным и технологически насыщенным. В основе этого проекта лежали шесть ключевых составляющих:
Тепловизионное обследование – как способ интраоперационного бесконтактного картирования пространственно-временного распределения температур по поверхности открытой коры головного мозга.
Холодовая проба – как способ активного неинвазивного идентифицирующего воздействия на систему регуляции локального кровотока в коре головного мозга.
Модельная парадигма – как способ формализации и увязывания клинического опыта экспертов с объективными результатами исследований по механизмам регуляции локального мозгового кровотока и их нарушениям при заболеваниях и травмах головного мозга.
Высококачественные исходные данные – предназначены для формирования обучающей и тестирующей выборок данных, по которым формируются и проверяются классифицирующие и предсказывающие модели.
Методы компьютерного зрения – требуются для автоматизации и повышения точности процедур, проводимых при первичной обработке и разметке исходных данных полученных с матричного тепловизора.
Методы глубокого машинного обучения – предназначены для автоматического извлечения ведущих признаков и построения из них многоуровневых иерархий признаков, позволяющих статистически устойчиво и достоверно находить скрытые зависимости и выявлять взаимосвязи различных пространственно-временных температурных паттернов с отклонениями в регуляции локального кровотока в коре головного мозга.
В процессе проводимого ИК-термокартирования открытой коры головного мозга человека формировались наборы исходных изображений (пример показан на рисунке ниже) до и после воздействия холодовой пробы. Для каждого набора данных фиксировался ряд дополнительных параметров.
Логика всего проекта по ИК-термокартированию открытой коры головного мозга человека базировалась на двух основополагающих моментах.
Первое. Холодовая проба – один из распространённых тестов, используемых для функциональной оценки микрососудистого русла. Он связан с созданием локальной гипотермии ткани в зоне её контакта с охлаждающим агентом в течение определённого периода времени. Тест эффективен для изучения локальных резервов регуляции микроциркуляции. Информативность холодового теста на коре головного мозга человека, основывается на доказанном ранее влиянии патологического очага на нарушение механизмов ауторегуляции локального мозгового кровотока. В случае онкологических заболеваний эти нарушения в значительной степени определяются гистобиологическими свойствами каждого конкретного вида опухоли. Таким образом, оценка качественных и количественных изменений характеристик ИК-излучения от перитуморальной (околоопухолевой) зоны до удаления опухоли важна для диагностики, оптимизации тактики хирургического вмешательства и прогноза течения ближайшего послеоперационного периода.
Второе. Формализация всего массива данных и построение количественных математических моделей проводится на основе модельной парадигмы, условно изображённой на рисунке ниже.
Обозначения на рисунке имеют смысл: \(T^{CT}_{i,j,t}\) – входное воздействие и \(T^{CB}_{i,j,t}\) – выходная реакция, пространственно-временное распределение температур холодовой пробы и открытой коры головного мозга, соответственно. Под «помехами» подразумеваются случайные флуктуации параметров, ошибки измерения и неучтённые факторы.
Дополнительно: Публикации по теме проекта.
ПРОЕКТ ЗАКРЫТ
