Technika rekonstrukcji kształtu membrany wiotkiej pompy wspomagania serca w oparciu o interpolację przestrzenną
Z okazji 30-lecia instytutów Wydziału Cybernetyki mamy przyjemność zaprezentować kolejny projekt opracowany pod kierownictwem dr. hab. inż. Krzysztofa Murawskiego, prof. WAT z Instytutu Teleinformatyki i Cyberbezpieczeństwa. Celem projektu było rozwiązanie problemu wyznaczenia (pomiaru) chwilowej objętości wyrzutowej krwi z komory krwistej pompy typu pulsacyjnego, wspomagającej pracę serca.
W zaproponowanym rozwiązaniu chwilowa objętość wyrzutowa krwi z komory będzie wyznaczana na podstawie chwilowego kształtu 3D powierzchni membrany pompującej krew. Nowa metoda DFD została opracowana do wizyjnego pomiaru odległości. Zastosowano ją do wyznaczania kształtu powierzchni wiotkiej membrany pozaustrojowej pulsacyjnej pompy wspomagania serca. Badania są kontynuacją prac nad wykorzystaniem technik przetwarzania i analizy obrazów do wyznaczania kształtu membrany oraz pomiaru objętości wyrzutowej sztucznej komory serca.
W celu przyspieszenia obliczeń i miniaturyzacji czujnika wizyjnego, konieczne było zastosowanie „odpornej” metody rekonstrukcji kształtu membrany opartej na interpolacji przestrzennej.
Określenie kształtu membrany polega na obserwacji jej powierzchni z bliskiej odległości za pomocą nieruchomej kamery o stałej ostrości wyposażonej w obiektyw szerokokątny i wyznaczeniu numerycznej reprezentacji kształtu powierzchni membrany w rzeczywistej przestrzeni trójwymiarowej. Metoda ta jest bardzo szybka dzięki temu, że podczas pomiaru położenie kamery oraz wszystkie ustawienia obiektywu i kamery pozostają niezmienne. Pomiar dla wszystkich punktów charakterystycznych, wskazanych przez okrągłe pasywne markery umieszczone na powierzchni membrany jest wykonywany jednocześnie.
Pojedynczy obraz poddawany jest segmentacji z wykorzystaniem technik przetwarzania obrazu i na podstawie jego analizy wykrywane są współrzędne środków wszystkich widocznych markerów oraz wyznaczane są ich powierzchnie w obrazie. Uzyskane informacje wskazują punkty węzłowe siatki opisującej membranę wyznaczone w przestrzeni trójwymiarowej. Następnie przeprowadzana jest interpolacja przestrzenna w celu znacznego zwiększenia początkowej liczby punktów określających chwilowy kształt membrany wiotkiej VAD.
W wyniku przeprowadzonych prac opracowana metoda rekonstrukcji kształtu membrany wiotkiej pompy wspomagania serca za pomocą interpolacji przestrzennej pozwala na dokładniejszy pomiar chwilowej objętości wyrzutowej krwi. Zastosowanie zaawansowanych technik przetwarzania obrazu i analizy danych pozwoliło na znaczne usprawnienie procesu pomiarowego, zwiększając zarówno szybkość, jak i precyzję pomiaru. Projekt stanowi również przykład zastosowania nowoczesnych narzędzi z zakresu informatyki i inżynierii w rozwiązaniach mających bezpośredni wpływ na poprawę jakości życia pacjentów wymagających pomocy w zakresie sztucznego wspomagania pracy serca.
Opracowany projekt przez pracowników Instytutu Teleinformatyki i Cyberbezpieczeństwa stanowi istotny wkład w rozwój technologii z pogranicza informatyki i medycyny. Wykorzystywane w praktyce opracowane narzędzie przez kliniki kardiochirurgiczne, ośrodki badawcze specjalizujące się w technologiach wspomagania pracy serca służy pacjentom w poprawie ich stanu zdrowia. Wydział Cybernetyki obchodząc jubileusz 30-lecia instytutów z dumą przypomina najważniejsze projekty i wdrożenia, które powstały w ciągu ostatnich trzech dekad.