RU2173480C2 - Method for creating virtual model of biologic object - Google Patents
Method for creating virtual model of biologic object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2173480C2 RU2173480C2 RU99122841A RU99122841A RU2173480C2 RU 2173480 C2 RU2173480 C2 RU 2173480C2 RU 99122841 A RU99122841 A RU 99122841A RU 99122841 A RU99122841 A RU 99122841A RU 2173480 C2 RU2173480 C2 RU 2173480C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slice
- sample
- virtual
- dimensional
- layers
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 claims description 26
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 32
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 24
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 12
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 12
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 9
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 9
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 8
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000002380 cytological effect Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- -1 for example Substances 0.000 description 2
- 238000010562 histological examination Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 101100008048 Caenorhabditis elegans cut-4 gene Proteins 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229940057995 liquid paraffin Drugs 0.000 description 1
- 231100000915 pathological change Toxicity 0.000 description 1
- 230000036285 pathological change Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к технологии компьютерного моделирования объектов, преимущественно биологического происхождения, точнее - к технологии визуализации структуры биологического объекта, а более конкретно изобретение касается способа создания виртуальной модели биологического объекта, которая найдет применение при различных анатомо-биологических исследованиях и экспериментах. The claimed invention relates to a technology for computer modeling of objects, mainly of biological origin, and more specifically to technology for visualizing the structure of a biological object, and more specifically, the invention relates to a method for creating a virtual model of a biological object, which will find application in various anatomical and biological studies and experiments.
В настоящее время для визуализации внутренних органов при неинвазивных медицинских обследованиях широко используют томографические методы, основанные на применении проникающих излучений (например, рентгеновских лучей, ультразвуковых сигналов, сигналов ядерного резонанса), которые способны генерировать дискретные изображения внутреннего органа, отображающие его в плоскости направления проникающего излучения за счет явлений отражения, рассеяния и/или дифракции. Последовательность плоских дискретных изображений представляет собой реконструированное трехмерное изображение внутреннего органа (см., например, GB 2315395 A1, кл. A 61 B 6/02, опубл. 28.01.98). Currently, for visualization of internal organs in non-invasive medical examinations, tomographic methods are widely used, based on the use of penetrating radiation (for example, X-rays, ultrasonic signals, nuclear resonance signals), which are capable of generating discrete images of the internal organ that display it in the plane of the direction of penetrating radiation due to the phenomena of reflection, scattering and / or diffraction. The sequence of flat discrete images is a reconstructed three-dimensional image of the internal organ (see, for example, GB 2315395 A1, class A 61 B 6/02, publ. 28.01.98).
В патенте US 5782762, кл. A 61 B 5/05, опубл. 21.07.98 описан способ создания объемного изображения внутреннего органа живого организма. Согласно названного патента, с помощью спиральной компьютерной томографии путем послойного сканирования исследуемого органа проникающим излучением получают серию изображений слоев этого органа, которые комплектуют в виде объемного файла. Для обеспечения формирования согласованного трехмерного изображения органа, набор данных, содержащихся в упомянутом файле, подвергают обработке для уменьшения разрешающей способности в определенных зонах изображения и/или для разделения объемного файла на определенные объемные зоны. Затем в указанных зонах выделяют и сегментируют изображение исследуемого органа. По полученным данным строят модель изображения сегментированного органа, используемую для формирования согласованного трехмерного изображения исследуемого органа. In patent US 5782762, class. A 61 B 5/05, publ. 07.21.98 describes a method for creating a three-dimensional image of the internal organ of a living organism. According to the said patent, by means of spiral computed tomography, a series of images of the layers of this organ are obtained by layer-by-layer scanning of the investigated organ by penetrating radiation, which are completed as a volume file. To ensure the formation of a consistent three-dimensional image of the organ, the set of data contained in the file is subjected to processing to reduce the resolution in certain areas of the image and / or to divide the volume file into certain volume zones. Then, in these zones, an image of the organ under investigation is isolated and segmented. Based on the data obtained, an image model of a segmented organ is used, which is used to form a consistent three-dimensional image of the organ under investigation.
В качестве прототипа нами выбран способ образования на дисплее трехмерного изображения внутреннего органа живого организма, исследуемого с помощью ультразвукового сигнала (патент РФ 2125836, кл. A 61 B 8/14, опубл. 10.02.99). В соответствии с этим способом осуществляют сканирование исследуемого органа ультразвуковым сигналом, который после отражения усиливают и преобразуют в цифровой сигнал. После соответствующей обработки в компьютере цифровой сигнал поступает на экран дисплея в виде двухмерного изображения органа в плоскости направления сканирующего сигнала. В соответствии с этим способом ультразвуковой сигнал последовательно и дискретно смещают по исследуемому органу, тем самым условно разделяя орган на слои и послойно его сканируя, и регистрируют в виде цифровых выражений последовательную серию двухмерных изображений этих слоев. На основании полученных цифровых выражений в компьютере осуществляют синтез трехмерного изображения просканированного органа путем межслойной интерполяции с использованием вексельной модели представления цифровых сигналов. Это позволяет перейти от плоскостных-двухмерных изображений слоев к их объемным изображениям толщиной в один вексель и, рассматривая трехмерный орган как совокупность одновоксельных слоев, их просуммировать, то есть осуществить виртуальную реконструкцию исследуемого органа. As a prototype, we have chosen the method of forming on the display a three-dimensional image of the internal organ of a living organism, examined using an ultrasonic signal (RF patent 2125836, class A 61
Рассмотренные выше способы, как и все известные в настоящее время способы визуализации внутренних органов, основаны на получении отраженных и, значит, только предполагаемо достоверных изображений, несущих в себе погрешности и искажения, обусловленные многоэтапностью поступления данных. Кроме того, получаемые трехмерные модели внутренних органов являются продуктом компьютерной графики, построение которых осуществляется на основании двухмерных изображений слоев, на которые "разделяют" внутренний орган при сканировании. При этом изображения торцевых поверхностей каждого слоя как и информация о структуре его тканей отсутствует. Получаемая модель исследуемого органа не позволяет достаточно уверенно различать ткани, находящиеся в норме и в патологии, ибо патологические изменения тканей (особенно на начальной стадии), как правило, проходят на химическом уровне без изменения протонной плотности и времени релаксаций, а используемые инструменты исследования и последующей визуализации не обеспечивают накопления данных на этом уровне знаний. При изучении органа по модели, полученной известными методами, исследователь не получает полных и достоверных сведений о строении и структуре исследуемого органа. Более того, все известные способы сопровождаются воздействием на организм пациента излучением, не являющимся для организма привычным и безопасным. The above methods, like all currently known methods of visualization of internal organs, are based on obtaining reflected and, therefore, only presumably reliable images that carry errors and distortions due to the multi-stage data acquisition. In addition, the obtained three-dimensional models of internal organs are a product of computer graphics, the construction of which is carried out on the basis of two-dimensional images of the layers into which the internal organ is "divided" during scanning. Moreover, images of the end surfaces of each layer, as well as information on the structure of its tissues, are absent. The resulting model of the studied organ does not allow us to confidently distinguish between tissues that are normal and pathological, because pathological changes in tissues (especially at the initial stage), as a rule, take place at the chemical level without changing the proton density and relaxation time, and the research tools used and subsequent visualizations do not provide data accumulation at this level of knowledge. When studying the organ according to the model obtained by known methods, the researcher does not receive complete and reliable information about the structure and structure of the studied organ. Moreover, all known methods are accompanied by exposure to the patient’s body with radiation, which is not familiar and safe for the body.
В основу заявляемого изобретения положена задача путем использования полной информации, свойственной конкретному биологическому объекту, разработать способ создания виртуальной модели биологического объекта, имеющей строение и структуру, идентичную строению и структуре тканей и клеток исходного биологического объекта. The basis of the claimed invention is the task of using the complete information specific to a particular biological object to develop a method for creating a virtual model of a biological object having a structure and structure identical to the structure and structure of tissues and cells of the original biological object.
Эта задача решается при использовании способа создания виртуальной модели биологического объекта, включающем разделение объекта на слои, получение изображения каждого слоя в цифровых выражениях, введение цифровых выражений в компьютер с получением виртуальных отображений соответствующих слоев, реконструкцию объекта в виде его виртуальной модели путем совмещения виртуальных отображений слоев с получением трехмерного изображения объекта, при котором, согласно заявляемому изобретению, в качестве биологического объекта берут патолого-биологический препарат и перед указанным разделением препарат размещают и фиксируют с помощью заливочного материала в пространстве, ограниченном объемной фигурой, с образованием образца, указанное разделение осуществляют путем разрезания образованного образца на слои в виде пригодных для морфологических исследований срезов, при этом указанное разделение выполняют параллельными плоскостями в заданной последовательности, затем осуществляют подготовку каждого среза для проведения морфологических исследований, указанное получение изображения осуществляют путем получения изображения каждого подготовленного для проведения морфологических исследований среза с использованием по меньшей мере одного ракурса, обеспечивающего отображение всех плоскостей этого среза, а указанную реконструкцию осуществляют путем совмещения трехмерных виртуальных отображений срезов в последовательности, обратной осуществлению срезов, до получения виртуальной модели образца, после чего осуществляют удаление изображения заливочного материала с получением виртуальной модели объекта. This problem is solved using the method of creating a virtual model of a biological object, including dividing an object into layers, obtaining an image of each layer in digital expressions, introducing digital expressions into a computer to obtain virtual mappings of the corresponding layers, reconstructing the object as its virtual model by combining virtual mappings of layers with obtaining a three-dimensional image of an object in which, according to the claimed invention, a pathologist is taken as a biological object o-biological preparation and before the specified separation, the preparation is placed and fixed with the help of filling material in the space limited by the volumetric figure, with the formation of the sample, this separation is carried out by cutting the formed sample into layers in the form of sections suitable for morphological studies, while the specified separation is performed in parallel planes in a given sequence, then prepare each section for morphological studies, the specified receipt the images are carried out by obtaining an image of each slice prepared for morphological studies using at least one angle that displays all the planes of this slice, and this reconstruction is carried out by combining three-dimensional virtual images of the slices in the reverse order of the slices to obtain a virtual model of the sample, after which the image of the filling material is removed to obtain a virtual object model a.
Технический эффект, который может быть достигнут посредством предлагаемого изобретения, заключается в том, что предлагаемый способ позволяет создать и визуализировать на экране дисплея полный анатомо-морфологический аналог исходного патолого-биологического препарата. The technical effect that can be achieved by the present invention is that the proposed method allows you to create and visualize on the display screen a complete anatomical and morphological analogue of the original pathological biological preparation.
В соответствии с заявляемым изобретением, целесообразно перед реконструкцией трехмерное виртуальное отображение каждого среза сравнивать с соответствующим срезом, полученным при разрезании образца, и осуществлять корректировку достоверности полученного трехмерного виртуального отображения среза, что позволяет повысить точность соответствия виртуальной модели исходному патолого-биологическому препарату. In accordance with the claimed invention, it is advisable to reconstruct the three-dimensional virtual display of each slice before reconstruction with the corresponding slice obtained by cutting the sample and adjust the reliability of the obtained three-dimensional virtual display of the slice, which allows to increase the accuracy of the correspondence of the virtual model to the original pathological and biological preparation.
Кроме того, для достижения еще большей адекватности создаваемой виртуальной модели исходному патолого-биологическому препарату целесообразно, согласно изобретению, при получении изображения каждого среза использовать два ракурса, а полученные при этом цифровые выражения подвергать суммированию. In addition, in order to achieve even greater adequacy of the created virtual model for the initial pathological biological preparation, it is advisable, according to the invention, to use two angles when acquiring an image of each slice, and summarize the resulting digital expressions.
С учетом стандартов трехмерной компьютерной графики поставленная задача может быть решена также при использовании способа создания виртуальной модели биологического объекта, включающем разделение объекта на слои и получение изображения каждого слоя в цифровых выражениях, введение цифровых выражений в компьютер с получением виртуальных отображений соответствующих слоев, реконструкцию объекта в виде его виртуальной модели путем совмещения виртуальных отображений слоев с получением трехмерного изображения объекта, при осуществлении которого, согласно изобретению, в качестве биологического объекта берут патолого-биологический препарат и перед указанным разделением препарат размещают и фиксируют с помощью заливочного материала в пространстве, ограниченном тетраэдром, с образованием образца, указанное разделение осуществляют путем разрезания образованного образца на слои в виде пригодных для морфологических исследований срезов, которые выполняют по плоскостям, параллельным по меньшей мере одной плоскости тетраэдра, затем осуществляют подготовку каждого среза для проведения морфологических исследований, указанное получение изображения осуществляют путем получения изображения каждого подготовленного для морфологических исследований среза с использованием по меньшей мере двух ракурсов, обеспечивающих отображение всех плоскостей этого среза, а полученные цифровые выражения вводят в компьютер и подвергают суммированию с получением трехмерных виртуальных отображений соответствующих срезов, а указанную реконструкцию осуществляют путем совмещения трехмерных виртуальных отображений срезов в последовательности, обратной осуществлению срезов и обеспечивающей реконструкцию названного тетраэдра, до получения виртуальной модели образца, после чего осуществляют удаление изображения заливочного материала с получением виртуальной модели объекта. Given the standards of three-dimensional computer graphics, the problem can also be solved by using the method of creating a virtual model of a biological object, including dividing an object into layers and obtaining an image of each layer in digital expressions, introducing digital expressions into a computer to obtain virtual mappings of the corresponding layers, reconstruction of the object in the form of its virtual model by combining virtual mappings of layers with obtaining a three-dimensional image of the object, when and which, according to the invention, a pathological biological preparation is taken as a biological object and before the indicated separation the preparation is placed and fixed with the help of filling material in the space bounded by the tetrahedron to form a sample, this separation is carried out by cutting the formed sample into layers in the form suitable for morphological studies of sections, which are performed on planes parallel to at least one plane of the tetrahedron, then each section is prepared for morphological studies, the specified image acquisition is carried out by obtaining an image of each slice prepared for morphological studies using at least two angles that display all the planes of this slice, and the resulting digital expressions are entered into a computer and summed to obtain three-dimensional virtual mappings of the corresponding slices , and the specified reconstruction is carried out by combining three-dimensional virtual mappings slice in in the reverse implementation of reconstruction slices and providing the title tetrahedron to produce a virtual model of the sample, and then carried out the image of the casting material to form a virtual model of the object.
Технический эффект, который может быть достигнут при использовании предлагаемого способа, заключается в упрощении создания и визуализации полного анатомо-морфологического аналога исходного биологического объекта. The technical effect that can be achieved by using the proposed method is to simplify the creation and visualization of a complete anatomical and morphological analogue of the original biological object.
В соответствии с заявляемым изобретением, целесообразно срезы поочередно выполнять по трем плоскостям тетраэдра, имеющим общую вершину, при этом первый срез выполнять по одной из названных плоскостей, второй срез выполнять по второй из названных плоскостей, третий срез выполнять по третьей из названных плоскостей, далее указанную последовательность выполнения срезов многократно повторять до полного разрезания образца на слои при условии, чтобы плоскость каждого последующего среза была параллельна соответствующей плоскости тетраэдра, что обеспечивает получение наиболее полной информации об анатомо-морфологическом строении патолого-биологического препарата благодаря возможности получения информации с различных направлений и расширения доступа ко всем объемным данным исходного препарата. In accordance with the claimed invention, it is advisable to perform slices in turn on three planes of the tetrahedron having a common vertex, with the first cut on one of the named planes, the second slice on the second of these planes, the third slice on the third of these planes, then indicated Repeat the sequence of sections until the sample is completely cut into layers, provided that the plane of each subsequent section is parallel to the corresponding plane of the tetrahedron That provides the most complete information about the anatomical and morphological structure of pathological and biological preparation with the ability to obtain information from different directions and access to all the data volume of the original drug.
Для повышения точности соответствия виртуальной модели исходному объекту, в соответствии с заявляемым изобретением, целесообразно перед реконструкцией трехмерное виртуальное отображение каждого среза сравнивать с соответствующим срезом, полученным при разрезании образца, и осуществлять корректировку достоверности полученного трехмерного виртуального отображения среза. To improve the accuracy of matching the virtual model to the original object, in accordance with the claimed invention, it is advisable to reconstruct the three-dimensional virtual display of each slice before reconstruction with the corresponding slice obtained by cutting the sample and adjust the reliability of the obtained three-dimensional virtual display of the slice.
Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания заявляемого способа создания виртуальной модели биологического объекта, конкретных примеров осуществления этого способа и сопроводительных чертежей, на которых:
фиг. 1 изображает патолого-анатомический препарат, зафиксированный с помощью заливочного материала в пространстве, ограниченном тетраэдром, согласно заявляемому изобретению, изометрия;
фиг. 2 - виртуальные отображения выполненных согласно заявляемому изобретению морфологических срезов препарата, аналогичного изображенному на фиг. 1.Further objectives and advantages of the claimed invention will become apparent from the following detailed description of the proposed method for creating a virtual model of a biological object, specific examples of the implementation of this method and the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 depicts a pathological anatomical preparation, fixed with the help of casting material in the space bounded by the tetrahedron, according to the claimed invention, isometry;
FIG. 2 is a virtual display of morphological sections of a preparation made according to the claimed invention similar to that shown in FIG. 1.
Заявляемый способ создания виртуальной модели основан на построении трехмерной модели биологического объекта с помощью компьютерной техники при использовании информации об объекте, который рассматривают как единство дискретных элементов - слоев, на которые разделяют биологический объект. The inventive method of creating a virtual model is based on the construction of a three-dimensional model of a biological object using computer technology using information about the object, which is considered as a unity of discrete elements - layers into which the biological object is divided.
В соответствии с заявляемым изобретением при создании трехмерной модели биологического объекта нами предложены пути для использования всех информационно-характеристических данных каждого дискретного элемента биологического объекта. In accordance with the claimed invention, when creating a three-dimensional model of a biological object, we proposed ways to use all the information-characteristic data of each discrete element of a biological object.
Как известно, исследованием, обеспечивающим наиболее полной и достоверной информацией о строении тканей и клеток биологического объекта, является морфологическое исследование его срезов, включающее гистологическое и цитологическое исследования. As you know, a study that provides the most complete and reliable information about the structure of tissues and cells of a biological object is a morphological study of its sections, including histological and cytological studies.
Для реализации этого положения, то есть получения при создании виртуальной модели полной информации, свойственной данному биологическому объекту, например, внутреннему органу человека, согласно изобретению, предлагается использовать в качестве исходного материала патолого-биологический препарат, например, патолого-анатомический препарат, иначе говоря, девитальный орган, подготовленный для патолого-морфологических исследований по традиционной методике, или растение, подготовленное по традиционной методике для патолого-биологических исследований. To implement this position, that is, to obtain, when creating a virtual model, the complete information characteristic of a given biological object, for example, an internal organ of a person, according to the invention, it is proposed to use a pathological-biological preparation, for example, a pathological-anatomical preparation, in other words, devital organ prepared for pathological and morphological studies according to the traditional method, or a plant prepared according to the traditional method for pathological and biological agricultural research.
Таким образом существенной особенностью заявляемого способа является использование характеристик, получаемых при непосредственных манипуляциях с патолого-биологическим препаратом, а не характеристик витального органа, которые получают при неинвазивных вмешательствах с помощью проникающих излучений, и которые являются результатом отраженной информации об органе, несущей в себе искажения разной степени. Возможность непосредственного манипулирования, например, с девитальным органом, предоставляемая заявляемым способом, позволяет создать и визуализировать на экране дисплея полный анатомо-морфологический аналог исходного девитального органа за счет возможности получения более достоверных анатомических характеристик этого органа и использования ранее не учитываемых при построении виртуальных моделей информационных каналов, обеспечивающих исследователя данными о внутреннем объеме - структуре органа, путем проведения морфологических исследований тканевых и клеточных структур этого девитального органа. Thus, an essential feature of the proposed method is the use of the characteristics obtained during direct manipulations with the pathological biological product, and not the characteristics of the vital organ, which are obtained during non-invasive interventions using penetrating radiation, and which are the result of reflected information about the organ, which carries various distortions degrees. The possibility of direct manipulation, for example, with the devital organ provided by the claimed method, allows you to create and visualize on the display screen the full anatomical and morphological analogue of the original devital organ due to the possibility of obtaining more reliable anatomical characteristics of this organ and the use of previously not taken into account when building virtual models of information channels providing the researcher with data on the internal volume - the structure of the organ, by morphologically x Studies of tissue and cellular structures of the non-vital organ.
Для достижения вышеописанных преимуществ, согласно изобретению, патолого-биологический препарат 1 (фиг. 1), виртуальную модель которого необходимо построить, размещают и фиксируют в пространстве, ограниченном объемной фигурой, которая может иметь вид, например, шара, куба, октаэдра, додекаэдра, икосаэдра или тетраэдра 2. Фиксирование в названном пространстве осуществляют с помощью заливочного материала 3, обычно используемого при проведении морфологических исследований тканевых структур биологических объектов, а именно мягких или жестких заливочных материалов, например, парафина, целлоидина, желатины, эпоксидных смол, обладающих прозрачностью. To achieve the above advantages, according to the invention, the pathological-biological preparation 1 (Fig. 1), the virtual model of which must be built, is placed and fixed in a space limited by a three-dimensional figure, which may take the form, for example, of a ball, cube, octahedron, dodecahedron, icosahedron or tetrahedron 2. Fixing in the named space is carried out using
Объемная фигура из заливочного материала с находящимся внутри нее патолого-биологическим препаратом представляет собой образец. The three-dimensional figure from the filling material with the pathological biological preparation inside it is a sample.
Образованный образец подвергают разрезанию на слои, которые представляют собой, согласно изобретению, срезы, пригодные для морфологических исследований, то есть срезы толщиной, при которой обеспечивается прохождение через срез световой волны. Как известно, толщина среза, подвергаемого, например, гистологическому исследованию, должна составлять, как правило, от 1 до 10 мкм, а толщина среза, подвергаемого цитологическому исследованию, должна составлять, как правило, от 200 до 300 ангстрем. Для получения такой толщины возможно воспользоваться таким известным приспособлением, как, например, микротом, ультратом. The formed sample is subjected to cutting into layers, which, according to the invention, are slices suitable for morphological studies, that is, slices with a thickness at which the light wave passes through the slice. As is known, the thickness of the slice subjected, for example, to histological examination, should be, as a rule, from 1 to 10 μm, and the thickness of the slice subjected to cytological examination, should be, as a rule, from 200 to 300 angstroms. To obtain such a thickness, it is possible to use such a known device as, for example, a microtome, ultratome.
В соответствии с заявляемым изобретением, срезы необходимо делать таким образом, чтобы каждый последующий срез представлял иную плоскость образца или, в случае выполнения среза по шаровой поверхности, его делают в соответствии с алгоритмом, обеспечивающим равномерное уменьшение образца по всему его объему. In accordance with the claimed invention, the slices must be made in such a way that each subsequent slice represents a different plane of the sample or, in the case of cutting along the spherical surface, it is made in accordance with an algorithm that ensures uniform reduction of the sample throughout its volume.
Как известно, в современной компьютерной графике при построении любого трехмерного объекта компьютер учитывает, что каждая точка трехмерного пространства имеет три координаты: одна определяет высоту, другая - ширину, третья - глубину. Построение объекта при этом основывается на проведении через набор точек координат соединяющих линий. Поэтому любой объект сложной формы будет представлен в компьютере в виде набора многоугольников, элементарной единицей которых практически всегда является треугольник. Таким образом наиболее адекватное компьютерное воспроизведение на экране дисплея достигается при построении фигуры треугольной формы. Учитывая вышесказанное, найдено, что наиболее целесообразно размещать патолого-биологический препарат 1 в тетраэдре 2 и срезы выполнять по плоскостям, параллельным по меньшей мере одной плоскости тетраэдра. Срезы 4, 5, 6, 7 (фиг. 2), полученные с образца, имеющего тетраэдральную форму, имеют вид усеченного тетраэдра, содержащего пять плоскостей. Именно такая форма среза с наибольшей достоверностью и наименьшими искажениями может быть воспроизведена методом компьютерной графики на экране дисплея. As you know, in modern computer graphics, when building any three-dimensional object, the computer takes into account that each point of three-dimensional space has three coordinates: one determines the height, the other determines the width, and the third determines the depth. The construction of the object is based on drawing through the set of coordinate points of the connecting lines. Therefore, any object of complex shape will be represented in the computer as a set of polygons, the elementary unit of which is almost always a triangle. Thus, the most adequate computer reproduction on the display screen is achieved when constructing a triangular shape. In view of the foregoing, it was found that it is most appropriate to place the pathological biological preparation 1 in the tetrahedron 2 and the sections to be performed on planes parallel to at least one plane of the tetrahedron.
Для реализации доступа ко всем объемным характеристикам патолого-биологического препарата, целесообразно срезы 4, 5, 6, 7 выполнять с различных направлений, то есть поочередно по трем плоскостям тетраэдра, имеющим общую вершину, при этом первый срез 4 выполнять по одной из названных плоскостей, второй срез 5 выполнять по второй из названных плоскостей, третий срез 6 выполнять по третьей из названных плоскостей. Далее указанную последовательность выполнения срезов 4, 5, 6 многократно повторяют при условии, чтобы плоскость каждого последующего среза была параллельна соответствующей плоскости тетраэдра. Таким образом выполнение срезов по трем плоскостям тетраэдра обеспечивает наиболее полную информацию об анатомо-морфологическом строении патолого-биологического препарата. Еще более точные результаты могут быть получены при выполнении среза 7 по четвертой плоскости тетраэдра. To realize access to all the volumetric characteristics of the pathological biological preparation, it is advisable to cut
Срезы выполняют до полного разрезания образца. Slices are performed until the sample is completely cut.
Таким образом получают множество срезов, например, 4, 5, 6, 7, в центральной части которых находится соответствующий срез 8 патолого-анатомического препарата 1, зафиксированный в заливочном материале 3. Thus, many slices are obtained, for example, 4, 5, 6, 7, in the central part of which there is a
В соответствии с известной технологией морфологических исследований полученные срезы подвергают традиционной при морфологических исследованиях тканевых структур подготовке: окраске по известным методикам, обусловленным типом исследуемой тканевой структуры препарата. In accordance with the well-known technology of morphological studies, the obtained sections are subjected to the preparation traditional for morphological studies of tissue structures: staining according to known methods, due to the type of tissue structure of the preparation under study.
Далее, в соответствии с технологией морфологических исследований, получают изображение каждого среза 4, 5, 6, 7 путем его экспонирования, а точнее микрофотографирования с помощью, например, микрофотографической установки, содержащей осветительную лампу, светофильтры, микроскоп и фотокамеру, которая, согласно изобретению, способна обеспечить получение изображения среза в цифровом выражении. Преимущественно для этого используют профессиональную цифровую фотокамеру, например, фирмы LEIKA, KODAK. В результате осуществления такого микрофотографирования получают отображения морфологически подготовленных срезов в пронизывающем их световом потоке, по которым в дальнейшем возможно изучать на морфологическом уровне данный срез. Further, in accordance with the technology of morphological studies, an image of each
Таким образом условия получения изображения среза, согласно изобретению, подчинены, во-первых, технологии морфологических исследований. Вторым условием получения изображения среза является выбор по меньшей мере одного ракурса экспонирования среза, который должен обеспечивать отображение всех плоскостей этого среза (при тетраэдральной форме образца получаемый срез имеет пять плоскостей). Количество ракурсов, при которых получают полное отображение всех плоскостей среза, зависит от технических возможностей используемой цифровой фотокамеры. Оптимально целесообразное число ракурсов, при которых достигается указанное требование при использовании современной фототехники, составляет два ракурса: первый ракурс обеспечивает отображение, например, одной и второй торцевых поверхностей среза образца /в том числе отображение одной и второй торцевых поверхностей среза патолого-анатомического препарата/ совместно с его верхней поверхностью; второй ракурс обеспечивает отображение, например, второй и третьей торцевых поверхностей среза образца /в том числе второй и третьей торцевых поверхностей среза патолого-анатомического препарата/ совместно с его нижней поверхностью. Цифровые выражения изображений среза образца, полученные с выбранных ракурсов, суммируют в компьютере с получением адекватного трехмерного виртуального отображения среза образца, включающего трехмерное виртуальное отображение среза патолого-анатомического препарата. Thus, the conditions for obtaining a slice image according to the invention are subordinated, firstly, to morphological research technology. The second condition for obtaining a slice image is the choice of at least one slice exposure view, which should ensure that all planes of this slice are displayed (with the tetrahedral shape of the sample, the resulting slice has five planes). The number of angles at which a full display of all cut planes is obtained depends on the technical capabilities of the digital camera used. The optimally appropriate number of angles at which the specified requirement is achieved using modern photographic equipment is two angles: the first angle provides the display, for example, of one and the second end surfaces of the slice of the sample / including the display of one and the second end surfaces of the slice of the pathological anatomical preparation / together with its upper surface; the second view provides the display, for example, of the second and third end surfaces of the slice of the sample / including the second and third end surfaces of the slice of the pathological anatomical preparation / together with its lower surface. Digital expressions of images of a slice of a sample obtained from selected angles are summarized in a computer to obtain an adequate three-dimensional virtual display of a slice of a sample, including a three-dimensional virtual display of a slice of a pathological anatomical preparation.
Реконструкцию исходного объекта в виде его виртуальной модели осуществляют, согласно изобретению, путем совмещения трехмерных виртуальных отображений срезов образца, которое проводят в последовательности, обратной применяемому при образовании срезов /в случае использования, например, такой объемной фигуры как шар/ или же совмещение осуществляют в последовательности, обеспечивающей реконструкцию многогранника, например, тетраэдра /в случае использования в качестве объемной фигуры тетраэдра/. The reconstruction of the original object in the form of its virtual model is carried out, according to the invention, by combining three-dimensional virtual mappings of the slices of the sample, which is carried out in the reverse order used for slicing / in the case of using, for example, such a three-dimensional figure as a ball / or the alignment is carried out in the sequence providing reconstruction of a polyhedron, for example, a tetrahedron / in the case of using a tetrahedron as a volumetric figure /.
Согласно изобретению, для повышения точности соответствия виртуальной модели исходному объекту целесообразно перед реконструкцией трехмерное виртуальное отображение каждого среза сравнивать с соответствующим срезом, полученным при разрезании образца, и осуществлять корректировку достоверности полученного трехмерного виртуального отображения среза в отношении, например, его структурной четкости, цветопередачи. According to the invention, in order to increase the accuracy of matching the virtual model with the original object, it is advisable to compare the three-dimensional virtual display of each slice before reconstruction with the corresponding slice obtained by cutting the sample and adjust the reliability of the obtained three-dimensional virtual display of the slice in relation, for example, to its structural sharpness and color reproduction.
После создания виртуальной модели образца в виде его трехмерного изображения осуществляют удаление изображения заливочного материала и изображения линий сечений срезов с получением на экране дисплея монообъемного полного анатомо-морфологического аналога, находившегося внутри образца биологического объекта - патолого-биологического препарата в виде виртуальной модели. After creating a virtual model of the sample in the form of its three-dimensional image, the image of the pouring material and the image of the lines of the cross-sections of the slices are removed to obtain on the display screen a monovolume full anatomical and morphological analogue that was inside the sample of a biological object - a pathological biological preparation in the form of a virtual model.
Заявляемый способ предусматривает возможность создания виртуальной модели биологического объекта, способной предоставить исследователю полную информацию по всем морфологическим характеристикам объекта, которая реконструирована в основном по срезам, имеющих толщину преимущественно от 1 до 10 мкм, то есть предназначенных для гистологических исследований, при этом один срез аналогичных тканей патолого-биологического препарата необходимо выполнять толщиной от 200 до 300
Получаемая модель представляет собой некий "интеллектуальный объем", который способен, по желанию пользователя PC, распадаться на дискретные элементы - вышеописанные срезы и обеспечивает визуализацию всех анатомо-физиологических особенностей исходного биологического объекта и его внутренних структур на уровне тканей и клеток, что создает условия для проведения экспериментов и различных исследований. The resulting model is a kind of "intellectual volume" that can, at the request of the PC user, break up into discrete elements - the above sections and provides visualization of all the anatomical and physiological characteristics of the original biological object and its internal structures at the level of tissues and cells, which creates the conditions for conducting experiments and various studies.
При создании виртуальной модели, согласно заявляемому способу, возможно использовать либо один патолого-биологический препарат при этом получают возможность для проведения исследования конкретного девитального объекта, либо использовать несколько однотипных патолого-биологических препаратов с получением некой усредненной виртуальной модели, которая может служить штампом, в котором отсутствуют индивидуальные особенности конкретного девитального объекта и который пригоден для изучения в качестве идеального анатомического и морфологического пособия для наглядного изучения такого объекта. When creating a virtual model, according to the claimed method, it is possible to use either one pathological-biological preparation while being given the opportunity to conduct a study of a specific devital object, or use several homogeneous pathological biological preparations to produce a certain averaged virtual model, which can serve as a stamp in which there are no individual features of a particular devital object and which is suitable for study as an ideal anatomical and morpho logical tool for the visual study of such an object.
Заявляемое изобретение позволяет создавать виртуальные модели для всех биологических разделов: ботаники, зоологии, анатомии, что обеспечит исследователей и лиц, изучающих биологию, точными динамически анимированными по физиологическим законам наглядными пособиями с полной информационной поддержкой в любых доступных интеграциях. The claimed invention allows you to create virtual models for all biological sections: botany, zoology, anatomy, which will provide researchers and biology students with accurate visual aids dynamically animated by physiological laws with full information support in any available integrations.
Пример 1
Создание виртуальной модели девитальной почки человека.Example 1
Creating a virtual model of a devital human kidney.
Патолого-анатомический препарат - почка, подготовленный в соответствии с требованиями морфологических исследований, помещают в матрицу, имеющую форму тетраэдра, и заливают парафином. После затвердевания парафина получают образец тетраэдральной формы с патолого-анатомическим препаратом внутри, который извлекают из матрицы и закрепляют на столе микротома. С помощью охлаждаемого ножа микротома делают срезы толщиной 1-10 мкм. При этом образец ориентируют по отношению к плоскости ножа таким образом, чтобы плоскость первого среза совпадала с одной из трех плоскостей тетраэдрального образца, имеющих общую вершину. Последующие второй и третий срезы выполняют так, чтобы их плоскости также совпадали со второй и третьей плоскостями тетраэдрального образца, соответственно. Далее указанную последовательность выполнения срезов многократно повторяют до полного иссечения образца на слои, причем плоскость каждого последующего среза должна быть параллельна соответствующей плоскости тетраэдра. Pathological and anatomical preparation - a kidney prepared in accordance with the requirements of morphological studies, is placed in a matrix in the form of a tetrahedron, and filled with paraffin. After paraffin hardens, a tetrahedral sample is obtained with a pathoanatomical preparation inside, which is removed from the matrix and fixed on the microtome table. Using a cooled microtome knife, slices 1-10 microns thick are made. In this case, the sample is oriented with respect to the plane of the knife so that the plane of the first cut coincides with one of the three planes of the tetrahedral sample having a common vertex. The subsequent second and third sections are made so that their planes also coincide with the second and third planes of the tetrahedral sample, respectively. Next, the indicated sequence of slices is repeated many times until the sample is completely excised into layers, and the plane of each subsequent slice should be parallel to the corresponding plane of the tetrahedron.
Каждый полученный срез образца имеет вид усеченного тетраэдра, в центральной части которого находится срез патолого-анатомического препарата - девитальной почки, зафиксированный в парафине, прозрачность которого обусловлена толщиной среза. Each obtained section of the sample has the form of a truncated tetrahedron, in the central part of which there is a section of a pathoanatomical preparation, a devital kidney, fixed in paraffin, the transparency of which is determined by the thickness of the section.
Полученные срезы, а точнее срезы девитальной почки затем подвергают традиционной при морфологических исследованиях тканевых структур подготовке: окраске по известным методикам, обусловленным типом исследуемой тканевой структуры, после чего каждый срез образца подвергают экспонированию, а точнее микрофотографированию с помощью микрофотографической установки, содержащей осветительную лампу, светофильтры, микроскоп и цифровую фотокамеру фирмы CANON модель 473, которая обеспечивает получение изображения каждого среза образца в цифровом выражении. Микрофотографирование среза в пронизывающем световом потоке, который обеспечивает осветительная лампа, осуществляют с двух разных ракурсов: первый ракурс обеспечивает отображение одной и второй торцевых поверхностей среза образца /в том числе одной и второй торцевых поверхностей среза девитальной почки, видных через прозрачный слой заливочного материала/ совместно с его верхней поверхностью; второй ракурс обеспечивает отображение второй и третьей торцевых поверхностей среза образца /в том числе второй и третьей торцевых поверхностей среза девитальной почки, видных через прозрачный слой заливочного материала/ совместно с его нижней поверхностью. The obtained slices, or rather slices of the devital kidney, are then subjected to traditional preparation for morphological studies of tissue structures: staining according to known methods, due to the type of tissue structure being studied, after which each section of the sample is exposed to exposure, or rather microphotography using a microphotographic apparatus containing a light lamp, light filters , a microscope and a digital camera from CANON Model 473, which provides an image of each section of a sample in a digital yrazhenii. Microphotography of the slice in the penetrating light stream provided by the illuminating lamp is carried out from two different angles: the first angle provides the display of one and the second end surfaces of the slice of the sample / including one and the second end surfaces of the slice of the devital kidney visible through the transparent layer of the filling material / together with its upper surface; the second view provides a display of the second and third end surfaces of the slice of the sample / including the second and third end surfaces of the slice of the devital kidney, visible through a transparent layer of the filling material / together with its lower surface.
Цифровые выражения изображений среза образца, полученные с выбранных ракурсов, вносят в компьютер, где они суммируются с получением визуализированного на экране дисплея трехмерного виртуального отображения среза образца. По трехмерному виртуальному отображению среза образца, включающему трехмерное виртуальное отображение среза девитальной почки, в дальнейшем возможно проводить гистологическое исследование последней. Digital expressions of the images of the slice of the sample obtained from the selected angles are entered into the computer, where they are summed up to obtain a three-dimensional virtual display of the slice of the sample visualized on the display screen. According to the three-dimensional virtual display of the slice of the sample, including three-dimensional virtual display of the slice of the devital kidney, it is possible in the future to conduct a histological examination of the latter.
Визуализированное виртуальное отображение каждого среза подвергают сравнению с соответствующим материальным срезом, полученным при разрезании образца, и осуществляют компьютерную корректировку достоверности полученного виртуального отображения среза почки, в отношении его структурной четкости, цветопередачи. The visualized virtual display of each slice is subjected to comparison with the corresponding material slice obtained by cutting the sample, and computer-aided adjustment of the reliability of the resulting virtual display of the kidney slice is carried out with respect to its structural clarity and color reproduction.
Далее на экране дисплея осуществляют реконструкцию девитальной почки, подвергнутой вышеописанному разрезанию и микрофотографированию, в виде ее виртуальной модели путем совмещения всех трехмерных виртуальных отображений срезов образца в последовательности, обеспечивающей реконструкцию тетраэдрального образца. Next, on the display screen, the devital kidney undergoing the above-described cutting and microphotography is reconstructed in the form of its virtual model by combining all three-dimensional virtual displays of the sections of the sample in a sequence that provides reconstruction of the tetrahedral sample.
После создания виртуальной модели образца в виде совокупности трехмерных виртуальных срезов осуществляют удаление изображения парафина и изображения линий сечений срезов с получением на экране дисплея монообъемного полного анатомо-гистологического аналога препарированной девитальной почки. After creating a virtual model of the sample in the form of a combination of three-dimensional virtual slices, the paraffin image and the image of the cross-section lines of the slices are removed to obtain a monovolume full anatomical and histological analogue of the prepared devital kidney on the display screen.
Получаемая модель девитальной почки представляет собой некий "интеллектуальный объем", который способен, по желанию пользователя PC, распадаться на дискретные элементы - вышеописанные срезы, и обеспечивает визуализацию всех анатомических особенностей почки и ее внутренних структур на уровне тканей, что создает условия для проведении экспериментов и различных исследований. The resulting model of the devital kidney is a kind of "intellectual volume" that can, at the request of the PC user, break up into discrete elements - the above sections, and provides visualization of all the anatomical features of the kidney and its internal structures at the tissue level, which creates the conditions for experiments and various studies.
Пример 2
Создание виртуальной модели сердца человека.Example 2
Creating a virtual model of the human heart.
Патолого-анатомический препарат - сердце, подготовленный в соответствии с требованиями морфологических исследований, помещают в матрицу заливают парафином. После затвердевания парафина девитальное сердце с заливочным материалом в виде образца тетраэдральной формы извлекают из матрицы и закрепляют на столе микротома. С помощью охлаждаемого ножа микротома делают срезы с образца толщиной 1-10 мкм, а с помощью охлаждаемого ножа ультратома делают срезы с образца толщиной 200-300
Каждый полученный срез образца имеет вид усеченного тетраэдра, в центральной части которого находится срез девитального сердца, зафиксированного в парафине. Each obtained section of the sample has the form of a truncated tetrahedron, in the central part of which there is a section of a devital heart fixed in paraffin.
Полученные срезы, а точнее срезы девитального сердца затем подвергают традиционной при морфологических исследованиях тканевых и клеточных структур подготовке: окраске по известным методикам, обусловленным типом исследуемых тканевой и клеточной структур, после чего каждый срез образца подвергают экспонированию, а точнее микрофотографированию с помощью микрофотографической установки, содержащей осветительную лампу, светофильтры, микроскоп и цифровую фотокамеру фирмы NIKON модель Cool Pix 950, которая обеспечивает получение цифрового выражения изображения среза. Микрофотографирование среза в пронизывающем световом потоке осуществляют с трех разных ракурсов: первый ракурс обеспечивает отображение одной торцевой поверхности среза /в том числе одной торцевой поверхности среза девитального сердца, видной через прозрачный слой заливочного материала/ совместно с его верхней поверхностью; второй ракурс обеспечивает отображение второй торцевой поверхности среза /в том числе второй торцевой поверхности среза девитального сердца, видной через прозрачный слой заливочного материала/ совместно с его нижней поверхностью, третий ракурс обеспечивает отображение третьей боковой поверхности /в том числе третьей торцевой поверхности среза девитального сердца, видной через прозрачный слой заливочного материала/ совместно с нижней поверхностью. The obtained slices, or rather slices of the devital heart, are then subjected to traditional preparation for morphological studies of tissue and cell structures: staining according to known methods, due to the type of tissue and cell structures being studied, after which each section of the sample is exposed to exposure, or rather microphotography using a microphotographic setup containing NIKON model Cool Pix 950 light bulb, light filters, microscope and digital camera, which provides digital expression Slicing images. Microphotography of a slice in a penetrating luminous flux is carried out from three different angles: the first view provides a display of one end surface of the slice / including one end surface of the slice of the devital heart, visible through a transparent layer of the filling material / together with its upper surface; the second view provides a display of the second end surface of the slice / including the second end surface of the slice of the devital heart, visible through the transparent layer of the filling material / together with its lower surface, the third view displays the third side surface / including the third end surface of the slice of the devital heart, visible through a transparent layer of filling material / together with the bottom surface.
Цифровые выражения изображений среза образца, полученные с выбранных ракурсов, вносят в компьютер, где они суммируются с получением визуализированного на экране дисплея трехмерного виртуального отображения среза образца. По трехмерному виртуальному отображению среза образца, включающему трехмерное виртуальное отображение среза девитального сердца, в дальнейшем возможно проводить морфологическое исследование последнего. Digital expressions of the images of the slice of the sample obtained from the selected angles are entered into the computer, where they are summed up to obtain a three-dimensional virtual display of the slice of the sample visualized on the display screen. According to a three-dimensional virtual display of a slice of a sample, including a three-dimensional virtual display of a slice of a devital heart, it is possible to conduct a morphological study of the latter in the future.
Визуализированное виртуальное отображение каждого среза подвергают сравнению с соответствующим материальным срезом, полученным при разрезании образца, и осуществляют компьютерную корректировку достоверности полученного виртуального изображения среза сердца, в отношении его структурной четкости, цветопередачи. The visualized virtual display of each slice is subjected to comparison with the corresponding material slice obtained by cutting the sample, and computer-aided adjustment of the reliability of the resulting virtual image of the heart slice, in terms of its structural clarity, color rendering.
Далее на экране дисплея осуществляют реконструкцию девитального сердца, подвергнутого вышеописанному разрезанию и микрофотографированию, в виде его виртуальной модели путем совмещения всех трехмерных виртуальных отображений срезов образца в последовательности, обеспечивающей реконструкцию тетраэдрального образца. Next, on the display screen, a devital heart undergoing the above-described cutting and microphotography is reconstructed in the form of its virtual model by combining all three-dimensional virtual displays of the sample sections in a sequence that provides reconstruction of the tetrahedral sample.
После создания виртуальной модели образца в виде совокупности трехмерных виртуальных срезов осуществляют удаление изображения парафина и изображения линий сечений срезов с получением на экране дисплея монообъемного полного анатомо-морфологического аналога препарированного девитального сердца. After creating a virtual model of the sample in the form of a combination of three-dimensional virtual slices, the image of paraffin and the image of the lines of sections of the slices are removed to obtain a monovolume full anatomical and morphological analogue of the prepared devital heart on the display screen.
Получаемая модель девитального сердца представляет собой некий "интеллектуальный объем", который способен, по желанию пользователя PC, распадаться на дискретные элементы - вышеописанные срезы и обеспечивает визуализацию всех анатомических особенностей сердца и его внутренних структур на уровне тканей и клеток, что создает условия для проведении экспериментов и различных исследований. The resulting model of the devital heart is a kind of “intellectual volume” that can, at the request of the PC user, break up into discrete elements - the above sections and provides visualization of all anatomical features of the heart and its internal structures at the level of tissues and cells, which creates the conditions for experiments and various studies.
Пример 3
Создание виртуальной модели сердца человека.Example 3
Creating a virtual model of the human heart.
Патолого-анатомический препарат - девитальное сердце, подготовленное в соответствии с требованиями морфологических исследований, помещают в матрицу, имеющую форму шара, и заливают жидким парафином. После затвердевания парафина девитальное сердце с заливочным материалом в виде образца шарообразной формы извлекают из матрицы и закрепляют на столе микротома. С помощью охлаждаемого ножа микротома с образца делают срезы толщиной 1-10 мкм и с помощью охлаждаемого ножа ультратома - срезы толщиной 200-300
Каждый полученный срез образца имеет вид дольки и представляет собой одну четвертую сферической поверхности шарообразного образца, в центральной части которой находится срез девитального сердца, зафиксированный в парафине. Each obtained section of the sample has the form of a lobule and represents one fourth of the spherical surface of the spherical sample, in the central part of which there is a section of the devital heart fixed in paraffin.
Полученные срезы, а точнее срезы девитального сердца затем подвергают традиционной при морфологических исследованиях тканевых и клеточных структур подготовке: окраске по известным методикам, обусловленным типом исследуемых тканевой и клеточной структур, после чего каждый срез образца подвергают экспонированию, а точнее микрофотографированию с помощью микрофотографической установки, содержащей осветительную лампу, светофильтры, микроскоп и цифровую фотокамеру фирмы KODAK, объектив которой обеспечивает получение из одного ракурса цифрового выражения изображения всех плоскостей экспонируемого среза образца, в том числе всех плоскостей среза девитального сердца, видных через прозрачный слой заливочного материала. Микрофотографирование среза осуществляют в пронизывающем его световом потоке, который обеспечивается осветительной лампой. Цифровое выражение изображения среза образца вносят в компьютер с получением визуализированного на экране дисплея его трехмерного виртуального отображения, по которому в дальнейшем возможно изучать на морфологическом уровне срез сердца. The obtained slices, or rather slices of the devital heart, are then subjected to traditional preparation for morphological studies of tissue and cell structures: staining according to known methods, due to the type of tissue and cell structures being studied, after which each section of the sample is exposed to exposure, or rather microphotography using a microphotographic setup containing KODAK lighting lamp, light filters, microscope and digital camera, the lens of which ensures the receipt of digital from one angle smooth expression of the image of all planes of the exposed section of the sample, including all planes of the section of the devital heart, visible through a transparent layer of the filling material. Microphotography of a slice is carried out in a light stream penetrating it, which is provided by a lighting lamp. The digital expression of the image of the slice of the sample is introduced into the computer to obtain its three-dimensional virtual display visualized on the display screen, according to which it is possible to further study the heart slice at the morphological level.
Визуализированное виртуальное отображение каждого среза подвергают сравнению с соответствующим материальным срезом, полученным при разрезании образца, и осуществляют компьютерную корректировку достоверности полученного виртуального изображения среза сердца, в отношении его структурной четкости, цветопередачи. The visualized virtual display of each slice is subjected to comparison with the corresponding material slice obtained by cutting the sample, and computer-aided adjustment of the reliability of the resulting virtual image of the heart slice, in terms of its structural clarity, color rendering.
Далее на экране дисплея осуществляют реконструкцию образца, подвергнутого вышеописанному разрезанию и микрофотографированию, в виде его виртуальной модели путем совмещения всех трехмерных виртуальных отображений срезов в последовательности, обратной осуществления срезов. Next, on the display screen, the sample subjected to the above-described cutting and microphotography is reconstructed in the form of its virtual model by combining all three-dimensional virtual displays of the slices in the reverse order of slicing.
После создания виртуальной модели образца в виде совокупности трехмерных виртуальных отображений его срезов осуществляют удаление изображения парафина и изображения линий сечений срезов с получением на экране дисплея монообъемного полного анатомо-морфологического аналога препарированного девитального сердца. After creating a virtual model of the sample in the form of a set of three-dimensional virtual displays of its slices, the image of paraffin and the image of the lines of the sections of the slices are removed to obtain a monovolume full anatomical and morphological analogue of the prepared devital heart on the display screen.
Получаемая модель девитального сердца представляет собой некий "интеллектуальный объем", который способен, по желанию пользователя PC, распадаться на дискретные элементы - вышеописанные срезы и обеспечивает визуализацию всех анатомических особенностей сердца и его внутренних структур на уровне клеток и тканей, что создает условия для проведении экспериментов и различных исследований. The resulting model of the devital heart is a kind of “intellectual volume” that can, at the request of the PC user, break up into discrete elements - the above sections and provides visualization of all anatomical features of the heart and its internal structures at the level of cells and tissues, which creates the conditions for experiments and various studies.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122841A RU2173480C2 (en) | 1999-11-03 | 1999-11-03 | Method for creating virtual model of biologic object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122841A RU2173480C2 (en) | 1999-11-03 | 1999-11-03 | Method for creating virtual model of biologic object |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99122841A RU99122841A (en) | 2001-08-10 |
| RU2173480C2 true RU2173480C2 (en) | 2001-09-10 |
Family
ID=48231323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99122841A RU2173480C2 (en) | 1999-11-03 | 1999-11-03 | Method for creating virtual model of biologic object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2173480C2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2302203C2 (en) * | 2003-09-02 | 2007-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Эксергия" | X-ray volumetric computer diagnostics of sponal column |
| WO2011028151A1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | Terpilovskij Aleksej Anatolievich | Method for generating a virtual model of a biological object and device for implementing same |
| RU2469404C2 (en) * | 2006-05-11 | 2012-12-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Image reconstruction method and apparatus |
| RU2547792C1 (en) * | 2014-04-21 | 2015-04-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации" (ГБОУ ВПО УГМУ Минздрава России) | Method of producing dry anatomical preparation of heart |
| RU2677055C2 (en) * | 2013-11-05 | 2019-01-15 | Конинклейке Филипс Н.В. | Automated segmentation of tri-plane images for real time ultrasound imaging |
| RU2718719C2 (en) * | 2014-11-10 | 2020-04-14 | Технише Универзитет Берлин | Method and apparatus for producing a three-dimensional multicellular object |
| EP4390362A1 (en) * | 2022-12-23 | 2024-06-26 | Leica Microsystems CMS GmbH | Controller for a microtome, microtome system and corresponding method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2069896C1 (en) * | 1992-02-10 | 1996-11-27 | Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" | Method for modelling long tubular bone defects |
| RU96123503A (en) * | 1996-12-16 | 1999-02-10 | Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им.акад.Г.А.Илизарова | METHOD FOR MODELING FEMOR RECONSTRUCTION |
| RU2125836C1 (en) * | 1997-07-04 | 1999-02-10 | Научно-исследовательский институт точных приборов | Ultrasonic diagnostic complex for formation and visualization of three-dimensional pictures |
-
1999
- 1999-11-03 RU RU99122841A patent/RU2173480C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2069896C1 (en) * | 1992-02-10 | 1996-11-27 | Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" | Method for modelling long tubular bone defects |
| RU96123503A (en) * | 1996-12-16 | 1999-02-10 | Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им.акад.Г.А.Илизарова | METHOD FOR MODELING FEMOR RECONSTRUCTION |
| RU2125836C1 (en) * | 1997-07-04 | 1999-02-10 | Научно-исследовательский институт точных приборов | Ultrasonic diagnostic complex for formation and visualization of three-dimensional pictures |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2302203C2 (en) * | 2003-09-02 | 2007-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Эксергия" | X-ray volumetric computer diagnostics of sponal column |
| RU2469404C2 (en) * | 2006-05-11 | 2012-12-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Image reconstruction method and apparatus |
| WO2011028151A1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | Terpilovskij Aleksej Anatolievich | Method for generating a virtual model of a biological object and device for implementing same |
| RU2418316C1 (en) * | 2009-09-07 | 2011-05-10 | Алексей Анатольевич Терпиловский | Method of creating virtual model of biological object and device for realising said method |
| RU2677055C2 (en) * | 2013-11-05 | 2019-01-15 | Конинклейке Филипс Н.В. | Automated segmentation of tri-plane images for real time ultrasound imaging |
| RU2547792C1 (en) * | 2014-04-21 | 2015-04-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации" (ГБОУ ВПО УГМУ Минздрава России) | Method of producing dry anatomical preparation of heart |
| RU2718719C2 (en) * | 2014-11-10 | 2020-04-14 | Технише Универзитет Берлин | Method and apparatus for producing a three-dimensional multicellular object |
| EP4390362A1 (en) * | 2022-12-23 | 2024-06-26 | Leica Microsystems CMS GmbH | Controller for a microtome, microtome system and corresponding method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Haleem et al. | 3D scanning applications in medical field: a literature-based review | |
| Katsamenis et al. | X-ray micro-computed tomography for nondestructive three-dimensional (3D) X-ray histology | |
| Elias et al. | An elementary introduction to stereology (quantitative microscopy) | |
| Gordon et al. | Image reconstruction from projections | |
| RU2419882C2 (en) | Method of visualising sectional planes for arched oblong structures | |
| US20110040169A1 (en) | Integration of micro and macro information for biomedical imaging | |
| Fine et al. | Three-dimensional (3D) ultrasound imaging of the gallbladder and dilated biliary tree: reconstruction from real-time B-scans | |
| JPH0437465B2 (en) | ||
| CN1801214A (en) | Apparatus and method for processing tumor image information based on digital virtual organ | |
| CN106570930A (en) | Digital biological organism modeling method based on three-dimensional super voxel description | |
| TWI750686B (en) | Three dimensional histopathology imaging method and system thereof | |
| Laycock et al. | Combining x-ray micro-CT technology and 3D printing for the digital preservation and study of a 19th Century Cantonese chess piece with intricate internal structure | |
| Yaegashi et al. | Microcomputer‐aided reconstruction: a system designed for the study of 3‐D microstructure in histology and histopathology | |
| RU2173480C2 (en) | Method for creating virtual model of biologic object | |
| Usson et al. | Method for the study of the three‐dimensional orientation of the nuclei of myocardial cells in fetal human heart by means of confocal scanning laser microscopy | |
| CN115472051A (en) | Medical student operation simulation dummy and use method | |
| Takakuwa | 3D analysis of human embryos and fetuses using digitized datasets from the Kyoto Collection | |
| Manssour et al. | Visualizing inner structures in multimodal volume data | |
| CN101176683A (en) | Preparation method of human body stereo anatomy image as well as application | |
| Duerstock et al. | Advances in three-dimensional reconstruction of the experimental spinal cord injury | |
| McLean et al. | Myofiber orientation in the weanling mouse heart | |
| CN103239256B (en) | Virtual X-ray imaging method and virtual X-ray imaging system for human body bone joint | |
| Pentecost et al. | Graphical and stereolithographic models of the developing human heart lumen | |
| Robb | 3-d Visualization and analysis of biomedical images using ANALYZE | |
| RU2171465C1 (en) | Method for studying intravital topography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091104 |