科学家们创造了三维膀胱重建

医生检查膀胱是否有肿瘤或结石的方法就像用手电筒探索洞穴的轮廓。他们发现，通过将摄像机连接到称为内窥镜的长而灵活的仪器上，有时很难在膀胱血管壁内确定肿块的位置。

斯坦福大学研究人员开发的一种新的计算机视觉技术可以改变这种情况，这种技术可以创建三维空间膀胱用内窥镜中稍纵即逝的图像重建。通过这种医学和工程学的融合，医生可以绘制器官图谱，更好地为手术做准备，并发现早期癌症复发。点击这里查看视频。

“这个项目的美妙之处在于，我们可以利用医生已经在收集的数据，”电气工程系助理教授奥黛丽·鲍登(Audrey Bowden)说。她是最近发表在生物医学光学快车这描述了方法。

膀胱癌在所有癌症中复发率最高。根据医学院泌尿学副教授、论文的共同高级作者约瑟夫·廖(Joseph Liao)的说法，50%到70%的肿瘤在切除后复发。能够看到每个病人的膀胱作为一个三维模型可以改善手术计划和监测癌症复发。

“膀胱内窥镜检查，即膀胱镜检查，是癌症治疗中不可或缺的一部分。任何改善内窥镜检查的方法都是有帮助的。”“外科医生一直在寻找更好的方法来观察癌症，以便更有效地切除它。”

广泛应用的技术

这项技术的优点之一是医生不需要购买新的硬件或大幅修改他们的技术。通过使用先进的计算机视觉算法，该团队利用常规膀胱镜检查的视频片段重建了膀胱的形状和内部外观，这些视频通常会被丢弃或一开始就不会被记录下来。

“在内窥镜检查中，我们产生了大量的数据，但目前它们被丢弃了，”廖说。

虽然该团队是为膀胱开发的这项技术，但它也可以应用于其他医生经常进行内窥镜检查的中空器官，包括胃或结肠。“我们是第一个使用标准临床设备实现完整3d膀胱模型的团队，这使得这项研究已经成熟，可以快速转化为临床实践，”论文的第一作者Kristin Lurie说，他是斯坦福大学最近的博士研究生和博士后，目前是谷歌的软件工程师。

廖教授表示，这些三维图像可以帮助医生为手术做准备。膀胱中的病变、肿瘤和疤痕很难被发现，无论是在初始阶段还是在手术过程中。

“有时候你没有感觉——我在膀胱里的什么地方?”廖说。在手术前看到器官的三维渲染图，就像在旅行前有一张地图一样，可以让医生的手术更容易。其他潜在的应用包括将3d重建作为可视医疗记录。

准确的呈现

为了测试膀胱重建的准确性，该团队首先创建了一个基于在3d打印膀胱中拍摄的内窥镜图像的模型，称为组织幻影。由于组织模型的细节是已知的，研究人员可以直接将他们的渲染结果与真实的组织进行比较。鲍登认为，组织幻影为生物建模分析提供了一个标准。研究小组发现，它的三维渲染与组织模型匹配，误差很小。

研究人员说，这项技术是同类技术中的首创，仍有改进的空间。首先，三维模型倾向于抚平凸起膀胱壁包括肿瘤。单独使用模型，这可能会使肿瘤更难发现。该团队现在正在努力提高模型的真实性，包括形状和细节。

据研究人员称，未来的方向包括使用该算法对膀胱内的疾病和癌症进行监测，以检测细微变化，以及将其与其他成像技术相结合。

廖说:“这项技术潜力巨大，更不用说在虚拟器官周围导航的乐趣了。”