Новому подходу к сегментации 3D-изображений уже покорились медицинские снимки, на очереди — поршни
Ученые Сколтеха под руководством профессора Дмитрия Дылова и их коллеги из Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени академика И. П. Павлова разработали принципиально новый подход к задаче сегментации трехмерных изображений — определения контуров составных частей сложной структуры. Коллектив продемонстрировал эффективность «сегментации отрицательного объема» на снимках челюстного сустава, но метод применим к самым разным объектам, в том числе в строительстве и дизайне механических деталей.
Исследование опубликовано в Nature Scientific Reports. «Эта работа позволяет по-новому взглянуть на утомительную задачу сегментации трехмерных изображений, которая часто встречается в медицинской диагностике, машиностроении и других областях, — отмечает руководитель исследования Дмитрий Дылов. — Все началось с того, что мы подумали: а что если вместо того, чтобы определять точные контуры 3D-объекта, сегментировать объем полостей между его частями? Эти полости идеально дополняют искомый привычными методами объем, как замочная скважина — ключ. Для проверки подхода мы взяли самый сложный 3D-объект, какой смогли найти».
Височно-нижнечелюстной сустав, или ВНЧС, расположен с обеих сторон головы, спереди от ушей, где два вертикальных выступа нижней челюсти заходят в гнезда на височных костях черепа (рисунок 1). Между костями сустава находится мягкий хрящевой диск, который служит амортизатором. Поскольку ВНЧС — парный сустав, в котором к тому же сочетаются шарнироподобные и скользящие движения, он считается очень сложной системой, которую крайне трудно картировать в 3D.
Чтобы разобраться в снимках компьютерной томографии ВНЧС, опытные врачи тратят часы и задействуют специализированное программное обеспечение, в котором создают 3D-модель сустава. В ходе этой утомительной работы они вручную сегментируют изображения, определяя точные контуры каждой из двух костей. Как только получена правильно сегментированная 3D-модель сустава, стоматолог, лицевой хирург или другой врач могут предложить пациенту способы лечения заболеваний, связанных с ВНЧС. Таковые могут возникать в результате эрозии сустава, стискивания зубов, артрита, травмы или врожденной деформации челюсти.
Симптомы — боль в суставе и даже на расстоянии от него (в области шеи, ушей, лица), а также трудности при приеме пищи и говорении из-за снижения подвижности ВНЧС. Существует даже гипотеза, что состояние ВНЧС может влиять на походку и психологическое состояние человека. Хотя нарушения в этом суставе, как правило, поддаются лечению, они сложны в диагностике, во многом именно из-за сложности сегментации.
В качестве демонстрации возможностей сегментации отрицательного объема научная группа из Сколтеха, разработавшая этот подход, сумела полностью автоматизировать трудоемкую задачу сегментации компьютерных томограмм ВНЧС. Благодаря глубокому обучению, новой системе требуется всего несколько секунд для обработки изображений, на интерпретацию которых опытному врачу понадобилось бы не менее часа, прежде чем можно будет извлечь полезную пациенту информацию.
«Наши коллеги из Университета Павлова разработали протокол для сегментации изображений ВНЧС в 3D вручную. Раньше это делалось в 2D и занимало еще больше времени. Мы используем их протокол и внедряем новый подход, который применим к разметке и человеком (рисунок 2), и машиной. Акцент смещается с сегментирования костей, контуры которых трудно очертить, на сегментирование полостей между ними. Отсюда и название: сегментация отрицательного объема», — прокомментировал один из авторов исследования, Олег Рогов, научный сотрудник и главный разработчик Сколтеха.
Используя около пяти тысяч изображений, предоставленных коллегами из Университета Павлова (КТ 50 пациентов), исследователи Сколтеха обучили нейронную сеть 3D-сегментированию ВНЧС настолько хорошо, что теперь при использовании машины она выполняет работу не только значительно быстрее, но и качественнее, чем медики. Это делает ее отличным диагностическим инструментом, который экономит время и избавляет от необходимости вкладываться в обучение персонала и дорогостоящее программное обеспечение для 3D-визуализации.
Нейронная сеть определяет местоположение височной кости и нижней челюсти и приступает к реконструкции трехмерного объема между ними на основе КТ-срезов ВНЧС (рисунок 3). Для этого она постепенно увеличивает объем нижней челюсти, пока он не займет все свободное пространство в полости сустава. Согласно заявке на патент, поданной командой, новая модель применима для диагностики повреждений и дефектов в контексте, выходящем далеко за рамки исследования ВНЧС и вообще медицины. Новый метод будет работать как с другими суставами, например коленным, так и с искусственными структурами в машиностроении, например поршнями и цилиндрами в двигателе.
Telegram 
Дзен 
VK Качественное дошкольное образование закладывает прочный фундамент успехов на долгие годы вперёд — вплоть до выпускного класса. Двадцатилетнее исследование показало, что дети, которые в возрасте четырех лет перед поступлением в школу посещали бесплатные государственные подготовительные классы, учатся существенно лучше сверстников, посещавших обычные детские сады с упором на простой присмотр или оставшихся на домашнем воспитании.
Молодая женщина, возвращения которой из мертвых местное общество, по-видимому, сильно опасалось, имела скандинавские корни и поэтому могла считаться чужестранкой, предположили авторы нового исследования. Ученые также смогли установить много других интересных подробностей о жизни и смерти девушки.
Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Со стороны профессия летчика-испытателя часто выглядит как череда опасных полетов, требующих бесстрашия и способности мгновенно импровизировать. В действительности ее основу составляют методика, дисциплина, технические знания и умение честно рассказать о каждой особенности машины. Его задача — не просто поднять самолет в воздух, но и понять, насколько точно он выполняет команды, предсказуемо ли ведет себя на сложных режимах и какие изменения необходимо внести в конструкцию или систему управления.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно