Клиническое применение программного средства на основе сверточной нейронной сети для обработки файлов DICOM мультиспиральной компьютерной томографии при лечении пациентов с травматическими повреждениями и деформациями орбиты

Abstract

Актуальность. Основное место в системе реабилитации пациентов с травмами орбиты занимают реконструктивные операции, целью которых является восстановление нормальной анатомии поврежденной орбиты для достижения хороших функциональных и эстетических результатов. Достижения в области компьютерных технологий, включая трехмерную печать, внедрение программного обеспечения для планирования оперативного лечения, внедрение новых моделей имплантатов позволяют улучшить результаты реконструктивного лечения при травмах орбиты. Цель исследования. Апробация в клинике разработанного программного средства для автоматического расчета параметров орбиты и индивидуального орбитального имплантата для реконструкции костных стенок при их повреждении и деформации с построением 3D модели орбиты и орбитального имплантата. Материалы и методы. Разработанное в Республики Беларусь программное средство для автоматического расчета параметров орбиты и индивидуального орбитального имплантата. Оценивались показатели распространенности травматического процесса в орбите (объём орбиты, объем пролабированной клетчатки, степень гипофтальма и энофтальма). Данный алгоритм определения размера дефектов орбиты для создания индивидуального имплантата был апробирован на 35 пациентах, составивших две группы. Группа 1 – расчет параметров орбиты производился на основе разработанной автоматизированной программы – 25 пациентов. Группа 2 – расчет параметров орбиты производился полуавтоматическим вариантом программы – 10 пациентов. Результаты и заключение. Установлено, что объем здоровой орбиты у пациентов основной группы составил 24,6±0,47 см³, контрольной группы – 24,33±0,49 см³. На стороне повреждения наблюдалось увеличение объема орбиты у всех пациентов. Средний объем глазничной клетчатки, пролабируемой в верхнечелюстную пазуху, у пациентов с изолированными переломами нижней стенки орбиты составил 2,9±0,66 см3 в основной группе и 3,0±0,37 см3 в контрольной группе. Время, затраченное на обработку изображений дефекта костных стенок орбиты в автоматическом режиме, в среднем составило 15,5±1,6 минут, в полуавтоматическом составило в среднем 153,31±12,73 минут. Сравнение объема орбит, рассчитанных по результатам разметки нейронной сети с объемами орбит, рассчитанными по результатам ручной разметки показало, что разница не превышает 4–8% и сравнение виртуального прототипа орбиты и прототипа костного дефекта, рассчитанных по результатам разметки нейронной сети, и рассчитанными по результатам ручной разметки, показало, что разница составляет не более 5,5%. Разработанное программное средство обязательно не только для автоматизации процесса расчета параметров орбиты на этапе подготовки к операции и для оценки результатов операции по устранению дефекта костных стенок орбиты, но и для изготовления индивидуальных имплантатов, полностью повторяющих топографические параметры дефекта костных структур орбиты.

Relevance. The main place in the rehabilitation system of patients with orbital injuries is occupied by reconstructive surgeries, the purpose of which is to restore the normal anatomy of the damaged orbit to achieve good functional and aesthetic results. Advances in computer technology, including three-dimensional printing, the introduction of software for planning surgical treatment, the introduction of new models of implants can improve the results of reconstructive treatment for orbital injuries. Purpose of the study. Clinical testing of the developed software for automatic calculation of orbital parameters and an individual orbital implant for reconstruction of bone walls in case of their damage and deformation with the construction of a 3D model of the orbit and orbital implant. Materials and methods. Software developed in the Republic of Belarus for automatic calculation of orbital parameters and an individual orbital implant. The prevalence of the traumatic process in the orbit (orbital volume, volume of prolapsed tissue, degree of hypophthalmos and enophthalmos) were assessed. This algorithm for determining the size of orbital defects to create an individual implant was tested on 35 patients who made up two groups. Group 1 – orbital parameters were calculated using the developed automated program – 25 patients. Group 2 – orbital parameters were calculated using a semi-automatic version of the program – 10 patients. Results and conclusion. It was found that the volume of a healthy orbit in patients of the main group was 24.6±0.47 cm³, in the control group – 24.33±0.49 cm³. On the side of the injury, an increase in the orbital volume was observed in all patients. The average volume of orbital tissue prolapsed into the maxillary sinus in patients with isolated orbital floor fractures was 2.9±0.66 cm3 in the main group and 3.0±0.37 cm3 in the control group. The time spent on processing images of the orbital bone wall defect in automatic mode averaged 15.5±1.6 minutes, in semi-automatic mode it averaged 153.31±12.73 minutes. Comparison of the orbit volume calculated based on the results of neural network marking with the orbit volumes calculated based on the results of manual marking showed that the difference does not exceed 4–8%, and comparison of the virtual orbit prototype and the bone defect prototype calculated based on the results of neural network marking and calculated based on the results of manual marking showed that the difference is no more than 5.5%. The developed software is essential not only for automating the process of calculating orbit parameters at the stage of preparation for surgery and for assessing the results of surgery to eliminate the defect of the bone walls of the orbit, but also for the manufacture of individual implants that completely repeat the topographic parameters of the defect of the bone structures of the orbit.