Основные направления научных исследований
Развитие метода математического имитационного моделирования в области ядерной медицины (Virtual clinical trials) и его практическое применение в исследованиях, направленных на повышение диагностической точности однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) и позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ).
Разработка программного комплекса «Виртуальная платформа для имитационных испытаний метода ОФЭКТ/КТ». Главными принципами развитого программного комплекса являются реалистичность цифровой модели «виртуального пациента», точность модели описания физических процессов визуализации, а также проведение имитационных испытаний, приближенных к клинической практике.
Проведение имитационных компьютерных испытаний с использованием программного комплекса «Виртуальная платформа для имитационных испытаний метода ОФЭКТ/КТ» в области ядерной онкологии, кардиологии и неврологии.
Фундаментальные исследования, направленные на развитие статистического метода для решения обратных некорректных задач реконструкции изображений с пуассоновскими данными. Разработка подхода на основе локальной статистической регуляризации.
Возможности применения искусственного интеллекта для обработки изображений в ядерной медицине.
Все исследования проводятся в сотрудничестве с врачами-клиницистами Национального медицинского исследовательского центра (НМИЦ) имени академика Мешалкина (Новосибирск) и НМИЦ кардиологии имени академика Чазова (Москва).
Виртуальная платформа для имитационных испытаний методов ядерной медицины
Важной частью лаборатории является развитый программный комплекс для имитационных испытаний в области ядерной медицины. Данный комплекс состоит из нескольких основных модулей.
Модуль создания цифровой модели пациента (фантома)
Данный модуль предназначен для создания «Виртуального пациента» по заданным параметрам. Применяется два подхода к созданию модели пациента:
1. на основе уравнений аналитической геометрии;
2. путём сегментации томографических изображений реального пациента.
Модуль генерирования «сырых» томографических (пуассоновских) данных
Целью данного модуля является получение «сырых» томографических данных, приближенных к клинической практике. Модуль выполняет функцию «Виртуального томографа» для созданного цифрового «виртуального пациента». Для получения «сырых» данных в эмиссионной томографии решается задача переноса гамма-излучения в веществе. В лаборатории применяется два наиболее распространённых метода решения задачи переноса излучения:
1. аналитический метод, основанный на решении дифференциальных уравнений переноса излучения;
2. статистических метод (метод Монте-Карло), основанный на прямом моделировании вероятностных процессов переноса излучения.
Модуль реконструкции трёхмерных изображений
Применяются статистические методы решения обратной некорректной задачи реконструкции 3D изображений «Виртуального пациента» из набора сгенерированных «сырых» томографических данных:
- семейства MLEM, основанные на максимизации функции правдоподобия (Maximum Likelihood Expectation Maximization);
- семейства MAP, основанные на максимизации апостериорного распределения вероятностей (Maximum a Posteriori) в формуле Байеса.
Модуль анализа томографических изображений
Так как проект лаборатории является мультидисциплинарным, необходимо создать способы оценки результатов, удобные для всех участников, поэтому был разработан модуль «полярная карта» для диагностики состояния левого желудочка сердца — стандарт при проведении исследований в ядерной кардиологии.
- полярная карта левого желудочка сердца (численный анализ анализ тяжести поражения миокарда и оценка качества реконструкции «Виртуального пациента»);
Партнёры лаборатории
