Портативный томограф в чемодане на 5 кг: россияне собрали КТ из серийных деталей

До сих пор портативная томография оставалась теоретической идеей: математика позволяла, но живую съёмку от первого кадра до 3D-модели никто публично не демонстрировал. Разработчики из Smart Tomo Engine сняли весь процесс на видео в реальном времени и разобрали каждый этап. Источник описания: публикация команды Smart Tomo Engine, где детально показан эксперимент с портативным томографом.

Что понадобится

• Портативный рентгеновский аппарат «ПАРДУС-Р» (серийный, сертифицированный, производство ЭЛТЕХ-МЕД). Тот же класс устройств, что стоматологические «ручные рентгены».
• Плоский детектор (цифровая панель, которая ловит рентгеновское излучение и передаёт изображение на компьютер).
• Якорь для технологии X-SLAM: прямоугольный тетраэдр (фигура с четырьмя вершинами) с металлическими шариками в каждой вершине. Ставится рядом с объектом произвольно, ни к чему не крепится.
• Ноутбук с программой Smart Tomo Engine (модуль HCT Scanner Controller). GPU (видеокарта) необязательна, реконструкция идёт и на процессоре.
• Защитный фартук для оператора: правила радиационной безопасности действуют и для прототипа.
• Время: полный цикл от первого снимка до 3D-модели занимает около четырёх минут (три минуты съёмка, около десяти секунд реконструкция).

Всё перечисленное укладывается в чемодан и весит менее пяти килограммов. Нового оборудования команда пока не разрабатывала: детектор и источник собраны из того, что уже продаётся.

Пошаговая инструкция

1. Разложите комплект. Поставьте плоский детектор на стол или другую ровную поверхность. Положите объект исследования на детектор. Рядом с объектом поставьте якорь так, чтобы он попадал в кадр при съёмке с разных сторон.

2. Запустите программу. Откройте Smart Tomo Engine на ноутбуке, модуль HCT Scanner Controller. Программа готова принимать проекции (отдельные рентгеновские снимки).

3. Обойдите объект и снимайте. Оператор держит «ПАРДУС-Р» в руке и обходит объект, делая снимки с разных ракурсов. Никаких меток на полу, рельсов и датчиков положения не нужно. Единственное условие: якорь с шариками должен попадать в кадр. Даже если один шарик из четырёх не виден, программа справится по трём, но кадр может оказаться бесполезным.

4. Контролируйте проекции на экране. После каждого нажатия на спуск снимок появляется на экране ноутбука через пару секунд. Вы увидите тень тетраэдра в виде четырёх точек и рёбер между ними. По этим точкам программа позже вычислит, откуда сделан каждый кадр.

5. Остановитесь, когда хватит. В описанном эксперименте заложено 30 проекций, но оператор остановился на 17: для обнаружения инородных тел достаточно 10 до 15 кадров. Стационарный КТ снимает тысячи проекций, отсюда и разница в дозе облучения.

6. Нажмите кнопку Reconstruct. В очередь встанут три задачи:

7. предобработка проекций
8. оценка положений источника (это и есть X-SLAM: по теням шариков программа вычисляет, где находился аппарат в каждый из моментов съёмки)

9. собственно реконструкция (итерационная, проприетарная)

10. Получите результат. Между нажатием кнопки и появлением первых срезов проходит около десяти секунд, даже без GPU. На экране появятся три ортогональных среза (сечения в трёх плоскостях) и 3D-вид.

11. Интерпретируйте. Кость видна целиком, с суставными поверхностями. Металл отображается яркими белыми точками. Размер вокселя (минимальной «точки» трёхмерного изображения) в пониженном разрешении составляет 1,12 мм. Если в 3D-виде поднять порог прозрачности, мягкие ткани исчезают и остаётся только металл: можно увидеть, какой фрагмент лежит глубже, какой упирается в кость, а какой остался в стороне.

Для кого это меняет работу прямо сейчас?

Травматологам и хирургам в районных больницах. Портативный томограф позволяет ответить на вопрос «где именно осколок и что вокруг него» без транспортировки пациента к стационарному КТ. 17 снимков за три минуты вместо поездки на несколько часов.

Фельдшерам и бригадам скорой помощи. Чемодан весом до пяти килограммов помещается в машину. Выбор перестаёт быть «плоский снимок или ничего»: появляется промежуточный вариант с трёхмерной картинкой.

Ветеринарным клиникам за пределами крупных городов. Стационарный КТ для животных есть далеко не везде, а задачи (осколки, дефекты кости) те же.

Военным медикам и полевым госпиталям. Оборудование не требует моторов, рельсов, кольца гентри (вращающейся рамки обычного томографа). Работает с рук, от ноутбука.

Авторам медицинского и научно-популярного контента. Тема на стыке медтеха и ИИ: мало кто в России показывал портативный томограф в работе, а не на слайдах. Материал с видеодоказательством хорошо работает на Дзене.

Комплект за пять килограммов, три минуты съёмки, десять секунд до 3D-модели и ни одного мотора. Для районной больницы или ветклиники, где стационарный томограф появится нескоро, это не компромисс, а первый реальный инструмент, и он уже работает.