Бескаркасных арочных сооружений сфера: станки Сфера, Сфера ССП, Фасад-250

Содержание

Описание оборудования для бескаркасного арочного строительства «Сфера» и «Сфера-1000»

Рынок строительства ангаров по бескаркасной технологии из холодногнутых профилей, произведенных из листового металла, растет с каждый годом. Данная технология позволяет снизить затраты на строительство промышленных объектов в несколько раз по сравнению с традиционной технологией строительства.

Фирм производящих оборудование для изготовления арочных конструкций для строительства ангаров на сегодняшний день уже насчитывается несколько десятков и легко запутаться в выборе подходящего оборудования. Мы уже делали обзор оборудования для строительства бескаркасных сооружений различных производителей.

В данной статье мы рассмотрим станки от компании «Ажурсталь», которая специализируется на производстве станков для металлообработки с 2001 года, а с 2007 года разработано и запущено производство оборудование «Сфера» для строительства быстровозводимых бескаркасных зданий и сооружений.

Мы работаем по всей России. Оставьте заявку на расчет стоимости ангара на нашем сайте, сравните сметы разных компаний и выберите лучшее предложение.

На сегодняшний день компания предлагает два станка для бескаркасного арочного строительства – это «Сфера» и «Сфера-1000». Данное оборудование, так же как и станки других производителей позволяет изготавливать несущие арочные конструкции непосредственно на самой строительной площадке, что позволяет сократить расходы и сроки строительства.

Надежность и качество разработанного оборудования обеспечивается благодаря специалистам и инженерному составу имеющему опыт конструирования военной техники.

Отличия у станков «Сфера» и «Сфера-1000» в производимых профилях для несущих конструкций. Так, станок «Сфера» производит арки из «П» профиля из оцинкованной стали шириной 600 мм, а «Сфера-1000» производит арки из «V» профиля из рулонной оцинкованной стали шириной 1000 мм. Именно используемая ширина стали легла в основу аббревиатуры станка.

Но станки отличаются не только производимым профилем, но и минимально шириной производимой арки. Станок «Сфера» позволяет строить ангары с пролетом от 6 до 24 метров, станок «Сфера-100» может производить арки с минимальной шириной в 14 метров и не более 30 метров.

Неоспоримым преимуществом перед конкурентами является бесплатное обучение персонала работе на данном оборудовании, которое «Ажурсталь» предоставляет свои покупателям.

Что в данном оборудовании отмечают те, кто его уже приобрел:

— низкая цена владения и обслуживания;
— высокий уровень технической поддержки компании;
— надежность в эксплуатации;
— возможность строить круглогодично;
— высокая производительность. Ангар 1000 кв.м. можно построить за 10 дней.

Оборудование работает в автоматическом режиме, изготавливая и отрезая арки заданной длины. Следуя рекомендациям проектной документации, Вы сможете строить прочные устойчивые здания. Все расчеты подкреплены исследованиями в ООО «Центральном научно-исследовательском и проектном институте строительных металлоконструкций» им. Н.П. Мельникова». Это позволяет избежать дорогостоящих сложных расчетов.

Технические характеристики оборудования:

Возможно вас заинтересует:


Ангары (Бескаркасные арочные сооружения) | ЗАО ЦеСИС НИКИРЭТ. Системы охраны периметра

Назначение

Ангар это конструкция, изготовленная по бескаркасной технологии, которая обеспечивает быстрое изготовление конструктивных элементов сооружения непосредственно на строительной площадке.

Сфера применения

  • Складские и производственные помещения;
  • Гаражи;
  • Спортивные сооружения;
  • Ангары военного назначения;
  • Сельскохозяйственные постройки;
  • Досмотровые шлюзы.

Преимущества

  • Экономичность: отсутствие каркаса, «тяжёлого» фундамента, минимальные транспортные расходы при доставке и установке;
  • Разнообразие размеров:возможность регулирования радиуса арочных панелей, что позволяет возводить сооружения с пролетом от 6 до 30 метров, максимальной высотой до 22 метров, при этом длина не ограничена;
  • Кратчайшие сроки монтажа:ангар площадью 1000 кв. метров устанавливается в течение 14 дней;
  • Долговечность: срок службы конструкции не менее 50 лет.

Виды ангаров

Холодный

Однослойный бескаркасный ангар

Утепленный

Однослойный бескаркасный ангар с пенополиуретаном, нанесенным методом напыления на внутреннюю поверхность

Тёплый

Двухслойный бескаркасный ангар с утеплителем типа «URSA-15» (базальтовый) или пенополистерола

Конфигурация

Технические характеристики

Материал изготовления

Рулонная оцинкованная сталь (штрипс) толщиной от 0,8 до 1,5 мм

Ширина ангара, м

От 6 до 30

Высота ангара, м

До 22

Длина, м

Не ограничена

Степень огнестойкости

II.V

Снеговая нагрузка, кг/м2

До 180

Скоростной напор ветра, км/ч

До 200

Сейсмичность, баллов

До 9

Установка ангаров

Ангар устанавливается на заранее подготовленный бетонный фундамент.

Возможен монтаж фундамента ангара на винтовых металлических опорах серии ВО длиной 2-6 метров. Шаг установки опор определяется проектом.

Документы

wwwТиповые проектные решенияcesis-proekt.ru

Сопутствующие товары

Бескаркасные ангары | ООО «Техносфера»

Вы строите бескаркасные ангары только в Иркутске?

Нет. Иркутск — место расположения самой компании «Техносфера», но работаем по всей территории РФ.

Я не могу определиться с параметрами ангара. У вас есть специалист, который с этим поможет?

Да. Свяжитесь с нами, и мы подскажем оптимальные характеристики вашего будущего ангара, чтобы он полностью соответствовал вашим целям.

Хочу заранее узнать, во сколько мне обойдется строительство ангара. Как это сделать?

Вы можете заказать предварительный расчет стоимости строительства, указав необходимые параметры ангара под ваши требования. Если нужно, мы предложим решение в рамках вашего бюджета. Окончательная стоимость строительства определяется после обследования площадки, замеров и проектных расчетов.

Хотим построить офисное здание, но опасаемся, что оно будет похоже на склад, ведь все арочные ангары выглядят одинаково. Вы сможете решить эту проблему?

Да. Внешний вид наших ангаров может быть каким угодно. Загляните в наше портфолио, чтобы убедиться в этом.

Хочу заказать ангар с полным утеплением. Оно не ухудшит такие эксплуатационные характеристики строения, как ветровая и снеговая нагрузки?

Нет, не ухудшит. Показатели ветровой и снеговой нагрузок и другие эксплуатационные характеристики при полном утеплении остаются такими же высокими, как и без него.

Какие у меня гарантии, что вы точно выполните свою работу, а не исчезнете после внесения аванса?

Мы давно на рынке строительных услуг и работаем по официальному договору, в котором прописаны все наши обязанности, ответственность, сроки выполнения заказа, итоговая сумма оплаты и другие важные нюансы.

Бескаркасные арочные конструкции

15.02.2020

Для того чтобы строить в труднодоступных районах Сибири и Крайнего Севера понадобилось упростить строительные технологии и сократить время строительства и монтажа. Новые строительные технологии, открыли потребителю бескаркасные арочные конструкции, которые мы активно используем и развиваем в течении 10 лет.

  • В наше время бескаркасные арочные конструкции особенно пользуются спросом в строительстве производственных, сельскохозяйственных и складских быстровозводимых сооружений.

Основное преимущество бескаркасных арочных конструкций — их максимальная заводская готовность. Чтобы обеспечить заказчика в кратчайшие сроки качественным и сравнительно недорогим сооружением, необходимо было найти оптимальное конструктивное решение. Наша арочная конструкция из рулонной стали способна выдержать значительные нагрузки, несмотря на свой малый вес. Особое значение в производстве таких конструкций сыграло компактное оборудование «Сфера», которое на деле оказалось экономичным по потреблению энергии и довольно простым в управлении. Прочитать о том, как производятся бескаркасные арочные конструкции на оборудовании «Сфера» можно на этом сайте.

В нашей компании бескаркасные арочные конструкции, из которых потом монтируются арочные ангары и склады, могут выполняться как в холодном, так и утепленном вариантах. Помимо этого у них есть определенные технические характеристики, которые помогают справляться с техническими, механическими и атмосферными нагрузками на всем сроке службы бескаркасного сооружения. Учитывая, что оборудование «Сфера» легко перенастраиваться на изготовление сооружений разных размеров, бескаркасные арочные конструкции по своим расчетам, в основном, универсальны. То есть имеют незначительный вес и определенный диаметр. Максимальный диаметр теплого арочного сооружения —21 метр, достигнув которого, закрепляется регулировка гибочного механизма, чтобы радиус последующих бескаркасных арочных конструкций не изменялся.

  • После доставки на место строительства, оборудование практически сразу готово к работе, и потребуется не более трех человек, чтобы возвести арочный ангар больших размеров в кратчайшие сроки.

При изготовлении арочных конструкций особое внимание уделяется их форме (гибке). После того, как бескаркасные арочные конструкции прошли через гибочный стан, они стыковывают замками на профиле и скрепляются электрической закаточной машиной, образуя фальцевый замок, который надежно защищает сооружение от проникновения влаги. В одной арочной конструкции скрепляется пять арочных панелей, которые образуют секцию арочного сооружения, под названием «пятерка». Сначала «пятерка» поднимается автокраном, а потом уже устанавливается на фундамент. К первой «пятерке» пристыковывается следующая «пятерка» и так далее, до необходимой длины. Между собой «пятерки» тоже скрепляются с помощью электрической закаточной машины.

  • Для нашего края самой оптимальной считается заготовка из рулонной стали толщиной 1,2 мм. Такая толщина рулонной стали позволяет зданию выдерживать снеговые нагрузки согласно государственных строительных норм и иметь запас по нагрузке. Таким образом мы получим здания, полностью адаптированные к климатическим условиям Сибири.

Полукруглое конструктивное решение арочных сооружений позволяет не производить усиленные расчеты и экономить на строительстве бескаркасных сооружений. В последнее время экономичные варианты строительства пользуются наибольшим спросом у населения. Поэтому бескаркасные арочные конструкции, являющиеся основными конструктивными элементами арочного ангара, востребованы в разных сферах строительства. По всем вопросам производства бескаркасных арочных сооружений обращайтесь к специалистам нашей компании по телефону 391 251-82-82!


Вернуться к списку

Строительство бескаркасных ангаров: как построить быстровозводимую арку

Время на чтение: 3 минуты

АА

1886

Отправим материал вам на:

Бескаркасные ангары

Ангары являются одной из наиболее популярных конфигураций склада, использующихся в сфере сельского хозяйства и многих других видах деятельности. Чаще всего их используют для временного хранения урожая и других товаров, обустраивают в качестве ферм, а также задействуют для размещения рабочей техники при проведении каких-либо работ, а иногда – если позволяют условия – и персонала.

 Загрузка …

Первые ангары – в том виде, в каком мы знаем их сейчас – появились в начале прошлого века и по большей части использовались для скрытного размещения самолётов и военной техники. Ценились они в основном благодаря простоте и вместительности конструкции, а также крайне малого времени на подготовку строительной площадки и последующее изготовление –построить целую военную базу за несколько дней было обычной практикой.

Сегодня сроки строительства бескаркасных арочных ангаров значительно отличаются от принятых сто лет назад – в положительную сторону, разумеется. При возведении таких быстровозводимых ангаров учитывается техническое задание, составленное заказчиком и государственные стандарты, следование которым гарантирует надёжность и безопасность эксплуатации здания.

Как проходит строительство бескаркасных ангаров?

Как становится ясно уже из названия, в процессе производства бескаркасных ангаров данного типа не используются какие-либо несущие и каркасные конструкции. Основные элементы такого строения – арки из гофрированного металлического профиля.

Использование такого материала, изготавливающегося на прокатных станах непосредственно на месте стройки – чтобы сэкономить время и траты на транспортировку – позволяет изготовить быстровозводимый ангар стандартного типа меньше чем за сутки! При этом готовые элементы конструкции доставляются в любое удобное место при помощи буксиров либо малогабаритных подъёмных кранов.

Бескаркасный ангар

Впрочем, всё по порядку. Определим следующий порядок действий, составляющих строительство бескаркасного ангара арочного типа:

  1. cперва необходимо составить проект будущего здания. Здесь Вашими главными помощниками станут терпение и дотошность, поскольку продумать необходимо решительно всё. Под этим «всем» подразумевается характер местности и климатические условия, тип почвы, необходимая толщина фундамента, площадь, высота пролёта, количество этажей, необходимость монтажа отопительных и кондиционирующих систем, тип ворот и место для въезда, количество окон, дверей и калиток, пожарная сигнализация, аварийные выходы, уровень естественного освещения, электрификация здания и.т.д.;
  2. после составления проекта и внесения всех необходимых правок производится расчистка и выравнивание местности для дальнейшей закладки фундамента. Толщина плиты, тип арматурной сетки, плотность бетонного раствора и прочие параметры зависят от габаритов и веса самого сооружения, а также планируемой нагрузки и интенсивности движения рабочих машин внутри здания. Тем не менее, даже для самых массивных бескаркасных ангаров с самыми серьёзными нагрузками обычно не требуется глубокое заложение фундамента – в отличие от аналогичных каркасных сооружений;
  3. при укладке фундамента следует помнить о нескольких важных моментах. Во-первых, края арматурной сетки ни в коем случае не должны касаться стенок опалубки. Во-вторых, при изготовлении раствора важно учесть необходимую плотность, которую можно дополнительно обеспечить добавлением песка, щебня, грунта либо деревянной стружки. В-третьих, после заливки раствор должен быть тщательным образом утрамбован во избежание образования воздушных пузырьков и пор. При высокой температуре окружающей среды раствор до засыхания необходимо постоянно смачивать; при атмосферных осадках раствор накрывают навесом. В качестве напольного покрытия можно использовать настилы из полимерных материалов, резины или ПВХ – в зависимости от предполагаемых нагрузок. Если серьёзных нагрузок не ожидается, можно ограничиться только лакокрасочным покрытием, предохраняющим бетон от воздействия влажности, быстрого истирания и образования пыли;
  4. для изготовления уже упомянутого металлопрофиля используются профилегибочные и прокатные станы переносного типа. Если таковых нет в Вашем распоряжении, разумно взять их напрокат в строительной фирме – покупка нецелесообразна, так как цена данных агрегатов очень высока. Также возможно заказать уже готовый профиль с условием его доставки к стройплощадке;
  5. далее арочные профили и торцевые стены соединяются друг с другом при помощи фальцезакаточной машины и устанавливаются на опорный металлический каркас, монтируемый вместе с фундаментом и скрепляются анкерными болтами. Для обеспечения дополнительной герметичности используются специальные прокладки из технической резины или других материалов с аналогичными свойствами. Болтовое соединение предполагает возможность транспортировки арочных пролётов – при перенесении арочного ангара на другое место. Если такие манипуляции не входят в число Ваших планов, можно использовать сварные швы;
  6. После этого в заготовленных проёмах торцевых стен устанавливаются ворота, двери и окна, проводится электричество и водопровод, монтируются отопительная и вентиляционная системы и другие инженерные коммуникации, наличие которых предполагает специфика использования строения.

Рекомендуем купить

Способы утепления ангара

Постепенно на металлических стенах ангара будет накапливаться конденсат, который потом стекает по стенам или капает на пол (или кому-то на голову). Явление неприятное, но не более того – может решить этот кто-то и окажется неправ.

Постоянное накопление конденсата, особенно в зимний период, может способствовать образованию коррозии, образованию лишней влажности внутри помещения и порче хранящихся внутри продуктов. Также постоянная работа в сырости почти гарантированно приведёт к серьёзной простуде. Избежать этого возможно, если заранее принять меры по утеплению ангара.

Утепление ангара

Чаще всего используют следующий способ. После установки арочных профилей на них дополнительно наносится слой утеплителя толщиной до 30 мм (в качестве утеплителя обычно выступает минеральная вата). На конструкции его удерживает специальная армирующая сетка из деревянных реек либо фанеры.

После этого сверху накладывается второй слой металлопрофиля, образовывая так называемую «сэндвичную» конструкцию и скрепляется с первым слоем при помощи фальцезакаточной машины. Под данному принципу конструируются практически все арочные склады, использование которых предполагается в холодном либо умеренном климате.

Если Вы живёте в южных регионах и хотите сэкономить, можно обойтись нанесением на внутреннюю поверхность стен слоя полиуретановой эмульсии, препятствующего возникновению конденсата. Застывая, он образует довольно плотное покрытие, через которое влага попросту не может просочиться. Также он хорошо держит тепло и устойчив к внешним и внутренним температурным перепадам.

Сфера - строительство бескаркасных арочных сооружений

Рейтинг автора

Написано статей

Порядок действий при строительстве бескаркасных ангаров

Борис Дамчук Загрузка…

Наши технологии строительства бескаркасных зданий

Любые коммерческие взаимоотношения  строятся на деньгах. Этот принцип справедлив и для  экономического прогресса, который уже давно не стоит на месте, а двигается вперед к поставленной цели. Несколько лет назад строительство бескаркасных арочных зданий было популярно в пригороде, в промышленном производстве и на военных объектах. Спрос на эти сооружения определялся долговечностью конструкций и другими необходимыми характеристиками качества (прочность, устойчивость, надежность). Классифицировать «арочники» было принято по критерию функционального предназначения, с учетом чего и велось строительство бескаркасных арочных зданий. Чаще всего их использовали:

  • Под продукты питания
  • Под технику и машины
  • Под промышленную продукцию
  • Под оргтехнику и комплектующие, различные детали
  • Под хранение и переработку урожая

Помимо всего прочего, заказчиков привлекала конструктивная форма в виде «арки», которая популярна во многих сферах торговли и коммерции по сей день. Строительство бескаркасных арочных зданий производилось наиболее простым способом. Так, например, военные бескаркасные ангары,  в холодном варианте исполнения, чаще всего,  покрывали тентом, а сооружения, возведенные в пригородной зоне  — металлическим профлистом. Такие решения были экономически эффективными, что еще больше популизировало строительство арочных зданий.

Обобщая прежний опыт строительства, заметим, что проекты арочных сооружений стали намного  значимей, после произошедших изменений в структуре рынка недвижимости. Расцвет бескаркасного арочного строительства пришелся на 2000-е годы. Среди обязательных условий строительство бескаркасных арочных зданий, по-прежнему, назывались скорость монтажно-строительных работ  и экономия денежных средств заказчика. Однако немного бы добились строители без внедрения инновационных решений в методику создания «арочников», на что сегодня ориентируются даже весьма обеспеченные клиенты. Суть каждой методики возведения сооружений, создания проекта и последовательности процесса строительно-монтажных работ проверяется временем. Сегодня более трети бескаркасных арочных складов возводятся с использованием машинного оборудования. Наша компания располагает производственными площадями и различными автоматизированными комплексами, с помощью которых можно быстро спроектировать и рассчитать строительство бескаркасных арочных зданий. Мы строим арочные сооружения из рулонной стали, с применением оборудования «Сфера». Этим объясняются наши конкурентоспособные цены и возможности возводить «арочники» любой конфигурации и любых размеров.

 

По желанию заказчика строительство бескаркасных арочных зданий выполняется с утеплением и без него. Новизна конструктивных форм зависит от целей назначения сооружения. Заказывая строительство арочных складов в нашей компании, вы получаете:

  • Быстровозводимое сооружение из экологических материалов
  • Расширенные возможности полноценного использования земельного участка
  • Дополнительную защиту от огня и коррозии
  • Экономию денежных средств, за счет экономии металла и трудозатрат
  • Дополнительные инженерные стратегии

При этом набор коммуникаций может быть и не включен в проект или использоваться выборочно. Но если все же внедрять инженерные решения в строительство бескаркасных арочных зданий, то они будут достаточно экономичны и не сильно отразятся на общестроительных затратах. Учитывая, что электросети,  питьевая вода, канализация, вентиляция помещений — это необходимые условия для ввода в эксплуатацию каркасных быстровозводимых зданий, бескаркасные сооружения строятся с учетом требований заказчика и конкретных условий эксплуатации. Если вы собираетесь строить арочное здание за чертой города, возможно, понадобится разработать проект подъездов, проездов и дорог. Но все это будет рассматриваться в комплексе всех проектных решений, в соответствии с платежеспособностью клиента.

Одним из самых выгодных условий возведения арочного здания считается быстрая окупаемость строительства. Кроме того, бескаркасное строительство арочных зданий освобождает от лишних хлопот и пакета официальной документации. Хотя отсутствие разрешения на строительство может оказаться,  как во благо заказчику, так и навредить его планам в дальнейшем. Здесь нужен индивидуальный подход, который окажется самым эффективным и честным, по отношению ко всем сторонам договора (заказчику, инвестору, подрядчику, застройщику).

Вы можете обратиться за консультацией к нашим специалистам по телефону или через e-mail. Мы предложим вам строительство бескаркасных арочных зданий, исключив любые риски! Звоните!

Ангары арочные

Компания «РИЗУР» осуществляет строительство арочных ангаров для различных целей. Арочные конструкции могут использоваться как производственный цех, склад, гараж, административное помещение, спортивный зал, мойка, торговый комплекс, рынок, животноводческие фермы, зернохранилище.

Компания «РИЗУР» осуществляет строительство арочных ангаров для различных целей. 

Арочные конструкции могут использоваться как производственный цех, склад, гараж, административное помещение, спортивный зал, мойка, торговый комплекс, рынок, животноводческие фермы, зернохранилище. Ангар является отличным решением для социальных учреждений. Также востребован в коммерческом строительстве.

Основным отличием бескаркасных арочных сооружений является отсутствие каркаса. В арочных конструкциях не требуются несущие опоры, балки. При возведении бескаркасных ангаров не нужен глубокий фундамент. Металлические профили изготавливаются прямо на месте строительной площадки.

Бескаркасный ангар не требует дальнейшей внутренней отделки арки, так как металлический лист имеет достаточную высокую износоустойчтвость и оптимальный внешний вид. Покрытие пола арочного ангара может быть различным (грунт, щебенка, асфальт, полимерные, наливные полы и любая существующая технология). Быстровозводимые ангары могут быть как утепленные, так и неутепленные, с остеклением и без него.

Материал для строительства бескаркасных арочных ангаров отвечает всем современным требованиям и очень практичен. Внешний вид бескаркасного сооружения — эстетичен. Существует возможность использования стального оцинкования или с полимерным покрытием (окрашивание). Цвет ангаров можно выбрать по желанию клиента.

Готовые коммерческие предложения:

Ключевые особенности бескаркасных зданий

Быстровозводимые ангары обладают следующими отличиями, которые нельзя не назвать достоинствами.

  1. Площадь бескаркасного ангара используется на 98% благодаря отсутствию ферм, балок и опорных колонн.

  2. Снег не задерживается на здании, а если и задержится, кровля выдержит до 480 кг снежного покрова на метр квадратный.

  3. Ограничения по длине отсутствуют.

  4. Ветровая нагрузка выдерживается беспрепятственно.

  5. Необходимость в ремонтах во время эксплуатации отсутствует, как и необходимость защищать кровлю и стыки от протечек.

  6. Оцинкованная сталь толщиной в 1 мм обладает длительным сроком службы;

  7. Строительство допустимо даже при низких температурах и на неустойчивых грунтах.

  8. Не утепленный арочный ангар можно возводить поэтапно и затем достраивать в длину или утеплять.

  9. Облегченные фундаменты предоставляют существенную экономию.

  10. Ангары можно строить утепленными или не утепленными.

  11. Здание проектируется согласно любым размерам площадки;

  12. Монтировать арочный ангар можно на действующем производстве.

  13. Строительство обходится в среднем в полтора раза дешевле аналогичных каркасных зданий, возведенных по традиционным технологиям.

  14. Завершение проекта возможно в срок до 30 дней при площади в 1000 квадратов.

  15. Пределы температуры эксплуатации составляют -50 — +50 градусов.

Сфера использования бескаркасных сооружений

Бескаркасные ангары востребованы в строительстве за счет возможности в короткие сроки построить розничные или оптовые помещения, складские комплексы, склады, хозяйственные и промышленные ангары и многое другое. Благодаря качественным характеристикам в них можно хранить разные товары и материалы. Эксплуатационный срок достигает 50 лет благодаря устойчивости к осадкам и высоким показателям гидроизоляции.

Что мы строим?

У нас вы сможете заказать проект на быстровозводимые здания ангары следующих назначений:

  • склад или производственное помещение;

  • автосервис, лесопилка или котельная;

  • закрытая спортивная площадка;

  • навес для техники, крытая стоянка или гараж;

  • мини-рынок или торговый павильон;

  • магазин;

  • остановочный комплекс или придорожное кафе;

  • цех животноводческого комплекса, ферма или загон;

  • холодильный терминал или овощехранилище;

  • плоские фальцевые кровли, арочные кровли или мансардные этажи;

  • выставочный павильон.

Вы можете посетить тематический сайт www.rizur-stroy.ru — строительство ангаров

Галерея

Видео

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

(PDF) ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ БЕСКАРКАРНЫХ КРЫШЕЙ Конструкции с холодногнутыми профилями

EUROSTEEL 2014, 10-12 сентября 2014 г., Неаполь, Италия

ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ БЕСКАРКАРНЫХ КРЫШЕЙ

Конструкции с холодногнутыми профилями профили

Максим А. Липленкоа, б, Эдуард Л. Айрумяна

a Центральный научно-исследовательский и проектный институт металлоконструкций им. М.В.Испытания конструкций, Россия

[email protected], [email protected]

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: бескаркасные арочные кровли, холодногнутый профиль, неравномерная снеговая нагрузка, локальная деформация.

РЕФЕРАТ

Конструкции безрамных арочных крыш изготавливаются из холодногнутых тонкостенных стальных панелей. Арочные панели

используются для устройства арочных цилиндрических крыш (оболочки с нулевой гауссовой кривизной)

зданий различного назначения.

Нормативные документы в России [1], странах ЕС [2] и США [3] содержат аналогичные диаграммы распределения снеговой нагрузки

.Для уточнения модели приложения снеговой нагрузки при полномасштабном испытании был разработан алгоритм

, позволяющий определять положения крепления специальной оснастки к конструкции

. Этот алгоритм позволяет с высокой степенью точности воспроизвести кривую давления для распределения снеговой нагрузки

, приведенную в Российском коде нагрузки [1]. В таблице 1 сравнивается предложенный алгоритм

с традиционной схемой приложения нагрузки.

Таблица 1.Различия в способах нагружения

Сопоставимые характеристики Традиционный метод Предлагаемый метод

Осевое усилие — Н [%] 5,18 0,14

Изгибающий момент — М [%] 15,51 0,03

Перемещения — В [%] 19,76 2,00

Сталь Мельникова Институтом с 1986 г. проводятся экспериментальные исследования бескаркасных арочных конструкций крыш

[4]. Первый образец представлял собой однослойную арочную оболочку из панелей U-

120. Второй образец представлял собой двустенную арочную оболочку из панелей U-120 с различным радиусом

с пенополиуретановой изоляцией 100 мм, нанесенной на внутреннюю обшивку и зазор 60-80 мм

между пеной и внешней обшивкой.Первый образец нагружался симметрично до разрушения. Второй

тестировался в два этапа. Сначала его нагружали симметрично до расчетного сопротивления

, а затем несимметрично до отказа. Деформации и смещения в испытанных образцах

при нагружении определялись фотограмметрической съемкой.

Разрушение образца одиночной обшивки произошло при уровне нагрузки q = 0,71 кПа из-за локального коробления

фланцев и перегородок.

Конструкция с двойной обшивкой разрушилась после одновременного локального коробления фланцев и стенок

как внутренней, так и внешней оболочки при уровне нагрузки, равной 1,7 кПа.

Полномасштабный фрагмент безрамной арочной конструкции крыши с трапециевидными профилями HA-240 прошел испытания с сентября по ноябрь 2012 г.

. Образец представлял собой однослойную оболочку с пролетом 23,3 м.

и толщиной панелей 1,3 мм. . Внутренняя поверхность оболочки усилена ребрами

из аналогичного трапециевидного профиля.Ребра крепились болтами [5]. Смещения во время испытания

измерялись двумя разными методами. Основным методом измерения перемещений

была тахеометрическая съемка. Погрузка образца производилась с помощью домкрата

, установленного на раме с противовесами и специальной оснасткой. Во время испытания моделировались два условия нагружения

(рис. 1). Вторая схема нагружения была выполнена в соответствии с предложенным алгоритмом

.Под несимметричной нагрузкой поведение конструкции было нелинейным, и

перемещений быстро увеличивались.

Широкопролетное бескаркасное многослойное утепленное арочное здание

ОБЛАСТЬ: строительство.

Сущность: широкопролетное бескаркасное многослойное арочное утепленное здание содержит арочные секции с утеплителем из пенополиуретана, соединенные по верхнему слою фальцованными замками, а по нижним слоям — полосами из листового металла. Промежутки между арочными секциями заполняются ламелями базальтовой плиты.Арочная секция состоит из верхнего и нижнего слоев тонколистовых холодногнутых профилей с полиуретановым утеплителем между ними. Нижний слой арочной секции состоит из арочных металлических профилей с меньшей толщиной металлического листа, крайние профили совмещены со средними профилями зашивкой фальцевых замков, на крайних профилях отсутствуют внешние замки. Верхний слой арочной секции состоит из того же количества арочных металлических профилей, что и нижний слой с большей толщиной листа, объединенных сшиванием фальцевых замков, крайние профили имеют внешние фальцованные замки.Металлические профили арок формируются из рулонов оцинкованного или окрашенного тонколистового металла. В пространстве между слоями листового материала заполнен пенополиуритан.

Технический результат: повышенная несущая способность арочного здания.

2 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению арочных конструкций с изоляцией из пенополиуретана, сформированного из листа холодногнутых профилей, и может быть использовано при возведении утепленных бескаркасных арочных конструкций.

Известная конструкция — Безрамное двухслойное арочное строительство из листа холодногнутых профилей (полезная модель RU (11) 2287644 (13) С1).

Недостатками данного технического решения являются многодельность, значительный расход материалов, сложность строительно-монтажных работ.

Известна многоугольная конструкция арки, включающая холодногнутые тонколистовые стандартизированные элементы — фальцы (ред. Пн. СССР №1446250, ЭВ 7/08, 1988 г.).

Недостатком данного технического решения являются значительная сложность сборных и строительных работ.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является бескаркасная арочная строительная система МПК, включающая в себя однослойные холодногнутые профили, сформированные на строительной площадке из листового рулона и соединенные между собой герметичным швом с замком (патент США № 6722087, кл. EV 1/32, 2004).

Недостатком данного технического решения является ограниченная грузоподъемность и летная конструкция, значительное увеличение стоимости и сложности строительных работ по возведению теплых домов.

Новое техническое решение, направленное на создание безрамной теплой арочной конструкции с высокой несущей способностью, увеличение ширины проезда при снижении стоимости и сложности строительных работ.

Для достижения этого достигается технический результат предлагаемой широкопролетной бескаркасной ламинированной арочной конструкции, состоящей из арочных секций (1), совмещенных верхних слоев (2) фальцевых замков (3) и нижних слоев (4) полос листового металла ( 5), закрепленного на нижнем слое саморезов (6), промежутки (7) между арочными секциями заполнены планками из базальтовых пластин (8), причем каждая секция выполнена из тонкого листа холодногнутого металлопротеаза трапециевидной формы. (9), а нижний слой арочной секции (4) выполнен из арочного металлопротеина (9) с меньшей толщиной листового металла, крайние профили (10) которых совмещены со средними профилями (11) уплотняющего шовные замки (3), внешние замки (12) в крайних профилях (10) отсутствуют, а в верхнем слое (2) арочные секции выполнены из того же нижнего слоя (4) ряда арочных металлопротеинов (9) с большей толщины металлического листа, а также стыковки замков герметичного шва (3), крайние выполнены аллопротеаз (10) с замками внешнего шва (12), и верхний слой (2), прикрепленный снизу, составляет расстояние Loy (4), специфический проект теплоизоляции и пространства между слоями листового металла, покрытого пенополиуретаном (13).

Нижний слой арочной секции состоит из арочного металлопротеина без толщины листового металла (0,6-1,0 мм), а верхний слой арочной секции состоит из того же слоя с нижним слоем из ряда арочных металлопротеаз большей толщины листа. (0,8-1,5 мм), замки герметичного шва стыка, крайние профили имеют замки наружного шва.

Металлопротеиновые арки формируются на строительной площадке из рулонов оцинкованного или окрашенного листового металла.

Предлагаемая конструкция отличается от ранее упомянутой следующим образом:

1.Комбинирование двух слоев холодногнутых профилей между высотой с заливкой пеной и приклеиванием пенопласта с металлом позволяет получить трехмерную жесткую многослойную арочную конструкцию из листовых элементов, сочетающую одновременно изолированные, несущие и ненесущие функции, способные воспринимать значительные внешние нагрузки, в том числе односторонние.

2. Крепление нижнего слоя металла к верхнему слою с помощью болтов-саморезов, герметизация фальцевых участков замка верхнего слоя и участков нижнего слоя приколотыми полосами листового металла, позволяющими включать в RAB заключается в том, что оба слоя холодногнутых трапециевидных профилей, для создания бескаркасных арочных утепленных конструкций с высокой несущей способностью, повышенной миграцией при снижении стоимости и сложности строительных работ.

3. Вставить рейки базальтовые плиты между арочными секциями повышают их огнестойкость.

Изготовление и монтаж безрамной утепленной арочной конструкции выполняется в следующей последовательности.

Секция арочной конструкции изготавливается в три этапа для верхнего и нижнего слоев металлопротеазов. На первом этапе прямым формованием тонкого листа холодногнутых профилей трапециевидной формы из рулонов листового металла толщиной 0,6–1,0 мм и 0,8–1,5 мм, а затем гибкой установки получают заданную в проекте форму крестовины. сечение арки за счет гофры широких полок и прилегающих стенок из профиля.

На втором этапе собрать элементы нижней и верхней части замков герметичного шва.

На третьем этапе сливаются элементы нижних слоев сверху, закрепляя резьбу болтами и заполняя пенополиуританом.

Монтаж перегородок в проектное положение производится с использованием специальной траверсы, конструкция и длина которой зависит от пролета собираемой конструкции. После установки двух смежных секций в проектное положение и закрепления их на функциональном участке, секции соединены между собой герметичным швом замка.С внутренней стороны в пространство между слоями залита вставка из пенополиуретана, подготовленная ламелями из базальтовых плит и покрытая полосами листового металла, которые крепятся саморезами.

Предлагаемое решение обосновано натурными экспериментальными испытаниями.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

— на фиг.1 — вид в разрезе арочной конструкции;

— 2 — разрез а-а цифра 1; арочная секция;

-3 — панель арочного сечения трапециевидного сечения.

Широкопролетная бескаркасная арочная многослойная утепленная конструкция из листа холодногнутых профилей, сформированных на строительной площадке из руанруанского металла и соединенных герметичным швом, отличающаяся тем, что состоит из многослойных арочных секций, соединенных по верхним слоям шва. замки, а нижние слои из полос листового металла, прикрепленные к нижнему слою саморезов, с зазорами между арочными секциями, заполненными планками из базальтовых плит, причем каждая секция выполнена из листа холодногнутого металлопротеаза трапециевидной формы. форма, при этом нижний слой арочной секции выполнен из арочного металлопротеина с меньшей толщиной листового металла, чтобы внутренние профили в сочетании со средними профилями герметизирующего шва замков, внешние замки на крайних профилях отсутствуют, а верхний слой арочной секции выполнен из одного и того же с нижним слоем из ряда арочных металлопротеинов более толстого листового металла, а стык герметизирующий шов замков, крайний металлопротеин выполнен с наружным швом замков. , а секция верхнего слоя вложена в секцию нижнего слоя с расстоянием, определяемым изоляцией проекта, и пространством между слоями листового металла, заполненного пенополиуретаном.

Арки и купола

Арки и купола — это конструкции, которые демонстрируют конструктивную прочность и могут охватывать большие площади без промежуточных опор. В этом атоме мы обсудим историю и физику арок и куполов.

Арки

Арка — это конструкция, которая охватывает пространство и поддерживает структуру и вес над ней. Арки возводились еще во втором тысячелетии, но не использовались для различных сооружений, пока римляне не воспользовались их возможностями.Арки — это чистая компрессионная форма. Они охватывают большие площади, преобразуя силы в сжимающие напряжения и устраняя растягивающие напряжения (называемые действием дуги). Когда силы в арке передаются к земле, арка будет выталкиваться наружу у основания (это называется толчком). По мере того, как высота арки уменьшается, тяга наружу увеличивается. Чтобы арка не разрушилась, необходимо ограничить тягу внутренними или внешними связями. Эту внешнюю связь часто называют абатментом, как показано на рис.

Арки

Кирпичная арка 2. Keystone 2. Voussoir 3. Extrados 4. Impost 5. Intrados 6. Rise 7. Clear span 8. Abutment

Наиболее распространенными истинными конфигурациями арки являются фиксированная арка, двухшарнирная арка и трехшарнирная арка. Неподвижная арка чаще всего используется при строительстве железобетонных мостов и тоннелей с короткими пролетами. Поскольку он подвергается дополнительному внутреннему напряжению, вызванному тепловым расширением и сжатием, этот тип арки считается статически неопределимым.Двухшарнирная арка чаще всего используется для перекрытия длинных пролетов. Этот тип арки имеет в основании штыревые соединения. В отличие от фиксированной арки, основание с штифтами может вращаться, что позволяет конструкции свободно перемещаться и компенсировать тепловое расширение и сжатие, вызванные изменениями температуры наружного воздуха. Поскольку конструкция закреплена между двумя базовыми соединениями, что может привести к дополнительным напряжениям, двухшарнирная арка также статически неопределима, хотя и не в той степени, в которой она фиксируется.

Купола

Купол — это архитектурный элемент, напоминающий полую верхнюю половину сферы. Купольные конструкции из различных материалов (от глины до камня, дерева, кирпича, бетона, металла, стекла и пластика) имеют долгую архитектурную линию, уходящую в доисторическую эпоху.

Купол — это, по сути, арка, которая вращается вокруг своей центральной вертикальной оси. Купола имеют те же свойства и возможности, что и арки, они могут перекрывать большие площади без промежуточных опор и обладают большой структурной прочностью.Когда основание купола не такой же формы, как его опорные стены, например, когда круглый купол находится на квадратной конструкции, используются методы перехода между ними. Подвески — это треугольные части сферы, используемые для перехода от плоских поверхностей опорных стен к круглому основанию купола.

Купола можно разделить на два вида: простые и составные. Простые купола используют подвески, которые являются частью той же сферы, что и сам купол. Составные купола являются частью структуры большой сферы, расположенной ниже самого купола, образующей круглое основание, как показано на.

Составной купол

Составной купол (красный) с подвесками (желтый) из сферы большего радиуса, чем купол.

Информация о готической архитектуре — Готическая архитектура

Купол, имеющий форму сегмента сферы, с центром в центре ниже линии пружины. Блюдцеобразный купол особенно чувствителен к короблению под действием внешней нагрузки.

купол блюдца

Купол, имеющий форму сегмента сферы, с центром в центре ниже линии пружины.Блюдцеобразный купол особенно чувствителен к короблению под действием внешней нагрузки.

меридиональная линия

Изогнутая Une, описывающая вертикальное сечение оси вращающейся поверхности.

Круговая линия, описывающая горизонтальный разрез перпендикулярно оси вращающейся поверхности.

■ полукруглый купол в форме полусферы.

■ Переход от меридиональной к кольцевой форте происходит под углом от 45 ° до 60 ° от вертикальной оси для большинства условий нагрузки.

Сила, действующая по кольцевой линии купольной конструкции перпендикулярно меридиональным силам. Кольцевые силы, которые ограничивают движение меридиональных полос в оболочке купола вне плоскости, сжимают в верхней зоне и растягивают в нижней зоне.

меридиональная сила * —

Сила, действующая вдоль меридиональной линии купольной конструкции, всегда сжимающая при полной вертикальной нагрузке.

T t t T î

натяжное кольцо

Кольцо, опоясывающее основание дуги, сдерживает внешние компоненты меридиональных сил.В бетонном куполе это кольцо утолщено и усилено, чтобы выдерживать изгибающие напряжения, вызванные различными упругими деформациями кольца и оболочки

.

большой круг

Круг наибольшего диаметра, который можно нарисовать на сфере.

большой круг

Круг наибольшего диаметра, который можно нарисовать на сфере.

радиальный купол

Купольный дом со стальными или деревянными фермами, расположенными радиально и соединенными потигональными кольцами на разной высоте.

Купол Schwed 1er

Стальной купол, элементы которого проходят по линиям широты и долготы, а третий набор диагоналей завершает триангуляцию.

решетчатый купол

Стальная купольная конструкция, элементы которой повторяют круги широты, и два набора диагоналей, заменяющие линии долготы и образующие серию равнобедренных треугольников.

геодезический купол

Стальной купол, элементы которого проходят по трем основным группам больших окружностей, пересекающихся под углом 60 °.разделение поверхности купола на ряд равносторонних сферических треугольников.

Круглое отверстие, особенно. один в короне купола.

Надстройка, венчающая крышу или купол, с открытыми стенами или окнами, пропускающими свет и воздух.

купол

Легкое сооружение на куполе или крыше, служащее колокольней, фонарем или бельведером.

j- Итамбур

Вертикальная часть купола.

| Внутренний дом i

Пространство между внутренней и внешней оболочками купола.

(Слуховое окно В крыше или шпиле.

Вертикальная часть купола.

(Слуховое окно в крыше или шпиле.

j- Itambour

r-penderrtive f

Сферический треугольник, образующий переход от кругового плана купола к многоугольному плану его несущей конструкции.

шепчущая галерея:

Пространство или галерея под куполом или сводом, в котором низкие звуки, издаваемые в одной из определенных точек, отчетливо слышны в некоторых других отдаленных местах.

! jj-semfdomef

«Ха, если купол образован секцией vertica I, как над полукруглой вершиной.

Полусферический свод или четвертьсферный свод в виде надпсиды или ниши.

р- пендерртив ф

Сферический треугольник, образующий переход от кругового плана купола к многоугольному плану его несущей конструкции.

Область в плоскости стены, обрамленная аркой или сводом, содержащая окно, картину или скульптуру.

| подвесной купол *

‘Сферический купол, образованный удалением четырех сегментов так, что он сливается со своими висячими сторонами, и находится на квадратном плане.толобат%

Подконструкция, поддерживающая купол или купол.

бинт ~

Ремешок, кольцо или цепь, помещенные вокруг конструкции для фиксации и удержания ее частей вместе, как вокруг пружины купола.

Арка или выступ, построенный поперек верхнего внутреннего угла квадратной башни для поддержки стороны наложенной восьмиугольной конструкции.

Шарнирный, раздвижной или складной барьер из дерева, металла или стекла для открытия и закрытия входа в здание, комнату или шкаф.crvdi мм- »«

раздвижная дверь

Дверь, которая открывается или перемещается, скользя по проходу, обычно параллельно стене.

рулонная дверь

Большая дверь, состоящая из горизонтальных взаимодействующих металлических планок, направляемых по рельсам с обеих сторон, открывающихся за счет охвата подвесного барабана в верхней части дверного проема.

сбалансированная дверь

Поворотная дверь, частично сбалансированная для открытия и закрытия.

автоматическая дверь

Дверь, которая автоматически открывается при приближении человека или автомобиля.

устройство открывания двери

Механизм, который автоматически открывает дверь при срабатывании радиопередатчика, электрический глаз. или другое устройство.

Читать здесь: Информация

Была ли эта статья полезной?

Купол

— HiSoUR — Привет, ты

🔊 Аудиочтение

Купол (от лат. Domus) — архитектурный элемент, напоминающий полую верхнюю половину сферы. Точное определение было предметом разногласий. Для их описания также существует большое количество разнообразных форм и специализированных терминов.Купол может опираться на ротонду или барабан и может поддерживаться колоннами или опорами, которые переходят к куполу через скосы или подвески. Фонарь может закрывать окулус и сам иметь другой купол.

Купола имеют долгую архитектурную родословную, уходящую корнями в доисторические времена, и на протяжении веков они строились из глины, снега, камня, дерева, кирпича, бетона, металла, стекла и пластика. Символика, связанная с куполами, включает погребальные, небесные и правительственные традиции, которые также развивались с течением времени.

Купола были найдены в ранней Месопотамии, что может объяснить распространение этой формы. Они встречаются в персидской, эллинистической, римской и китайской архитектуре Древнего мира, а также среди ряда современных местных строительных традиций. Купольные конструкции были популярны в византийской и средневековой исламской архитектуре, и есть множество примеров из Западной Европы в средние века. Архитектурный стиль эпохи Возрождения распространился из Италии в период раннего модерна. Достижения в области математики, материалов и технологий производства с того времени привели к появлению новых типов куполов.Купола современного мира можно найти над религиозными зданиями, законодательными палатами, спортивными стадионами и различными функциональными сооружениями.

Этимология
Английское слово «купол» происходит от латинского domus («дом»), которое вплоть до эпохи Возрождения обозначало почитаемый дом, например Domus Dei или «Дом Бога», независимо от формы. его крыши. Это отражено в использовании итальянского слова duomo, немецкого / исландского / датского слова dom («собор») и английского слова «купол» еще в 1656 году, когда оно означало «таунхаус, гильдия, государственный -Дом и Молитвенный дом в городе.Французское слово dosme приобрело значение купольного свода, в частности, к 1660 году. Это французское определение постепенно стало стандартным использованием английского купола в восемнадцатом веке, поскольку многие из самых впечатляющих Домов Бога были построены с монументальными куполами. , и в ответ на научную потребность в дополнительных технических терминах.

Терминология
Купол — это скругленный свод, состоящий либо из изогнутых сегментов, либо из вращающейся оболочки, что означает арку, вращающуюся вокруг своей центральной вертикальной оси.Используемая терминология была источником разногласий, противоречий между учеными и даже в рамках отдельных текстов, но термин «купол» можно рассматривать как «общее слово для описания полусферического или аналогичного охватывающего элемента». Полукупол или полукупол — это часто используемая полукруглая форма, особенно в апсидах.

Иногда называемые «ложными» куполами, каркасные купола достигают своей формы, расширяя каждый горизонтальный слой камней внутрь немного дальше, чем нижний, до тех пор, пока они не встретятся наверху.«Фальшивый» купол также может относиться к деревянному куполу. Говорят, что «настоящие» купола — это те, чья структура находится в состоянии сжатия, с составными элементами клиновидных куполов, стыки которых совпадают с центральной точкой. Обоснованность этого неясна, поскольку купола, построенные под землей из скошенных слоев камня, также подвергаются сжатию от окружающей земли. Итальянское использование термина «финто», означающего «ложный», восходит к 17 веку, когда использовались своды из тростниковых циновок и гипсового раствора.

Как и в случае с арками, «пружина» купола — это уровень, с которого он поднимается. Вершина купола — это «корона». Внутренняя сторона купола называется «интрадос», а внешняя — «экстрадос». «Бедро» — это часть арки, которая находится примерно на полпути между основанием и верхом.

Слово «купол» — это другое слово, обозначающее «купол», и обычно используется для обозначения небольшого купола на крыше или башне. «Купол» также использовался для описания внутренней стороны купола.

Барабаны, также называемые толобатами, представляют собой цилиндрические или многоугольные стены с окнами, поддерживающими купол, или без них. Тамбур или фонарь — это эквивалентная конструкция над окулом купола, поддерживающая купол.

Характеристики

Внутренние силы
Купол из каменной кладки создает толчки вниз и наружу. Они рассматриваются как два вида сил, расположенных под прямым углом друг к другу. Меридиональные силы (например, меридианы или линии долготы на глобусе) действуют только на сжатие и увеличиваются по направлению к основанию, в то время как кольцевые силы (например, линии широты на глобусе) сжимаются в верхней части и растягиваются в основании. , при этом переход в полусферический купол происходит под углом 51.8 градусов сверху. Усилия, создаваемые куполом, прямо пропорциональны весу его материалов. Заземленные полусферические купола создают значительные горизонтальные толчки на корнях.

В отличие от арок voussoir, которые требуют поддержки каждого элемента до тех пор, пока замковый камень не будет на месте, купола стабильны во время строительства, поскольку каждый уровень представляет собой законченное и самонесущее кольцо. Верхняя часть каменного купола всегда находится в сжатом состоянии и поддерживается сбоку, поэтому он не разрушается, за исключением целого блока, и диапазон отклонений от идеала в этой неглубокой верхней крышке одинаково устойчив.Поскольку купола вуссуара имеют боковую опору, их можно сделать намного тоньше, чем соответствующие арки того же пролета. Например, полусферический купол может быть в 2,5 раза тоньше полукруглой арки, а купол с профилем равносторонней арки — еще тоньше.

Оптимальная форма каменного купола одинаковой толщины обеспечивает идеальное сжатие, без каких-либо сил растяжения или изгиба, против которых кладка является слабой. Для конкретного материала оптимальная геометрия купола называется фуникулерной поверхностью, формой, сопоставимой в трех измерениях с цепной кривой для двухмерной арки.Острые профили многих готических куполов более точно соответствуют этой оптимальной форме, чем полусферы, которые предпочитали римские и византийские архитекторы из-за того, что круг считался наиболее совершенной формой. Добавление веса к вершине заостренного купола, например, тяжелому куполу наверху Флорентийского собора, изменяет оптимальную форму, чтобы она идеально соответствовала фактической остроконечной форме купола.

Выдвиги наружу в нижней части полусферического купола из каменной кладки можно нейтрализовать с помощью цепей, встроенных по окружности, или с помощью внешних опор, хотя растрескивание по меридианам является естественным.Для небольших или высоких куполов с меньшей горизонтальной нагрузкой толщины поддерживающих арок или стен может быть достаточно, чтобы противостоять деформации, поэтому барабаны, как правило, намного толще, чем поддерживаемые ими купола.

Зона перехода
Когда основание купола не совпадает с планом поддерживающих стен под ним (например, круглое основание купола над квадратным пролетом), используются методы, позволяющие соединить эти два моста. Самый простой прием — использовать диагональные перемычки по углам стен, чтобы создать восьмиугольное основание.Другой — использовать арки для перекрытия углов, которые могут выдержать больший вес. В различных этих техниках используются так называемые «прищуривания». Сквинч может быть одной аркой или набором нескольких выступающих вложенных арок, расположенных по диагонали над внутренним углом. Сквичи также могут принимать множество других форм, в том числе арки трубы и нишевые головки, или полукуполы.

Изобретение кулис вытеснило технику скрещивания. Подвески представляют собой треугольные секции сферы, подобные вогнутым перемычкам между арками, и переходят от углов квадратного пролета к круглому основанию купола.Кривизна подвески — это сфера с диаметром, равным диагонали квадратной ниши. Точное определение «подвески» было источником разногласий среди ученых, в том числе о том, разрешено ли использование балок в соответствии с определением и следует ли считать нижние части парусного хранилища подвесками.

Купола с подвесками можно разделить на два вида: простые и составные. В случае простого купола подвески являются частью той же сферы, что и сам купол; однако такие купола встречаются редко.В случае более распространенного составного купола подвески являются частью поверхности большей сферы, расположенной ниже, чем сам купол, и образуют круглую основу либо для купола, либо для секции барабана.

Acoustics
Поскольку купола вогнуты снизу, они могут отражать звук и создавать эхо. У купола может быть «шепчущая галерея» в основании, которая в определенных местах передает отчетливый звук в другие отдаленные места галереи. Полукупола над апсидами византийских церквей помогали проецировать песнопения духовенства.Хотя это может дополнять музыку, это может сделать речь менее разборчивой, что побудило Франческо Джорджи в 1535 году рекомендовать сводчатые потолки для хоровых зон церкви, но плоский потолок, заполненный как можно большим количеством казн для того, где будет происходить проповедь.

Полости в форме кувшинов, встроенные во внутреннюю поверхность купола, могут служить для компенсации этого вмешательства, рассеивая звук во всех направлениях, устраняя эхо, создавая «божественный эффект в атмосфере поклонения».Об этой технике написал Витрувий в его «Десяти книгах по архитектуре», в которых описаны бронзовые и глиняные резонаторы. Материал, форма, содержимое и расположение этих объемных резонаторов определяют эффект, который они оказывают: усиление определенных частот или их поглощение.

Материалы
Самые ранние купола на Ближнем Востоке были построены из сырцового кирпича, а затем из обожженного кирпича и камня. Купола из дерева допускали широкие пролеты из-за относительно легкого и гибкого материала и были обычным методом для купольных церквей к 7 веку, хотя большинство куполов были построены из других менее гибких материалов.Деревянные купола были защищены от непогоды кровлей из меди или свинца. Купола из тесаного камня были дороже и никогда не были такими большими, а большие пролеты использовались из древесины, где кирпич был недоступен.

Римский бетон использовал заполнитель камня с мощным раствором. Через века агрегат превратился в куски обожженной глины, а затем в римские кирпичи. К шестому веку кирпичи с большим количеством раствора были основным материалом для свода. Пуццолана, по-видимому, использовалась только в центральной Италии.Кирпичные купола были предпочтительным выбором для монументальных покрытий больших помещений до индустриальной эпохи из-за их удобства и надежности. Связи и цепи из железа или дерева можно было использовать для сопротивления нагрузкам.

Новые строительные материалы 19 века и лучшее понимание сил внутри конструкций 20 века открыли новые возможности. Железные и стальные балки, стальные тросы и предварительно напряженный бетон устранили необходимость во внешней опоре и позволили сделать купола намного более тонкими.В то время как более ранние каменные купола могли иметь отношение радиуса к толщине, равное 50, для современных куполов это соотношение может превышать 800. Более легкий вес этих куполов не только допускал гораздо большие пролеты, но также позволял создавать большие подвижные купола над современными спортивными стадионами.

Экспериментальные утрамбованные земляные купола были созданы в рамках работ по устойчивой архитектуре в Кассельском университете в 1983 году.

Символизм
Согласно Э. Болдуину Смиту, с конца каменного века куполообразная гробница использовалась как репродукция древнего, данного богом убежища, сделанного постоянным как почитаемый дом мертвых.Инстинктивное желание сделать это привело к широкому распространению традиций купальных погребений в древнем мире, от ступ в Индии до гробниц толосов в Иберии. Во времена эллинизма и римлян купольные толосы стали обычным символом кладбища.

Купола и навесы для палаток также были связаны с небом в Древней Персии и в эллинисто-римском мире. Купол над квадратным основанием отражал геометрическую символику этих форм. Круг символизировал совершенство, вечность и небеса.Квадрат представлял землю. Восьмиугольник был промежуточным звеном между ними. Четкий символизм небесного или космического шатра, происходящего из шатров царских аудиенций Ахеменидов и индийских правителей, был принят римскими правителями в подражание Александру Македонскому, став имперским балдахином. Вероятно, это началось с Нерона, чей «Золотой дом» также сделал купол неотъемлемой частью дворцовой архитектуры.

Двойной погребальный и небесный символизм был принят ранними христианами как в использовании куполов в архитектуре, так и в кибории, купольном балдахине, который использовался в качестве ритуального покрытия для реликвий или церковного алтаря.Однако небесная символика купола была выдающейся в христианскую эпоху. В первые века ислама купола были тесно связаны с королевской семьей. Например, купол, построенный перед михрабом мечети, по крайней мере, изначально предназначался для того, чтобы подчеркнуть место принца во время королевских церемоний. Со временем такие купола стали главным образом украшением или направлением молитв. Использование куполов в мавзолеях также может отражать королевское покровительство или рассматриваться как символ чести и престижа, которые символизируют купола, а не иметь какое-либо конкретное погребальное значение.Широкое разнообразие купольных форм в средневековом исламе отражало династические, религиозные и социальные различия, а также соображения практического строительства.

Общие типы

Купол улья
Эти купола, также называемые скошенными куполами или ложными куполами, отличаются от «настоящих куполов» тем, что состоят из чисто горизонтальных слоев. По мере того, как слои становятся выше, каждый из них слегка консольно или изгибается к центру, пока не встретится наверху. Монументальным примером является микенская сокровищница Атрея эпохи поздней бронзы.

Купол со связями
Однослойный пространственный каркас в форме купола, купол со связями — это общий термин, который включает ребристые, шведлерские, трехсторонние решетки, ламели или кивитты, решетчатые и геодезические купола. Различные термины отражают различное расположение элементов поверхности. Связанные купола часто имеют очень небольшой вес и обычно используются для перекрытия пролетов до 150 метров.

Монастырский свод
Называемый купольными сводами (термин иногда также применяется к парусным сводам), многоугольные купола, сводчатые купола, зазубренные купола, сегментные купола (термин, который иногда также используется для блюдцевидных куполов), обшитые панелями своды или своды павильонов, это купола которые сохраняют многоугольную форму в своем горизонтальном поперечном сечении.Самые ранние известные образцы относятся к первому веку до нашей эры, например, Табулярий Рима от 78 года до нашей эры. К другим относятся Термы Антонина в Карфагене (145–160 гг.) И Палатинская капелла в Аахене (13–14 вв.). Самый известный пример — восьмиугольный купол Филиппо Брунеллески эпохи Возрождения над Флорентийским собором. Томас Джефферсон, третий президент Соединенных Штатов, установил восьмиугольный купол над западным фасадом своего дома на плантации Монтичелло.

Составной купол
Также называемые куполами на подвесках или подвесными куполами (термин также применяется к парусным сводам), сложные купола имеют подвески, которые поддерживают купол меньшего диаметра непосредственно над ними, как в Соборе Святой Софии, или барабан и купол, как в много куполов эпохи Возрождения и постренессанса, причем обе формы имеют большую высоту.

Купол с перекрещенными арками
Один из самых ранних типов ребристых сводов, первые известные образцы найдены в Великой мечети Кордовы в 10 веке. Вместо того, чтобы встречаться в центре купола, ребра обычно пересекаются не по центру, образуя пустое многоугольное пространство в центре. Геометрия — ключевой элемент дизайна, а восьмиугольник, пожалуй, самая популярная форма. Вопрос о том, являются ли арки конструктивными или чисто декоративными, остается предметом споров.Тип может иметь восточное происхождение, хотя вопрос также не решен. Примеры можно найти в Испании, Северной Африке, Армении, Иране, Франции и Италии.

Геодезический купол
Геодезический купол — это верхняя часть геодезических сфер. Они состоят из каркаса из треугольников по образцу многогранника. Структуры названы в честь геодезических и основаны на геометрических формах, таких как икосаэдры, октаэдры или тетраэдры. Такие купола могут быть созданы с использованием ограниченного количества простых элементов и соединений и эффективно устранять внутренние силы купола.Говорят, что их эффективность увеличивается с размером. Хотя они не были впервые изобретены Бакминстером Фуллером, они связаны с ним, потому что он спроектировал множество геодезических куполов и запатентовал их в Соединенных Штатах.

Полусферический купол
Полусферический купол представляет собой половину сферы. Согласно Э. Болдуину Смиту, это была форма, известная ассирийцам, определенная греческими математиками-теоретиками и стандартизированная римскими строителями.

Луковый купол
Луковичные купола выпирают за пределы диаметра основания, предлагая профиль больше полусферы.Луковичный купол — это более крупный, чем полусферический, купол с заостренной вершиной в овальном профиле. Они обитают на Ближнем Востоке, Ближнем Востоке, в Персии и Индии и, возможно, не имеют единой точки происхождения. Их появление в северной русской архитектуре предшествовало татарской оккупации России, и поэтому их нелегко объяснить как результат этого влияния. Они стали популярными во второй половине 15-го века в Низких странах Северной Европы, возможно, вдохновленные украшениями минаретов в Египте и Сирии, и развивались в 16-17 веках в Нидерландах, а затем распространились в Германии, став популярным элемент барочной архитектуры Центральной Европы.Немецкие луковичные купола также испытали влияние русских и восточноевропейских куполов. Образцы, встречающиеся в различных европейских архитектурных стилях, обычно деревянные. Примеры включают Казанскую церковь в Коломенском и Брайтонский павильон Джона Нэша. В исламской архитектуре они обычно сделаны из кирпичной кладки, а не из дерева, с толстой и тяжелой выпуклой частью, служащей опорой против тенденции каменных куполов распространяться у своих оснований. Тадж-Махал — известный пример.

Овальный купол
Овальный купол — это купол овальной формы в плане, в профиле или и в том, и в другом.Термин происходит от латинского ovum, что означает «яйцо». Самые ранние овальные купола использовались для удобства в каменных хижинах с выступами в виде закругленных, но геометрически неопределенных покрытий, а первые образцы в Малой Азии датируются примерно 4000 г. до н. Э. В конечном итоге геометрия была определена с помощью комбинаций дуг окружности, переходящих в точках касания. Если римляне создавали овальные купола, то только в исключительных случаях. Римские основания церкви св. Гереона в Кельне овальной формы указывают на возможный пример.Купола в средние века также имели тенденцию быть круглыми, хотя церковь Санто-Томас-де-лас-Оллас в Испании имеет овальный купол над своим овальным планом. Другие примеры средневековых овальных куполов можно найти в прямоугольных бухтах церквей. Церкви овальной формы стали образцом эпохи Возрождения и популярны в стиле барокко. Купол, построенный Франческо Галло для базилики Викофорте, был одним из самых больших и сложных из когда-либо построенных.

Параболический купол
Параболический купол — это уникальная конструкция, в которой изгибающее напряжение из-за равномерно распределенной нагрузки от его статической нагрузки равно нулю.Следовательно, он широко использовался в зданиях в древние времена, до появления композитных конструкций. Однако, если точечная нагрузка приложена к вершине параболического купола, изгибающее напряжение становится бесконечным. Следовательно, он встречается в большинстве древних структур, вершина купола усилена или форма изменена, чтобы избежать бесконечного напряжения.

Парусный купол
Также называемые парусными сводами, платковыми сводами, купольными сводами (термин иногда также применяется к монастырским сводам), подвесными куполами (термин, который также применялся к составным куполам), богемскими сводами или византийскими куполами, этот тип может можно рассматривать как подвески, которые вместо того, чтобы просто касаться друг друга, образуя круглое основание для барабана или составного купола, плавно продолжают свою кривизну, чтобы сформировать сам купол.Купол создает впечатление квадратного паруса, прижатого к каждому углу и вздымающегося вверх. Их также можно рассматривать как купола-блюдца на подвесках.

Купол блюдца
Также называемые сегментными куполами (термин, который иногда также используется для обозначения монастырских сводов) или калотами, они имеют профиль менее полукруга. Поскольку они уменьшают натяжение части купола, эти купола прочны, но имеют повышенную радиальную тягу. Многие из крупнейших существующих куполов имеют такую ​​форму.

Купола-блюдца из каменной кладки, поскольку они существуют полностью в сжатом состоянии, их можно построить намного тоньше, чем купола других форм, без потери устойчивости.Компромисс между пропорционально увеличенным горизонтальным усилием на их опорах и их уменьшенным весом и количеством материалов может сделать их более экономичными, но они более уязвимы для повреждений от движения в их опорах.

Зонтичный купол
Эти купола, также называемые куполообразными, рифлеными, трубчатыми, тыквенными, дынными, ребристыми, парашютными, зубчатыми или лопастными куполами, разделены у основания на изогнутые сегменты, которые повторяют кривую возвышения. «Рифленый» может относиться конкретно к этому узору как к внешнему признаку, например, как это было распространено в мамлюках Египта.«Ребра» купола — это радиальные линии кладки, идущие от короны до рессор. В центральном куполе собора Святой Софии используется ребристый метод, при котором между ребрами у основания купола размещается кольцо окон. Центральный купол базилики Святого Петра также использует этот метод.

Источник из Википедии

Связанные

Науки о мозге | Бесплатный полнотекстовый | Сравнительное исследование алгоритмов автоматической локализации сферических маркеров в данных 3D МРТ

1.Введение

Обработка данных объемных медицинских изображений играет важную роль в диагностике и планировании операций. Характерные особенности изображения извлекаются из данных изображения, чтобы зарегистрировать изображения, полученные из различных методов визуализации, или для определения конкретной целевой точки для последующего хирургического вмешательства. В этом контексте особое значение имеет сферическая форма элемента. Из-за своей изотропной геометрии сферические элементы могут служить в качестве реперных маркеров для позиционного выравнивания и регистрации изображения [1,2] независимо от конкретного направления визуализации или относительного позиционирования на изображении.Несмотря на то, что компьютерное зрение предоставляет элементарные методы для обнаружения сферических и круглых объектов [3], реализация в конвейерах автоматической обработки изображений довольно сложна из-за сильной зависимости параметров от конкретного случая использования и необходимости ручной настройки параметров. Сравнительное исследование различных подходов к обнаружению сфер может предоставить важную информацию для разработки автоматизированных рабочих процессов и предотвратить необходимость трудоемкой ручной сегментации. Хирургия под визуальным контролем — это особое приложение, в котором автоматическое обнаружение сферических маркеров может использоваться для планирования хирургии [4] .Методы визуализации различных видов, такие как компьютерная томография (КТ), Т1- и Т2-взвешенная магнитно-резонансная томография (МРТ), используются для получения конкретных данных пациента для планирования операции и руководства [5]. информации, предоставляемой методами мультимодальной визуализации, регистрация изображения является важным этапом, который выравнивает системы координат дооперационного пространства изображения с пространством пациента, обеспечивая отображение точек в физическом пространстве с соответствующими точками на рентгенографическом изображении.Большинство алгоритмов регистрации, основанных на анатомических ориентирах, восприимчивы к шуму изображения и разной анатомической информации из-за конкретной техники визуализации [6]. Таким образом, сферические реперные маркеры обеспечивают возможность надежной и автоматизированной регистрации по точкам.

В стереотаксической хирургии костные анкеры устанавливаются рядом с местом операции, чтобы установить стереотаксические рамки для навигации. Таким образом, помимо регистрации изображения, положение и направление костных анкеров представляет большой интерес во время процесса строгания и может быть определено подходящей конструкцией маркера.

Уже существует несколько подходов к регистрации на основе внешних точек. Wang et al. использовали метод, основанный на интенсивности, чтобы найти центроиды трубчатых реперных маркеров, прикрепленных к голове пациента [7]. Среди других подходов, основанных, например, на форме маркера [8] или кривизне [9], этот метод не имеет надежной информации о направлении и, следовательно, не позволяет делать какие-либо достаточные утверждения относительно выравнивания примененных костных анкеров. Помимо техник на основе КТ и МРТ для автоматической локализации маркеров, существуют другие методы, требующие дополнительного оборудования, включая ультразвук [10], шарнирные руки [11], системы оптической триангуляции [12] или дигитайзеры магнитного поля [13].

В этой статье мы предлагаем четыре различных подхода к автоматической локализации сферических объектов в данных 3D МРТ и сравниваем их с точки зрения точности и надежности. Первый алгоритм основан на круговом преобразовании Хафа, тогда как второй основан на сверточной фильтрации. С целью упрощения использования подхода без параметров мы разработали еще два алгоритма, основанные на маркировке и анализе связанных компонентов, а также на методах, связанных с обнаружением больших двоичных объектов, и, кроме того, соответствующим образом улучшили первые два алгоритма.Кроме того, мы представляем новый дизайн реперных маркеров, основанный на сферических ориентирах, который позволяет определять позиционное и направленное выравнивание костных анкеров в данных МРТ без какого-либо дополнительного рентгеновского исследования. Предлагаемая конструкция маркера дополнительно позволяет точечную регистрацию мультимодальных данных МРТ.

2. Материалы и методы

В следующем разделе мы представляем новую модель и конструкцию маркера, основной конвейер обработки изображений, а затем подробное описание реализованных алгоритмов.

2.1. Модель и конструкция маркера

Существуют две общие концепции прикрепления реперных маркеров на голове пациента. Первый метод требует предварительной установки костных анкеров черепа, на которые навинчивается маркер, и поэтому считается инвазивным, в то время как во втором случае сам маркер прикрепляется неинвазивно к голове пациента с помощью наклеек. Инвазивные маркеры используются, если костные анкеры необходимы для дальнейшей хирургической процедуры, например, для навигации с помощью стереотаксических рамок.В таких случаях расположение маркера и направленное выравнивание нижележащего винта представляет интерес для дальнейшего крепления хирургических рамок и инструментов.

Мы разработали новую конструкцию маркера (рис. 1c), состоящую из цилиндрического быстродействующего прототипа корпуса с двумя сферическими полостями (r = 3,5 мм), выровненными по оси вращения цилиндра и впоследствии заполненными активными веществами для МРТ. Для экспериментов в этой статье мы использовали холекальциферол, препарат витамина D3 в форме жидкой пероральной капсулы в качестве контрастного агента MR.Корпус был изготовлен из биосовместимого материала полиэфирэфиркетона (PEEK). Маркер был разработан для установки на коммерческий титановый анкер для кости с внутренней метрической стандартной резьбой M3, производимый FHC, Inc., Bowdoin, ME 04287, США. На рис. 1а, б изображена типичная Т1- и Т2-взвешенная МРТ, на которой сферы можно идентифицировать как круглые структуры с высокой интенсивностью. Путем нахождения центроидов сферы и применения внутренних геометрических ограничений можно найти соответствующие пары и впоследствии определить направленное выравнивание путем вычисления вектора между трехмерными координатами центроидов.Эта процедура будет называться применением модели маркера. Пара маркеров строится путем выбора сферы из набора кандидатов на непарные маркеры и поиска второй сферы в оставшемся наборе, соответствующей пороговому значению расстояния. Удачно спаренные маркерные сферы удаляются из набора кандидатов на маркерные сферы. Соответственно, маркерная модель фильтрует сферические кандидаты, отбрасывая потенциальные ложноположительные обнаруженные одиночные сферы, у которых нет соответствующего партнера в пределах заданного порогового расстояния (11.0 ± 1,0) мм.
2.2. Получение изображения

Мы протестировали предлагаемые методы на данных, полученных от имени сканера Philips Medical Systems Ingenia MRI в 3T. Пять маркеров прикреплены к ранее установленным якорям черепной кости на голове трупа человека. Анатомическая фиксация и консервация тела донора осуществлялась этанол-глицерином. Были проведены два различных метода визуализации МРТ, а именно последовательность Т1 и Т2, чтобы продемонстрировать возможности наших методов обнаружения маркеров.Все МРТ были получены в сагиттальной ориентации с изометрическими размерами вокселей. Чтобы оценить влияние пространственного разрешения изображения на производительность предложенных алгоритмов, размер вокселя варьировался от (0,6 мм × 0,6 мм × 0,6 мм) до (1,6 мм × 1,6 мм × 1,6 мм) с шагом 0,2 мм. . Следовательно, набор тестовых данных состоит из шести томов МРТ на модальность с общим количеством 60 возможно обнаруживаемых маркеров или 120 сфер, соответственно. Полученные данные МРТ содержат всю голову трупа человека, включая ткани мозга, костей и кожи.Параметры сбора данных были взяты из стандартного протокола получения МРТ головы пациентов медицинского центра Лейпцигского университета.

2.3. Конвейер обработки изображений
Чтобы дать общее представление об общем рабочем процессе, на рисунке 2 показаны основные этапы конвейера обработки изображений от сбора дооперационных медицинских изображений до окончательной локализации и классификации обнаруженных маркеров.

Весь процесс можно разделить на три основных этапа. Во-первых, необходимо загрузить ранее полученные МРТ и метаданные, которые могут пройти некоторые этапы предварительной обработки изображения, такие как повторная выборка и удаление шума.

На втором этапе описывается фактическая локализация центроидов сферических маркеров. Он варьируется в зависимости от метода, выбранного из четырех упомянутых ранее. Каждый подход состоит из нескольких вычислительных шагов и описывается в отдельном разделе ниже.

После локализации сфер третий и последний шаг — сопоставление пар сфер и уточнение результатов путем отделения ложных срабатываний от реальных кандидатов сфер при применении модели маркера. Окончательный вывод конвейера — это список обнаруженных маркеров МРТ и их положение, включая положение и пространственную ориентацию.

Чтобы проанализировать надежность метода по отношению к различным настройкам измерения МРТ, каждая из которых связана с разными уровнями шума и искажения изображения, оптимизация параметров вручную для конкретного набора данных не проводилась. Подходы к обнаружению сфер разработаны адаптивным образом, автоматически регулируя их параметры, такие как размер ядра, зависящий от разрешения изображения.

2.4. Подход с круговым преобразованием Хафа
Преобразование Хафа и его вариации известны как надежные методы обнаружения линий и кривых на изображениях.Круговое преобразование Хафа (CHT) — это модифицированная версия, направленная на поиск круговых форм [14]. По сути, точки в пространстве изображений преобразуются в набор голосов за точки в пространстве дискретных параметров. Пространство параметров определяется в соответствии с интересующей формой. Накопительный массив используется для сбора количества голосов для каждой точки в пространстве параметров. Большое количество голосов за аккумуляторный элемент указывает на наличие экземпляра формы, который характеризуется соответствующей комбинацией параметров.

В CHT интересующей формой является круг. Его можно описать уравнением (x − xc) 2+ (y − yc) 2 = r2, где xc и yc обозначают центр, а r — радиус круга. Следовательно, пространство параметров принадлежит R3. Для каждой граничной точки Ii, j в пространстве изображений голоса заполняются путем аддитивного рисования окружности (x − i) 2+ (y − j) 2 = r2 с центром в граничной точке на плоскости x-y аккумулятора. Это делается для каждого радиуса в пространстве параметров, так что радиусы увеличиваются по оси z аккумулятора. Для определенного радиуса большое количество голосов в плоскости x-y соответствует параметрам центра обнаруженных кругов.

Хотя доступны вариации преобразования Хафа, обобщенные для 3D, они обычно используют вычислительно затратное пространство параметров более высокой размерности, требуя наличия нормальной информации [15] или отличительных структурированных объектов для использования локальных функций изображения [16]. , мы выбрали двунаправленный подход 2D-CHT (рис. 3) для обнаружения сфер. Поскольку объемы МРТ часто показывают анизотропный размер вокселей, маркеры будут выглядеть как эллиптические диски, а не как круглые.В случае анизотропных вокселей выполняется этап предварительной обработки для повторной выборки объема МРТ до изотропного размера вокселя. Затем извлекаются два стопки изображений срезов для обнаружения сфер. Любой из этих наборов содержит изображения, перпендикулярные одной из ортогональных осей объема МРТ. Производная первого порядка от Гаусса используется для обнаружения границ в срезах. Поскольку направления градиента также оцениваются, усилие вытягивания аккумулятора в проводимой CHT уменьшается, как предложено в [17]. Для обоих стеков CHT выполняется независимо и послойно в 2D.Радиус сфер наших маркеров известен априори. Таким образом, мы ограничиваем пространство параметров небольшим набором радиусов, как предложено в [18], и собираем результаты в двумерном аккумуляторе. Полученные в результате изображения накопителя 2D для каждого среза повторно собираются в трехмерный объем. В конце концов, два тома-аккумулятора объединяются. Использование умножения в качестве метода наложения усиливает пики интенсивности на карте аккумуляторов сфер по сравнению с другими объектами, например, цилиндром, который также может быть изображен как круг в определенном направлении среза.Наконец, мы определяем центры сфер, обнаруживая локальные максимумы, превышающие определенный порог в аккумуляторе, и сопоставляем их координаты с физическими координатами исходного изображения объема МРТ. В дальнейшем этот метод будет называться методом Хафа.
2,5. Подход на основе свертки
При обработке изображений фильтры свертки обычно используются для таких задач, как сглаживание, повышение резкости и извлечение локальных характеристик, таких как линии и края из входного изображения, где приложения различаются ядром фильтра.Для трехмерных изображений дискретная свертка изображения I в позиции i, j, k ядром F размера (2p + 1) × (2q + 1) × (2r + 1) задается следующим образом:

I * (i, j, k) = ∑u = −pp∑v = −qq∑w = −rrF (u, v, w) · I (i − u, j − v, k − w),

(1)

и p, q, r∈N. Области свернутого изображения, в которых вычисление включает значения за пределами границ входного изображения, соответственно пропускаются и обрезаются.

На МРТ сферы маркера изображаются как области высокой интенсивности, окруженные средой низкой интенсивности из-за корпуса маркера.В этом подходе мы рассматриваем сферы как локальные элементы изображения и адаптируем ядро ​​трехмерной свертки для обнаружения сфер, которое создает пики в центрах сфер в свернутом изображении. Следовательно, положения сфер можно определить, найдя локальные максимумы в свернутом изображении.

Первым шагом в конвейере фильтрации (рис. 4) является создание ядра. В соответствии с физическими сферами и их протяженностью с точки зрения координат вокселей размер и форма ядра выбираются таким образом, чтобы сфера полностью входила в ядро.Форма ядра может варьироваться от кубической для изотропной до кубической для анизотропных вокселей. Типичный размер ядра составляет 7 × 7 × 7 для изотропных вокселей при размере вокселя 1 мм. Элементы ядра устанавливаются на положительные значения для элементов, лежащих внутри воображаемой сферы, размещенной в центре ядра (внутри элементов), и на отрицательные значения для внешних элементов. Значения интенсивности входного изображения нормализованы к μ = 0, σ = 1, чтобы повысить устойчивость к изменениям в диапазоне яркости, где μ — среднее значение распределения интенсивности, а σ — его стандартное отклонение.В частности, при нормализации входного изображения мы устанавливаем внутренние элементы ядра на kin = 1.0. В зависимости от расстояния sv вокселей значение внешних элементов kout∈ (-1,5, -0,5) выбирается в соответствии с уравнением (2) с параметром крутизны c = 3.

kout = −0,5 + 11 + e − c (1 − sv)

(2)

Затем выполняется свертка. Поскольку ядро ​​симметрично, операцию можно также назвать взаимной корреляцией. Поскольку операция свертки генерирует результаты, превышающие диапазон входных значений, результат повторно масштабируется до соответствующего интервала.В конечном итоге центры сфер определяются путем нахождения локальных максимумов, превышающих определенный порог. Этот метод будет называться методом ядра.

2.6. Подход к маркировке и анализу связанных компонентов
Маркировка связанных компонентов (CCL) — это фундаментальный метод разложения двоичного изображения на набор связанных компонентов, представленный в [19]. Изображение преобразуется в символическое изображение, обозначенное как карта меток, так что компонент формируется из каждого максимального связанного подмножества пикселей переднего плана (или вокселей в 3D), и ему присваивается уникальная метка (положительное целочисленное значение) [20, 21].Соответственно, компоненты пространственно не пересекаются друг с другом.

После того, как подключенные компоненты помечены, можно применять меры характеристик. Результаты используются для принятия решения, то есть в этом контексте, чтобы решить, соответствует ли компонент сфере маркера МРТ или нет. Это называется анализом связанных компонентов (CCA).

Количество и распределение связанных компонентов, каждый из которых рассматривается как кандидат в сфере, в основном зависит от выбранного двоичного порога и шагов предварительной фильтрации.В идеале выбирается такой порог, чтобы один связанный компонент соответствовал каждой физической сфере. Таким образом, общее количество связанных компонентов, то есть сфер и несфер, должно быть как можно меньше. Таким образом, конвейер обнаружения сфер (рисунок 5) включает некоторые этапы предварительной обработки. Сначала применяется фильтр Гаусса для подавления шума. Неразмытая обработка имеет тенденцию производить несколько крошечных компонентов и беспорядок внутри области головы. Из-за размытой ступени или размытых исходных изображений близлежащие сферы легко сливаются воедино или с головой.Это происходит, если контраст между сферами и их фоном (корпусом) слишком низкий, то есть если они не окружены вокселями, имеющими достаточно низкую интенсивность. Фильтр нерезкой маски на втором шаге локально увеличивает контраст краев и, в частности, снижает интенсивность окружения сфер. На следующем этапе объем сегментируется с помощью бинарной пороговой обработки, в то время как объем разделяется на передний план (т. Е. Сферы головы и маркера) и фоновые воксели по заданному пороговому значению интенсивности.Можно рассмотреть возможность использования метода Оцу [22] для автоматического выбора порога. Бинарный порог, определенный этим методом, имеет тенденцию загромождать область головы на несколько фрагментов, в результате чего последующим CCL создается множество кандидатов-сфер. Хотя он по-прежнему хорошо работает в локальных областях вокруг маркера, он может не подходить для обнаружения сфер во всем объеме. В последнем случае вместо этого используется многоуровневый метод Оцу [22] для выбора порога. Метод разделяет том на произвольное количество классов (т.е., множественные пороги) при максимизации межклассовой дисперсии интенсивностей, которая равна кластеризации k-средних, выполняемой на гистограмме интенсивности [23]. В конвейере используется метод Otsu с четырьмя классами для автоматического выбора порога, при этом первый класс рассматривается как фоновый, а другие классы — как передний план, соответственно. Поскольку конвейер полагается исключительно на двоичную сегментацию, используется только пороговое значение первого класса. Следующий шаг включает маркировку и анализ связанных компонентов.В части маркировки вокселы переднего плана сгруппированы таким образом, что 6 смежных вокселей совместно используют одну и ту же группу, и каждая непересекающаяся группа помечается уникальным идентификатором. Каждый из созданных компонентов считается кандидатом сферы, поэтому CCL действует как генератор гипотез. После этого в CCA отбрасываются кандидаты, не похожие на маркерную сферу. Маркерные сферы характеризуются радиусом и мерой округлости. Округлость определяется, как описано в [24], соотношением между площадью поверхности гипотетической сферы, имеющей тот же объем, что и сфера-кандидат, и площадью поверхности, измеренной на кандидате.Положение сфер окончательно определяется путем вычисления центроида остальных компонентов. Этот метод будет называться методом CCA.
2.7. Подход, связанный с обнаружением капель
Обнаружение капель — это метод обнаружения компактной области в цифровом изображении, которая светлее (или темнее), чем его фон, окруженная плавно изогнутым краем [25]. Поскольку сферические маркеры выглядят как круглая структура с однородной интенсивностью, окруженная темной областью, обнаружение капель кажется подходящим инструментом для их обнаружения.В основном существует три различных метода, а именно: лапласиан гауссиана, разность гауссиана и определитель гессиана (DoH), используемые для обнаружения капель [26]. Из-за своей высокой точности и вычислительной эффективности DoH превосходит другие методы [27,28] и, таким образом, был выбран в этой статье и будет описан ниже. В этой статье капли создаются контрастом интенсивности сфер маркера МРТ с заранее заданным равномерным радиусом r. Таким образом, для обнаружения представляющих интерес сгустков необходимо выбрать только один индекс характеристической шкалы t.Масштабный индекс можно установить в зависимости от радиуса капли r = 2t [29]. Для удобства размер в контексте предлагаемого метода означает расстояние между вокселями, то есть единицы расстояния между вокселями. Рассматривайте каждый срез в МРТ как дискретную функцию, I (x, y), представляющую значение интенсивности в каждой точке или пикселе в изображение. Представление L (x, y; t) в масштабном пространстве I с индексом масштаба t получается из I (x, y) посредством операции дискретного сглаживания по Гауссу путем свертки I (x, y) с

G (x, y; σ) = 12πσ2e − x2 + y22σ2,

(3)

где σ2 = t — дисперсия гауссова распределения G (x, y; σ).Поскольку величина производных уменьшается с увеличением индекса масштаба t, их необходимо нормировать. Это приводит к нормализованному оператору детектора признаков Гессе, примененному к представлению масштабного пространства L (x, y; t)

detHnormL = dett∂xxt∂xyt∂yxt∂yyL = t2 (LxxLyy − Lxy2).

(4)

Созданный на основе теории масштабного пространства, детектор признаков Гессе построен для поиска сгустков разного масштаба, то есть размера, путем нахождения максимального отклика операторов в масштабном пространстве. Чтобы передать общую идею теории масштабного пространства и выбора масштабного пространства, подробное описание дано в [30].Чтобы найти положение центроида маркера, задача сводится к обнаружению локальных экстремумов в детерминантном отклике гессиана представления масштабного пространства, то есть максимумов в случае ярких пятен, которые будут в центре пятен. Следовательно, локальные максимумы в окрестности каждого воксела размером с радиус маркера были обнаружены и взяты в качестве возможных кандидатов положения маркера.

Поскольку количество возможных маркеров-кандидатов имеет порядок величины n = 103, необходимость дескриптора признака становится очевидной для фильтрации ложноположительных результатов от фактических маркеров.

С этой целью был проведен анализ на основе моментов изображения местного соседства с таким же размером, как указано выше, из кандидатов в маркеры в исходной МРТ. Поскольку центральный момент изображения второго порядка дает информацию о распределении интенсивности вокруг центра исследуемой локальной области [31], каплевидные распределения реальных маркеров должны давать характеристическое значение из-за их одинакового размера и формы. Как можно увидеть на рисунке 6, фактические маркеры образуют кластер, который пространственно отделен от ложноположительных обнаруженных маркеров-кандидатов.Кластеризация K-средних была применена для классификации вычисленных моментов изображения второго порядка в соответствии с их размером. Таким образом, оптимальное количество кластеров было найдено эвристическим методом Колена [32]. Кластер, среднее значение которого было наиболее близко к характерному размеру маркеров, был выбран для включения распределений, происходящих от фактических маркеров. На рисунке 7 представлена ​​сводка основных компонентов конвейера обнаружения маркеров.

Однако даже после кластеризации на основе моментов изображения некоторые ложноположительные кандидаты в маркеры остаются в выбранном кластере.Таким образом, ранее упомянутая маркерная модель была применена для успешного отбрасывания остаточных ошибочно обнаруженных маркеров-кандидатов. Предлагаемый подход, связанный с обнаружением больших двоичных объектов, будет называться методом больших двоичных объектов.

3. Результаты

Для оценки результатов сегментации предложенных алгоритмов ручная сегментация была принята за основу. Ручная сегментация была проведена пятью научными сотрудниками отделения нейрохирургии Лейпцигского университета, обученными сегментации медицинских изображений с использованием D2P (DICOM To Print) от 3D SYSTEMS Inc., Rock Hill, SC 29730, США, коммерческое программное обеспечение для обработки изображений. Координаты центроидов сегментированных сферических объемов, усредненные по ручным измерениям, были приняты в качестве координат маркерных сфер. Стандартное отклонение ручных измерений положения центра тяжести сферы составляло σgt = 0,37 мм. Таким образом, достоверное измерение служило двум целям. Обнаруживая как ложные срабатывания в наборе кандидатов в маркеры, найденные алгоритмами, так и необнаруженные маркеры, достоверная информация используется для оценки возможности классификации предложенных методов, с одной стороны.С другой стороны, точность определения местоположения и точность алгоритмов оценивались с использованием евклидова расстояния между положениями обнаруженных маркеров и точного измерения Ep, называемого ошибкой позиционирования. Результаты с точки зрения модальности показаны на рисунке 8a для изображений, взвешенных по T1, и на рисунке 8b для изображений, взвешенных по T2, соответственно. Учитывалась точность и прецизионность локализации.Поэтому было оценено отклонение относительного расстояния между двумя сферами-маркерами одного и того же маркера и конструктивно фиксированное значение расстояния 11 мм, которое будет называться ошибкой расстояния Es и изображено на рисунке 9a для T1-взвешенного и в Рисунок 9b для изображений, взвешенных по T2, соответственно. Следовательно, эта мера может применяться только в том случае, если были распознаны обе сферы, и будет давать только одно значение для двух сфер. Помимо геометрических мер, оценка F1 была рассчитана до и после применения модели маркера для оценки точности классификации объекта. Предлагаемые методы.В таблице 1 суммировано количество истинно положительных (tp), ложноположительных (fp) и ложноотрицательных (fn) результатов обнаружения маркера, а также рассчитанная оценка F1 для каждого набора данных и метода.

F1 = 2 вспомнить − 1 + точность − 1 = tptp + 12 (fp + fn)

(5)

Оценка F1, которая представляет собой среднее гармоническое значение точности и отзывчивости, определяется уравнением (5). Оценка 1.0 означает, что не было ни ложных срабатываний, ни ложноотрицательных результатов. Он соответствует коэффициенту Дайса [33], применяемому к логическим данным с использованием определения tp, fp и fn.

Что касается времени вычислений, методы CCA, Hough и ядра имеют одинаковый порядок величины, в то время как обнаружение blob происходит в 102 раза медленнее. Для типичного головного объема, например, набора данных T1 с размером вокселя 1 мм, обнаружение blob требует до 243,2 с, тогда как все другие подходы заканчиваются временем вычисления от 1,4 до 3,3 с, причем CCA является самым быстрым методом на стандартном потребительском оборудовании. .

4. Обсуждение

В следующем разделе мы обсудим влияние способа визуализации, размера вокселя и применения модели маркера на возможности классификации и локализации предлагаемых методов.Кроме того, мы обсуждаем, как ошибка в оценке положения влияет на оценку главной оси маркеров.

4.1. Влияние способа визуализации
Видимость сфер маркеров зависит от выбранной модальности, потому что МРТ, взвешенные по T1 и T2, служат для получения разных контрастов изображений, относящихся к разным типам тканей. Поскольку сферы состоят из жидкой массы, окруженной не текучей оболочкой, интенсивность, а также резкость контура сферы намного выше на T2-взвешенных изображениях, как показано на рисунке 1.Однако ошибка позиционирования, а также ошибка интервала не страдают от различий в контрасте или интенсивности изображения из-за различных модальностей визуализации, как можно увидеть на Рисунках 8 и 9. При рассмотрении ошибки позиционирования немного выше общая максимальная средняя ошибка. Ep, max = 2,37 мм (метод ядра при s = 1,4 мм) можно наблюдать для изображений, взвешенных по T1, по сравнению с результатами для изображений, взвешенных по T2, что может быть решено по ранее упомянутым причинам.

Помимо пространственных ошибок, точность классификации не сильно различается между двумя выбранными модальностями.Только метод Хафа показывает более высокий балл F1 перед применением модели маркера для изображений T2 для всех размеров вокселей из-за меньшего количества ложноположительных обнаруженных сфер, особенно для больших размеров вокселей от 1,0 мм до 1,6 мм. Поскольку этот метод явно чувствителен к круглым формам в 2D-срезах объема, четко очерченный и четкий контур сфер имеет особое значение и больше присутствует на T2-изображениях. Для метода blob изображения T2, по-видимому, дают гораздо большее количество ложноположительных сфер-кандидатов для некоторых размеров вокселей, что отражается в относительно низком балле F1.Соответственно, самая низкая оценка для всех методов с F1bm = 0,19 достигается методом blob для изображения T2 с размером вокселя 0,6 мм. Большое количество ложных срабатываний может быть вызвано двумерным способом обработки изображения в случае blob-метода. При разрезании объемного изображения в определенном направлении структуры в головном мозге или костной ткани могут выглядеть круглыми в определенной плоскости из-за их относительной ориентации, даже если трехмерная геометрия рассматриваемой структуры не сферическая, а, например, цилиндрическая или трубчатая. .Это также верно для метода Хафа, который также работает с данными 2D-изображений. Однако этот метод дает меньше ложноположительных сферических кандидатов, поскольку предварительный результат из первого направления среза усиливается или ослабляется остальными направлениями среза, что отбрасывает большее количество ложноположительных сфер-кандидатов.

4.2. Влияние размера вокселя

Размер вокселя имеет большое влияние на пространственную ошибку обнаруженных маркеров. Это влияние в основном обусловлено соотношением между размером воксела и физическим размером сфер.Чем выше размер вокселя, тем меньше вокселей вносят в сферу маркера. Поскольку алгоритмы вычисляют центроид сфер на дискретной сетке, разрешение которой определяется размером вокселя, это может привести к большей пространственной ошибке, если реальное положение центроида сфер не совпадает с центром вокселя. Таким образом, предел разрешения может быть приблизительно равен половине вокселя в каждой поступательной степени свободы, что приводит к приблизительному ограничению d = 0,86 · с, где s — размер вокселя.Для размеров вокселей s≤1,0 мм все методы, кроме метода ядра, способны определять положение маркеров в пределах средней ошибки позиционирования, которая меньше предлагаемого теоретического предела. Для размеров вокселей s> 1,0 мм ошибка позиционирования увеличивается, что особенно характерно для метода blob и ядра, с максимальной средней ошибкой Ep = 2,21 мм и Ep = 2,37 мм соответственно. Ошибка разнесения остается относительно постоянной во всем диапазоне выбранных размеров вокселей и никогда не превышает максимального медианного значения Es = 1.48 мм в случае блоб-метода. Поскольку ошибка интервала была рассчитана только для полных маркеров, то есть двух сфер, которые удовлетворяют критерию максимального интервала, указанному в модели маркера, ошибка интервала соответственно ниже, чем ошибка позиционирования. Помимо точности методов, размер вокселя также влияет на объем вычислений. Меньшие размеры вокселей приводят к большему объему изображений и, следовательно, большему объему данных, которые необходимо обработать. Однако метод обнаружения blob на два порядка медленнее по сравнению с другими методами во всем диапазоне выбранных размеров вокселей.Это может быть вызвано большим количеством возможных сфер-кандидатов, созданных DoH, и результирующими вычислительными усилиями на последующих этапах фильтрации.

4.3. Влияние модели маркера

Модель маркера в основном выполняет функцию отбрасывания ложноположительных сфер, обнаруженных алгоритмами, путем классификации их как маркерных сфер. С одной стороны, маркер должен состоять из двух сфер, т.е. каждой обнаруженной сфере должна быть одна вторая совпадающая сфера в локальной окрестности.С другой стороны, расстояние между этими сферами должно удовлетворять четко определенному пороговому коридору. Соответственно, оценка F1 была рассчитана до и после применения модели маркера, чтобы подчеркнуть влияние этого этапа классификации. Таким образом, применение модели маркера увеличивает оценку F1 в тех случаях, когда метод обнаруживает большое количество ложноположительных сфер. Поскольку Hough- и blob-метод имеют тенденцию обнаруживать больше ложноположительных сфер, чем другие методы, оба результата выигрывают от применения модели маркера с максимальным коэффициентом увеличения F1amF1bm = 2 балла.1.

Однако этап классификации может также привести к снижению оценки F1 за счет отбрасывания действительно истинных положительных сфер, которые не удовлетворяют ограничению модели маркера в данном пороговом коридоре. Пространственный порог в модели маркера не зависит от размера вокселя. В отличие от этого положение центра тяжести обнаруженных сфер определяется алгоритмами относительно центра воксела. Из-за этого различия между двумя соседними вокселями могут привести к большим пространственным ошибкам с точки зрения физических координат, особенно для больших размеров вокселей.

4.4. Ошибка оценки ориентации

Ориентация главной оси маркера определяется центроидами двух соответствующих сфер маркера и, таким образом, страдает от ошибок позиционирования, возникающих в любом пространственном направлении. Чтобы оценить ошибку ориентации, мы предположили, что ошибка позиционирования ортогональна фактической главной оси маркера. Это предположение приводит к наихудшему влиянию на предполагаемые ориентации. Различая наборы данных, полученные при размерах вокселей меньше или равных 1 мм, и указанные выше размеры вокселей, мы оценили эффект увеличения ошибки позиционирования, связанной с увеличением размера вокселя.Это предположение приводит к средним угловым ошибкам для размеров вокселей ≤1 мм (> 1 мм) 1,5 (3,2) для CCA, 5,5 (15,7) для blob, 4,7 (7,8) для Hough и 8,9 (13,4) для метода ядра, каждая из которых задана. в градусах.

5. Выводы

Разрабатывая и сравнивая четыре различных метода обнаружения сферических реперных точек на T1- и T2-взвешенных изображениях, полученных с разными размерами вокселей, мы обнаружили, что анализ связанных компонентов дает наиболее надежные и точные результаты. Метод способен надежно обнаруживать сферы со средним значением F1 = f1 = 0.97, усредненное по всем измерениям. Локализация центроидов сфер была выполнена с высокой точностью со средней ошибкой 0,22 мм, что лучше, чем ошибки локализации в литературе, равные 0,40 мм [7] по клиническим данным и 0,31 мм [34] по доклиническим данным. Что касается наименьшего выбранного размера вокселя, равного 0,6 мм, мы смогли обнаружить центроиды сфер в клинических данных с субвоксельной точностью. В отличие от ранее предложенных конструкций маркеров, мы выбрали сферическую форму реперных точек вместо цилиндрической [7 ] или тороидальный [35], что позволяет надежно обнаруживать маркеры в произвольной ориентации.Эксперименты показали, что вид изображения не оказывает большого влияния на результат обнаружения. Это обстоятельство позволяет многообещающе использовать методы сферического определения реперных точек в других методах визуализации, таких как микроскопия или компьютерная томография. Даже несмотря на то, что предлагаемые нами подходы, среди ранее предложенных методов [1,7], должны считаться основанными на знаниях. Единственными параметрами, задаваемыми пользователем, являются диаметр сфер для обнаружения одной сферы и расстояние в случае применения модели маркера.Таким образом, методы и дизайн маркеров легко адаптировать и применять в других сценариях использования.

Следовательно, в будущей работе следует принимать во внимание специфические характеристики варианта использования, например, как возможное изменение отношения сигнал / шум может повлиять на возможности предлагаемых методов. В совокупности управляющих параметров получения изображения мы определили размер базового вокселя как наиболее результат, влияющий на параметр изображения, и обсудили его влияние на точность и точность положения и классификации.Соответственно, мы обнаружили, что размер вокселя является самым большим ограничивающим фактором с точки зрения пространственной точности обнаружения. Поскольку обнаружение центра сферы работает на основе вокселей, размеры вокселей выше 1,0 мм приводят к увеличению ошибки позиционирования.

Наш метод, наряду с предложенной моделью маркера, позволяет точечную регистрацию T1- и T2-взвешенных изображений, а также обнаружение якорей черепных костей без какой-либо дополнительной компьютерной томографии и, таким образом, является многообещающим методом для e.г., стереотаксическая хирургическая навигация.

Вклад авторов

Концептуализация, C.F. и П.-П.Дж .; методология, C.F., P.-P.J. и M.M .; программное обеспечение, C.F. и П.-П.Дж .; проверка, C.F. и П.-П.Дж .; формальный анализ, C.F., P.-P.J. и С.К .; расследование, C.F. и П.-П.Дж .; ресурсы, C.F., P.-P.J. и D.W .; курирование данных, C.F. и П.-П.Дж .; письмо — подготовка оригинального черновика, C.F. и П.-П.Дж .; написание — просмотр и редактирование, C.F. и П.-П.Дж .; визуализация, К.Ф. и П.-П.Дж .; наблюдение, С.K., J.M. and D.W .; администрация проекта, C.F., R.G., S.K., P.-P.J. и D.W .; привлечение финансирования, R.G., S.K. и Д. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Это исследование финансировалось Европейским фондом регионального развития (EFRE) и грантом штата Саксония № 100295891.

Заявление институционального наблюдательного совета

Было получено институциональное одобрение. При жизни все доноры тела дали свое информированное и письменное согласие на передачу своих тел для обучения и исследовательских целей.Являясь частью программы донорства тела, регулируемой Законом Саксонии о смерти и похоронах 1994 года (третий раздел, параграф 18, пункт 8), институциональное разрешение на использование посмертных тканей доноров человеческого тела было получено от Института анатомии, Лейпцигский университет. Авторы заявляют, что все эксперименты проводились в соответствии с принципами Хельсинкской декларации.

Заявление об информированном согласии

Информированное согласие было получено от всех субъектов, участвовавших в исследовании.

Заявление о доступности данных

Данные, представленные в этом исследовании, доступны по запросу у соответствующего автора. Данные не являются общедоступными из-за ограничений конфиденциальности.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Р. Мёбиуса за вклад в разработку и производство маркера и А. Фурманна за реализацию установки последовательности МРТ.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

  1. Kremser, C.; Plangger, C .; Bösecke, R .; Pallua, A .; Aichner, F .; Фельбер, С. Регистрация изображений МРТ и КТ с использованием безрамной системы координатных маркеров. Magn. Резон. Imaging 1997 , 15, 579–585. [Google Scholar] [CrossRef]
  2. Mohammadian, S .; Fokkema, J .; Агронская, А.В .; Liv, N .; de Heus, C .; van Donselaar, E .; Blab, G.A .; Klumperman, J .; Герритсен, Х. Высокоточная регистрация изображений корреляционной микроскопии на основе реперных маркеров. Sci. Отчетность 2019 , 9, 3211.[Google Scholar] [CrossRef]
  3. Lestriandoko, N.H .; Садикин, Р. Обнаружение кругов на основе преобразования Хафа и фильтра Мексиканской шляпы. В материалах Международной конференции по компьютерам, управлению, информатике и ее приложениям (IC3INA) 2016 г., Джакарта, Индонезия, 3–5 октября 2016 г .; С. 153–157. [Google Scholar]
  4. Fitzpatrick, J.M. Роль регистрации в точном хирургическом руководстве. Proc. Inst. Мех. Англ. Часть H J. Eng. Med. 2010 , 224, 607–622. [Google Scholar] [CrossRef]
  5. Alam, F.; Rahman, S.U .; Уллах, С .; Гулати, К. Медицинская регистрация изображений в хирургии под визуальным контролем: проблемы, проблемы и возможности исследования. Биокиберн. Биомед. Англ. 2018 , 38, 71–89. [Google Scholar] [CrossRef]
  6. Zitova, B .; Флюссер, Дж. Методы регистрации изображений: обзор. Изображение Vis. Comput. 2003 , 21, 977–1000. [Google Scholar] [CrossRef]
  7. Wang, M.Y .; Maurer, C.R .; Фитцпатрик, J.M .; Maciunas, R.J. Автоматический метод поиска и локализации прикрепленных извне маркеров на объемных КТ- и МР-изображениях головы.IEEE Trans. Биомед. Англ. 1996 , 43, 627–637. [Google Scholar] [CrossRef]
  8. Tan, J .; Chen, D .; Chaudhary, V .; Сетхи, И. Методика на основе шаблонов для автоматического обнаружения реперных маркеров в трехмерных изображениях мозга. Int. J. Comput. Ассистент. Радиол. Surg. 2006 , 1, 47. [Google Scholar]
  9. Chen, D .; Tan, J .; Chaudhary, V .; Сетхи, И. Автоматическая реперная локализация в изображениях мозга. Int. J. Comput. Ассистент. Радиол. Surg. 2006 , 1, 45. [Google Scholar]
  10. Lewis, J.Т .; Galloway, R .; Шрейнер, С. Ультразвуковой подход к локализации реперных маркеров для интерактивной нейрохирургии под визуальным контролем. I. Принципы. IEEE Trans. Биомед. Англ. 1998 , 45, 620–630. [Google Scholar] [CrossRef]
  11. Adams, L .; Krybus, W .; Meyer-Ebrecht, D .; Rueger, R .; Gilsbach, J.M .; Moesges, R .; Schloendorff, G. Компьютерная хирургия. IEEE Comput. График. Прил. 1990 , 10, 43–51. [Google Scholar] [CrossRef]
  12. Galloway, R.L .; Мачюнас, Р.J .; Bass, W.A .; Крауч, Д. Оптическое устройство для интерактивной нейрохирургии под визуальным контролем. В материалах 15-й ежегодной международной конференции Общества инженеров IEEE в медицине и биологии, Сан-Диего, Калифорния, США, 28–31 октября 1993 г ​​.; С. 954–955. [Google Scholar]
  13. Kato, A .; Yoshimine, T .; Hayakawa, T .; Tomita, Y .; Икеда, Т .; Mitomo, M .; Harada, K .; Могами, Х. Безрамочная навигационная система без рук для компьютерной нейрохирургии. J. Neurosurg. 1991 , 74, 845–849.[Google Scholar] [CrossRef]
  14. Duda, R.O .; Харт, П. Использование преобразования Хафа для обнаружения линий и кривых на изображениях. Commun. ACM 1972 , 15, 11–15. [Google Scholar] [CrossRef]
  15. Vosselman, G .; Gorte, B.G .; Sithole, G .; Раббани Т. Распознавание структуры в облаках точек лазерного сканера. Int. Arch. Фотография. Remote Sens. Spat. Инф. Sci. 2004 , 46, 33–38. [Google Scholar]
  16. Tombari, F .; Ди Стефано, Л. Распознавание объектов в трехмерных сценах с заглушками и беспорядком путем тщательного голосования.В материалах Четвертого симпозиума Азиатско-Тихоокеанского региона 2010 г. по технологиям изображения и видео, Сингапур, 14–17 ноября 2010 г .; С. 349–355. [Google Scholar]
  17. Kimme, C .; Ballard, D .; Склански, Дж. Нахождение кругов массивом аккумуляторов. Commun. ACM 1975 , 18, 120–122. [Google Scholar] [CrossRef]
  18. Pedersen, S.J.K. Круговое преобразование Хафа. В энциклопедии биометрии; Li, S.Z., Jain, A., Eds .; Спрингер: Бостон, Массачусетс, США, 2009 г .; п. 181. [Google Scholar] [CrossRef]
  19. Розенфельд, А.; Пфальц, Дж. Л. Последовательные операции в цифровой обработке изображений. J. ACM 1966 , 13, 471–494. [Google Scholar] [CrossRef]
  20. Shapiro, L.G. Маркировка связанных компонентов и построение графа смежности. Мах. Intell. Распознавание образов. 1996 , 19, 1–30. [Google Scholar]
  21. Dillencourt, M.B .; Samet, H .; Тамминен, М. Общий подход к разметке компонент связности для произвольных представлений изображений. J. ACM 1992 , 39, 253–280. [Google Scholar] [CrossRef]
  22. Otsu, N.Метод выбора порога по гистограммам серого. IEEE Trans. Syst. Человек Киберн. 1979 , 9, 62–66. [Google Scholar] [CrossRef]
  23. Liu, D .; Ю., Дж. Метод Оцу и K-средства. В материалах Девятой Международной конференции по гибридным интеллектуальным системам 2009 г., Шэньян, Китай, 12–14 августа 2009 г .; Том 1. С. 344–349. [Google Scholar]
  24. Леманн, Г. Представление объектов меток и манипуляции с ними с помощью ITK. Insight J 2007 , 8, 1–31. [Google Scholar]
  25. Данкер, А.J .; Розенфельд, А. Обнаружение капель с помощью релаксации. IEEE Trans. Pattern Anal. Мах. Intell. 1981 , ПАМИ-3, 79–92. [Google Scholar] [CrossRef]
  26. Xiong, X .; Чой, Б.Дж.Сравнительный анализ алгоритмов обнаружения угловых и пятнистых особенностей при обработке изображений. Int. J. Нечеткий журнал. Intell. Syst. 2013 , 13, 284–290. [Google Scholar] [CrossRef]
  27. Lindeberg, T. Сопоставление изображений с использованием обобщенных точек интереса в масштабном пространстве. В материалах Международной конференции по масштабному пространству и вариационным методам компьютерного зрения, Лейбниц, Австрия, 2–6 июня 2013 г .; Springer: Берлин / Гейдельберг, Германия, 2013 г .; стр.355–367. [Google Scholar]
  28. Lindeberg, T. Сопоставление изображений с использованием обобщенных точек интереса в масштабном пространстве. J. Math. Imaging Vis. 2015 , 52, 3–36. [Google Scholar] [CrossRef]
  29. Marsh, B.P .; Chada, N .; Gari, R.R.S .; Sigdel, K.P .; Кинг, Г. Алгоритм Hessian blob: точное обнаружение частиц в изображениях с помощью атомно-силовой микроскопии. Sci. Rep. 2018 , 8, 978. [Google Scholar] [CrossRef]
  30. Lindeberg, T. Теория масштабного пространства в компьютерном зрении; Springer Science & Business Media: Берлин / Гейдельберг, Германия, 2013 г.[Google Scholar]
  31. Ху, М.К. Распознавание визуальных образов по моментным инвариантам. IRE Trans. Инф. Теория 1962 , 8, 179–187. [Google Scholar]
  32. Salvador, S .; Чан, П. Определение количества кластеров / сегментов в алгоритмах иерархической кластеризации / сегментации. В материалах 16-й Международной конференции IEEE по инструментам с искусственным интеллектом, Бока-Ратон, Флорида, США, 5–17 ноября 2004 г .; С. 576–584. [Google Scholar]
  33. Dice, L.R. Меры степени экологической связи между видами.Экология 1945 , 26, 297–302. [Google Scholar] [CrossRef]
  34. Gu, L .; Peters, T. Подход к трехмерной автоматической локализации реперных маркеров для безрамной стереотаксической нейрохирургической навигации. В материалах международного семинара по медицинской визуализации и дополненной реальности, Пекин, Китай, 19–20 августа 2004 г .; Springer: Берлин / Гейдельберг, Германия, 2004 г .; С. 329–336. [Google Scholar]
  35. Wang, M .; Сонг, З. Автоматическая локализация центра реперных маркеров на изображениях 3D КТ / МРТ для нейрохирургии под визуальным контролем.Распознавание образов. Lett. 2009 , 30, 414–420. [Google Scholar] [CrossRef]

Рисунок 1. Маркер изображен на ( a ) T1-взвешенной и ( b ) T2-взвешенной МРТ и ( c ) в виде схематического рисунка.

Рисунок 1. Маркер изображен на ( a ) T1-взвешенной и ( b ) T2-взвешенной МРТ и ( c ) в виде схематического рисунка.

Рисунок 2. Общий конвейер обработки изображений.

Рисунок 2. Общий конвейер обработки изображений.

Рисунок 3. Конвейер для обнаружения сфер на основе кругового преобразования Хафа (CHT).

Рисунок 3. Конвейер для обнаружения сфер на основе кругового преобразования Хафа (CHT).

Рисунок 4. Конвейер для обнаружения сфер на основе свертки.

Рисунок 4. Конвейер для обнаружения сфер на основе свертки.

Рисунок 5. Конвейер для обнаружения сфер на основе маркировки и анализа связанных компонентов.

Рисунок 5. Конвейер для обнаружения сфер на основе маркировки и анализа связанных компонентов.

Рисунок 6. Нормализованные моменты центрального изображения второго порядка, рассчитанные для локальной области размером с маркер вокруг кандидатов в маркеры в исходной МРТ. Моменты рассчитываются в трех измерениях, но наносятся на график в двух измерениях для целей визуализации. Кластеризация K-средних была применена, чтобы отличить ложноположительные кластеры от истинных маркеров.Кластер кандидатов в маркеры выделен кружком вокруг центра тяжести кластера.

Рисунок 6. Нормализованные моменты центрального изображения второго порядка, рассчитанные для локальной области размером с маркер вокруг кандидатов в маркеры в исходной МРТ. Моменты рассчитываются в трех измерениях, но наносятся на график в двух измерениях для целей визуализации. Кластеризация K-средних была применена, чтобы отличить ложноположительные кластеры от истинных маркеров. Кластер кандидатов в маркеры выделен кружком вокруг центра тяжести кластера.

Рисунок 7. Конвейер для подхода, связанного с обнаружением больших двоичных объектов.

Рисунок 7. Конвейер для подхода, связанного с обнаружением больших двоичных объектов.

Рисунок 8. Ошибка позиционирования Ep по набору данных и методу. Ep была оценена с использованием евклидова расстояния между положениями обнаруженных маркеров и точным измерением. Каждый набор данных был получен с различным размером вокселя в диапазоне s = [0,6,…, 1,6] мм с шагом Δs = 2 мм.Наборы данных упорядочиваются путем увеличения размера вокселя слева направо, где имя набора данных аннотирует размер вокселя следующим образом: Dx.x, где x.x обозначает размер вокселя в мм.

Рисунок 8. Ошибка позиционирования Ep по набору данных и методу. Ep была оценена с использованием евклидова расстояния между положениями обнаруженных маркеров и точным измерением. Каждый набор данных был получен с различным размером вокселя в диапазоне s = [0,6,…, 1,6] мм с шагом Δs = 2 мм.Наборы данных упорядочиваются путем увеличения размера вокселя слева направо, где имя набора данных аннотирует размер вокселя следующим образом: Dx.x, где x.x обозначает размер вокселя в мм.

Рисунок 9. Ошибка интервала Es в зависимости от набора данных и метода. Es отражает отклонение относительного расстояния между двумя сферами маркера одного и того же маркера от конструктивного фиксированного значения расстояния 11 мм. Поскольку эта ошибка оценивается на основе допущений модели маркера, она служит независимой мерой для измерения пространственной ошибки смещения смещения.Средняя ошибка интервала ручных наземных измерений для всех наборов данных составила 0,22 мм со стандартным отклонением 0,17 мм. Каждый набор данных был получен с различным размером вокселя в диапазоне s = [0,6,…, 1,6] мм с шагом Δs = 2 мм. Наборы данных упорядочиваются путем увеличения размера вокселя слева направо, где имя набора данных аннотирует размер вокселя следующим образом: Dx.x, где x.x обозначает размер вокселя в мм.

Рисунок 9. Ошибка интервала Es в зависимости от набора данных и метода.Es отражает отклонение относительного расстояния между двумя сферами маркера одного и того же маркера от конструктивного фиксированного значения расстояния 11 мм. Поскольку эта ошибка оценивается на основе допущений модели маркера, она служит независимой мерой для измерения пространственной ошибки смещения смещения. Средняя ошибка интервала ручных наземных измерений для всех наборов данных составила 0,22 мм со стандартным отклонением 0,17 мм. Каждый набор данных был получен при разном размере вокселя в диапазоне s = [0,6,…, 1.6] мм с шагом Δs = 2 мм. Наборы данных упорядочиваются путем увеличения размера вокселя слева направо, где имя набора данных аннотирует размер вокселя следующим образом: Dx.x, где x.x обозначает размер вокселя в мм.

Таблица 1. Результаты классификации, отсортированные по модальности изображения (мода), размеру (размерам) вокселей и методу (анализ подключенных компонентов (CCA), на основе ядра (ядро), круговое преобразование Хафа (Hough), обнаружение blob-объектов (blob)). Обнаруженные сферы классифицируются как истинно положительные (tp), если евклидово расстояние между обнаруженным центроидом и наземным измерением соответствует пороговому значению 14 мм, в противном случае они были классифицированы как ложноположительные (fp).Сферы, присутствующие в наземном измерении, но не обнаруженные алгоритмами, были классифицированы как ложноотрицательные (fn). Эта задача классификации была проведена до применения модели маркера. Соответствующая оценка F1 была рассчитана до (F1bm) и после (F1am) применения модели маркера (маркер должен содержать две сферы на определенном расстоянии). Баллы F1, близкие к 1, лучше, см. Уравнение (5). Таблица 1. Результаты классификации, отсортированные по модальности изображения (мода), размеру (размерам) вокселей и методу (анализ подключенных компонентов (CCA), на основе ядра (ядро), круговое преобразование Хафа (Hough), обнаружение blob-объектов (blob)).Обнаруженные сферы классифицируются как истинно положительные (tp), если евклидово расстояние между обнаруженным центроидом и наземным измерением соответствует пороговому значению 14 мм, в противном случае они были классифицированы как ложноположительные (fp). Сферы, присутствующие в наземном измерении, но не обнаруженные алгоритмами, были классифицированы как ложноотрицательные (fn). Эта задача классификации была проведена до применения модели маркера. Соответствующая оценка F1 была рассчитана до (F1bm) и после (F1am) применения модели маркера (маркер должен содержать две сферы на определенном расстоянии).Баллы F1, близкие к 1, лучше, см. Уравнение (5). b7 0 9 00 09 9 09 О00 0 8 09 0,33 8 9085 50 8 8 8 00 9 0 1 0 9 00 8 8 8
Mod s [мм] CCA Ядро Hough Blob
tp fp7 fpn 907 907 907 fpn 907 907 907 fpn 907 fn F1bm F1am tp fp fn F1bm F1am tp fp fn 9085 9086 10 0 0 1,00 1,00 10 1 0 0,95 1,00 10 9
0 6 0 0,77 1,00
T1 0,8 10 0 0 1,00 1,00 9085 0 1,00 10 3 0 0,87 1,00 10 38 0 0,34 0,53
1,00
T1 1,2 9 0 1 0,95 0,89 10 0 0 0 0,50 0,80 10 1 0 0,95 1,00
T1 1,4 9 0 1 195 0,89 3 1 7 0,43 0,00 10 16 0 0,56 0,89 10 1
T1 1,6 9 3 1 0,82 0,89 5 0 5 0,685 9085 0,89 10 0 0 1,00 1,00
T2 0,6 10 1 0 0 0 0,9 0 1,00 1,00 10 2 0 0,91 0,91 10 87 0 0,19 0,40
10 0 0 1,00 1,00 10 1 0 0,95 1,00 10 3 0,9 0 60 0 0,25 0,53
T2 1,0 10 0 0 1,00 1,00 9085 0 1,00 10 1 0 0,95 1,00 10 0 0 1,00 1,0085
1,0085
0,95 1,00 7 0 3 0,82 0,75 10 1 0 0,985 0,57 0,985 0,57 0,89
T2 1,4 10 1 0 0,95 1,00 7 0 3 0,8 0 0,91 0,89 10 76 0 0,21 0,43
T2 1,6 10 3 0 087 0,91 5 0 5 0,67 0,33 10 6 0 0,77 1,00 859 10

Примечание издателя: MDPI остается нейтральным в отношении юрисдикционных претензий на опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.


© 2021 Авторы.Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Навигация в хирургии

Langenbecks Arch Surg. 2013; 398 (4): 501–514.

, , и

Ули Мезгер

Brainlab AG, Kapellenstraße 12, 85622 Feldkirchen, Германия

Claudia Jendrewski

Bartellabs AG, Германия

Brainlabs AG, Kapellenstraße 12, 85622 Feldkirchen, Германия

Brainlab AG, Kapellenstraße 12, 85622 Feldkirchen, Germany

Автор, отвечающий за переписку.

Поступило 21 января 2013 г .; Принята 31 января 2013 г.

Открытый доступ Эта статья распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает любое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора (авторов) и источника.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Реферат

Введение

«Навигация в хирургии» охватывает широкую область, которая, в зависимости от клинической проблемы, может иметь разное значение.За последнее десятилетие навигация в хирургии вышла за рамки методов визуализации и громоздких систем и превратилась в обширную облачную сеть или устройства карманного размера.

Обсуждение

В этой статье будут рассмотрены различные аспекты навигации в операционной и за ее пределами. Это включает в себя краткую историю навигации, эволюцию хирургической навигации, а также технические аспекты и клинические преимущества с примерами из нейрохирургии, хирургии позвоночника и ортопедии.

Заключение

С улучшенными компьютерными технологиями и тенденцией к расширенной обработке информации в больницах, навигация быстро становится неотъемлемой частью хирургической практики клиницистов.

Ключевые слова: Нейронавигация, Ортопедическая хирургия, Операция под визуальным контролем, Цифровая операционная, CAS

Введение

За последние три десятилетия технический прогресс значительно изменил наш образ жизни. От компьютеров до смартфонов, от одноцелевых до многоцелевых устройств — технологии стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Навигация в хирургии — важный пример применения современных технологических возможностей в медицине. Он стал одним из самых надежных представителей технологий, поскольку он продолжает преобразовывать хирургические вмешательства в более безопасные и менее инвазивные процедуры.В хирургии навигация стимулировала технический прогресс, сделала возможным более смелые процедуры и открыла новые возможности для взаимодействия. То, что когда-то было простым инструментом локализации, превратилось в центр технологий в хирургическом театре.

«Навигация в хирургии» охватывает обширную область, которая, в зависимости от клинической проблемы, может интерпретироваться по-разному. Значение навигации в хирургии наиболее точно определяется вопросами: «Где моя (анатомическая) цель?», «Как мне безопасно достичь своей цели?», «Где я (анатомически)?» Или «Где я? и как мне установить имплант? ».Помимо этих важных вопросов анатомической ориентации, хирургическая навигация также используется в качестве инструмента измерения и информационного центра для предоставления хирургам нужной информации в нужное время.

Существуют примеры технологических достижений в области медицины, польза которых для пациента стала очевидной, которые были быстро приняты и интегрированы в клиническую практику — без необходимости проведения надлежащих рандомизированных клинических испытаний. Примеры варьируются от введения анестезии для обеспечения более безопасной хирургической операции до внедрения микроскопии, обеспечивающей возможность проведения микрохирургии.Следующим может быть хирургическая навигация и ее широкий спектр преимуществ.

Навигация — относительно недавнее дополнение (за последние 20 лет) к инструментарию хирурга. Навигация в хирургии родилась из желания выполнять более безопасные и менее инвазивные процедуры. Этот прогресс позволил использовать новые и более сложные хирургические подходы, что, в свою очередь, привело к необходимости в более совершенных и эффективных технических инструментах. Навигация в хирургии — важный инструмент принятия хирургических решений, который эволюционировал рука об руку с новыми подходами, которые он позволяет применять хирургам.

Начало навигации в хирургии

Первые серьезные эксперименты по точной локализации определенных анатомических структур внутри человеческого тела можно проследить еще в конце девятнадцатого века [1]. С тех пор многое изменилось, но основная задача — целенаправленно воздействовать на анатомическую структуру более безопасными и менее инвазивными способами — осталась прежней. Только с появлением медицинской визуализации в связи с экспоненциальным ростом возможностей компьютерной обработки данных стало возможным точное и безопасное нацеливание на анатомию.Медицинская визуализация была важной предпосылкой для навигации. Однако хирурги-новаторы остаются движущей силой развития хирургической навигации. Эти врачи настаивали на разработке новых технологий для решения своих хирургических проблем. По сути, три ключевых фактора подтолкнули развитие навигации в хирургии в том виде, в каком мы ее знаем сегодня: нейрохирургия, стереотаксия и медицинская визуализация.

Нейрохирургия

Симбиоз технологии и хирургии кажется сильнейшим, когда перед лицом трудностей приходится оперировать самый деликатный орган человеческого тела — мозг.Вся история нейрохирургии отражает эпическое стремление к минимально инвазивной хирургии головного мозга. Причина в том, что нейрохирургия — это искусство хирургического вмешательства на органе, изобилующем чувствительными или красноречивыми областями, которые напрямую влияют на психическое и физическое состояние пациента. Мозг находится в ограниченном пространстве, упакован вместе с другими жизненно важными структурами, такими как сосуды и черепные нервы, которые сами по себе могут вызвать серьезные функциональные нарушения в случае повреждения. Из-за обилия структур риска, красноречивых корковых и подкорковых областей хирургический доступ может быть ограничен.Интраоперационный вид целевой области часто ограничен и не имеет анатомических ориентиров для ориентации. Поэтому нейрохирурги часто первыми внедряют новую технологию, которая обещает снизить хирургические риски и улучшить результаты лечения пациентов.

Стереотаксия

Стереотаксия — это нейрохирургическая процедура, которая требует точной локализации и нацеливания на внутричерепные структуры для размещения электродов, игл или катетеров. Первоначально эта проблема решалась с использованием анатомических рисунков в качестве атласа для внутричерепного целевого планирования и с помощью механических головных рам, прикрепленных к черепу пациента.Затем запланированная цель может быть перенесена на фактическую интраоперационную настройку пациента. Это было наиболее выгодно, так как после определения хирургической траектории требовалось только отверстие для фрезы, а электрод или игла могли быть продвинуты с минимальной травмой мозга. Этот тип малоинвазивной процедуры получил название стереотаксии. Название происходит от греческого слова «стерео» (твердое тело) и «такси» (расположение, порядок). Другие хирургические вмешательства, в которых используется концепция стереотаксии, — это абляция, биопсия, инъекции, стимуляция, имплантация и радиохирургия.В 1950-х годах Э.А. Шпигель и Х. Wycis изобрел первые стереотаксические инструменты для клинического использования на людях и положил начало современной эре стереотаксической нейрохирургии. Однако использование анатомических атласов для планирования операций порождает множество неточностей, поскольку невозможно учесть индивидуальную анатомию пациента. Такие проблемы еще больше обострились, когда анатомия была изменена из-за патологии, такой как рост или инфильтрация опухоли. Именно здесь медицинская визуализация смогла преодолеть разрыв и позволяет использовать анатомические особенности пациента для стереотаксического планирования.

Медицинская визуализация

Открытие рентгеновского излучения Вильгельмом Рентгеном в 1895 году открыло путь в совершенно новую эру медицинской диагностики и лечения. Впервые хирурги смогли заглянуть внутрь тела пациента, не открывая его. Это произвело революцию в медицинской технологии, начавшейся в военной части с целью обнаружения пуль в конечностях с последующей рентгенографией желудка. Вскоре после этого были сделаны первые рентгенограммы черепа для подтверждения стереотаксического наведения.Однако рентгенограммы, которые представляют собой простые рентгеновские изображения, не могут отображать какие-либо внутричерепные мягкие ткани; поэтому клиницисты экспериментировали с другими методами, чтобы решить эту проблему. Уолтер Денди, например, случайно открыл вентрикулографию в 1918 году, когда он делал рентгенограмму пациенту с открытой проникающей травмой головы и желудочками, наполненными воздухом. На основе идеи вентрикулографии была разработана пневмоэнцефалография, при которой большая часть спинномозговой жидкости (ЦСЖ) отводилась вокруг головного мозга и заменялась воздухом или другими газами.Это позволило получить лучшее изображение структур головного мозга на рентгеновском изображении и позволило рассчитать стереотаксические координаты для целей в базальных ганглиях и таламусе из-за их определенного и стабильного отношения к третьему желудочку.

С появлением компьютеров стало возможным вычислять трехмерное изображение из набора двумерных рентгеновских изображений. В 1970-х годах сэр Хаунсфилд представил самое первое устройство для компьютерной томографии (КТ), которое он назвал «компьютеризированной аксиальной томографией».«Поскольку изображения компьютерной томографии позволили осуществлять 3D-наведение, это вызвало скачок в развитии стереотаксической конструкции каркаса головы. Стереотаксические процедуры с использованием жестких рамок для головы, прикрепленных к черепу, оказались чрезвычайно точными и до сих пор используются в клинической практике.

КТ остается важной рабочей лошадкой для нейрохирурга и первичной оценки пациента, но именно в 1980-х годах была введена магнитно-резонансная томография (МРТ), которая не только позволила более детально визуализировать мягкие ткани, но и позволила визуализация функциональных областей мозга, таких как двигательные или речевые области.

Введение МРТ ознаменовало еще одну важную веху на пути к навигации в хирургии. МРТ-изображения не только показывают больше деталей мягких тканей, но также позволяют визуализировать поражение по отношению к другим структурам риска, что позволяет предоперационно спланировать оптимальный хирургический маршрут или план радиохирургии.

От стереотаксии на основе кадров к безрамочной навигации

Стереотаксические процедуры на основе кадров в нейрохирургии имели ограниченное применение. Были возможны только процедуры с заусенцами, такие как биопсия, установка электродов или резекция небольших внутричерепных опухолей.К другим недостаткам процедур, основанных на кадрах, относятся значительный дискомфорт пациента от сканирования до операции, невозможность визуализировать прохождение биопсийной иглы, очень ограниченный обзор операционного поля через отверстие для фрезы и отсутствие интраоперационного контроля стереотаксического пути или осведомленности об осложнениях. , как разрыв сосуда.

Это было в 1990-х, когда Дэвид Робертс впервые разработал концепцию безрамочной стереотаксии для нейрохирургии, чтобы преодолеть ограничения стереотаксии на основе кадров [1].Самым большим преимуществом безрамной стереотаксии является возможность отслеживать хирургический инструмент в «реальном времени» и постоянно визуализировать его положение на предоперационной КТ или МРТ. Это ознаменовало начало навигации в хирургии, какой мы ее знаем сегодня. Навигация — это последователь или естественная эволюция стереотаксии на основе кадров. Он не только используется, чтобы помочь хирургу найти конкретную анатомическую цель, избежать зон риска и предложить интраоперационную ориентацию при отсутствии анатомических ориентиров, но также может поддерживать оптимальное выравнивание имплантатов и действовать как система трехмерных измерений.

Подводя итог, можно сказать, что внедрение и интеграция таких технологий, как медицинская визуализация и стереотаксия, способствовали развитию хирургической навигации, позволяющей хирургам проводить действительно эффективные и минимально инвазивные процедуры. В настоящее время навигация в хирургии не является исключительной для нейрохирургии и может быть найдена во многих других хирургических дисциплинах, таких как ЛОР, CMF, травмы и ортопедия, поддерживающие широкий спектр хирургических вмешательств.

Принципы навигации в хирургии

Хирургическая навигационная система в некотором роде аналогична обычно используемой навигационной системе, например, в автомобиле.Оба пытаются локализовать или определить положение в пространстве в контексте его окружения. Однако фактическая технология локализации отличается, поскольку хирургическая навигация не использует триангуляцию, как глобальная система определения местоположения с помощью нескольких геостационарных спутников. Современные хирургические навигационные системы используют стереоскопическую камеру, излучающую инфракрасный свет, который может определять трехмерное положение выдающихся структур, таких как отражающие маркерные сферы. Это позволяет отслеживать маркерные сферы в реальном времени.

Для базовой настройки необходимы стереоскопическая камера, компьютерная платформа с экраном и соответствующее навигационное программное обеспечение. Во время операции маркерные сферы прикрепляются к пациенту и хирургическим инструментам (с использованием эталонных матриц), чтобы обеспечить точную локализацию в пространстве и, следовательно, навигацию в операционной.

С каждым эталонным массивом, состоящим как минимум из трех маркерных сфер, компьютер может вычислить положение и ориентацию каждого инструмента.Правильная локализация и виртуальное отображение инструмента на экране компьютера обеспечивается надежным прикреплением эталонного массива к пациенту, например, в кости или с помощью зажима для головы (см. Рис. Для стандартной установки операционной в хирургии позвоночника). Перемещение камеры во время операции возможно, потому что имеет значение только относительное положение отслеживаемых инструментов относительно отслеживаемого эталона пациента.

Установка операционной для позвоночника: Обычная установка операционной, включающая хирургическую навигацию, состоит из стереотаксической камеры (, верхний правый угол, ) и экрана компьютера (, центр, ) — оба здесь установлены на потолке операционной.Дополнительные маркерные сферы жестко прикреплены к пациенту и хирургическим инструментам через эталонный массив

В области нейрохирургии и хирургии позвоночника навигация обычно «основана на изображениях», что означает, что требуются данные визуализации, например, предоперационные изображения КТ или МРТ. и может использоваться для навигации в операционной (получение изображений). Перед операцией объекты и области интереса могут быть запланированы на изображениях и, следовательно, обогащены наборами данных (планирование). Перед тем, как сделать первый разрез, данные предоперационного изображения должны быть согласованы с текущим положением пациента с помощью процесса регистрации (регистрации).Это процесс установления связи между «реальной» системой координат, определенной эталонным массивом пациента, и «виртуальной» системой координат данных изображения. Регистрация может быть парной по точкам или с использованием процедур сопоставления поверхностей. Затем хирург виртуально видит как текущую ситуацию, так и наборы данных изображений, которые перекрываются, и затем может перемещаться по обоим (навигация). При необходимости хирург может получить дополнительные изображения во время операции, зарегистрировать и включить их в текущую навигацию (получение интраоперационных изображений).На рисунке показан базовый рабочий процесс навигации для нейрохирургии и хирургии позвоночника.

Основные рабочие процессы навигации на основе изображений и моделей. Для навигации на основе изображений требуются предоперационные изображения, которые необходимо зарегистрировать в настройках пациента, обычно используемых при черепно-мозговой хирургии. Навигация на основе моделей не требует данных изображения, а процесс регистрации сопоставляет анатомию пациента с виртуальной моделью, обычно используемой в ортопедической хирургии.

Современные ортопедические навигационные системы основаны на моделях и работают почти исключительно без информации из внешних источников изображений.Пациентам не нужно подвергаться дополнительному облучению, например, через КТ или рентген. Вместо этого навигационное программное обеспечение рассчитывает индивидуальную модель анатомии пациента на основе определенных ориентиров на кости, полученных с помощью навигационного инструмента (регистрация). После необязательного планирования модели (планирование, например, виртуальная ориентация и установка суставного имплантата), следует фактическая процедура, в которой хирург получает поддержку с соответствующей информацией, добавляемой через систему навигации (навигация).На рисунке показан базовый рабочий процесс ортопедической навигации.

Каждая хирургическая дисциплина, каждая больница и хирург имеют разные требования к навигации для своего рабочего процесса, степени гибкости и необходимой функциональности. Доступен широкий спектр навигационных платформ для удовлетворения всех хирургических потребностей: системы могут быть установлены стационарно на потолке операционной, занимать минимальную площадь в операционной или минимизировать путаницу кабелей и быть мобильными платформами для использования в нескольких операционных в разное время или даже переноситься между больницами для максимальной гибкости (см. рис.).

Семейство платформ Brainlab удовлетворяет потребности каждой дисциплины: Curve в двух различных конфигурациях: a для потолочного монтажа и b с двумя дисплеями; c Kick, более портативный и занимающий меньше места; и d Dash, интеллектуальное мобильное решение. Авторские права: Brainlab AG

Навигация для нейрохирургии

Различные приложения навигации в нейрохирургии, или «нейронавигация», широко освещаются и публикуются на протяжении почти двух десятилетий.Нейрохирургия была первой хирургической дисциплиной, которая внедрила навигацию и успешно интегрировала ее в клиническую практику. Нейрохирургические процедуры, поддерживаемые нейронавигацией, варьируются от резекции внутричерепной опухоли до бескаркасной биопсии до установки транспедикулярных винтов и стабилизации позвоночника. Ниже представлен обзор основных преимуществ и проблем нейронавигации в целом.

Минимально инвазивная хирургия

Нейронавигация отображает анатомические структуры вдоль виртуальной оси отслеживаемого инструмента, и в большинстве нейрохирургических вмешательств эта информация используется для оптимизации трепанации черепа, например.г., отверстие черепа. Нейронавигация помогает визуализировать расположение нижележащих границ опухоли по отношению к черепу, что сокращает время хирургической операции и уменьшает трепанацию черепа. Меньшие по размеру и лучше центрированные краниотомии связаны с уменьшением кровопотери, минимальными травмами и ретракцией мозга. Это снижает риск послеоперационного отека и / или гематом, что приводит к более короткой госпитализации пациента и снижению затрат на больницу [2–4]. В хирургии позвоночника нейронавигация позволяет выполнять минимально инвазивные чрескожные процедуры и приводит к меньшему количеству повреждений ножек и значительному снижению лучевой нагрузки для хирурга [5].

Повышенная уверенность

Операции на головном мозге — это очень сложная хирургическая дисциплина, допускающая лишь небольшую вероятность ошибки и требующая максимальной подготовки и концентрации. Перед операцией нейрохирург обычно имеет возможность подготовить оптимальный план лечения для нейронавигации. Современные системы планирования позволяют хирургу очертить опухоль и использовать мультимодальные изображения, такие как КТ для костей и МРТ для мягких тканей (см. Рис.). Планирование может быть основано на исходных срезах 2D-изображения, произвольных реконструкциях томографических изображений, а также на виртуальных 3D-моделях.Целью предоперационного планирования является поиск оптимального хирургического маршрута, и эти компьютерные модели позволяют оценить различные хирургические пути вне операционной без ограничения времени.

Мультимодальное объединение изображений — важный этап предоперационного планирования, позволяющий объединить различную визуализационную информацию для оптимального планирования хирургического маршрута. Авторские права: Brainlab AG

Более молодые и менее опытные нейрохирурги используют предоперационное виртуальное планирование и интраоперационную навигацию как дополнительный инструмент обучения, чтобы лучше понять сложную анатомию мозга [6].Даже опытные нейрохирурги все больше озабочены процедурами, приближающимися к глубоким структурам мозга. Навигация позволяет отображать отслеживаемый инструмент в режиме реального времени на многоплоскостных реконструированных изображениях, чтобы точно соответствовать хирургической перспективе. Это увеличивает анатомическое восприятие и повышает уверенность хирургов и их восприятие безопасности [7, 8].

Улучшение результатов лечения пациентов

Связь нейронавигации с улучшением результатов лечения пациентов является наиболее сильной в хирургии глиомы.Глиомы составляют примерно одну треть всех опухолей головного мозга, и хирургическая цель состоит в безопасном удалении или резекции как можно большей массы опухоли во избежание рецидива. В клинических исследованиях было показано, что нейронавигация улучшает степень резекции, что, в свою очередь, коррелирует с улучшением результатов лечения пациентов [9–12].

Сохранение функции

Несмотря на то, что хирургическая цель — удалить как можно больше опухолевой массы или опухолевых клеток (циторедукция), это может противоречить другой, даже более важной хирургической цели, а именно сохранению неврологической функции.Функциональное сохранение и качество жизни пациентов после удаления опухоли в последнее десятилетие стали первоочередными задачами хирургии. В случае доброкачественных опухолей головного мозга, которые можно вылечить, пациент ожидает, что после операции он останется в таком же или лучшем неврологическом состоянии, чем раньше. При злокачественных опухолях головного мозга пациент также ожидает максимально возможного качества жизни, поскольку их невозможно вылечить, а продолжительность жизни коротка.

Операция по сохранению функции требует точной локализации функциональных или выразительных областей.Функциональная визуализация возможна для точного картирования множества красноречивых корковых функций, таких как моторные, сенсорные, речевые и языковые, а также для визуализации подкорковых путей. Эта информация может быть интегрирована в предоперационное планирование, чтобы избежать любых критических участков на пути хирургического вмешательства, а нейронавигация помогает придерживаться этого запланированного маршрута. Нейронавигация также может расширить поле зрения микроскопа за счет определенных до операции объектов, таких как опухоль и критические структуры, для поддержки минимально инвазивной хирургии (см.рис.). Управляемая изображениями нейронавигация расширилась до функциональной нейронавигации, которая, как было показано, улучшает хирургические результаты при сложных операциях [13].

Примерный снимок экрана нейронавигации, показывающий навигацию с помощью микроскопа и наложение функциональной информации, например, красноречивые области коры ( голубой контур ), подкорковые волокна ( разноцветных волокон ) по отношению к опухоли ( желтый контур ), позволяющие для перехода к опухоли, избегая структур критического риска.Авторские права: Brainlab AG

Интраоперационная визуализация

Основным ограничением современных нейронавигационных систем является то, что они полагаются на предоперационные изображения для точной навигации. Мозг представляет собой полужесткую массу, окруженную спинномозговой жидкостью и подверженную феномену, называемому сдвигом мозга, который является результатом либо утечки спинномозговой жидкости, либо коллапса, либо движения определенных частей мозга. Сдвиг мозга также может происходить после дренирования внутричерепной кисты или резекции опухолевой массы, которая первоначально уплотняла части мозга.Даже открытие черепа и разрез твердой мозговой оболочки могут вызвать сдвиг мозга из-за изменения физической среды внутри черепа. Из-за мозгового сдвига снижается точность представления функциональных и анатомических структур на предоперационных изображениях. Следовательно, точность навигации снижается для точной локализации целей, но все еще остается важной для интраоперационной ориентации.

Для решения проблемы сдвига мозга в течение последнего десятилетия использовалась интраоперационная визуализация, чтобы обеспечить навигацию современными изображениями.Интраоперационная визуализация также позволяет оценить, была ли достигнута хирургическая цель, избегая возможных ревизионных операций.

Решения для интраоперационной визуализации могут варьироваться от интеграции живых ультразвуковых изображений до интеграции интраоперационной МРТ или КТ в операционной, поэтому интраоперационная МРТ (iMRI) предлагает лучший контраст мягких тканей для хирургии опухолей. Он также позволяет обновлять функциональную информацию во время операции, а в сочетании с навигацией iMRI является мощным инструментом для сохранения функции и достижения оптимального контроля резекции [14, 15].Современные комплекты iMRI спроектированы как многокомнатная конфигурация, чтобы обеспечить более высокую степень использования, поскольку они могут использоваться не только для хирургических дисциплин, но и для диагностического сканирования. Таким образом можно быстрее добиться возврата инвестиций. Но интраоперационная МРТ остается самым дорогим вариантом визуализации и требует значительных строительных конструкций.

В качестве компромисса между качеством изображения мягких тканей, универсальностью и доступностью появилась интраоперационная компьютерная томография (ИКТ). iCT позволяет минимизировать прерывание хирургического процесса, так как время сканирования значительно короче, чем iMRI, а положение пациента менее ограничено, особенно новые поколения портативных сканеров iCT разработаны специально для интраоперационного использования и позволяют хирургу проверять свой хирургический прогресс и автоматически обновлять навигация (см. рис.). Для вмешательств на позвоночнике iCT дает преимущество, заключающееся в том, что пациент находится в положении лежа на животе как во время получения изображения, так и во время операции, а это означает, что нет необходимости компенсировать различия позвоночника, обеспечивая большую точность и снижая лучевую нагрузку на хирурга [16].

Интраоперационная визуализация будущего с помощью портативного многосрезового компьютерного томографа, тесно интегрированного с навигацией, оптимизированного для использования в хирургии. Авторские права: Brainlab AG

Навигация для ортопедической хирургии

В ортопедической хирургии, хотя каждый пациент имеет индивидуальную анатомию, операции во многом схожи в отношении интраоперационного рабочего процесса.В каждом случае необходимо заменить сустав, чтобы как можно лучше воспроизвести природу. При замене тазобедренного и коленного суставов хирург стремится к точной установке и выравниванию имплантатов. В отличие от нейрохирургии, где основное внимание уделяется точной локализации и избеганию зон риска, в ортопедической хирургии требуется только точный измерительный инструмент.

Ежегодно во всем мире проводится более 1,5 миллиона операций на коленях. Хирургические проблемы при тотальной замене коленного сустава состоят в том, чтобы восстановить функцию и добиться долговечности имплантата.В случаях, когда требуется ревизия имплантата, это происходит в течение 2 лет (55%) или в течение 5 лет (63%) после первичной тотальной замены коленного сустава. Основными причинами ранней ревизии являются нестабильность (21–27%), износ полиэтилена и асептическое расшатывание (10–28%) и пателлофеморальные проблемы (8%) [17, 18].

Ключевыми проблемами во время операции по замене тазобедренного сустава являются восстановление длины и смещения ноги, а также точное позиционирование имплантата. Несоответствие длины ног является вторым, а тотальный вывих бедра — пятым наиболее цитируемым источником судебных тяжб по поводу врачебной халатности среди Американской ассоциации хирургов тазобедренного и коленного суставов [19, 20].

Цель навигации — сделать операцию по замене суставов более точной и воспроизводимой не только в узкоспециализированных учреждениях, но и в средних медицинских учреждениях, где имплантируется 80% всех суставов. Чтобы соответствовать ожидаемым критериям со стороны пользователя, система навигации должна легко интегрироваться в обычный хирургический рабочий процесс и добавлять небольшие дополнительные затраты и усилия.

Улучшенная установка имплантата

Для операции по замене коленного сустава навигация предлагает предоперационное планирование, периоперационное вмешательство и точное позиционирование имплантата.Точная механическая ось может быть визуализирована для оптимизации выравнивания имплантата (см. Рис.), Поскольку прямое выравнивание трудно увидеть во время операции, а направляющие для ручного выравнивания не могут обеспечить трехмерные измерения. Это может привести к установке имплантатов с улучшенным общим выравниванием длинной ноги и меньшим количеством отклонений, выходящих за пределы научно приемлемого отклонения ± 3 ° от механической оси [21, 22]. Кроме того, навигационная система может собирать данные о слабости коленного сустава при перемещении по диапазону его движений.Здесь преимущество навигации для хирурга состоит в том, чтобы проанализировать поведение мягких тканей и оценить баланс мягких тканей во время операции с помощью количественных значений с целью оптимизации функциональных характеристик коленного сустава и результатов лечения пациента [23–25].

Снимок экрана с навигацией по колену, показывающий, как навигация добавляет ценную информацию для хирургов-ортопедов. Он позволяет оптимизировать зазор и предоставляет информацию о слабости коленного сустава по всему диапазону движений. Это позволяет анализировать начальную и конечную биомеханическую ситуацию во время операции по замене коленного сустава (график внизу изображения ; фиолетовый : исходная ситуация, желтый : конечная ситуация).Авторские права: Brainlab AG

При замене тазобедренного сустава навигация поддерживает воспроизводимое и точное позиционирование компонентов [26–29] даже при минимально инвазивных методах [20, 30]. Хирург может контролировать длину конечности и добиться точного восстановления длины ноги и смещения сустава [20, 31–33].

Однако в настоящее время ортопедическая навигация имеет определенные недостатки и ограничения, которые не позволяют ей стать стандартом лечения. Удобство и простота использования все еще можно улучшить, и они считаются преобладающим ограничивающим фактором для массового принятия [22, 34].Хирург и хирургическая бригада должны пройти определенный курс обучения для каждого показания, поддерживаемого навигацией. Цель состоит в том, чтобы изменить восприятие компьютера как «партнера» во время операции, а не как препятствие [35]. Другими факторами являются пространство, необходимое для навигационной системы в операционной, и необходимая сложная зрительно-моторная координация, если экран компьютера находится в другой ориентации, чем операционное поле.

Принимая во внимание эту обратную связь, был разработан продукт, в котором экран компьютера присоединяется к ручным приборам, а не увеличивает площадь, занимаемую компонентами в операционной.Это избавляет от необходимости отвлекать хирурга от операционного поля. Этот продукт также представляет собой рационализацию прежних навигационных систем, поскольку его возможности сведены к тому, что действительно нужно хирургу. Это предлагает интуитивно понятное использование программного обеспечения с минимальными затратами времени на хирургическое вмешательство [36]. Dash® от Brainlab использует iPod touch® в качестве экрана, который во время операции помещается в стерильный пакет (см. Рис.). Связь между камерой, компьютером и iPod осуществляется по беспроводной сети, и во время операции можно даже установить соединение с iPhone® или iPad®.Таким образом, «экран навигации» (то есть дисплей iPod) можно передавать на другие устройства, облегчая наблюдателям сопровождать операцию даже в нестерильной среде.

Использование навигационной системы Brainlab® Dash во время операции по тотальному эндопротезированию коленного сустава: хирург может интуитивно управлять резекцией кости с помощью экрана iPod рядом с операционным полем

От навигации по изображениям к навигации по информации

Навигация с изображениями дает клинические результаты примеры лечения, которые становятся практическими только благодаря преимуществам компьютерно-ориентированных данных пациента, изображений, а иногда и видео-менеджмента (например,ж., микроскоп – видеоинтеграция). Дальнейшей и естественной эволюцией навигационных систем за последнее десятилетие стали цифровые операционные системы нейрохирургических комплексов. Они сосредоточены на системе хирургии под визуальным контролем и интегрированы с интраоперационным методом. Здесь, при лечении опухоли головного мозга, например, проводится интраоперационная МРТ, чтобы визуализировать процесс резекции опухоли. Эта дополнительная интраоперационная информация имеет решающее значение и может быть очень полезной для оставшейся части хирургического лечения и конечного результата для пациента [37, 38].Однако, чтобы это стало возможным, в операционной во время процедуры необходимо адекватно обрабатывать большой объем данных — несколько предоперационных сканирований (например, КТ и МРТ), возможно, обогащенных информацией дооперационного планирования — и интраоперационные наборы данных, которые подвергаются дальнейшим данным. обогащение за счет интеллектуальных алгоритмов, таких как слияние изображений, автоматически регистрируется интегрированной хирургической навигационной системой. В таких случаях дополнительная информация, доступная благодаря активному и интеллектуальному управлению данными в операционной, может быть столь же актуальной, как и хирургическая навигация (преобразование данных сканирования в клинически значимую информацию путем помещения ее в правильный клинический контекст, например.g., например, путем объединения изображений с предоперационным набором данных).

Важно отметить, что такие нейрохирургические комплекты с интраоперационной визуализацией являются лишь одним из наиболее совершенных воплощений того, что обычно называют «интегрированным» (а иногда также называют «цифровым») операционным. Как правило, интегрированные OR существуют в течение последних двух десятилетий [39]. Первоначально ключевой мотивацией при их создании было предоставление дополнительных услуг хирургу и персоналу операционной, сделав видео и контроль эндоскопии более доступными, а также улучшив их с помощью смежных функций — с целью оптимизации пространства, эффективности и интраоперационного принятия решений.Таким образом, аспекты интеграции в операционных до сих пор по-прежнему в основном сосредоточены вокруг централизованного управления видео и параметрами эндоскопа, доступ к которым осуществляется на объединенной панели управления или сенсорном экране вместе с хирургическим оборудованием, таким как столы, светильники и т. Д. Вместе это обобщает интеграцию медицинских устройств. Только в последнее время термин «цифровая операционная» все чаще используется вместе с повышенным вниманием к цифровой обработке элементов, таких как видео эндоскопа. Как правило, цифровые видеокомпоненты используются для отображения видео на различных дисплеях в операционной, что обеспечивает повышенную гибкость настройки и лучшую координацию персонала в операционной.Кроме того, потоковая передача или запись видео могут выполняться, например, для учебных целей в аудитории или для документирования. Независимо от управления видео, типичная операционная сегодня часто включает специальную рабочую станцию, подходящую для операционной, возможно, настенную, с применением специальных гигиенических мер для пользовательских интерфейсов клавиатуры и мыши. Этот компьютер обычно предназначен для доступа к данным дооперационного цифрового медицинского изображения, таким как рентгеновские снимки или компьютерная томография, которые хранятся в системе архивации изображений и связи (PACS), и обеспечивают интерфейс с информационной системой больницы (HIS). с помощью клиентского программного обеспечения SAP — системы доступа к ИТ.

Таким образом, в современной операционной три области интеграции медицинских устройств, распределения изображений и видео и систем доступа к ИТ часто разделены, поскольку они берут свое начало в разных областях. Однако это требует значительных затрат: например, (1) больницы привязаны к OEM-решениям для интеграции медицинских устройств и / или сторонам распределения видео, которые трудно или невозможно изменить и расширить в более поздний момент; (2) интраоперационные изображения и видеоданные обычно не связаны с конкретной информацией о пациенте, что делает систематическую документацию, например, часто ручной и утомительный процесс; и (3) несколько несовместимых человеко-машинных интерфейсов не позволяют пользователям использовать доступные функциональные возможности в полной мере (см. рис.).

Типичное разделение потребностей в интегрированной операционной

В настоящее время компьютерные и IP-сети могут использоваться для устранения существующих барьеров между медицинскими устройствами, распределением видео и ИТ-системами, что обеспечивает лучший доступ и улучшенное управление информацией для облегчения и максимального увеличения продуктивность в операционной — как для пользователя, так и для пациента, а также для финансовой выгоды больницы.

В качестве примера, эти преимущества становятся особенно очевидными при попытке максимизировать полезность предоперационных рентгенологических изображений.С широким распространением PACS, обусловленным радиологией, предоперационные медицинские изображения были отделены от хирурга и персонала в операционной: то, что раньше было доступно на физической пленке для прямого взаимодействия в операционной, теперь часто доступно только через компьютерную систему. через более или менее подходящую для ИЛИ программу просмотра. Часто оптимизация для использования в операционной практически отсутствует, и только недавно появились действительно цифровые операционные системы, которые оптимизированы для навигации по информации для поддержки принятия клинических решений «на лету».Широкое распространение таких продуктов, как Digital Lightbox® от Brainlab [40], показывает, что может быть очень полезно сделать данные предоперационных изображений доступными в операционной простым и интуитивно понятным способом, чтобы хирург мог идеально погрузиться в данные и взаимодействовать с ними. доступно, и ему не препятствуют технологические недостатки решения для офисного просмотра, применяемого в операционной. Кроме того, дополнительные интеллектуальные алгоритмы, такие как рендеринг 3D-объема [41] или объединение изображений [42], также могут быть развернуты для интуитивного обогащения необработанных данных медицинского изображения, так что критическая информация становится более доступной для хирурга в операционной по сравнению с обычным Двухмерные срезы для больших наборов данных 3D КТ / МРТ.

В то время как аналогичная интеллектуальная помощь в реальном времени также была бы желательна для любых хирургических видео, доступных в операционной, это технологически намного сложнее из-за требований динамического реального времени. В настоящее время существуют специальные решения только для определенных дисциплин, например, в виде систем хирургии под визуальным контролем, описанных выше.

Кроме того, действительно цифровая операционная также означает, что все изображения и видео данные полностью доступны для дальнейшей компьютерной обработки и во время этой обработки всегда могут быть объединены с любыми данными, такими как демографические данные пациента, полученные из подключенной ИСЗ.Бенефициарами могут быть интеллектуальные алгоритмы, которые дополнительно обогащают интраоперационные данные изображения / видео, тем самым также принимая во внимание информацию первоначального диагноза. Сегодня уже реализовано надлежащее хранение документации, такой как снимки экрана или записи, в цифровых архивах, которые автоматически сохраняются под правильным идентификатором пациента и т. Д. Примером компьютерного и IP-ориентированного продукта является Buzz от Brainlab, в котором вся обрабатываемая информация полностью обрабатывается. компьютерная интеграция и, следовательно, автоматическая привязка к демографическим данным пациента.Кроме того, только в таких информационных системах, управляемых компьютером, любой доступ к изображениям и видеоданным, относящимся к пациенту, включая потоки видео в реальном времени из операционной, может быть ограничен в соответствии с современными стандартами конфиденциальности, определенными в документах Health Insurance Portability и Закон об ответственности (HIPAA). HIPAA определяет национальные стандарты для электронных транзакций здравоохранения и национальные идентификаторы для поставщиков, планов медицинского страхования и работодателей в США.

От локальной навигации к глобальной информации

Концепция «цифровой операционной» довольно хорошо работает для локальной навигации по информации.Но часто хирурги и другие медицинские работники нуждаются в более глобальной взаимосвязи. Медицинская информация (например, цифровые медицинские изображения), естественно, не может быть широко распространена, поскольку это конфиденциальная и личная информация.

Во времена вышеупомянутых стандартов конфиденциальности, таких как HIPAA, необходимо установить защищенную сеть, например, до того, как изображения могут быть переданы онлайн от внешнего радиолога в больницу. Brainlab разработала клиническую онлайн-сеть Quentry ™.

Клиническая онлайн-сеть

При использовании клинической онлайн-сети для обмена медицинскими данными врачи могут быстро исследовать медицинские изображения, такие как КТ, рентгеновские снимки, данные МРТ, или другие медицинские результаты, которые отправляются периферийными клиниками или медицинскими учреждениями.Немедленная и всесторонняя оценка ситуации позволяет врачам принимать решения о необходимых мерах, обсудив это с лечащим врачом. Следовательно, пациента лечат на месте или после короткой поездки (факультативно) в кампусе удаленной больницы. Соответствующие необходимые медицинские изображения могут быть немедленно загружены непосредственно в хирургическое навигационное устройство в операционной.

Внедрение клинической онлайн-сети заменяет эту ранее трудоемкую задачу, во время которой данные пациентов записывались на компакт-диск и отправлялись в больницу на такси.Это приводило к переносу сроков операций и повторных обследований, а в экстренных случаях вмешательства приходилось проводить без предварительного просмотра медицинских изображений, необходимых для планирования. Результатом стал потенциальный риск для пациентов, ненужные расходы и увеличение работы для больницы. Облачное сетевое решение интегрируется в повседневный клинический рабочий процесс, обеспечивает рентабельность и предоставляет больницам эффективную технологическую основу, чтобы предлагать свои медицинские знания в качестве услуги другим врачам и больницам.

Клиническая онлайн-сеть Brainlab используется в качестве веб-сервиса и позволяет подключаться к любому количеству больниц через облако без каких-либо вложений в инфраструктуру. Все основные функции основаны на браузере. Больнице не нужно ни предоставлять аппаратные компоненты, ни нести инвестиционные затраты. Затраты на обслуживание также минимальны.

Дополнительным преимуществом, в частности, является масштабируемость и гибкость облачного решения. Благодаря автоматическим обновлениям пользователи всегда получают доступ к последней версии без необходимости устанавливать какие-либо обновления (см. Рис.).

Клиническая онлайн-сеть, такая как Quentry ™, позволяет загружать медицинские изображения в облако для отдельных пользователей или определенных ведомственных учетных записей, так называемых CareTeams. Затем загруженные медицинские данные могут быть доступны на мобильных, настольных и хирургических навигационных устройствах.

Пример использования клинической онлайн-сети

Преимущества и возможности этой клинической онлайн-сети можно лучше всего описать на основе варианта использования. Кампус Grosshadern больницы Ludwig-Maximilians-Universität в Мюнхене, Германия, является специализированным медицинским центром, который принимает направления из многочисленных клиник и местных практикующих врачей.Для врачей специализированного центра это в первую очередь означает своевременную диагностику и регулярное направление пациентов с острыми случаями из близлежащих регионов. Например, кардиология и кардиохирургия особенно зависят от быстрого доступа к данным изображений, так что еще до направления можно планировать и проверять лечение обычных пациентов, предварительно располагая необходимой информацией.

На практике, например, у старшего дежурного врача кардиохирургической клиники есть официальный мобильный телефон, который сообщает ему или ей о новых запросах от коллег, поступающих по электронной почте.Используя любой компьютер с доступом в Интернет, врач может войти в клиническую онлайн-сеть со своим паролем и просмотреть медицинское изображение пациента. Затем они могут связаться с лечащим врачом по телефону, дать свою оценку назначенному лечению и — после согласования стратегии лечения — при необходимости организовать перевод пациента.

Меры безопасности

У каждого пользователя есть личный пароль, с которым он входит в клиническое облако. Доступ отдельных лиц может быть назначен ведомственным счетам и снова удален, например, если врач покидает больницу.Данные пациента передаются с шифрованием SSL и сохраняются в зашифрованном виде в соответствии со стандартом AES. Он может быть передан анонимно или с личной информацией. Ответственность за это несет пользователь, который загружает данные; они могут отозвать права на просмотр в любое время и указать, может ли получатель просматривать только данные или он также может загрузить их в собственную систему PACS больницы, где это зависит от определенных процедур внутреннего хранения данных. Система соответствует Федеральному закону Германии о защите данных (BDSG (Bundesdatenschutzgesetz) и американским стандартам HIPAA).

Предстоит подключение

Параллельно с внедрением клинической онлайн-сети Brainlab предоставит мобильные приложения для планшетов и смартфонов для гибкого доступа к медицинским данным пациентов и интеграции с системами PACS для упрощения загрузки и скачивания. Облачные приложения для клинического планирования будут развернуты через клиническую облачную платформу для обогащения медицинских изображений в Интернете. Кроме того, все устройства Brainlab (например, хирургические навигационные системы) будут подключены к облаку Brainlab, предоставляя врачам доступ к медицинским данным из облака прямо в операционной.

Заключение

Стремление хирургов к более безопасным, менее инвазивным и более экономичным процедурам прошло долгий путь и продолжает развиваться беспрецедентными темпами. То, что начиналось как базовая техника локализации, последовало за развитием современных технологий, выходящих за рамки специализированных применений. За последнее десятилетие навигация в хирургии вышла за рамки методов визуализации и громоздких систем и превратилась в обширную облачную сеть или устройства карманного размера. Хирургические планы для навигации теперь можно просматривать с iPad на диване дома или легко делиться и обсуждать с коллегами за границей.Такие успехи стали возможны только благодаря тесному сотрудничеству технологических компаний и хирургов. Навигация в хирургии уже является стандартом лечения в самых разных дисциплинах. Благодаря усовершенствованным компьютерным технологиям и тенденции к расширенной обработке информации навигация вскоре будет все больше интегрироваться в хирургические процедуры.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить следующих людей за поддержку написания и рецензирования, а также за их ценный вклад: Dr.Даниэль Дензлер, Надя Хейндл и Мартин Преглер.

Конфликт интересов

Все авторы являются сотрудниками Brainlab AG.

Сноски

Ули Мезгер и Клаудия Ендревски внесли равный вклад в статью.

Список литературы

1. Енчев Ю.Н. Нейронавигация: генеология, реальность, перспективы. Нейрохирург Фокус. 2009; 27 (3): E11. DOI: 10.3171 / 2009.6.FOCUS09109. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 2. Paleologos TS, Wadley JP, Kitchen ND, Thomas DG. Клиническая полезность и экономическая эффективность интерактивной краниотомии под визуальным контролем: клиническое сравнение традиционной и визуальной хирургии менингиомы.Neurosug. 2000. 47 (1): 40–48. [PubMed] [Google Scholar] 3. Омей С.Б., Барнетт Г.Х. Хирургическая навигация при хирургии менингиомы. J Neurooncol. 2010. 99 (3): 357–364. DOI: 10.1007 / s11060-010-0359-6. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 4. Maciuanas RJ. Компьютерная нейрохирургия. Clin Neurosurg. 2006. 53: 267–271. [PubMed] [Google Scholar] 5. Kraus MD, Krischak G, Keppler P, Gebhard FT, Schuetz UH. Может ли компьютерная хирургия снизить эффективную дозу для спондилодеза и установки крестцово-подвздошных винтов? Clin Orthop Relat Res.2010. 468 (9): 2419–2429. DOI: 10.1007 / s11999-010-1393-6. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 6. Ферроли П., Трингали Г., Ачерби Ф., Скиарити М., Броджи М., Акино Д., Броджи Г. Расширенное трехмерное планирование в нейрохирургии. Neurosurg Suppl. 2013; 1: A54 – A62. DOI: 10.1227 / NEU.0b013e3182748ee8. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 7. Jung TY, Jung S, Kim IY, Park SJ, Kang SS, Kim S, Lim SC. Применение нейронавигационной системы в хирургии опухолей головного мозга с клиническим опытом 420 случаев.Минимально инвазивный нейрохирург. 2006. 49 (4): 210–215. DOI: 10,1055 / с-2006-948305. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Wadley J, Dorward N, Kitchen N, Thomas D. Предоперационное планирование и интраоперационное руководство в современной нейрохирургии: обзор 300 случаев. Ann R Coll Surg Engl. 1999. 81 (4): 217–225. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 9. Куримото М., Хаяси Н., Камияма Х., Нагаи С., Шибата Т., Асахи Т., Мацумура Н., Хирасима Й., Эндо С. Влияние нейронавигации и обширной резекции под визуальным контролем для взрослых пациентов с супратенториальными злокачественными астроцитомами: ретроспективное исследование одного учреждения .Минимально инвазивный нейрохирург. 2004. 47 (5): 278–283. DOI: 10,1055 / с-2004-830093. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 10. Wirtz CR, Albert FK, Schwaderer M, Heuer C, Staubert A, Tronnier VM, Knauth M, Kunze S. Анализ пользы нейронавигации для нейрохирургии по ее влиянию на хирургию глиобластомы. Neurol Res. 2000. 22 (4): 354–360. [PubMed] [Google Scholar] 11. Санаи Н, Бергер МС. Степень резекции глиомы и ее влияние на исход пациента. Нейрохирург. 2008. 62 (4): 753–766. DOI: 10.1227 / 01.neu.0000318159.21731.cf. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 12. Schulz C, Waldeck S, Mauer UM (2012) Интраоперационное руководство по изображению в нейрохирургии: разработка, текущие показания и будущие тенденции. Radiol Res Pract 197364. doi: 10.1155 / 2012/197364 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 13. Нимски К., Гансландт О., Фальбуш Р. Внедрение навигации по волоконно-оптическим каналам. Нейрохирург. 2006; 58 (4 доп. 2): УНС-292 – УНС-303. [PubMed] [Google Scholar] 14. Хатибоглу М.А., Вайнберг Дж. С., Суки Д., Рао Г., Прабху С. С., Шах К., Джексон Э., Савая Р.Влияние интраоперационной высокопольной магнитно-резонансной томографии на хирургию глиомы: проспективный объемный анализ. Нейрохирург. 2009. 64 (6): 1073–1081. DOI: 10.1227 / 01.NEU.0000345647.58219.07. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Nimsky C, Ganslandt O, Hastreiter P, Wang R, Benner T., Sorensen AG, Fahlbusch R. Предоперационное и интраоперационное отслеживание волокон на основе тензорной диффузной визуализации в хирургии глиомы. Нейрохирург. 2005. 56 (1): 130–138. [PubMed] [Google Scholar] 16. Scheufler KM, Franke J, Eckardt A, Dohmen H.Точность установки транспедикулярного винта под визуальным контролем с использованием интраоперационной компьютерной томографии навигации с автоматической привязкой, часть I: шейно-грудной отдел позвоночника. Нейрохирург. 2011. 69 (4): 782–795. DOI: 10.1227 / NEU.0b013e318222ae16. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Феринг Т.К., Одум С., Гриффин В.Л., Мейсон Дж.Б., Надауд М. Ранние неудачи тотального эндопротезирования коленного сустава. Clin Orthop Relat Res. 2001; 392: 315–318. DOI: 10.1097 / 00003086-200111000-00041. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Шарки П.Ф., Хозак В.Дж., Ротман Р.Х., Шастри С., Якоби С.М. (2002) Почему тотальная артропластика коленного сустава сегодня терпит неудачу? Clin Orthop Relat Res (404) 7-13.[PubMed] 19. Упадхьяй А., Йорк С., Маколей В., МакГрори Б., Роббеннолт Дж., Бал Б.С. Медицинская халатность при эндопротезировании тазобедренного и коленного суставов. J Артропластика. 2007; 22 (6 Прил. 2): 2–7. DOI: 10.1016 / j.arth.2007.05.003. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 20. Келли Т.С., Суонк М.Л. Роль навигации в тотальном эндопротезировании тазобедренного сустава. J Bone Joint Surg Am. 2009; 91 (Приложение 1): 153–158. DOI: 10.2106 / JBJS.H.01463. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21. Мейсон Дж. Б., Феринг Т. К., Эсток Р., Банель Д., Фарбах К. Метаанализ результатов выравнивания при компьютерной хирургии тотального артропластика коленного сустава.J Артропластика. 2007. 8: 1097–1106. DOI: 10.1016 / j.arth.2007.08.001. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 22. Блейкни WG, Хан RJ, Wall SJ. Компьютерные методы в сравнении с обычными шаблонами для выравнивания компонентов при тотальном эндопротезировании коленного сустава: рандомизированное контролируемое исследование. J Bone Joint Surg Am. 2011; 93: 1377–1384. DOI: 10.2106 / JBJS.I.01321. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Чунг П.Ф., Доузи М.М., Стоуни Д.Д. Приводит ли точное анатомическое выравнивание к лучшему функционированию и качеству жизни? Сравнение традиционной и компьютерной тотальной артропластики коленного сустава.J Артропластика. 2009. 24 (4): 560–569. DOI: 10.1016 / j.arth.2008.02.018. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 24. Петерлейн CD, Schofer MD, Fuchs-Winkelmann S, Scherf FG. Клинические результаты и качество жизни после компьютерной тотальной артропластики коленного сустава: результаты проспективного исследования с участием одного хирурга и обзора литературы. Chir Organi Mov. 2009. 93 (3): 115–122. [PubMed] [Google Scholar] 25. Luring C, Oczipka F, Grifka J, Perlick L (2008) Последовательное латеральное высвобождение мягких тканей с помощью компьютера при тотальном артропластике коленного сустава для вальгусных колен.32 (2): 229–235. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] 26. Райан Дж. А., Джамали А. А., Баргар В. Л.. Точность компьютерной навигации по размещению вертлужного компонента в THA. Clin Orthop Relat Res. 2010. 468 (1): 169–177. DOI: 10.1007 / s11999-009-1003-7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 27. Петрелла А.Дж., Стоу Д.К., Д’Лима Д.Д., Руллкоттер П.Дж., Лаз П.Дж. Сравнение компьютерного и ручного выравнивания в THA — вероятностный подход к диапазону движения. Clin Orthop Relat Res. 2009; 467: 50–55. DOI: 10.1007 / s11999-008-0561-4.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 28. Kalteis T, Handel M, Baethis H, Perlick L, Tingart M, Grifka J. Навигация без изображения для введения вертлужного компонента при тотальном артропластике тазобедренного сустава — так ли она точна, как навигация на основе компьютерной томографии? J Bone Joint Surg Br. 2006. 88 (2): 163–167. DOI: 10.1302 / 0301-620X.88B2.17163. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29. Reininga IH, Zijlstra W, Wagenmakers R, Boerboom AL, Huijbers BP, Groothoff JW, Bulstra SK, Stevens M. Минимально инвазивная тотальная артропластика тазобедренного сустава с компьютерной навигацией: качественный и систематический обзор литературы.BMC Musculoskelet Disord. 2010; 11: 92. DOI: 10.1186 / 1471-2474-11-92. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Уиксон Р.Л., Макдональд Массачусетс. Тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава с использованием минимального заднего доступа с использованием компьютерной навигации бедра без изображения. J Артропластика. 2005. 20 (7 доп. 3): 51–56. DOI: 10.1016 / j.arth.2005.04.024. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 31. Manzotti A, Cerveri P, De Momi E, Pullen C, Confalonieri N. Может ли компьютерная хирургия помочь в восстановлении длины ног в THA? Навигация по сравнению с обычным от руки.Int Orthop. 2009. 35 (1): 19–24. DOI: 10.1007 / s00264-009-0903-1. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Мерфи С.Б., Эккер TM. Оценка нового алгоритма измерения длины ног при артропластике тазобедренного сустава. Clin Orthop Relat Res. 2007. 463: 85–89. [PubMed] [Google Scholar] 33. Renkawitz T, Schuster T., Grifka J, Kalteis E, Sendtner E. Измерения длины и смещения ноги с помощью эталонного массива бедренной кости без штифта во время THA. Clin Orthop Relat Res. 2010. 468 (7): 1862–1868. DOI: 10.1007 / s11999-009-1086-1.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34. Ленен К., Гизингер К., Варшков Р., Портер М., Кох Е., Кустер М.С. Клинический результат с использованием метода привязки связок в CAS по сравнению с традиционным методом. Коленная хирургия Sports Traumatol Arthrosc. 2010. 19 (6): 887–892. DOI: 10.1007 / s00167-010-1264-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Ривкин Г., Либергалл М. Проблемы интеграции технологий и компьютерной хирургии. J Bone Joint Surg Am. 2009; 91 (Приложение 1): 13–16.DOI: 10.2106 / JBJS.H.01410. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 36. Schnurr C, Eysel P, König DP. Дисплеи, установленные на режущих блоках, сокращают время обучения при управляемой тотальной артропластике коленного сустава. Компьютерная хирургия. 2011; 16: 249–256. DOI: 10.3109 / 10929088.2011.603750. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Кунт Д., Беккер А., Гансландт О., Бауэр М., Бухфельдер М., Нимски С. Корреляция степени резекции объема опухоли и выживаемости пациентов в хирургии мультиформной глиобластомы с высокопольным интраоперационным контролем МРТ.Neuro Oncol. 2011. 13 (12): 1339–1348. DOI: 10,1093 / neuonc / nor133. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 38. Senft C, Bink A, Franz K, Vatter H, Gasser T., Seifert V. Интраоперационное руководство МРТ и степень резекции в хирургии глиомы: рандомизированное контролируемое исследование. Ланцет Онкол. 2011; 12 (11): 997–1003. DOI: 10.1016 / S1470-2045 (11) 70196-6. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

40. Denzler DN (2010) Brainlab AG, внутренний анализ функциональных возможностей и опросы пользователей «Brainsuite Net» (интеграция операционной системы Brainlab 1-го поколения) и «Digital Lightbox» (оптимизация для операционной системы Brainlab) хирургическая программа просмотра DICOM с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом и интеллектуальными алгоритмами), март 2010 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *