Increasing the Accuracy of 3D Heart Models Based on Micro-Computed Tomography

Badanie koncentrowało się na opracowaniu skutecznych metod przetwarzania tkanek sercowych do zastosowania w mikrotomografii komputerowej (micro-CT) w celu uzyskania precyzyjnych trójwymiarowych modeli serca. Celem było poprawienie jakości obrazowania struktur sercowo-naczyniowych poprzez optymalizację metod kontrastowania i analizy danych. W ramach projektu Edu-XR, trójwymiarowe modele serca uzyskane dzięki micro-CT mogą zostać zintegrowane z rzeczywistością rozszerzoną (XR) w celu stworzenia zaawansowanego narzędzia edukacyjnego do nauki anatomii i fizjologii układu sercowo-naczyniowego.

W badaniu wykorzystano 20 świńskich serc, które poddano serii procedur preparacyjnych obejmujących oczyszczanie naczyń, wstrzykiwanie kontrastu oraz skanowanie w wysokiej rozdzielczości. Kluczowym aspektem było porównanie różnych metod kontrastowania: jodowych i opartych na siarczanie baru (BaSO₄), przy czym najlepsze efekty uzyskano dzięki zastosowaniu płynnego BaSO₄ podawanego do tętnic wieńcowych w niskiej temperaturze. Metoda ta pozwoliła na uniknięcie zatorów oraz lepsze odwzorowanie mikrokrążenia w sercu.

Do skanowania serc wykorzystano urządzenie GE Nanotom S, dostępne w Laboratorium Mikrotomografii Komputerowej AGH. Przetworzone obrazy zapisano w formacie DICOM i poddano obróbce w programach 3D Slicer oraz Dragonfly, co umożliwiło stworzenie wysokiej jakości rekonstrukcji 3D z dokładnością do 0,11 mm. Modele te dostarczyły precyzyjnych informacji na temat topologii naczyń wieńcowych, ścieżek przewodzenia elektrycznego oraz mikrostruktury mięśnia sercowego.

Wyniki badania potwierdziły, że micro-CT w połączeniu z zaawansowanymi metodami kontrastowania stanowi skuteczne narzędzie do tworzenia realistycznych modeli anatomicznych, które mogą znaleźć zastosowanie w edukacji medycznej. Modele te mogą być używane zarówno do nauczania podstaw anatomii serca, jak i do symulacji klinicznych, umożliwiając studentom i lekarzom analizę rzeczywistych struktur w interaktywnym środowisku XR.

W kontekście projektu Edu-XR, opracowane modele 3D mogą zostać wykorzystane do:

• wizualizacji struktur serca w XR, umożliwiając studentom interaktywne badanie anatomii i funkcji serca,
• analizy patologii sercowo-naczyniowych, w tym zawałów, wad wrodzonych i zmian miażdżycowych,
• symulacji procedur medycznych, takich jak planowanie interwencji kardiologicznych, implantacji stentów czy operacji kardiochirurgicznych.

Podsumowując, badanie wykazało, że precyzyjne modele serca uzyskane za pomocą micro-CT mogą stanowić ważny element nowoczesnej edukacji kardiologicznej. Integracja tych modeli z technologiami rzeczywistości rozszerzonej w ramach Edu-XR otwiera nowe możliwości w nauczaniu medycyny, diagnostyce i symulacjach klinicznych, przyczyniając się do lepszego zrozumienia struktury i funkcji serca przez przyszłych lekarzy.