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

Badanie dotyczyło optymalizacji metod przetwarzania tkanek sercowych w celu uzyskania wysokiej jakości obrazów mikrotomografii komputerowej (micro-CT), które mogą być wykorzystane do precyzyjnego modelowania anatomicznego w edukacji medycznej i badaniach naukowych. W ramach projektu Edu-XR istotnym celem jest opracowanie realistycznych trójwymiarowych wizualizacji serca, które pozwolą studentom i lekarzom na lepsze zrozumienie jego struktury i funkcji w immersyjnych środowiskach rzeczywistości rozszerzonej (XR).

Głównym założeniem badania było opracowanie efektywnego protokołu przetwarzania tkanek serca, który pozwoliłby na uzyskanie maksymalnej rozdzielczości obrazów micro-CT oraz dokładnego odwzorowania zarówno struktur makroskopowych, jak i mikroskopowych. W tym celu przeanalizowano 20 świńskich serc, poddanych serii zabiegów przygotowawczych, w tym izolacji, płukania naczyń krwionośnych oraz zastosowania różnych metod kontrastowania. Najlepsze efekty uzyskano poprzez wstrzykiwanie płynnego siarczanu baru (BaSO₄) do tętnic wieńcowych w niskiej temperaturze, co zapobiegało zatorom i wyciekom kontrastu. Metody immersyjne okazały się mniej skuteczne, ponieważ kontrast nie penetrował odpowiednio tkanek.

Obrazy micro-CT zostały uzyskane w Laboratorium Mikrotomografii Komputerowej AGH przy użyciu skanera GE Nanotom S. Dane w formacie DICOM zostały następnie przetworzone w programach 3D Slicer i Dragonfly, co umożliwiło rekonstrukcję trójwymiarowych modeli serca z dokładnością do 0,11 mm, pozwalając na szczegółową analizę struktur naczyniowych i mięśniowych. Wyniki potwierdziły, że precyzyjna aplikacja kontrastu oraz chłodzenie tkanek pozwalają uzyskać optymalne odwzorowanie naczyń wieńcowych i mikrokrążenia.

W kontekście projektu Edu-XR, opracowane trójwymiarowe modele anatomiczne mogą zostać zintegrowane z rzeczywistością rozszerzoną, co umożliwi interaktywną naukę anatomii serca w XR. Studenci i lekarze będą mogli manipulować realistycznymi modelami serca, analizować jego struktury z różnych perspektyw i badać przebieg naczyń wieńcowych oraz ścieżki przewodzenia impulsów elektrycznych. Dzięki tej technologii możliwe będzie również symulowanie procedur kardiologicznych, takich jak planowanie operacji czy analiza zmian patologicznych w strukturach serca.

Podsumowując, badanie wykazało, że zastosowanie micro-CT w połączeniu z zaawansowaną wizualizacją XR może poprawić jakość edukacji medycznej i diagnostyki sercowo-naczyniowej. Precyzyjne odwzorowanie anatomiczne uzyskane dzięki opracowanemu protokołowi przetwarzania tkanek może stanowić kluczowy element nowoczesnej edukacji kardiologicznej w ramach Edu-XR, umożliwiając przyszłym lekarzom zdobycie realistycznego doświadczenia w analizie struktur serca i jego patologii.