bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2023-21-6-99-105bsuir-3797Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSАдаптированные алгоритмы Dual Contouring и Marching Cubes для 3D-реконструкции поясничного отдела позвоночника человекаAdaptation of Dual Contouring and Marching Cubes Algorithms for 3D Reconstruction of the Human Lumbar SpineКурочкаК. С.KurochkaK. S.

канд. тех. наук, доц., зав. каф. информационных технологий

г. Гомель

Konstantin S. Kurochka, Сand. of Sci., Associate Professor, Head of Information Technologies Department

Gomel

СеменченяТ. С.SemenchenyaT. S.

Семенченя Татьяна Сергеевна, асп., ст. преп. каф. информационных технологий

246746, г. Гомель, просп. Октября, 48

Тел.: +375 25 538-03-71

Semenchenya Tatyana Sergeevna, Postgraduate, Senior Lecturer at Information Technologies Department

246746, Gomel, Oktyabrya Ave., 48

Tel.: +375 25 538-03-71

levts@gstu.byГомельский государственный технический университет имени П. О. СухогоSukhoi State Technical University of Gomel20230501202421699105Copyright © Курочка К.С., Семенченя Т.С., 20242024Курочка К.С., Семенченя Т.С.Kurochka K.S., Semenchenya T.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3797

В статье рассматривается задача трехмерной реконструкции поясничного отдела позвоночника человека алгоритмами триангуляции поверхности Marching Cubes и Dual Contouring для последующего планирования хирургического вмешательства на основе анализа цифровых компьютерно-томографических изображений. Представлены 3D-реконструкции поясничного отдела позвоночника человека, а также результаты сравнительного анализа разработанных методов по следующим критериям: скорость генерации сетки, количество сгенерированных ячеек, отсутствие конфликтных ситуаций (пересечений поверхности). Оптимальный алгоритм для решения поставленной задачи определен на основании сравнительного анализа.

The article deals with the problem of three-dimensional reconstruction of the human lumbar spine using the Marching Cubes and Dual Contouring surface triangulation algorithms for subsequent planning of a surgical intervention based on the analysis of digital computed tomography images. 3D reconstructions of the human lumbar spine are presented, as well as the results of a comparative analysis of the developed methods according to the following criteria: mesh generation speed; the number of generated cells; the absence of conflict situations (intersections of the surface). The optimal algorithm for solving the problem is determined on the basis of a comparative analysis.

компьютерная томографияпоясничный отдел позвоночника человека3D-реконструкцияDual ContouringMarching Cubescomputed tomographyhuman lumbar spine3D reconstructionDual ContouringMarching CubesReferencesЖарнов, А. М. Биомеханические процессы в позвонково-двигательном сегменте шейного отдела позвоночника при его движении / А. М. Жарнов, О. А. Жарнова // Российский журнал биомеханики. 2014. Т. 18, № 1. С. 105–118.Zharnov A. M., Zharnova O. A. (2014) Biomechanical Processes in the Vertebral Motor Segment of the Cervical Spine During its Movement. Russian Journal of Biomechanics. 18 (1), 105–118 (in Russian).Напряженно-деформированное состояние поясничного отдела позвоночника в III стадии дегенеративного процесса / Е. Л. Цитко [и др.] // Мультидисциплинарный подход к диагностике и лечению коморбидной патологии: сб. науч. ст. Респ. науч.-практ. конф. с междунар. участием, Гомель, 29–30 ноября 2018 г. Гомель: Гом. гос. мед. ун-т, 2018. С. 506–509.Tsitko E. L., Kurochka K. S., Silvistrovich V. I., Tsitko D. E. (2018) Stress-Strain State of the Lumbar Spine in Stage III of the Degenerative Process. Multidisciplinary Approach to the Diagnosis and Treatment of Comorbid Pathology, Sat. Scientific Art. Rep. Scientific-Practical. Conf. with International Participation, Gomel, 29–30 Nov. 2018. Gomel, Gomel State Medical University. 506–509 (in Russian).Сафонов, М. Д. Методы построения поверхности по изображениям КТ для создания модели челюстно-лицевого скелета с применением 3D-печати / М. Д. Сафонов, Д. Д. Новиков, М. В. Привалов // Информатика и кибернетика. 2017. № 1. С. 79–82.Safonov M. D., Novikov D. D., Privalov M. V. (2017) Methods for Constructing a Surface from CT Images for Creating a Model of the Maxillofacial Skeleton Using 3D Printing. Informatics and Cybernetics. (1), 79–82 (in Russian).Солодкая, В. И. Анализ сеточных методов построения объектов с помощью задач триангуляции / В. И. Солодкая // Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах. 2013. № 1. С. 222–226.Solodkaya V. I. (2013) Analysis of Grid Methods for Constructing Objects Using Triangulation Problems. Measuring and Computer Technology in Technological Processes. (1), 222–226 (in Russian).Семенченя, Т. С. Реконструкция 3D-модели поясничного отдела позвоночника человека методом Dual Contouring на основе анализа цифровых КТ-изображений / Т. С. Семенченя, К. С. Курочка // Информационные технологии и системы – 2022 (ИТС – 2022): матер. Междунар. науч. конф., Минск, 23 ноября 2022 г. Минск: Белор. гос. ун-т информ. и радиоэлектр., 2022. С. 163–165.Semenchenya T. S., Kurochka K. S. (2022) Reconstruction of a 3D Model of the Human Lumbar Spine Using the Dual Contouring Method Based on the Analysis of Digital CT Images. Information Technologies and Systems – 2022 (ITS – 2022), Materials of the International Scientific Conference, Minsk, Nov. 23, 2022. Minsk, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. 163–165 (in Russian).Обзор алгоритмов триангуляции неявно заданной поверхности / Н. В. Бугров [и др.] // Междунар. конф. MEDIAS-2012, Республика Кипр, Лимассол, 7–14 мая 2012 г. С. 151–173.Bugrov N. V., Golubev V. I., Dizhevskii A. Yu., Kakauridze D. G., Klimenko A. S., Oboimov A. S., Frolov P. V. (2012) Review of Algorithms for Triangulation of an Implicitly Given Surface. International Conference MEDIAS-2012, Cyprus, Limassol, May 7–14, 2012. 151–173 (in Russian).Олизарович, М. В. Компьютерное моделирования поясничных позвонков в предоперационном периоде / М. В. Олизарович // Проблемы здоровья и экологии. 2014. № 2. С. 125–129.Olizarovich M. V. (2014) Computer Simulation of the Lumbar Vertebrae in the Preoperative Period. Problems of Health and Ecology. (2), 125–129 (in Russian).Wenger, R. Isosurfaces: Geometry, Topology, and Algorithms / R. Wenger, A. K. Peters // CRC Press. 2013. P. 488.Wenger R., Peters A. K. (2013) Isosurfaces: Geometry, Topology, and Algorithms. C.R.C. Press. 488.Semenchenya, T. S. Construction of an Individual Geometric 3D Model of the Lumbar Spine of a Person Based on the Analysis of Medical Images / T. S. Semenchenya, K. S. Kurochka // Открытые семантические технологии проектирования интеллектуальных систем (OSTIS-2020): сб. науч. тр. Минск: Белор. гос. ун-т информ. и радиоэлектр., 2020. Вып. 4. С. 291–297.Semenchenya T. S., Kurochka K. S. (2020) Construction of Individual Geometric 3D Model of the Lumbar Spine of a Person Based on the Analysis of Medical Images. Open Semantic Technologies for Intelligent Systems (OSTIS-2020), Collection of Scientific Papers. Minsk, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. (4), 291–297.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.