挪威科技大学计算机科学系研究员 Pål Anders Floor 表示：“我们的工作表明，基于胶囊内窥镜相机拍摄的单张图像，有可能重新创建某些患者结肠的相当精确的三维(3D)模型 - 即使它是一张低质量的图像。 ”
目标：更好的图像、更快的诊断
多年来，他一直致力于利用胶囊内窥镜相机拍摄的图像重建几乎完全相同的肠道 3D 模型。这些相机最早于 20 多年前投入使用，但低质量的图像和图像噪声阻碍了这项智能技术真正起飞。这项新研究“基于单幅图像的内窥镜图像 3D 重建”最近发表在《成像杂志》上。这是 Bilal Ahmad 在 Floor 和 Ivar Farup 教授的指导下进行的博士研究的一部分。
这项研究的主要目的是改善专家用于检测患者胃肠道异常的图像。这样他们就可以更容易地检测疾病并更快地做出诊断。这些都是实现最终目标的重要步骤：对抗肠癌，即挪威第二大常见癌症。
橡胶肠、内窥镜和数学
挪威科技大学的研究人员利用人工结肠、内窥镜拍摄的单幅图像和特殊算法成功重建了三维肠道模型。内窥镜的功能与胶囊相机相同，但有一些重要区别：图像分辨率更高，相机亮度可手动调节。
研究人员使用的算法称为阴影形状算法(SFS)。这是一种数学模型，可用于从单个二维图像重建三维形状。
在 PC 上重建的真实肠道副本
如果算法输入的图像有噪声或颜色失真，错误就会扩散到 3D 模型。
“我们表明，通过仔细校准和预处理图像，我们可以仅基于一张图像获得一个良好的 3D 模型——即使图像充满噪音和视觉扭曲，”Floor 说。
医生的巨大福利
Floor 和他的同事们还致力于开发基于胶囊相机拍摄的多个图像序列的 3D 模型。这使得模型能够重建结肠的较长部分。这些模型应该能够准确地找出肠道中哪里存在异常和疾病迹象。
Floor 表示：“我们之前曾表明，医生发现这种模型在评估患者时非常有用，同时还能通过胶囊摄像机拍摄视频。现在，我们已表明，我们可以使用真实图像和已有技术计算出相对准确的 3D 模型。”
更好、更快、更准确
在这项新研究中，研究人员在原始图像质量较差的基础上重建了三维、相对高质量的肠道图像。他们的共同努力使他们能够重建整个肠道的几何形状。
Floor 表示：“3D 模型可用于调整原始图像中的光线，以便较暗的区域变得更明亮，并可以看到更多细节。”
“我们每个人都有结肠，但你的肠道的解剖结构和几何形状可能与你邻居的截然不同。新的 3D 模型可以适应每个患者。它们允许专家在电脑上从不同角度检查消化道，并使他们能够更好地规划并确定应该在何处进行干预。医生还可以在特别困难的手术前进行练习，帮助降低出现问题的风险，”Floor 说。
沿着道路再进一步
最大的问题是这些新方法是否能为抗击肠癌带来突破。
如果没有这些医生的反馈，我们很大程度上会陷入黑暗之中
“现在下任何明确的结论都为时过早。首先，我们需要完善我们开发的方法并进行更多研究。获得统计上有效的结果可能需要相当长的时间。”
癌症统计数据
挪威癌症登记处(挪威语)的数据显示，挪威在肠癌发病率和死亡率方面位居全球首位。肠癌是挪威第二大常见癌症，2023 年诊断出 4,912 例结直肠癌。
研究人员最初对无线胶囊内窥镜检查 (WCE) 寄予厚望。他们认为这种小型胶囊可以取代传统的结肠镜检查和胃镜检查，因为有些人觉得这些检查太痛苦，所以拒绝接受。
胶囊里的相机
相比之下，胶囊摄像机可以在患者日常生活中几乎无痛地检查肠道的所有角落和缝隙。一旦吞下，装有摄像机的胶囊就会开始在消化道中艰难前行。这段旅程可能需要几个小时，沿途会传输数以万计的图像。尽管这项创新很好，但它对整个消化道的效果并不一样好。胶囊摄像机是筛查小肠的最佳选择。就结肠而言，它还有很长的路要走，才能取代结肠镜检查。
部分原因是，审查和分析如此大量的数据需要花费大量时间，这意味着很有可能会漏掉疾病的迹象。胶囊会跟踪肠道的运动，时断时续地前进。但有时相机会突然飞过息肉而没有“看到”它。
缺少重要细节
因此，对于有疾病迹象的关键部位，可能只拍摄一张图像。肠道内部的可见度也非常不稳定，通常光线很暗，而且有各种碎片。图像的分辨率也很差，而且无法保证可能是最重要的图像会清晰锐利。
这就是仅基于一张图片就能重建三维模型的重要性，正如 Floor 和他的同事现在所做的那样。新的 3D 模型将有助于使胃肠道检查更准确、更轻松，并最终带来更好的治疗。