Зміст модуль I. Основи інформаційних технологій в системі охорони здоровя. Обробка та аналіз медикобіологічних даних 4
 Скачать 4.71 Mb.
|
Візуалізація медико-біологічних даних. Обробка та аналіз медичних зображеньКонкретні цілі заняття: інтерпретувати методики та засоби отримання медичних зображень; аналізувати зразки медичних зображень, об’єкти медичних зображень, сучасні тенденції обробки зображень; демонструвати: вміння обробки та візуального аналізу медичних зображень. Основні поняття теми Стандарт передачі даних, формат DICOM, система медичної візуалізації, комп’ютерна томографія, магнітно-резонансна томографія, цифрова рентгенографія, ангіографія, ультразвукові методи дослідження, система передачі й архівації зображень. Короткі теоретичні відомостіВикористання цифрових комп’ютерних технологій у сучасній медицині є загальноприйнятим явищем. Поступово відходять у минуле старі «плівкові» технології подання і зберігання результатів обстежень пацієнтів, частіше виникає потреба в їх додатковій комп’ютерній обробці для одержання детальнішої інформації про виявлену патологію. На початку розвитку цифрових технологій у медицині (близько 15 років тому) не існувало єдиних стандартів подання, зберігання і передачі даних, отриманих при проведенні різноманітних обстежень пацієнтів. Практично кожна з відомих фірм – виробників медичного діагностичного обладнання мала свій стандарт. Так, у 90-і роки ХХ століття з’явилася безліч різноманітних стандартів зберігання зображень систем медичної візуалізації, таких як Philips CT, Resonex MR, Siemens CT and MR, Siemens Icon Nuclear, Strichman Neuro 900 Nuclear, Toshiba Nuclear тощо. При цьому багато систем мали ще й різні формати для вхідних і вихідних даних, окремі формати для запису даних на змінні носії інформації. Така різноманітність форматів зумовлена не тільки різницею у технічному виконанні медичної апаратури, а й прагненням фірм-виробників до максимальної «закритості» своїх систем з комерційною метою. Однак це ускладнювало обмін інформацією про пацієнтів між різними фахівцями і клініками (наприклад, для консультацій у складних клінічних випадках), підтримку електронних архівів пацієнтів, передачу зображень засобами комп’ютерної мережі. Для усунення несумісності між різними медичними системами Американським радіологічним коледжем (American College of Radiology, ARC) і Національною асоціацією виробників електроніки (National Electrical Manufacturers Association, NEMA) було розроблено єдиний уніфікований стандарт для передачі і зберігання медичних зображень – Digital Imaging and Communications in Medicine або скорочено DICOM. Перша версія уніфікованого стандарту ARC/NEMA 1.0 (DICOM 1.0) з’явилася в 1985 році. На сьогодні загальноприйнятим стандартом є його версія DICOM 3.0, що підтримується практично всіма виробниками медичного обладнання. У форматі DICOM 3.0 можуть зберігатися результати обстеження, отримані різними системами медичної візуалізації – рентгеноконтрастної комп’ютерної томографії (CT), магнітно-резонансної томографії (MRI), цифрової рентгенографії та флюрографії (RF), ангіографії (XA), дані ультразвукових методів дослідження (US), радіонуклідної діагностики (NM) тощо. При цьому структура й обсяг інформації будуть істотно залежати від виду проведеного обстеження. Наприклад, у результаті СТ-обстеження пацієнта одержуємо деяку кількість так званих серій (series) зображень (кількість серій зумовлена проекцією та використаними СТ-режимами), а кожна серія міститиме певну кількість окремих статичних зображень (images). При збереженні результатів обстеження пацієнта на US-сканері, коли одержувана інформація швидко змінюється в реальному часі, матимемо велику кількість окремих зображень, однак записаних з дуже малими проміжками часу (частота дискретного запису вимірюється в мілісекундах). При наступному перегляді отриманих результатів зі швидкою зміною зображень виникає ефект наближений до «живого відео», і відповідно картина, максимально подібна до тієї, яку спостерігає лікар під час безпосереднього проведення дослідження. Формат DICOM передбачає можливість збереження реальної відео й аудіо інформації. У сучасній медичній клініці отримані результати обстежень пацієнтів деякий час зберігаються в оперативній пам’яті медичної апаратури, з допомогою якої було проведено дослідження. Однак оперативна пам’ять обмежена за обсягом і не призначена для тривалого зберігання даних, необхідних у науковій роботі. Як правило, можлива архівація результатів досліджень безпосередньо із приладу, яким виконується дослідження, на змінні носії інформації. Інший варіант – використання систем передачі й архівації зображень (Picture Arhiving and Communication System, PACS), які передбачають створення спеціальних вилучених архівів на серверах, де досить об’ємний архів може існувати тривалий час і бути доступним для пошуку й перегляду інформації, що цікавить користувача, через комп’ютерні мережі. Після архівування результатів дані можуть бути вилучені з оперативної пам’яті приладу, яким проводилося дослідження. У медичній практиці часто виникає потреба у додатковій обробці отриманих результатів дослідження (як правило, для поліпшення візуалізації виявленої патології або для спеціальних наукових досліджень). У такому випадку використовують графічні станції – комп’ютери, оснащені потужним спеціальним програмним забезпеченням для роботи із зображеннями (застосування різних графічних фільтрів, тривимірних реконструкції тощо) з наступним переглядом отриманих результатів (наприклад, на клінічних конференціях або безпосередньо в операційній – в умовах хірургічного стаціонару). Дані для аналізу можуть бути передані на графічну станцію як з електронного архіву, так і безпосередньо з апарата, на якому виконано дослідження. Дотепер графічні станції для обробки медичної інформації випускалися нечисленними фірмами-виробниками й базувалися тільки на дорогих платформах SUN MICROSYSTEMS, SILICON GRAFIX та ін. Безумовно надійність цих систем відносно як апаратної частини, так і програмного забезпечення не викликає сумнівів, оскільки вони споконвічно були орієнтовані на промислове вузькоспеціалізоване застосування. Однак їхня вартість дуже висока, а тому не всі медичні клініки можуть мати подібне технічне оснащення. Тим часом парк «менше надійних», але набагато дешевших, значно поширених IBM-сумісних комп’ютерів на сьогодні істотно поновився. Сучасні персональні IBM-сумісні комп’ютери практично наздогнали по потужності, продуктивності і надійності дорогі елітні платформи. З’явилися центральні процесори з тактовою частотою більше 2ГГц, істотно знизилися ціни на оперативну пам’ять, і ПК з оперативною пам’яттю 2 ГВ вже нікого не дивують. Таким чином, у програмістів з’являється можливість створити прикладне програмне забезпечення для перегляду й обробки медичної графічної інформації на IBM-сумісних комп’ютерах. На сьогодні вже існує ціла низка різноманітного програмного забезпечення для роботи з медичними графічними зображеннями на IBM PC. Переважна більшість таких програмних продуктів призначена для перегляду, передачі по локальній мережі, Internet й архівування результатів медичних досліджень. Пакети призначені для графічної постобробки результатів медичної візуалізації для IBM-сумісних комп’ютерів на сьогодні поодинокі. Усі програми для роботи з медичними зображеннями можна розділити умовно на кілька категорій: 1) програми для перегляду медичних зображень (так звані «в’юєри» (viewers); 2) програми для створення архіву DICOM-зображень; 3) пограми для передачі зображень через локальну мережу й Інтернет; 4) системні утиліти (утиліти перекодування зображень у різні медичні і стандартні графічні формати, редактори медичних файлів у двійковому коді, утиліти підтримки спеціалізованих медичних накопичувачів інформації тощо); 5) службові програми й бібліотеки підтримки DICOM-формату в різних стандартних офісних, графічних й Інтернет-додатках (DICOMHTML-технології). Деякі програми інтегрують у собі перераховані функції, будучи універсальним інструментом фахівця функціональної діагностики. Для перегляду й аналізу DICOM-файлів можна скористатися, зокрема, безкоштовною програмою DICOM Image Viewer Plus (http://www.unipacs.com/ru/uniViewPlus.html). Вона характеризується практично повною функціональністю робочої станції, за винятком роботи в DICOM-мережі. За допомогою цієї програми ви зможете переглядати зображення з діагностичною, сертифікованою якістю, організувати електронний архів DICOM-файлів на диску, легко відкривати їх та експортувати в BMP, JPEG і PGM формати, сканувати знімки в DICOM, аналізувати їх. Набір функцій для перегляду медичних зображень включає: вибір кількості зображень, що переглядаються одночасно, масштабування зображення (Zoom, Magnify), настроювання яскравості й контрастності зображення, зміну орієнтації зображення (Flip, Rotate). Крім того, існує можливість вибору зони інтересу з вимірювання її розмірів, виміру відстані та площі між анатомічними об’єктами. Практичні завдання Завдання 1. Ознайомлення з інтерфейсом та панеллю інструментів програми DICOM Image Viewer Plus. Завантажте програму для перегляду медичних зображень DICOM Image Viewer Plus (Робочий стіл/Програми для занять/ UniViewer). Ознайомтеся з інтерфейсом та панеллю інструментів програми (рис. 31, 32). Рис. 31.  Вікно програми DICOM Image Viewer Plus  Рис. 32. Панель інструментів DICOM Image Viewer Plus Завдання 2. Перегляд та візуальний аналіз медичних зображень. Перегляньте та проаналізуйте медичні зображення з папки Зображення до завдання 2 (Робочий стіл/Дидактичні матеріали/Дані для заняття 5/Зображення до завдання 2). Вказівки до виконання завдання 1. У папці Мои документы створити папку зі своїм іменем. Скопіювати до неї папку Дані для заняття 5. 2. Завантажити до програми DICOM ImageViewerPlus медичні зображення з папки Зображення до завдання 2. Для завантаження до програми зображень скористатися схемою 1. 3. Переглянути завантажені файли. 4. Для візуального аналізу обрати 5 зображень. Результати роботи оформити у вигляді таблиці (див. нижче).
Завдання 3. Інтерпретація медичного зображення. Вказівки до виконання завдання 1. Відкрити з папки Зображення до завдання 3 файл Рентгенограма легень.dcm. (Робочий стіл/Дидактичні матеріали/Дані для заняття 5/Зображення до завдання 3/ Рентгенограма легень.dcm). 2. Використовуючи схему рентгенограми органів грудної клітки, подану на рис. 33, визначити та підписати анатомічні структури медичного зображення. 3. Результати роботи зберегти у папці Мои документы під іменем Рентгенограма органів грудної клітки з розширенням dcm.  Рис. 33. Схема рентгенограми органів грудної клітки: 1 – передній кінець ребра; 2 – трахея і головні бронхи; 3– тіло ребра; 4 – права нижньочасткова артерія; 5 – діафрагма; 6 – задній кінець ребра; 7 – корінь лівої легені; 8 – контур лівої грудної залози. Завдання 4. Перетворення зображення. Вказівки до виконання завдання 1. Відкрити файл Рентген_1_00001.dcm (Робочий стіл/Дидактичні матеріали/Дані для заняття 5/Зображення до завдання 4/Рентген_1_00001.dcm). 2. Зменшити (збільшити) розмір медичного зображення (окремої анатомічної структури зображення). Для зміни розміру зображення в цілому чи окремої його частини скористатися схемою 1. 3. Змінити контрастність медичного зображення. 4. Виконати поворот медичного зображення на 900 (1800). Завдання 5. Розрахунок параметрів. Вказівки до виконання завдання 1. Відкрити файл Томограма грудей.dcm. (Робочий стіл/Дидактичні матеріали/Дані для заняття 5/Зображення до завдання 5). 2. Визначити (рис. 34):
 Рис. 34. Схема комп’ютерної томограми грудей Результати роботи подати у вигляді таблиці (див. нижче).
Завдання 6. Сегментація медичного зображення. Відкрийте в папці Зображення до завдання 6 файл Colon.dcm. Створіть файл, який містив би лише зображення товстої кишки. Результати роботи збережіть у папці Мои документы як файл Сегмент_Colon з розширенням dcm.  Схема 1. Виконання основних команд DICOM Image Viewer Plus Тестові завдання для самоконтролю1. Серед поданих нижче тверджень виберіть правильне:
2. Зображення на рентгенівській плівці відносять до:
3. Який тип зображень має дискретний характер:
4. Для перетворення матричних зображень на аналогові використовують:
5. Піксель – це:
6. Розподільна здатність системи відображення залежить від:
7. Зображення на екрані рентгенодіагностичного апарата існує:
8. Об’єкти медичного зображення можна поділити на:
7. Для отримання двовимірних медичних зображень використовують:
8. При застосуванні якого методу медичне зображення отримуються у результаті комп’ютерної обробки декількох зображень, відзнятих у різних напрямках:
9. При застосуванні якого методу в організм уводять радіоактивну мітку, що має тропізм до певного виду тканини:
10. Закінчіть речення: «При ядерно-магнітному резонансі джерело випромінювання...»:
11. Яка з складових системи утворення зображення за допомогою радіологічних методик створює зображення досліджуваного об’єкта:
12. Метод оцінки теплового поля людини називається:
13. Яка фаза обробки медичного зображення ізолює окремі елементи зображення (органи, клітини тощо):
14. Яка фаза обробки медичного зображення усуває відхилення, пов’язані із системою генерації зображення, і зменшує шум:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||