Рентгенология. Реферат Монахова А.А.. Алгоритмы реконструкции и обработки изображений
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
Министерство здравоохранения Российской Федерации ПЕНЗЕНСКИЙ ИНСТИТУТ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВРАЧЕЙ - филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «РОССИЙСКАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ» Кафедра «Рентгенология» Реферат на тему Алгоритмы реконструкции и обработки изображений Выполнил(а) ординатор: Монахова А.А. Проверила доцент, к.м.н. Кузьминых И.Г. Пенза, 2021г. РЕФЕРАТ Пояснительная записка 69 с., 17 рис., 14 источников. РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ, АНАЛИЗ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ФИЛЬТРАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, СЕГМЕНТАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, УЛУЧШЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ Целью работы является изучение методов обработки рентгеновских медицинских изображений. Рассмотрены основные методы лучевой диагностики, выполнена систематизация методов обработки цифровых изображений, методов анализа, фильтрации, сегментации и улучшения качества рентгеновских медицинских изображений. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ История развития методов лучевой диагностики берет начало с 8 ноября 1895 года — момента открытия рентгеновских лучей. Это событие дало начало новой медицинской науке — рентгенологии. С тех пор рентгенология претерпела бурное развитие, произошло усовершенствование технологий и методик. Появились новые технологии медицинской визуализации, которые завоевали прочные позиции в диагностике заболеваний всех органов и систем, и в настоящее время продолжают интенсивно развиваться. Сегодня лучевая диагностика включает в себя как методы традиционного рентгенологического исследования (рентгенографию, рентгеноскопию, рентгенофлюорографию и др.), так и современные рентгеновские методы с использованием компьютерных технологий — рентгеновскую гелиолокальную и мультиспиральную компьютерную томографию (МСКТ). Широкое применение получили методы радионуклидной диагностики (радиоимунный анализ, сцинтиграфия). Развиваются методы радионуклидной диагностики с применением томографической технологии — однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), позитронная эмиссионная томография (ПЭТ). Особое место в лучевой диагностике занимают методы исследования, не связанные с использованием источников ионизирующих излучений, получившие в последние десятилетия широкое применение в практическом здравоохранении. К ним относятся ультразвуковое исследование (УЗИ) и магнитнорезонансная томография (МРТ). Ультразвуковой метод исследования пришел в медицину значительно позже рентгеновского, но развивался настолько стремительно, что буквально за несколько десятилетий стал незаменимым благодаря простоте, информативности, отсутствию противопоказаний, что особенно важно при исследовании детей и беременных. За короткий период был пройден путь от серошкального сканирования до методик с цветным изображением и возможностью изучения сосудистого русла. МРТ — самый перспективный из методов лучевой диагностики. В сравнении с УЗИ и рентгеновской компьютерной томографией (РКТ) данный метод экономически более затратный и технически более сложный. Сегодня он считается самым высокоинформативным в исследовании большинства органов и систем. Следует отметить, что все диагностические методы развивались параллельно, иногда вытесняя, но чаще дополняя друг друга. Однако наилучший эффект дает комплексная диагностика. Использование нескольких лучевых методов повышает качество диагностики. Врач лучевой диагностики может разработать оптимальный план обследования и при необходимости дополнить одно исследование другим. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКЕ 1.1 Основные методы исследования Из всех перечисленных методов лучевого исследования наиболее широкое распространение в практическом здравоохранении получили методы рентгенодиагностики. Необходимо иметь в виду, что рентгенологические и радионуклидные методы исследования, являясь источниками ионизирующих излучений, оказывают повреждающее воздействие на биологические ткани, в связи с чем исследования должны назначаться по строгим показаниям и с соблюдением определенных защитных мероприятий. Различают основные и специальные (вспомогательные) методы рентгенодиагностики. К основным методам относятся рентгеноскопия, рентгенография и рентгенофлюорография. Рентгеноскопия представляет собой просвечивание грудной клетки или брюшной полости пациента непосредственно за флюоресцирующим рентгеновским экраном. Пучок рентгеновских лучей, генерируемый рентгеновской трубкой, пройдя сквозь тело больного, попадает на флюоресцирующий экран и формирует позитивное теневое изображение соответственно неодинаковой плотности исследуемых органов и тканей (рис. 1).  Методика просвечивания проста и экономична, позволяет исследовать больного в различных проекциях и положениях (многоосевое и полипозиционное исследование), оценить анатомо-морфологические и функциональные особенности изучаемого органа. Вместе с тем, для метода характерны определенные недостатки: значительная лучевая нагрузка на больного, величина которой находится в прямой зависимости от размеров изучаемого поля, продолжительности исследования и ряда других факторов; относительно низкая разрешающая способность и др. В последние годы, учитывая перечисленные недостатки, стремятся оснащать рентгеновские аппараты электронно-оптическими усилителями, а метод просвечивания больных непосредственно за флюоресцирующим экраном применяется значительно реже. Рентгенотелевидение — современная методика рентгеноскопии, при которой производится просвечивание с помощью аппарата, оснащенного электронно-оптическим преобразователем (ЭОП). При этом получаемое позитивное изображение в виде телевизионного сигнала воспроизводится на экране телевизионного монитора. Данная методика в значительной степени устраняет недостатки обычной рентгеноскопии. В частности, появилась возможность регулировать яркость и контрастность изображения, при этом увеличивается разрешение изображения, улучшаются условия работы в рентгеновском кабинете (светлое помещение), а также на порядок снижается лучевая нагрузка на больного и персонал. Рентгенотелевизионное просвечивание выполняется с соблюдением многоосевого и полипозиционного исследования. При этом используются следующие возможности просвечивания: – ортоскопия — исследование при вертикальном положении больного и горизонтальном направлении пучка рентгеновских лучей (используется наиболее часто); – трохоскопия — больной находится в горизонтальном положении при вертикальном направлении рентгеновского пучка; – латероскопия — больной находится в горизонтальном положении на боку, ход пучка рентгеновских лучей также горизонтальный. Рентгенография — получение теневого аналогового изображения исследуемого органа или определенной области на рентгеновской пленке. Последняя представляет нитроацетатную основу, покрытую тонким слоем светочувствительной эмульсии — желатина, содержащую мельчайшие кристаллики галогенида серебра в невозбужденном (незасвеченном) состоянии. Эмульсия чувствительна не только к рентгеновским лучам, но и дневному свету, поэтому её сохраняют в светонепроницаемых коробках различного стандартного формата (13×18, 13×24, 24×30, 35×35 см и др.), на которых обычно обозначены марка рентгеновской пленки, чувствительность, срок годности, условия химической обработки и др. 5 Рентгеновскую пленку в затемненной фотолаборатории помещают в специальную кассету между усиливающими экранами (картонные пластины, покрытые флюоресцирующим слоем) и плотно закрывают. Затем, уложив кассету под исследуемый объект и отметив на ней правую или левую сторону объекта (маркировка свинцовыми буквами), производят снимок. При рентгенографии пучок рентгеновских лучей, пройдя через тело больного, попадает на рентгеновскую пленку и, возбуждая кристаллики галогенида серебра, образует в эмульсии скрытое электрическое изображение. После химической обработки пленки: последовательно в растворе проявителя (восстановление металлического серебра), фиксирующем растворе (удаление из эмульсии остатков невосстановленного серебра), — затем промывки и сушки, изображение становится видимым — чернобелым (см. рис. 1). Готовый снимок надписывается (номер и дата исследования, фамилия, инициалы и возраст пациента, подпись рентгенолаборанта) и затем рассматривается в проходящем свете на негатоскопе. Полученное изображение позволяет оценить анатомические (форма, размеры, положение) и структурные особенности органов. При этом следует учитывать следующие особенности: – на рентгеновском снимке изображение негативное — обратное по теневым характеристикам позитивному, получаемому при рентгеноскопии; – изображение несколько увеличенное, так как пучок рентгеновских лучей имеет расходящийся характер, а исследуемые органы обычно удалены на некоторое расстояние от кассеты с пленкой; – изображение плоскостное и суммационное. Поэтому для получения пространственного представления об органе или процессе, его объемности и локализации, выполняют несколько снимков, как минимум в двух взаимно перпендикулярных проекциях, чаще в прямой и боковой. При рентгенографии рентгеновская трубка располагается на расстоянии 100–120 см от объекта. При этом объект исследования максимально (вплотную) приближают к пленке, что позволяет получить изображение более отчетливым и по величине близким к истинным размерам исследуемого органа. Различают обзорные и прицельные рентгенограммы. На обзорных рентгенограммах получают изображение всего органа, на прицельных — его части. Для улучшения качества изображения, особенно крупных объектов, производят снимки с отсеивающей решеткой, которая обычно размещается между объектом и кассетой. Выбор положения пациента и направления пучка рентгеновских лучей обычно зависит от характера, целей исследования, применяемых методов и предполагаемых патологических изменений. Методу рентгенографии присущи следующие достоинства: – метод довольно прост при выполнении и широко применяется; – рентгеновский снимок является объективным документом, который может длительно храниться; – сопоставление особенностей изображения на повторных снимках, выполненных в различные сроки, позволяет изучить динамику возможных изменений патологического процесса; – относительная малая лучевая нагрузка (по сравнению с режимом просвечивания) на больного. Показания к рентгенографии очень широкие, противопоказаний практически нет, за исключением терминальных состояний или состояний, требующих срочного оперативного вмешательства. Цифровая рентгенография — современный метод исследования, при котором приемником излучения являются высокочувствительные датчики, формирующие цифровое изображение (прямая цифровая рентгенография) или ЭОП, которые создают аналоговый видеосигнал, превращаемый в последующем с помощью аналогово-цифрового преобразователя в цифровой сигнал. Цифровой код обрабатывается компьютером и трансформируется в видимое (аналоговое) изображение на экране дисплея. Компьютерная обработка информации дает возможность улучшить качество изображения путем изменения контрастности, яркости, четкости, размеров, устранения технических погрешностей, выделения зон интереса. Цифровая рентгенография обладает рядом достоинств, к которым относятся значительное снижение лучевой нагрузки (в десятки раз), экономических затрат (не используется дорогостоящая рентгеновская пленка). Кроме того, появляется возможность архивировать электронное изображение и сохранять его в памяти рабочей станции либо на специальных носителях и, при необходимости консультации, вызвать на экран монитора для повторного анализа либо передачи по локальным сетям в другие отделения и учреждения. Принцип цифровой обработки информации используется также в РКТ, МРТ и при некоторых исследованиях ультразвуковой диагностики. Рентгеновская флюорография представляет крупнокадровое фотографирование изображения с рентгеновского экрана (формат кадра 70×70, 100×100, 110×110 мм). Метод предназначен для проведения массовых профилактических исследований органов грудной клетки. Достаточно высокое разрешение изображения крупноформатных флюорограмм и меньшая затратность позволяют также использовать метод для исследования больных в условиях поликлиники или стационара больницы (рис. 2).  1.2 Специальные методы исследования Специальные методы предназначены для самых разнообразных целей диагностики. Среди них различают неинвазивные и инвазивные. Неинвазивные — методы, применение которых не связано с введением в полости исследуемых органов (сосуды, пищеварительный канал и др.) инструментов и через них контрастных веществ. Например, обзорная рентгенография, рентгеноскопия пищевода и желудка и др. Инвазивные — методы исследования, связанные с введением в полости органов (сосуды, пищеварительный канал, брюшная полость и др.) различных инструментов (эндоскопов, рентгеноконтрастных катетеров и др.), через которые возможно проведение различных диагностических процедур — взятие проб на газовый состав, введение контрастных препаратов при ангиокардиографии или ангиопульмонографии, а также проведение некоторых лечебных манипуляций, например эндоваскулярной дилатации или ангиопластики. Нередко инвазивные методы сами по себе представляют оперативное вмешательство и производятся в специально оборудованной рентгенооперационной с соблюдением всех правил асептики. Специальные методы исследования удобно подразделять на однотипные по своему назначению группы: – методы искусственного контрастирования; – методы, регулирующие размеры получаемого изображения; – методы пространственного исследования объектов; – методы оценки движения. Методы искусственного контрастирования. При рентгенологическом исследовании различных органов и систем человека естественная плотность внутренних органов и тканей не всегда достаточна для успеш8 ной оценки особенностей их изображения. В целях визуализации внутреннего строения различных органов прибегают к искусственному контрастированию с помощью рентгеновских контрастных веществ (РКВ). Различают две группы методов искусственного контрастирования: методы прямого и непрямого контрастирования. Прямое контрастирование основано на введении контрастных веществ непосредственно в полость исследуемого органа или в окружающую его полость (или ткань) — методы исследования органов пищевого канала, ангиография, фистулография. Непрямое контрастирование основано на способности некоторых органов избирательно улавливать из крови контрастное вещество, концентрировать его и выводить со своим физиологическим секретом. Методы непрямого контрастирования применяют для рентгенологического исследования почек и печени. Методы искусственного контрастирования используются: – в гастроэнтерологии — исследование различных отделов органов пищеварения (пищевод, желудок, 12-перстная кишка, тонкая и толстая кишка; желчевыводящие пути — холангиография операционная, чресдренажная, ретроградная эндоскопическая, внутривенная холеграфия и др.); – ангиологии — все виды сосудистых исследований (артериография, флебография, лимфография и др.); – кардиологии (ангиокардиография); – пульмонологии (бронхография, ангиопульмонография); – гинекологии (гистеросальпингография, пневмопельвиография); – урологии (экскреторная урография, ретроградная урография); – неврологии (миелография, каротидная артериография); – оториноларингологии (гайморография и др.); – остеологии (артрография, фистулография и др.). Рентгеноконтрастные вещества. РКВ подразделяются на рентгенопозитивные (тяжелые) и рентгенонегативные (газообразные). К рентгенопозитивным РКВ относятся вещества с высокой молекулярной массой и поглощающие рентгеновское излучение в значительно большей степени, чем ткани организма. Из них наиболее широкое применение получили следующие препараты: сульфат бария и йодированные препараты на различной основе. Сульфат бария предназначен исключительно для исследования желудочно-кишечного канала и используется в виде водной взвеси (суспензии) различной консистенции. Тонкодисперстная водная взвесь, приготовленная с помощью электро- или ультразвукового миксера, создает наиболее благоприятные условия для исследования мелких структур слизистой оболочки пищеварительного канала. Эффективно также использование комбинированных методов исследования, например, двойного (введение в желудок (кишку) водной взвеси сернокислого бария в сочетании с газообразными веществами) или тройного (с дополнительным наложением пневмоперитонеума) контрастирования. Нередко комбинированное контрастирование сочетается с линейной или компьютерной томографией (КТ). Йодированные РКВ на водной основе предназначены для контрастирования преимущественно артериальных и венозных сосудов. Из органических соединений йода на водной основе в качестве РКВ применяют производные некоторых ароматических кислот (бензойной, фенилпропионовой, адипиновой и др.), содержащие атомы йода. Выпускаются в ампулах по 10–20 мл различной концентрации — 30–70 %. РКВ для внутрисосудистых исследований подразделяются на ионные и неионные. К ионным мономерам относятся водные растворы, такие как кардиотраст, триотраст, уротраст, верографин, гипак, билигност, урографин и др. При внутрисосудистых введениях ионных РКВ возможны побочные реакции различной степени тяжести (слабые, выраженные, тяжелые), которые проявляются в виде болевых ощущений (в груди, животе, сосудах), чувства жара, головокружения, головной боли, озноба. Может появиться зуд кожных покровов, крапивница, сыпь, насморк, чихание, покраснение и набухание слизистых оболочек, отек лица, охриплость голоса, кашель, затруднение дыхания, тошнота, рвота, диспептические расстройства, тахикардия, брадикардия, аритмия, повышение (понижение) артериального давления, удушье, потеря сознания. Тяжелые реакции встречаются редко. Учитывая возможность возникновения побочных реакций, перед исследованием (за 1–2 дня) обязательно производится проба на чувствительность путем внутривенного введения 1–2 мл препарата. Кроме того, в целях предупреждения или ослабления побочных реакций, рекомендуется использование антигистаминных препаратов. К неионным мономерам относятся ультравист-иопромид (Schering) и омниопак-иогексол (Nycomed), к неионным димерам — визипак-иодиксанол и иомерон (Nycomed), а также изовист-иотролан (Schering), иопамирон (иопа-мидол), оптирей (иоверон). Применение неионных препаратов сопровождается значительно меньшим риском развития побочных реакций (в 3–5 раз). Неионные препараты отличаются низкой осмолярностью и минимальным воздействием на биологические мембраны, что обуславливает их незначительную токсичность и хорошую переносимость при ангиографии. Неионные препараты используются при необходимости болюсного внутриартериального и венозного введения, при пиелографии, а также для исследования лиц с признаками аллергизации организма, при бронхиальной астме, гиперфункции щитовидной железы, почечной недостаточности, сахарном диабете и др. Йодированные РКВ на жировой основе применяют для бронхографии, лимфографии, метросальпингографии, фистулографии, для выявления врожденных пороков пищевода у новорожденных и др. К ним относятся: йодолипол, липиодол, йодатол, сверхжидкий липиодол и др. Препараты выпускаются в ампулах по 10 мл (стерильно). Йодированные РКВ таблетированной формы используются для холецистографии (холевид, йопагност, билимин и др.). Газообразные вещества (ГВ) относятся к рентгенонегативным контрастным веществам, например, атмосферный воздух, молекулярный кислород, углекислый газ и закись азота. ГВ используются для введения в различные отделы пищеварительного канала: плевральную полость (диагностический пневмоторакс), брюшную полость (диагностический пневмоперитонеум), забрюшинное пространство (ретропневмоперитонеум), средостение (пневмомедиастинум) — при двойном контрастировании и др. |