озз / Литература для студентов / королюк мед. информатика
.pdf
100 h. o. j%!% *. l , ,…“*= ,…-%! =2,*=
чальное изображение получается в аналоговом виде, затем оно оцифровывается в АЦП и далее существует в матричном виде.
|
|
|
|
|
|
|
|
# |
|
|
|
|
|
|
|
! |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
! |
" |
|||||
|
|
|||||
Рис.4.12. Схема построения рентгеновского комплекса |
||||||
|
|
|
с цифровым терминалом |
|||
|
|
|
|
|
Так устроены рентгенодиагностиче- |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ские аппараты с цифровым терминалом |
|
|
|
|
|
|
(рис.4.12). В них аналоговое изображение |
|
|
|
|
|
|
оцифровывается ПЗС-матрицей и затем |
|
|
|
|
|
|
передается в процессор для дальнейшей |
|
|
|
|
|
|
обработки и анализа. Итоговое изображе- |
|
|
|
|
|
|
ние представляет собою рентгенограмму |
|
|
|
|
|
|
с высокой четкостью и большой фотогра- |
|
|
|
|
|
|
фической широтой (рис. 4.13). Отметим, |
|
Рис.4.13.Цифровая |
|
|
||||
|
|
что в настоящее время, помимо рентге- |
||||
рентгенограмма |
|
|
||||
|
|
новских аппаратов вышеуказанного типа, |
||||
коленного сустава |
|
|
||||
|
|
существуют рентгенографические систе- |
||||
(боковая проекция) |
|
|
||||
мы, работающие без аналогового этапа. В таких системах цифровое рентгеновское изображение формируется сразу же на цифровом плоском
детекторе. Подобная технология носит название прямой цифровой рентгенографии (ddR – direct digital Radiography). В настоящее время рентгенография – один из наиболее распространенных методов рентгенологического исследования. Нередко она применяется в комбинации с искусственным контрастированием органов.
Ультразвуковые аппаратно-компьютерные комплексы
(рис. 4.14) содержат датчик ультразвуковых излучений, формирующий первоначально аналоговый образ органа. Затем в модуле оцифровки аналоговые изображения преобразовываются в цифровые. Итоговые образы (они носят названия сонограмм) ото-
c ="= 4. b" …, " "/ ,“ ,2 …3 2 .…,*3 |
|
101 |
|
Рис.4.14. Аппаратнокомпьютерный комплекс для ультразвуковой диагностики
бражают структуру исследуемого органа (рис.4.15). Этот ультразвуковой комплекс при необходимости путем встраиваемой компьютерной программы позволяет визуализировать кровоток, причем раздельно – артериальный и венозный (рис.4.16), что имеет большое значение в диагностике облитерирующих поражений сосудов. Ультразвуковые исследования вследствие дешевизны, отсутствия противопоказаний получили широчайшее распространение во всех областях медицины.
По аналогичному аналого-цифро- вому принципу устроен аппаратно-
Рис 4.15. Ультразвуковое |
Рис.4.16. Ультразвуковое |
исследование желчного |
исследование почки |
пузыря – сонография. |
дуплексным методом |
Внутри пузыря имеются |
(сонограмма + допплеровское |
конкременты |
картирование). Видны артериальные |
|
и венозные сосуды почки |
компьютерный комплекс, предназначенный для радионуклидной визуализации органов человека – гамма-квантами (рис. 4.17). После введения в организм пациента органотропных радиофармпрепаратов они накапливаются в этих органах и сигнализируют о своем присутствии испускаемыми га-квантами. Последние улавливаются сцинтилляционным детектором и позиционируются на его плоскости в виде двухмерного изображения исследуемого органа. Далее изображение оцифровывется и передается для даль-
102 |
|
h. o. j%!% *. l , ,…“*= ,…-%! =2,*= |
||
|
||||
|
|
|
нейшей обработки в процессор. |
|
|
|
|
Итогом такого процесса является |
|
|
|
|
радионуклидная сцинтиграмма |
|
|
|
|
(рис. 4.18). |
|
|
|
|
Другой тип аппаратно-ком- |
|
|
|
|
пьютерных комплексов основан |
|
|
|
|
на компьютерно |
|
|
Рис.4.17. Аппаратно- |
реконструкции |
||
|
первично циф- |
|||
|
компьютерный |
|||
комплекс для радионуклидной |
ровых |
изобра- |
||
визуализации – гамма-камера |
жений. |
|
||
|
|
|
К |
таким |
устройствам относится компьютерный томограф |
||||
(КТ) и магнитно-резонансный томограф (МРТ).
Первый(рис.4.19)позволяетполучатьпослойные снимки внутренних органов человека (компьютерные томограммы) при движении рентгеновской трубки вокруг тела пациента. Толщина среза, видимого как отдельное изображение, составляет
доли миллиметра, расстояние между срезами – |
Рис.4.18. |
|
Сцинтиграмма |
||
1-5 мм. Компьютерные томографы способны по- |
||
скелета |
||
лучать изображение за очень короткое время, |
||
|
||
измеряемое долями секунды. Современные томо- |
|
графы являются спиральными и многосрезовыми (одномоментно до 320 срезов). Помимо визуализации тонких срезов (рис.4.20), такая технология позволяет реконструировать трехмерное изо-
|
бражение |
органов |
|
|
(рис.4.21). |
Кроме |
|
|
того, с помощью спи- |
||
|
ральной КТ можно |
||
|
получить |
изображе- |
|
|
ние полых органов – |
||
|
трахеи, бронхов, тол- |
||
|
стой кишки. |
||
|
А п п а р а т н о - |
||
|
компьютерныйком- |
||
Рис.3.19. Компьютерный томограф |
|||
плекс магнитно- |
|||
фирмы Сименс |
|||
|
|
||
c ="= 4. b" …, " "/ ,“ ,2 …3 2 .…,*3 |
|
103 |
|
Рис.4.20. Компьютерная |
Рис.4.21. Компьютерная |
||||
томограмма брюшной |
томограмма грудной клетки. |
||||
|
полости |
|
|
Трехмерная реконструкция. |
|
|
|
|
|
|
Видна аневризма |
резонансный |
томограф |
(МРТ) |
грудной аорты (стрелка) |
||
(рис.4.22) основан на исследова- |
|
||||
нии магнитного |
резонанса ядер |
|
|||
протонов человека, помещенно- |
|
||||
го в сильное магнитное поле (до |
|
||||
1,5-3,0 Тл). При дополнительном |
|
||||
воздействии |
кратковременными |
|
|||
радиочастотными |
импульсами |
|
|||
|
|
протоны, нахо- |
|
||
|
|
дящиеся в теле |
|
||
|
|
пациента, вхо- |
Рис.4.22. Магнитно- |
||
|
|
дят |
в |
магнит- |
резонансный |
|
|
ный |
резонанс. |
томограф фирмы Сименс |
|
Последующая релаксация протонов инициирует электро-
магнитные сигналы, которые улавливаются радиочастотными катушками, оцифровываются и передаются в память компьютера. Последний реконструирует МРТ-изображение (рис.4.23).
Рис.4.23. Магнитно-резонансная томограмма всего тела
104 |
|
|
h. o. j%!% *. l , ,…“*= ,…-%! =2,*= |
|||
|
|
|||||
|
Значительным шагом вперед, про- |
|
|
|||
|
|
|
||||
двинувшим |
изобразительные методы |
|
|
|||
аппаратно-компьютерных систем, стала |
|
|
||||
методика так называемых мультимо- |
|
|
||||
дальных, или «спаянных изображений» |
|
|
||||
(fusion imaging). При этом на одном |
|
|
||||
снимке или на экране монитора получа- |
|
|
||||
ется изображение внутренних органов, |
|
|
||||
полученных разными методами исследо- |
|
|
||||
вания – МРТ, КТ и с помощью радиону- |
|
|
||||
клидов. Такой метод позволяет выявить |
|
|
||||
Рис.4.24. |
||||||
мелкие очаги повышенного накопления |
||||||
Мультимодальное |
||||||
радиоактивного вещества и привязать их |
||||||
изображение КТ/ |
||||||
к анатомическим ориентирам тела паци- |
сцинтиграфия (вид |
|||||
ента (рис.4.24) (подробнее см. главу 8). |
сзади). Виден метастаз |
|||||
|
Существует метод альтернатив- |
в XIлевом ребре |
||||
|
|
|
||||
ного подхода к манипуляциям с медицинскими изображениями – их вычитание (субтракция).
При этом одну и ту же область исследуют различными методами, а затем из одного изображения вычитают другое – производят вычитание. В качестве примера можно привести дигитальную субтракционную ангиографию (ДСА) (рис.4.25): вначале выполняют обзорный рентгеновский снимок иссле-
Рис.4.25. Ангиографический комплекс фирмы Сименс
c ="= 4. b" …, " "/ ,“ ,2 …3 2 .…,*3
дуемой области, производят его компьютерную инверсию из позитива в негатив. Затем сразу же проводят рентгеноконтрастное исследование сосудов – ангиографию. Затем из второго снимка вычитают первый (в негативе). В итоге получается контрастное изображение сосудов без наложения мешающих теней окружающих органов (рис.4.26).
Медицинские аппаратно-компью- терные системы для получения параметрических данных позволяют с помощью компьютерных программ прижизненно определять минеральный, химический или биохимический состав органов человека. Одним из таких методов стала двухфотонная компьютерная рентгеновская остеоденситометрия.
105
Рис.4.26. Ангиограмма головного мозга
Рис.4.27. Остеоденситометр
Рис.4.28.Остеоденситограмма с указанием минерализации скелета
Суть метода сводится к следующему. Больному выполняют сканирующую рентгенографию скелета рентгеновскими лучами различной жесткости на специальном рентгеновском аппарате – остеоденситометре (рис.4.27). Разность в адсорбционной способности рентгеновских лучей скелетом оценивается с помощью компьютера. Итоговым результатом исследования является количественный
106 |
|
h. o. j%!% *. l , ,…“*= ,…-%! =2,*= |
|
показатель минеральной плотности костей (рис.4. 28). Причем, компьютер позиционирует это плотность в три зоны – нормальную, зоны среднего и высокого риска переломов. Данное исследование нашло большое распространение при выявлении и изучения остеопороза – одного из наиболее частых заболеваний человека
Системы получения функциональных данных. Имеют в своем составе датчики функции органов. Сигналы с этих датчиков оцифровываются в АЦП и затем передаются в компьютер. Задача компьютера – отсечь в автоматическом режиме шумы и сигналы, выходящие за рамки доверительного интервала, выделить репрезентативную (достоверную) группу полезных данных и затем провести их анализ. Итогом анализа может служить распечатка в виде цифр или заключения, которые быть переданы по каналам связи для консультации или дальнейшего изучения. Функциональная схема медицинского аппаратно-компьютерного комплекса для регистрации нескольких параметров приведена на рис. 4. 29.
Рис.4.29.. Функциональная схема медицинского аппаратно-компьютерного комплекса
для регистрации нескольких параметров
c ="= 4. b" …, " "/ ,“ ,2 …3 2 .…,*3 |
|
107 |
|
Существует еще один вид медицинских аппаратно-компью- терных систем, определяющих функциональное состояние изучаемых органов. В этих системах компьютер выполняет задачу анализатора серии изображений, каждое из которых показывает функциональную активность органа. В итоге получаются результирующие кривые, отражающие характер функции этого органа. Подобным образом определяют, например,функциональную активность почек при радионуклидной визуализации (рис.4.30) или состояние кровотока в сосудах при магнитно-резонансной томографии (рис.4.31).
Рис.4.30. Радионуклидное исследование функции почек – ренография. На сцинтиграммах выделены зоны интереса,
в которых построены кривые, отображающие функцию каждой почки в отдельности
Рис.4.31. Магнитно-резонансная томография артерий нижних конечностей и кривая, построенная компьютером
и показывающая интенсивность кровотока в систолу и диастолу
Все аппаратно-компьютерные медицинские системы диагностического направления условно делятся на операторозависимые
иоператоронезависимые. К первым относятся такие системы, в которых результирующие данные в значительной степени зависят от искусства врача, его умения управлять первичным сбором данных. К таким системам можно отнести ультразвуковые сканеры. В них результирующая ультразвуковая картина исследуемого органа в значительной степени зависит от того, как врач проводит лоцирование исследуемого органа, каково расположение датчика
иракурс визуализации. Поэтому при подобных исследованиях
108 |
|
h. o. j%!% *. l , ,…“*= ,…-%! =2,*= |
|
твердые копии изображений имеют ограниченное медицинское и юридическое значение.
При цифровой рентгенографии, компьютерной рентгеновской и магнитно-резонансной томографии, радионуклидной визуализации результирующее изображение органа в первую очередь связано с настройкой аппарата и физическими параметрами его функционирования. Итоговые данные таких исследований более объективно отражают сущность изучаемого органа. Поэтому такие исследования логично отнести к операторонезависимым.
Медицинские аппаратно-компьютерные системы мониторинга включают в себя различные классы устройств, предназначенных для отслеживания на значительном промежутке времени функционального состояния различных органов. Весьма часто эти системы используются в реанимации, в кардиологических и хирургических отделениях, в операционных блоках. Примером такого мониторинга может служить холтеровская система, позволяющая установить суточные колебания артериального давления и ЭКГ в естественных условиях пребывания пациента. К поверхности тела больного прикрепляются датчики регистрирующие пульс, артериальное давление и ЭКГ в течении суток (рис. 4.32). Датчики соединяются с запоминающим устройством – флэш-картой, на которой сохраняются
все зарегистрированные сигналы. Спустя сутки данные с флэшкарты считываются компьютером, который имеет специальное программное устройство для анализа данных и их распечатки (рис.4.33, 4.34). Некоторые холтеровские системы имеют портативные компьютерные гаджеты (рис.4.35), регистрирующие функциональную информацию и отображающую ее на дисплее. Это позволяет в режиме online отслеживать регистрируемые данные. Гаджеты имеют выход в Интернет для передачи текущих результатов в медицинский центр.
c ="= 4. b" …, " "/ ,“ ,2 …3 2 .…,*3 |
|
|
109 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.4.33. Заключительная таблица ЭКГ холтеровского суточного мониторинга. Выявлены одиночные экстрасистолы
Рис.4.34. Суточные колебания артериального давления, выявленные в процессе холтеровского суточного мониторинга