Формування медичних зображень: від фізіології до інформаційної обробки
Процес формування медичного зображення від фізіології до інтерпретації зображення та інформаційної обробки, можна поділити на п’ять етапів. Це дозволяє отримувати та аналізувати корисну інформацію щодо реакції органу або протікання фізіологічного процесу.
1. Аналіз об’єкта зображення. Об’єкти (органи, тканини або певні патології) та їх фізіологічні властивості, які впливають на сигнали, що приймають участь у формуванні зображення, повинні розглядатися з точки зору відбору інструментів формування зображення які б забезпечували найкращу методику обробки і аналізу зображення та його вірну інтерпретацію. Інформація про предмет зображення може стосуватися як статичних (наприклад, щільність тканин), так і динамічних фізіологічних властивостей (кровотеча, перфузія, кінетика міокарду) біологічної тканини. Належне вивчення динаміки поведінки предмету зображення є необхідним для розробки компенсаційних методів, потрібних для правильної реконструкції та аналізу зображення. Пов’язані з рухом артефакти накладають значні обмеження на час збирання інформації та вибір інструментів формування медичного зображення, і таким чином, здійснюють безпосередній вплив на розвиток методів обробки зображень.
2. Фізика процесу візуалізації. Наступним важливим фактором є метод візуалізації, який слід використати для отримання даних. Наприклад, при рентгенографічному дослідженні зображення формується, в основному, шляхом просвічування тіла рентгенівськими променями. У радіонуклідній медицині, при однофотонній емісійній комп’ютерній томографії (гамма-томографія) застосовується гамма випромінювання, яке виникає внаслідок взаємодії радіоактивної речовини з досліджуваною тканиною. Процес випромінювання та енергетичний діапазон гамма-променів накладають обмеження на оптичне розділення та час отримання даних для візуалізації. Супутні методи формування зображення при просвічування та опромінюванні є настільки різними, що важко визначити той самий рівень анатомічної інформації при дослідження обома способами.
3. Приладдя для візуалізації. Приладдя, використовуване для збору інформації, є одним з найважливіших факторів, які визначають якість зображення в плані співвідношення «сигнал/шум», оптичного розділення та здатності надавати діагностичну інформацію. Вихідні технічні характеристики приладдя безпосередньо впливають на можливості формування зображення. Крім того, характеристики детектора, такі як не лінійність, низький коефіцієнт корисної дії, значна тривалість затухання та слабке подавлення розсіювання можуть спричинити спотворення зображення. Для правильної діагностичної інтерпретації необхідно використовувати таку техніку формування та обробки зображення, яка забезпечує точне і чітке виявлення потрібних характеристик без будь-яких перешкод.
4. Методи отримання даних, що необхідні для формування зображення. Методи отримання даних, що використовуються для візуалізації, відіграють важливу роль у формуванні зображення. За умови оптимізації з вимірювальним приладдям, способи збору інформації виступають вирішальним фактором у визначенні оптимального часового та просторового оптичного розподілення. При розробці методики вирішальне значення має також обмеження перешкод у зображенні шляхом активного фільтрування або за допомогою наступної обробки. Наприклад, при рентгенівській комп’ютерній томографії у просторовий розподіл сигналу базується на кількості рентгенівських фотонів, які досягають детектора за певний проміжок часу. Дані для тривимірного зображення можуть бути отримані за допомогою методу паралельно-променевого, конічно-променевого або спірально-променевого сканування. Кожен з цих методів сканування накладає певні обмеження на геометричне відтворення об’єкта візуалізації. Оскільки тривалість сканування при використання кожного з методів може бути різною, то просторове оптичне розділення має бути узгоджено з часовим оптичним розділенням. Це означає, що результатом більш швидкого сканування може бути зображення з меншим просторовим оптичним розділенням. З іншого боку, краще просторове оптичне розділення зазвичай потребуватиме більше часу на формування зображення. При вивченні динаміки, коли необхідно отримати інформацію про кровотеча або певну функціональну діяльність, перевага надається вимогам кращого оптичного розділення. Для об’єднання специфічної інформації про методи збору даних та геометрію сканування використовуються способи реконструкції зображення, такі як проектування на світлопропускаючий екран, ітеративний метод та Фур’є перетворення. Оскільки на якість зображення можуть впливати методи збору даних, з метою оптимізації представлення в зображенні діагностичної інформації повинні розроблятись відповідні методи реконструкції та обробки зображень.
5. Обробка та аналіз зображення. Методи обробки та аналізу зображення спрямовані на збільшення діагностичної інформації, необхідної для покращення ручної або комп’ютеризованої інтерпретації медичних зображень. Часто деякі методи перетворення покращують видимість та полегшують кількісний аналіз об’єктів зображення. Інтерактивні та комп’ютеризовані методи аналізу медичних зображень можуть забезпечити ефективні інструменти для кількісної та якісної інтерпретації медичних зображень з метою постановки диференційних діагнозів, спостереження під час хірургічного впливу та лікування. Ефективні інструменти обробки та аналізу зображень можуть також допомогти у розумінні фізіологічних процесів, пов’язаних із хворобою та перебігом процесу лікування.
- Список літератури………………………………………………………..267 Розділ 1. Інформаційні технології в системі охорони здоров’я
- 1.1. Основні поняття медичної інформатики
- Інформація та її визначення
- Передача інформації. Схема передачі інформації. Відправник, канал, і одержувач
- Носії повідомлень
- Представлення інформації в комп’ютері
- Предмет та об’єкт медичної інформатики
- Медична інформація та її види
- Інформація, дані, знання
- Типи медичних знань.
- Інформаційний медичний документ
- Медичні дані
- Питання для самоконтролю
- 1.2. Мережеві технології Основні поняття комп’ютерних мереж
- Комунікаційне обладнання
- Комунікаційне програмне забезпечення
- Класифікація комп’ютерних мереж
- Локальні мережі
- Глобальні мережі
- Глобальна мережа Internet та її можливості
- Виникнення глобальної мережі Internet.
- Протоколи мережі Internet.
- Ідентифікація комп’ютерів в мережі. Адресація в Internet.
- Основні послуги Internet.
- Робота з електронною поштою
- Поштові адреси та структура електронного листа.
- Робота з гіпертекстовими сторінками World Wide Web.
- Пошук в Internet
- Робота з файлами засобами ftp-сервера
- Загальні алгоритми пошуку інформації в Internet .
- Питання для самоконтролю
- 1.3. Інформаційні ресурси системи охорони здоров’я Основи телемедицини.
- Технології, що застосовуються у телемедицині
- Будова телемедичних систем. Засоби передачі інформації в телемедицині
- Функції телемедичних центрів
- Стандарти, які застосовуються в телемедицині.
- Стандарт Health Level 7
- Проблеми телемедицини
- Доказова медицина. Принципи доказової медицини
- Визначення доказовості
- Аспекти доказової медицини
- Умови ефективного функціонування доказової медицини
- Алгоритм дій
- Мета-аналіз
- Види мета-аналізу
- Переваги мета-аналізу
- Проблеми мета-аналізу
- Питання для самоконтролю
- Розділ 2. Комп’ютерні дані та методи їх аналізу
- 2.1 Системи управління базами даних. Основні концепції баз даних
- Класифікація баз даних
- Основні типи моделей даних
- Ієрархічна модель даних.
- Модель даних типу мережа.
- Реляційна модель даних.
- Класифікація сучасних систем керування базами даних
- Мовні засоби систем керування базами даних
- Майбутнє субд
- Питання для самоконтролю
- 2.2. Кодування та класифікація. Історія класифікації і кодування
- Що таке класифікація?
- Двоосьова icpc .
- Види кодів
- Класифікація і кодування
- Міжнародні Системи Класифікації.
- Системи класифікації в Україні
- Питання для самоконтролю
- 2.3. Візуалізація медико-біологічних даних. Поняття медичного зображення.
- Формування медичних зображень: від фізіології до інформаційної обробки
- Медичне зображення як об’єкт медичної інформатики.
- Методи отримання медичних зображень
- Обробка медичних зображень.
- Основні принципи обробки зображень.
- Попередня обробка.
- Зміна контрастності зображення.
- Затемнення і видимість деталей зображення
- Зменшення шуму.
- Квантування рівня сірого
- Відновлення зображень
- Покращення зображень
- Методика виявлення краю або контуру
- Сегментація.
- Стиснення зображення
- Перетворення зображення
- Повне перетворення
- Розрахунок параметрів.
- Інтерпретація зображень.
- Проблеми обробки та аналізу зображень
- Проблема візуалізації зображень.
- Двовимірні томографічні зображення.
- Тривимірне об’ємне зображення.
- Способи двовимірної візуалізації.
- Способи дійсної три вимірної візуалізації.
- Застосування тривимірної візуалізації.
- Сучасні тенденції обробки зображень
- Обробка двовимірних та тривимірних медичних зображень. Обробка двовимірних медичних зображень
- Обробка тривимірних медичних зображень
- Питання для самоконтролю
- 2.5. Біосигнали та їх обробка.
- Етапи аналізу біосигналів
- Реєстрація, перетворення та класифікація сигналів
- Біосигнали і нестаціонарні сигнали.
- Типи сигналів. Детерміновані біосигнали
- Стохастична форма хвилі
- Аналого-цифрове перетворення
- Приклади застосування аналізу біосигналів
- Питання для самоконтролю
- Розділ 3. Медичні знання та прийняття рішень
- 3.1. Формалізація та алгоритмізація медичних задач. Основні поняття
- Алгоритми та їх властивості.
- Способи подання алгоритмів
- Типи алгоритмів та їх структурні схеми Лінійні алгоритми
- Циклічні алгоритми
- Цикл-поки
- Цикл-до
- Питання для самоконтролю
- 3.2. Формальна логіка у вирішенні медико-біологічних задач. Основи логіки висловлень
- Поняття висловлення
- Множина значень висловлення
- Алфавіт логіки висловлень
- Логічні операції та таблиці істинності. Бінарні і унарні операції
- Операція заперечення.
- Операція кон’юнкції
- Операція диз’юнкції
- Операція імплікації
- Операція еквівалентності
- Діаграми Вена
- Властивості логічних операцій
- Основні логічні функції.
- Логічна функція якщо
- Способи подання логічних функцій
- Питання для самоконтролю
- 3.3. Логічні і ймовірнісні моделі у діагностиці захворювань Типи діагностичних і прогностичних технологій
- Види лікарської логіки.
- Детерміністична логіка
- Табличні методи
- Машинні технології
- Логіка фазових інтервалів
- Фазовий простір станів
- Застосування ймовірнісної логіки в діагностиці
- Основи теорії ймовірнісної діагностики
- Розробка систем ймовірнісної діагностики
- Приклад застосування систем ймовірнісної діагностики
- Метод послідовного статистичного аналізу Вальда
- Питання для самоконтролю
- 3.4. Моделювання медико-біологічних процесів . Поняття системи
- Властивості систем
- Структура систем
- Загальна теорія систем. Системний підхід
- Поняття моделі. Типи моделей
- Типи моделей
- Математична модель. Історія
- Ступені складності математичної моделі
- Ступені адекватності
- Математичне моделювання
- Етапи математичного моделювання
- Обмеження і переваги методу математичного моделювання
- Приклади математичних моделей.
- 1. Гемодинаміка судинного русла
- 2. Модель зміни концентрації лікарського препарату в крові пацієнта
- 3. Моделювання росту популяцій
- 43. Випадкові відхилення 44. Випадкові відхилення
- 4. Математична модель «хижак – жертва»
- 5. Моделювання клітинного росту
- 6. Математичне моделювання в імунології.
- 7. Моделювання епідемічних процесів
- Питання для самоконтролю
- 3.5. Системи знань. Експертні системи. Визначення й архітектура систем знань
- Людина і комп’ютер
- Експертні системи в медицині
- Штучний інтелект.
- Історія ес
- Розробка експертних систем
- База знань
- Формальні моделі зображення знань
- Продукційні моделі
- Семантичні моделі
- Модель типу фрейм
- Характеристики експертних систем
- Приклади застосування експертних систем
- Тенденції розвитку систем знань
- Питання для самоконтролю
- Розділ 4. Інформаційні системи в охороні здоров’я
- 4.1. Медичні інформаційні системи Вимоги до інформації
- Основні аспекти інформатизації медичної діяльності
- Загальна технологічна схема діагностично-лікувального процесу.
- Етапи створення і основні характеристики міс
- Класифікація медичних інформаційних систем
- Медичні інформаційні системи базового рівня
- Інформаційно довідкові системи.
- Консультативно-діагностичні системи.
- Арм лікаря.
- Автоматизоване робоче місце лікаря діагноста
- Медичні інформаційні системи рівня лікувально-профілактичного закладу
- Інформаційні системи консультативних центрів.
- Скрінінгові системи.
- Інформаційні системи лікувально-профілактичної установи Особливості організації інформаційного середовища лікувально профілактичної установи
- Основні типи даних
- Інформаційні системи поліклінічного обслуговування.
- Міс територіального і державного рівня
- Інформаційне забезпечення міс
- Питання для самоконтролю
- 4.2. Автоматизовані системи діагностики захворювань і прогнозування результатів їх лікування
- 4.3. Медичні приладо – комп’ютерні системи Поняття про приладо – комп’ютерні системи.
- Коротка історична довідка.
- Класифікація медичних приладо-комп’ютерних систем
- Класифікація за функціональними можливостями
- Класифікація за призначенням
- Основні принципи побудови мпкс Структура мпкс.
- Медичне забезпечення
- Апаратне забезпечення мпк Деякі елементи обчислювальної техніки
- Програмне забезпечення мпкс.
- 1. Підготовки дослідження.
- 2. Проведення дослідження.
- 3. Перегляду і редагування записів.
- 4. Обчислювального аналізу.
- 5. Оформлення висновку.
- 6. Роботи з архівом.
- Системи для проведення функціональної діагностики. Системи для дослідження функцій кровообігу.
- Комп’ютерна електрокардіографія
- Комп’ютерна реографія.
- Системи для дослідження органів дихання.
- Системи для дослідження головного мозку
- Комп’ютерна електроенцефалограма
- Системи для ультразвукових досліджень
- Комп’ютерна ехотомографія
- Інші типи спеціалізованих систем
- Методи обробки й аналізу медичних зображень.
- Мпкс для рентгенівських досліджень
- Мпкс для магнітно-резонансних досліджень.
- Мпкс для радіонуклідних досліджень(рнд).
- Багатофункціональні системи
- Системи для проведення моніторингу
- Специфіка моніторингових систем
- Електрокардіографічний моніторинг
- Системи управління лікувальним процесом.
- Системи інтенсивної терапії.
- Системи оберненого біологічного зв’язку.
- Системи протезування та штучні органи.
- Перспективи розвитку мпкс
- Питання для самоконтролю
- 4.4. Госпітальні інформаційні системи
- Типи систем.
- Відображення сценарію інформаційних подій в лпу.
- Архітектура гіс.
- Автоматизовані робочі місця головного лікаря та його замісників.
- Регістратура
- Електронна медична карта (емк)
- Стаціонар
- Лабораторні дослідження.
- Операційна
- Облік лікарських засобів.
- Електронна медична картка. Ведення медичної документації за допомогою персонального комп’ютера.
- Концепція побудови електронних медичних карток
- Ступінь захисту інформації про пацієнтів
- Система медичного документообігу закладів охорони здоров’я
- Структура системи
- Етапи документообігу
- Питання для самоконтролю
- 4.5. Етичні та правові принципи в системі охорони здоров’я Захист медичної інформації
- Медична інформаційна система як об’єкт захисту
- Проблеми організації захисту лікарської таємниці
- Загрози інформації, що містить лікарську таємницю.
- Проблеми впровадження комплексних систем захисту.
- Вимоги до моделі процесів інформаційної безпеки.
- Формування моделі інформаційної безпеки.
- Питання для самоконтролю