Головна » Медтехніка і технології » Інформаційні технології променевої діагностики на основі скануючої системи отримання зображень | Медтехніка і технології


В.В. Кретов, Ю.Г. Українців * ЗАТ «Научприбор», Орел; * ІЯФ ім. Г.І. Будкера СО РАН, Новосибірськ

Введення
В даний час в медичній променевої діагностики широко застосовуються цифрові технології - комп'ютерна томографія, магнітно-резонансна томографія, цифрова рентгенографія та ін Впровадження цифрових методів аналізу зображень радикальним чином змінює всю організацію і технологію проведення профілактичних обстежень у медичнихустановах поліклінічної служби МОЗ. Проте при цифрової флюорографії основні принципи компонування кабінету зберігаються, з тією лише різницею, що управління апаратом здійснюється від АРМ рентген-лаборанта, а кімната рентгенолога оснащується АРМ лікаря-рентгенолога. Відомо, що «вузькими місцями» процесу флюорографії при масових обстеженнях є реєстрація пацієнтів та їх підготовка до знімка. Розглянемо нові можливості цифрової флюорографії великого потоку пацієнтів на прикладізастосування флюорографа малодозового цифрового (ФМЦ) випускається ЗАТ «Научприбор» (м. Орел) для підвищення пропускної здатності кабінету і підвищення якості діагностики.

Нові можливості цифрової флюорографії
Технологія отримання двомірного цифрового рентгенівського зображення на ФМЦ заснована на методі пошарового сканування пацієнта вузьким (менше 05 мм) віялоподібним пучком з використанням багатоканальноїіонізаційної камери (МІК) в якості перетворювача рентгенівського випромінювання. В результаті такого просвічування у вхідній площині лінійки багатоканальної іонізаційній камери формується одномірне рентгенівське зображення. На відміну від інших детекторів чутлива область іонізаційної камери забезпечує високу ефективність реєстрації випромінювання і має високу радіаційну стійкість, так як для реєстрації використовується газ криптон (Kr) при тиску 20 кгс/см2. А виключеннядодаткового перетворення енергії Y-кванта в світ і тільки потім - в заряд зменшує втрати і підвищує вихідний сигнал на один Y-квант в кілька разів. Накопичений заряд в кожного осередку МІК пропорційний інтенсивності випромінювання, що пройшов через досліджуваний об'єкт за час реєстрації одного рядка зображення, перетворюється в електричний сигнал і шляхом послідовного перетворення 14-ти бітовим АЦП в цифровий вигляд. Отримані цифрові дані переписуються в проміжну пам'ять, вякої формується рядок знімка адекватна рентгенівському зображенню. Абсолютно однорідна лінійка чутливих осередків МІК без пропусків (мертвих зон) не вимагає програмних «зшивок», а практично прямокутна форма осередку (каналу реєстрації) багатоканального детектора забезпечує зображення непрозорого краю об'єкта більш різким, тобто робить знімок більш чітким. Двомірна матриця масиву чисел цифрового рентгенівського зображення формується шляхом покрокового прецизійного(Вертикального) синхронного переміщення рентгенівського випромінювача, щілинного коліматора і однокоординатної приймача МІК вздовж досліджуваного об'єкта. При цьому горизонтальна координата збігається з номером комірки (1 2048) багатоканальної іонізаційній камери детектора, а вертикальна - числом кроків сканування (максимальне число ~ 4096). З'являється можливість отримання цифрових зображень протяжних розмірів - аж до всього тіла пацієнта. Цифровий рентгенівський знімок відповідаєчислової матриці складається з 2048 рядів і 2048 рядків або більше, де кожне число прямо пропорційно інтенсивності випромінювання потрапив у клітинку в певній точці простору 410х410 мм або відтінкам сірого кольору (рівнями яскравості) на екрані монітора. Так звана «глибина зображення» складає 2 (14) = 16 384 градацій кольору. Однак треба зауважити, що побутові монітори передають 256 відтінків сірого кольору, спеціалізовані медичні - 800.

Вирішальним факторомвизначення слабоконтрастних об'єктів цифрового зображення є роздільна здатність по контрасту, яка визначається числом біт на піксель і рівнем фону (шуму). Кількість градацій щільності, переданих рентгенівської системою для скануючих систем, визначається тільки характеристиками детектора і складає ~ 1000. Отриманий цифровий вигляд рентгенівських зображень створює можливість переходу на безплівкову технологію роботи кабінету, тобто виключає плівку і фотолабораторнийпроцес, а також не потребує окремих приміщень для її зберігання. Для архівування зображень з гарантією довгострокового зберігання використовуються запам'ятовуючі пристрої з однократним записом за допомогою цифрового приводу MC-R400U з DVD-RAM дисками ємністю 47 Gb при односторонньому запису або 94 Gb при двосторонній записи, на яких розміщується не менш 3000 знімків у цифровому форматі. При необхідності можна роздрукувати копію цифрового зображення на професійному принтері SONYUP-DF500 або UP-D71XR фірми SONY). формату А4 причому не тільки на папері, а й на плівці.

Оптимальне діафрагмування і розташування коліматора на половині відстані фокус-приймач формує вузький віялоподібний пучок випромінювання. Вузьке (щелевидное) вхідне вікно МІК приймача випромінювання, в яке потрапляє пройшла через пацієнта випромінювання, працює також як рентгенівський відсіває растр. Така конфігурація -просвічування досліджуваного об'єкта вузько коллімірованним пучком приводить до зменшення частки розсіяного випромінювання і практично повністю виключає внесок його в основний інформаційний потік рентгенівських квантів. Іншою особливістю скануючих систем є широкий динамічний діапазон (в рентгенографії - широта фотографічна) - параметр, що визначає здатність системи одночасно реєструвати деталі на тлі об'єкта з сильним і слабким поглинанням в максимально можливому перепаді доз.Це обумовлено, з одного боку, високою чутливістю газового приймача випромінювання і, з іншого боку, відсутністю в системі елементів, які можуть увійти в режим насичення і обмежити корисний сигнал. Тому скануюча технологія отримання зображень дозволяє підвищити якість рентгенографічного зображення гіперстенік в порівнянні зі звичайними двох-координатними системами. Центральний промінь віялового випромінювання направлений в центр приймача випромінювання і перпендикулярний, тому дляотримання косих проекцій органів необхідно розташовувати цікавить анатомічну область під потрібним кутом в центрі приймача випромінювання. Лінійний скануючий спосіб отримання зображень: по-перше, виключає геометричні спотворення по вертикалі досліджуваного органу, по-друге, тіньове зображення не залежать від положення об'єкта, а велика відстань від фокуса до приймача (1350 мм) робить незначними геометричні спотворення по горизонталі. Прицільна рентгенографія органів реалізуєтьсязміною місця розташування пацієнта між рентгенівським випромінювачем і приймачем, тобто розміщуючи пацієнта у коліматора, отримуємо розмір фотографії 200х200 мм з проекційним збільшенням в 14 рази. Для зменшення геометричної нерізкості системи та підвищення чіткості зображення використовується тільки малий фокус рентгенівської трубки, динамічна нерізкість рухомих органів зменшена за рахунок малої витримки - тривалість експозиції рядка 0002 с.

Програмний пакет«Віртуальний рентгенологічний кабінет»
Програмний пакет, що зв'язує всі робочі місця єдиною мережею, працює в середовищі Windows 95/98/ME/NT/2000 в діалоговому режимі і включає базу даних та архів знімків пацієнтів. Робоча програма надає широкий спектр абсолютно нових діагностичних можливостей для роботи із зображеннями. Програмна оболонка АРМ оснащена різними функціями обробки зображень з метою його оптимізації - збільшеннярозмірів знімка на екрані дисплея, інверсія знімка, зміна яскравості і контрасту, як усього знімка, так і в довільно виділеної прямокутної області. Тестова програма автоматично проводить контроль технічних параметрів і забезпечує мінімум сервісу апарату. Російське агентство по патентах і товарних знаків видало свідоцтво N 2002612070 про офіційну реєстрацію програми «Віртуальний рентгенологічний кабінет», яка забезпечує функціонування флюорографа.

АРМ реєстратора
Для підвищення ефективності роботи кабінету променевої діагностики та стандартизації документообігу до складу апарату ФМЦ введений АРМ реєстратора. Реєстратор веде запис пацієнтів на рентгенологічні дослідження, становить приблизну черговість з метою максимального скорочення часу очікування та вирівнює по часу завантаження кабінету з урахуванням обсягу і змісту майбутніх досліджень. У базі даних пацієнта, що прийшли наприйом у перший раз, необхідно заповнити поле вікна даних необхідні при рентгенодіагностиці, які надалі зберігаються в електронному вигляді в архіві. Застосування АРМ реєстратора дозволяє значно скоротити витрати робочого часу на етапах проходження інформації (реєстрація, виписка результатів дослідження, звірка, сортування, пошук, передача інформації, створення звітів, довідок та інших документів). При необхідності на цьому робочому місці можливий друк обліково-звітноїдокументації за затвердженими формами, а також друк готових бланків висновків по обстеженню.

АРМ лікаря
В АРМ лікаря входять програми оформлення діагнозу, розрахунку статистичних даних, довідкові відомості та ін Візуалізація рентгенівського зображення здійснюється на спеціальному медичному моніторі, ефективність якого оцінюється властивостями отриманого світлового зображення.

Мережеваструктура апарату ФМЦ
По внутрішніх лініях зв'язку установи здійснюється об'єднання АРМ реєстратора, АРМ рентген-лаборанта і АРМ лікаря-рентгенолога в локальну комп'ютерну мережу. Після запуску програми АРМ лаборанта здійснюється перевірка наявності дозволу на роботу для даної особи зі складу персоналу відділення шляхом введення імені і пароля. У тому випадку, якщо доступ цієї особи санкціонований, йому надається доступ до єдиної облікової формі для проведенняреєстрації та прийому пацієнтів. Основні відомості про пацієнта, вид проекції й параметри зйомки, дата і час проведення дослідження, реєстраційний номер страхового полюса і інші дані, вводяться через робочий список з клавіатури один раз і після цього є складовою частиною цифрового зображення (бази даних). У діалоговому вікні лаборант автоматично або вручну здійснює вибір параметрів зйомки і режим роботи УРП /С, в залежності від виду дослідження та отримання оптимальногоякості зображення. Після закінчення реєстрації лаборант з допомогою переговорного пристрою запрошує пацієнта прийняти необхідне для зйомки становище в кабіні, ведучи спостереження за його укладанням по каналу відеозв'язку. Отримане цифрове рентгенівське зображення досліджуваного органу пацієнта відображається на екрані монітора відразу після зйомки і потім, проаналізувавши отриманий знімок, лаборант, проводить запис цифрового зображення і супровідну інформацію (основні дані і розрахунковезначення дози поглиненої пацієнтом за обстеження з урахуванням ризику віддалених наслідків - ефективна еквівалентна доза) в базу даних рентгенологічного відділення. Записаний результат дослідження в архів стає доступним для аналізу лікарем-рентгенологом відразу ж після запису, або в будь-яке інше зручне для нього час. Виконання додаткових досліджень відразу після первинного огляду істотно заощаджує трудові витрати і вивільняє рентген-лаборанта для виконання робіт поприйому інших пацієнтів, а також сприяє значному скороченню витрат часу при обстеженні. При виконанні рентгенологічних досліджень на ФМЦ крім знань анатомії людини і укладок знімаються органів, лаборанту потрібні початкові комп'ютерні знання.

Переваги апаратно-програмного комплексу МФЦ

Зменшення променевого навантаження
на пацієнта здійснюється формуванням необхідногорозміру веерообразного променя за допомогою двох рухомих шторок на коліматорі керованих моторним приводом, а точний розмір поля опромінення контролюється по світловому полю лазерного центратора. Відсоток браку в порівнянні з традиційною плівковою рентгенографією через помилки у виборі експозиції мізерно малий, так як 5% контраст можна впевнено розрізнити без спотворень в прямому пучку рентгенівського випромінювання та ослабленому в 500 разів.

Якість цифровогозображення. Цифрове зображення за якістю можна порівняти з повноформатної рентгенограмі дозволяє вивчати, як малоконтрастними, так і висококонтрастні об'єкти на одному знімку одночасно через велику динамічного діапазону скануючих систем, що багато в чому розширює діагностичну значимість цифрового знімка.

Міжнародний стандарт медичних зображень. Робота з зображеннями ведеться вформаті міжнародного стандарту медичних зображень DICOM-3. Висновок (одержання твердих копій) проводиться за допомогою принтера SONY-895MD, дозволяє переносити знімки з високою якістю зображення на папір. Формат зображення 110х110 мм, дозвіл 600х800 пікселів, число градацій 256 вартість одного знімка ~ 6 рублів.

Обробка та аналіз зображень. Лікар, у зручний для нього час, проводитьобробку та аналіз зображень збережених в архіві даних, використовуючи наступні можливості: змінює яскравість і контраст знімка; вибирає і масштабує область інтересу; переглядає зображення в негативі і позитиві; виробляє введення описів результатів обстеження.

Кількісні характеристики зображення. Особливо важливо отримання кількісних характеристик зображення - це визначення відстаней, кутів, розміріворганів або патологічних утворень. При уточненні діагнозу можливо вимір відносної щільності в кожній точці знімка або середньої відносної щільності в довільному фрагменті знімка. Для підвищення діагностичної цінності отримуваного знімка використовують перетворення зображень за допомогою спеціальних апаратно-програмних засобів, з метою поліпшення сприйняття цікавлять лікаря структур (підвищення контрастності, підкреслення контурів, фільтрація перешкод та ін.)

Економічна ефективність. Масові обстеження з використанням традиційного методу реєстрації рентгенівських зображень приводить до підвищених тимчасовим і матеріальних витрат, пов'язаних з досить складним процесом фотохімічного прояви та використанням дорогих срібновмістких матеріалів. Зміст плівкового архіву, що накопичується в результаті діяльності рентгенологічного відділення, стаєдорогим, так як термін зберігання рентгенівських знімків і флюорограм два роки при відсутності патології, п'ять років і більше для знімків, що відображають патологічні зміни. Знімки хворих дітей зберігаються десять років. При цьому згідно зі світовою статистикою, до 20% рентгенограм втрачаються при зберіганні в архівах або їх важко вчасно затребувати. Втрата знімка в архіві і шлюб, неминуче присутній при виробництві рентгенограм, викликає необхідність проведення повторних досліджень, щоведе до збільшення променевого навантаження і додатковим трудовим затратам. Архівування цифрових зображень на DVD дисках створює необмежений і компактний рентгенівський архів відділення рентгенології, що забезпечує зручний і швидкий доступ через робочі станції одночасно кільком лікарям. Накопичена інформація в цифровому архіві дозволяє тиражувати знімок багаторазово, тому відпадає необхідність у повторних обстеженнях, втрата традиційних знімків більше не є проблемою.Заміна архіву, що зберігається в індивідуальних пакетах, громіздкою плівковою та паперової картотеки пацієнтів на цифрову флюорокартотеку звільняє приміщення даного лікувально-профілактичного закладу і вивільняє обслуговуючий персонал. Створений цифровий архів рентгенологічного відділення (база даних) дозволить оперативно контролювати обсяг усіх видів обстежень населення на туберкульоз та іншу легеневу патологію, виділити традиційні групи ризику, плануватиобсяг флюорографічних обстежень, складати звіт про профілактичних обстеженнях населення за віком, характером виявленої патології та видами обстеження.

Цифровий архів дозволить лікарям автоматизувати обробку результатів досліджень за допомогою спеціалізованих алгоритмів, проводити статистичну обробку на великих вибірках даних про пацієнтів з метою узагальнення отриманих результатів. За збереженим данимив архіві можна створювати статистичні звіти згідно з чинними нормативними документами про проведені обстеженнях, сортувати і вибирати пацієнтів в залежності від умов відбору. Архівні зображення використовуються для швидкого та повноцінного порівняння результатів двох обстежень, знятих в різний момент часу, з метою аналізу динаміки розвитку захворювання або ходу лікування.

Телемедичні технології. Наявністьвиходу комп'ютерний мережі медичного закладу в Інтернет додатково дозволить лікарю зі свого робочого місця проводити не тільки аналіз отриманих зображень, але і передавати знімки для оперативних консультацій в інші медичні центри. Швидкість передачі даних сучасних засобів зв'язку вже сьогодні дозволить лікуючим лікарям з «глибинки» оперативно отримувати висококваліфіковану консультативну допомогу, при цьому, знаходячись від них на значній відстані, навіть на іншому континенті,причому консультанту передається не суб'єктивний доповідь лікуючого лікаря, а первинна діагностична інформація. Передача персоніфікованих даних про стан пацієнта віддаленою консультанту вирівнює шанси хворих на отримання кваліфікованої допомоги, коли мова йде про найважливіше питанні - постановці правильного діагнозу. У багатьох випадках безпосереднє спілкування не потрібно, консультації проводяться у відкладеному режимі, коли вся необхідна медична документація, включаючи результатидосліджень і вимірювань, пересилається консультанту по каналах зв'язку заздалегідь, консультант переглядає її у зручний для себе час, готує висновок і відсилає його назад. Для уточнення діагнозу або вибору методу лікування буває досить одного обговорення клінічних проявів хвороби лікуючим лікарем з колегами зі спеціалізованого відділення. Таким же шляхом, можливо дистанційне підвищення кваліфікації з рентгенології лікаря в режимі заочного навчання та отримання інформації проостанні досягнення в променевій діагностиці. Захист від несанкціонованого використання засобів обчислювальної техніки (комп'ютера) і обмеження доступу до безе даних здійснена введенням в систему ключа захисту - пароля. Поставляється в комплекті комп'ютерна техніка сертифікована і відповідає міжнародним стандартам безпеки.

Висновок
У висновку відзначимо, що застосування в медичних установах сучасних цифровихінформаційних технологій підвищить якість роботи служб променевої діагностики і скоротить витрати на необхідні матеріали. А використання флюорографа ФМЦ для скринінгових досліджень органів грудної клітини дозволить домогтися значного зниження радіаційного навантаження на населення та знизить ризик довгострокових наслідків від флюорографічних досліджень. Таким чином, впровадження скануючих технологій з високоефективним газовим приймачем випромінювання в медицині надасть можливістьреалізувати принципово новий метод рентгенологічних досліджень з більш високою якістю цифрового зображення і в ряді випадків дозволить:
по-перше, здійснювати динамічне спостереження за станом диспансерних пацієнтів з груп підвищеного ризику з будь-якої необхідної періодичністю;
по-друге, звести ризик опромінення до безпечного мінімуму при оцінці ефективності лікування в динаміці хворих на туберкульоз легень, що в свою чергу дозволить своєчасно вносити корекцію в лікування;
по-третє, зняти з розгляду питання про радіаційну небезпеку при масових обстеженнях більш ранніх вікових груп.

Застосування скануючих технологій в рентгенографії на сьогоднішній день є оптимальним рішенням для профілактичних досліджень великих потоків пацієнтів з точки зору досягнення прийнятного балансу якість цифрового зображення /ціна. Порівняльна оцінка ефективності використання плівковою і цифрової технології з позиції «користь /ризик» свідчить про значну перевагу цифрових скануючих технологій. Для однокоординатної детектора забезпечується розумна вартість та низькі експлуатаційні витрати (ремонтопридатність). Очевидно, що цифрова інформаційна технологія обробки і передачі зображень - новий крок до формування рентгенівських відділень, однак при цьому потрібно продумана і планова робота з перепідготовки персоналу рентгенівських відділень, оскільки цифрові технології вимагають від лікаря нових знань.

Література.
1. Бабічев Є. А., Бару С. Є., Волобуєв А. Я., Гусєв В. В. та ін Медична техніка. 1997. - № 1. - С. 13-17.
2. Бабічев Є. А., Бару С. Є., поросят В. В., Савінов Г. А., Українців Ю. Г., Хабахпашев А. Г., Шехтман Л. І., Юрченко Ю. Б. Вісник рентгенології і радіології. 1998. - № 4. - С. 28-29.
3. Кулаков В. І., Волобуєв А. І., Денисов П. І. Акуш. і гін. 1998. - № 2. - С. 46-52.
4. Бєлова І. В., Казенний В. Я. Медична візуалізація. 1999. - № 1. - С. 2-6.
5. Діагностика туберкульозу легких методом малодозовой цифрової рентгенографії: Метод. рекомендації, - М., 1999.
6. Місце цифровий рентгенофлюорографіі в діагностиці туберкульозу, раку легенів і патології середостіння: Посібник для лікарів /Кравець Л.М., Вяткіна Є.І., Пєтухова Н.Ю., Сташук Г.А. - М., 1999.
7. Бєлова І. Б., Китаїв В. М. Малодозовая цифрова рентгенографія. - Орел, 2001.
8. Борисенко О.П., Українців Ю.Г., Царахов А.П. Матеріали 4-го Російського наукового форуму «Радіологія 2003».
9. Бару С.Є., Українців Ю.Г. Медична техніка. 2004. - № 1. - С. 38-39.
10. Кретов В.В., Українців Ю.Г. Медичний алфавіт. 2004. - № 5. - С. 16-17.

Information technologies of X-ray diagnostics based on a scanning system for obtaining images

V.V. Kretov, Yu.G. Ukraintsev *, "NauchPribor", Orel; * Budker INP SB RAS, Novosibirsk

Summary: At present, digital technologies are widely used in the medical X-ray diagnostics: computer tomography, magnetic-resonance tomography, digital radiography, etc. Digital techniques for image analysis change considerably all the arrangements and procedures of the prophylactic examinations in the medical offices of the polyclinic services of Ministry of Health. For the digital fluorography, the basic principles of the diagnostic room arrangement are the same with the only change that the apparatus is controlled via computer-assisted working place (CAWP) of the radiologist assistant and the room of radiologist is equipped with CAWP. It is well known that the main problems for the mass fluorography are the registration of patients and their preparation for making shots. Let us consider new capabilities of the digital fluorography of a large number of patients exemplified by the use of LDF (low dose fluorography) produced by "NauchPribor", Orel, Russia with the aim of increasing the rate and quality of diagnostics.

Інформаційні технології в медицині



...


1 (0,00527)