Основы обработки медицинских изображений

Понятие медицинского изображения. ......................................................................... 2

Медицинское изображение как объект медицинской информатики....................... 2

Методы получения медицинских изображений ......................................................... 4

Обработка медицинских изображений. ...................................................................... 6

Основные принципы обработки изображений. .......................................................... 7

Предыдущая обработка. ............................................................................................ 7

Изменение контрастности изображения. ................................................................ 7

Сегментация. ............................................................................................................... 7

Расчет параметров. ..................................................................................................... 7

Интерпретация изображений. ................................................................................... 7

Проблемы обработки и анализа изображений. .......................................................... 8

Проблема визуализации изображений. .................................................................... 9

Двумерные томографические изображения. ....................................................... 9

Трехмерное объемное изображение. .................................................................... 9

Сравнение двумерной и трехмерной визуализаций. .......................................... 9

Способы двумерной визуализации. ......................................................................... 9

Способы действительной трехмерной визуализации. ........................................... 9

Применение трехмерной визуализации. ................................................................ 10

Современные тенденции обработки изображений .............................................. 10

Обработка двумерных и трехмерных медицинских изображений. ....................... 11

Обработка двумерных медицинских изображений .............................................. 11

Обработка трехмерных медицинских изображений ............................................ 12

Пример. PACS/RIS на базе Аппаратно-Программных Комплексов "Гамма

Мультивокс" ............................................................................................................. 13

Назначение и область применения PACS/RIS АРИС MultiVox ...................... 13

Интеграция с МИС ............................................................................................... 15

Описание возможностей ...................................................................................... 16

Телерадиология ..................................................................................................... 18

Независимость от производителя оборудования .............................................. 19

Простая интеграция с другими PACS системами ............................................. 19

Удаленный доступ к данным ............................................................................... 19

Методы сохранения и защиты информации ...................................................... 19

WEB-доступ ........................................................................................................... 19

Возможности расширения системы .................................................................... 19

Технические требования к аппаратно-программному обеспечению.............. 20

Требования к системному программному обеспечению для сервера базы

данных и сервера приложений "Гамма Мультивокс С" ................................... 21

Характеристики вычислительной сети............................................................... 21

Масштабируемое решение ................................................................................... 21

Ключевые преимущества PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" ...... 21

Регистрационные документы .............................................................................. 21

2

Понятие медицинского изображения.

Работа с графической информацией традиционно является одним из

важнейших направлений применения компьютера в медицине, который

рассматривается в специальном подразделе медицинской информатики, который

получил название анализ медицинских изображений.

Медицинское изображение является одним из важных средств получения

визуальной информации о внутренних структурах и функциях человеческого

тела. Оно может быть получено радиологическими или нерадиологическими

методами.

Назначение радиологических методов - сделать доступным для

визуального восприятия информацию, которая не воспринимается

непосредственно зрением. Такая информация (изображение органов или частей

органов) получается с помощью излучения. Это излучение имеет, как правило,

электромагнитную природу. Медицинские изображения органов (medical

imaging) полученные средствами радиологической диагностики является

главным источником информации в области здравоохранения. Все эти методы

для получения изображений используют вычислительные процедуры.

Нерадиологическими методами получают изображения, которые

отсняты видеокамерой (эндоскопия) или сфотографированные

(микроскопические изображения в гистологии, патологии,

дерматологические изображения и т.п.). Эти типы изображений также могут

быть переведены в цифровую форму и со временем обработаны.

В дальнейшем будем рассматривать преимущественно медицинские

изображения, полученные радиологическими методами. Именно поэтому под

понятием „медицинское изображение” будем понимать доступную зрительному

восприятию картину пространственного распределения любого вида излучения,

трансформированного в видимую часть оптического диапазона.

После образования изображения оно должно быть интерпретировано.

Средство интерпретации и показа может быть носителем исходного

изображения, например, видеофильм, из которого были сформированы

изображения, или другой носитель - фотография или монитор компьютера.

Медицинское изображение как объект медицинской

информатики.

Все многообразие медицинских изображений, независимо от способов их

получения, может быть отнесено до одной из двух основных групп: аналоговые

и матричные изображения.

К аналоговым изображениям относятся те, которые несут в себе

информацию беспрерывного характера. Это изображение на обычных

рентгенограммах, сцинтиграммах, термограммах. Аналоговые сигналы - это

непрерывные сигналы, в них присутствующее много лишней информации.

К матричным изображениям относятся такие, которые получены с

помощью компьютера. Они имеют в своей основе матрицу, которая содержится

в памяти ПК. Матричными изображениями являются образы, которые получены

3

при компьютерной томографии, цыфровой рентгенографии, Мр-томографии,

Эом-сцинтиграфии с компьютерной обработкой информации, ультразвуковом

сканировании. Таким образом, матричные изображения в отличие от аналоговых

имеют дискретный характер. Поскольку в основе матричных изображений лежит

компьютеризировання технология, они становятся доступными для

разнообразной обработки на ЭВМ.

Необходимо отметить, что аналоговые изображения могут быть

преобразованы в матричные и, наоборот, матричные в аналоговые. С этой целью

применяют специальные устройства: аналого-цифровые и цифро-аналоговые

преобразователи.

Матричное изображение формируется путем сканирования электронным

лучом по строкам. Тем самым создается возможность для восприятия

изображения в реальном времени. Для этого применяется специальный

дисплейный процессор, который через систему связи (интерфейс)

подключенный к основной ЭВМ. Память дисплейного процессора организована

в виде матрицы, каждому из элементов которой отвечает свой определенный

участок дисплея. Подобная элементарная единица матричного изображения,

который отвечает за нумерованный участок памяти, получила название

«пиксель» (от английского pixel-picture element - элемент картины). Таким

образом, вся площадь экрана дисплея представляет собой матрицу -

совокупность пикселей. В лучевой диагностике площадь дисплея может

формироваться в виде следующих матриц: 32*32, 64*64, 128*128, 256*256,

512*512, 1024*1024, 1024*1280 пикселей. Чем на большее число пикселей

разбивается площадь дисплея, тем выше распределительная способность

системы отображения.

Каждый пиксель изображения записывается в памяти дисплейного

процессора разным числом бит – от 2 до 16. Чем большим количеством бит

информации представлен каждый пиксель изображения, тем лучшее

изображение за своими зрительными свойствах и тем более информации оно

содержит об исследуемом объекте. Так, 6-битный пиксель (байтовая система

записи пикселя), чаще всего использующийся в ультразвуковой диагностике,

содержит 26

= 64 оттенков серого цвета (от черного до белого). В

радионуклидной диагностике используется преимущественно 8-битный пиксель

, в нем 28 = 256 градаций, т.е. уровней серого. Нетрудно подсчитать, что

матричное изображение 64*64 пикселей в радионуклидной диагностике требует

4096 байт памяти, а изображение 128*128 пикселей - 16384 байт.

Более совершенные системы радионуклидной диагностики имеют

изображение 256*256 и даже 512*512 пикселей. Для формирования таких

изображений нужно при 8-битном пикселе около 64 и 256 килобайт памяти

компьютера, соответственно. Увеличение объема задействованной памяти

неизбежно приводит к снижению скорости обмена информацией, которая

сопровождается увеличением времени, необходимого для построения каждого

кадра изображения. Поэтому детализированные растры (256*256 и 512*512)

применяют преимущественно для получения статических изображений, т.е. в

4

диагностике ячейковых изменений в органах, тогда как грубые растры (64*64 и

128*128) используют главным образом для динамических исследований.

Все медицинские изображения в лучевой диагностике могут существовать

в виде твердых копий - рентгенограмм, отпечатков на бумаге, фотобумаге; на

магнитных носителях - лентах, дисках; или в нефиксированном виде - на экране

дисплея или рентгенодиагностического аппарата.

Объекты медицинского изображения можно разделить на твердые

фрагменты (кости) и фрагменты, которые могут быть деформированы

(структуры мягкой ткани); или на статические фрагменты (череп) и

динамические (сердце, подвижные соединения).

Методы получения медицинских изображений

Для получения одно- или двумерных медицинских изображений можно

использовать:

электромагнитное излучение;

ультразвук.

Методами получения двумерных медицинских изображений являются:

цифровая радиология;

компьютерная томография;

ядерный магнитный резонанс;

2D-ультразвук.

Методами и источниками трехмерных изображений являются:

последовательность радиологических изображений или

томографическое изображение динамического объекта;

объемное томографическое изображение части недвижимого объекта.

Коротко опишем указанные методики.

Рентгенология (обычная радиология) использует ионизирующее

излучение от источника рентгеновских лучей. Это наиболее распространенный

метод в отделениях радиологии. Изображения регистрируется на пленке,

чувствительной к рентгеновским лучам, и может быть со временем с этой

пленки переведены в цифровую форму. Можно получить и непосредственно

цифровое изображение, минуя стадию рентгенографической пленки - в новых

аппаратах, которые вместо пленок используют специальные матрицы.

Цифровая ангиография показывает сосуды, удаляя из изображений

нежелательные структуры (кости и внутренние органы). Исследования проводят

в два этапа. Сначала получают изображение до инъекции контрастного вещества

и переводят их в в цифровую форму. Потом они используются для создания

маски, которая будет удалена из изображений, полученных после инъекции.

Компьютерная томография (КТ) также использует рентгеновские лучи,

но вместо одного плоского изображения, КТ-изображения получается в

результате компьютерной обработки нескольких изображений, отснятых в

разных направлениях.

При ядерно-магнитном резонансе (ЯМР) компьютер восстанавливает

изображение от полученных радиосигналов, интенсивность и

5

продолжительность которых зависит от биологических характеристик ткани. Не

используя ионизирующую радиацию, ЯМР предоставляет изображения, вид

которых зависит от обмена веществ и характеристик тканей.

Ультразвуковое исследование (УЗД) использует звуковые (упругие)

колебание высокой частоты. Зонд выпускает ультразвуковые импульсы и

получает отраженные, которые с помощью пьезоэлектрических кристаллов

превращаются в электрические сигналы. Сигналы, которые получены от

нескольких параллельных каналов, переводятся в цифровую форму и

обрабатываются, в результате чего образовывается изображение.

Во время сцинтиграфії в организм вводится радиоактивная метка, которая

имеет тропизм к определенному виду ткани. Излучения, которые выпускается,

фиксируется с помощью чувствительной к радиации камеры. Восстановленное

изображение используется для оценивания функции органа.

Все радиологические методики получения изображения могут быть

представлены в виде следующей схемы (рисунок 1).

Первый блок в этой схеме источник излучения. Источник излучения

может находиться вне пациента (например, при рентгенологическом и

ультразвуковом исследовании) или может быть введенним в организм

(например, при радионуклидных исследованиях).

Следующий болок - детектор излучения. Он непосредственно

взаимодействует непосредственно с объектом (пациентом). Его назначение -

уловить электромагнитное излучение или упругие колебания и превратить их в

диагностическую информацию. В зависимости от вида излучения детектором

могут быть флюоресцентный экран, фото- или рентгеновская пленка, и др.

В некоторых системах информационные сигналы из детектора поступают

в блок преобразования и передачи сигнала. Назначение этого блока - повысить

информационную емкость сигнала, убрать препятствия («шум»), превратить его

в удобный для дальнейшей передачи вид.

Потом преобразованные сигналы передаются в синтезатор

изображения. Его назначение, как вытекает уже из самого названия, - создать

изображение исследуемого объекта - органа, части тела, всего человека.

Понятно, что при использовании разных методик изображения будет разным.

Рентгенограммы раскрывают перед нами преимущественно макроморфологию

органов и систем. Радионуклидные сцинтиграммы отображают в первую

очередь функциональную анатомию человека. Ультразвуковое исследование

дает возможность судить о строении и функции органов путем анализа их

акустической структуры. Термография - метод оценки теплового поля человека.

6

Рис.1. Система образования изображения.

Лучевые исследования планирует и выполняет врач-диагност. Это врач,

который получил специальную подготовку в некоторой области лучевой

диагностики или овладел всеми ее разделами. Его деятельность состоит из

приема визуальной информации, ее обработки, интерпретации результатов и

принятие диагностического решения

Обработка медицинских изображений.

В наше время на смену аналоговым приходят цифровые медицинские

изображения. Переведение в цифровую форму (с самого начала их получения

или позже) облегчает обработку изображений, хранение и передачу

медицинских визуальных данных. Эти возможности значительно расширились с

появлением АРМ с большим объёмом памяти для хранения данных и

достаточной вычислительной мощностью.

Информационные технологии могут помочь на всех этапах получения и

обработки медицинских изображений. Компьютеры непосредственно

принимают участие в создании некоторых типов изображений, которые не могут

быть получены другим способом: компьютерная томография, позитронная

эмиссионная томография (ПЭТ), ядерный магнитный резонанс.

Цифровая обработка изображения может использоваться с целью:

улучшения качества изображения, компенсации дефектов

регистрирующей системы, и уменьшение шума;

расчета клинически важных количественных параметров (расстояния,

площади, объёма, и т.п.);

облегчение интерпретации (распознавание структуры, вычисление дозы

для лучевой терапии);

Изображение

Источник

излучения

Объект

(пациент)

Блок

преобразования

Синтезатор

изображения Детектор

излучения

7

установление обратной связи (автоматизированные хирургические

вмешательства).

Сжатие изображений уменьшает объём памяти для хранения данных и

время для их передачи.

Хранение переведенных в цифровую форму изображений на твердых

магнитных дисках или CD упрощает организацию архивов и доступ к ним.

Передача переведенных в цифровую форму изображений между

лечебными учреждениями дает возможность нескольким экспертам быстро

консультироваться для принятия диагностических или терапевтических решений

и улучшает контроль за лечением пациента (телерадиология, телепатология).

Основные принципы обработки изображений.

Обработка и анализ изображений - это пошаговая процедура, которая

зависит от результатов предыдущего этапа, а также знаний и опыта оператора.

Фаза предыдущей обработки улучшает качество изображения, а фаза

сегментации выделяет элементы, его составу, который в конечном итоге

улучшает качество и точность диагностики.

Предыдущая обработка.

Фаза предыдущей обработки устраняет отклонения, связанные с системой

генерации изображения, и уменьшает шумы. Используются методы, которые

обрабатывают с помощью специальных программ цифровые данные и, таким

образом, улучшают видимость некоторых анатомических структур.

Изменение контрастности изображения.

Расчет гистограммы изображения создает представление количества

пикселей для каждого оттенка серого цвета в изображении.

Анализ гистограммы делает очевидным распределение серых уровней в

изображении и помогает судить о качестве оцифровки. Если гистограмма имеет

нелинейное распределение, то много деталей будут утерянны. Операции по

выравниванию гистограмм улучшают контрастность и, соответственно,

отображение деталей.

Сегментация.

Эта фаза обработки изображения изолирует отдельные элементы

изображения (органы, клетки и т.д.). Метод основан на идентификации

одинаковых писелей с допустимым уровнем погрешности. Сравнением двух

разных по времени сегментированых изображений обнаруживает динамику.

Расчет параметров.

Расчет линейных и объемных параметров анатомических образований.

Интерпретация изображений.

Автоматическая компьютерная интерпретация пока еще остается

проблемой. Для ее качественного выполнения нужна база знаний из

8

сравнительной и патологической анатомии. Полученные структуры и параметры

должны быть сопоставимы с известными структурами и классифицированны.

Должны использоваться и другие методы получения клинических и

биологических данных для автоматической диагностики, которые еще

недостижымы в наше время.

Проблемы обработки и анализа изображений.

Изображение с точки зрения памяти компьютера можно трактовать просто

как массив чисел, наподобие неструктурированной медицинской записи

(скажем, о пациенте). Медицинские изображения отличаются тем, что они несут

большое количество информации, данных (как и любое трёхмерное

изображение).

При этом без выделения определенных типов структур (которыми для

медицинских изображений являются, например, разные органы, участки

органов) данные могут быть отображенны, но дальнейшая их обработка

невозможна. Оценивая изображение, можно выделить еще больше абстрактной

информации, которая есть полезной для диагностики и терапии. Оценивание

изображения может осуществляться как благодаря визуализации, так и с

помощью количественных аналитических методов.

Анализ медицинских изображений решает две главные проблемы:

регистрация изображений;

визуализация изображений.

Проблема регистрации изображений. Одной из сложнейших задач, которая

еще ждет окончательного решения в анализе медицинских изображений, есть

регистрация изображений, которые являются, как правило, трёхмерными.

Регистрация медицинского изображения есть исключительно важной для

дальнейшего его анализа. Принятое следующее определение регистрации для

видоизменений А і В того же объема.

Регистрация для двух видоизменений А и В – это оценка отображения

между системами координат RefA и RefB, связанных с каждым видоизменением:

),( АВ хТх

где ),,(),,,( BBBBAААА zyxxzухх

– точки в системах координат RefА и

RefВ соответственно, которые отвечают одной и той же анатомической точке.

Регистрация поверхности может быть разделена на три стадии, как

показано на рисунке 2: выбор преобразования, представление поверхности и

критерий сходства, согласование и глобальная оптимизация.

Первый этап использует предположения, сделанные относительно

природы взаимосвязей между двумя видоизменениями. Второй этап определяет,

какой тип информации мы получаем из трехмерных поверхностей, которые

характеризуют их локальную и глобальную поверхности и, как мы организуем

эту информацию для представления поверхности, которая приведет к

улучшению эффективности на последнем этапе. Последний этап дает ответ на

вопрос, как мы исследуем эту информацию, чтобы оценить преобразование,

9

которое максимизирует меру сходства глобальной поверхности этих двух

поверхностей.

Проблема визуализации изображений.

Сегодня используются двух- и трехмерные проекции изображений.

При рентгенологическом или флюорографическом исследовании лучи

проходят через внутренние структуры тела. Т.е., на входе мы имеем трёхмерный

объект а на выходе получаем лишь одно двумерное изображение. Такое

изображение несет много полезной информации, но получить её сложно. Много

структур остаются непонятными (например, ребра, которые затемняют легкие), а

истинные трехмерные структуры не проявляются.

Двумерные томографические изображения.

При ультразвуковом исследовании или компьютерной томографии

делается объемный срез. Т.е. на входе системы мы имеем двумерный объемный

срез, а на выходе имеем также двумерное изображение. Хотя заметно все

структуры, все же можно потерять интересные части объема в целом. И снова же

трехмерная структура объекта - неизвестна.

Трехмерное объемное изображение.

Используя УЗД или КТ и ряд томографических срезов, мы имеем

возможность получить объемное изображение. Итак, на входе такой системы

имеем трехмерное изображение, на выходе - трехмерный объём. При этом объём

рассматривается полностью, тоесть, ничто не теряется и не мешает. Однако

здесь имеем дело с намного большим количеством данных. Можно даже

"сфотографировать" последовательность объемов во времени.

Сравнение двумерной и трехмерной визуализаций.

Проекция томографической визуализации проста - двумерное изображение

отображается на двумерный дисплей. Объемная визуализация более сложная:

трехмерный объем должен быть каким-то стособом отображён на двумерном

устройстве (монитор компьютера).

Способы двумерной визуализации.

Режим фильма предусматривает просмотр осевых плоскостей, как это

делается в анимации. Режим много-плоскостного переформатирования

предусматривает просмотр осевых и произвольных наклонных плоскостей.

Способы действительной трехмерной визуализации.

При выборе способа трехмерной визуализации должны учитываться такие

обстоятельства. Наши глаза и мозг хорошо адаптированы к интерпретации

трехмерных, а не двумерных картин. Методы визуализации должны

визуализировать элементы всего объёма. Интуитивная визуализация должна

отображать информацию в естественной форме. Сейчас используются такие

способы трехмерной визуализации.

10

Проекция максимальной интенсивности находит значение

максимальной интенсивности вдоль луча, который проходит через объем.

Преимуществом такого метода является то, что трехмерная структура может

быть легко визуализирована при поворотах точки зрения. Недостатками есть:

много информации теряется (например, когда все значения -

максимальные);

детали относительно равных поверхностей теряются.

Отображение затененной поверхности предусматривает определение

затененной поверхности на основе объемных данных со следующим ее

отображением. Преимуществом является то, что он дает реальный трёхмерны

вид с хорошей визуализацией морфологии поверхности. Недостатками есть:

много данных теряется (например, все вне поверхности);

метод требует определения поверхности (это является сложной задачей

сегментации).

Объемная интерпретация (volume rendering). Таблица непрозрачности

делает некоторые интенсивности прозрачными (например, воздух), некоторые -

непрозрачными (например, ткань). Преимуществами есть реальный трёхмерны

вид без необходимости сегментации и чрезвычайное качество изображения.

Недостатком может быть замедленность. Ведь большинство

специализированного графического аппаратного обеспечения сконструировано

и оптимизованно для отображения поверхностей, а не объемного выполнения.

Применение трехмерной визуализации.

Виртуальная колоноскопия. При этом данные трехмерных изображений

получаются спиральным КТ; виртуальная камера "перемещается" вдоль

кишечника; виртуальные ендоскопические изображения визуализируются.

Преимуществами над настоящей колоноскопией есть:

устранение риска перфорации, комфортность для пациента;

навигация, ограниченное поле зрения.

Виртуальная колоноскопия включает автоматическую навигацию,

виртуальный разрез и картографическую проекцию. Автоматическая навигация

разработана с целью "перемещения" виртуальной камеры, избегая столкновений

со стенками и стабилизируя камеру. Виртуальный разрез (autopsy) сначала

математически выпрямляет и раскручивает кишечник, а потом визуализирует

объем. Т.е., можно визуализировать объем, как единое статическое изображение.

Картографическая проекция - это цилиндрическая проекция с равными

расстояниями.

Структурная квонтификация. Для принятия верных диагностических и

терапевтических решений важными являются много характеристик

поверхностей (как функций от размеров). Сюда принадлежат: площадь

поперечного среза, средний диаметр, длина, кривизна. Структурная

квонтификация применяется в оценке сосудистой, респираторной и других

функций.

Современные тенденции обработки изображений

11

Современные тенденции в обработке медицинских изображений

включают двумерную и трехмерную обработку с помощью компьютера.

Другим направлением действий является создание баз данных

медицинских изображений. Одной из таких баз является "visible human project"

(www.nlm.nih.gov/research/visible/visible_human.html.). Цель этого проекта -

обеспечить наборы данных для использования при изучении анатомии,

проведении исследований, для использования в образовательных и

диагностических проектах.

Конструкция цифровых анатомических атласов и других наборов визуальных

справочных данных требует усовершенствования лучевых методик

исследования.

Обработка двумерных и трехмерных медицинских

изображений.

Обработка двумерных медицинских изображений

Рассмотрим наиболее типичные примеры использования вычислительных

систем: компьютерную томографию, ультразвуковую диагностику и

компьютерную фиброскопию.

Томографический метод находит все более широкое применение в

медицинской практике в связи с тем, что в последние десятилетия появляются

все новые и новые методы регистрации состояния внутренних тканей организма.

Наверное, методы ядерного магнитного резонанса (ЯМР-томография),

электрического парамагнитного резонанса (ЕПР-спектроскопия) постепенно

будут все больше вытеснять метод томографии, основанный на регистрации

степени поглощения тканей рентгеновскими лучами.

Однако, области медицины, связанные с остеологическими проблемами,

еще долго будут использовать рентгеновское излучение как один из основных

диагностических подходов.

Принцип томографии (рис.2) основанный на послойной регистрации

большого количества лучей, которые посланы излучателем (1) через

исследуемый орган (3) в сторону регистратора излучения (2).

На рисунке условно разделено две пары излучатель-регистратор,

расположенные в горизонтальной (А) и вертикальной (В) плоскостях.

При прохождении через ткань исследуемого органа, лучи неравномерно

поглощаются во всех его участках.

Предположим, что внутри органа (3) есть патологическая ячейка (4). Тогда

профили поглощения лучей, которые прошли через орган, будут иметь вид,

представленный на схеме по правую сторону.

12

Рис. 2. Компьютерная томография

Низкая интенсивность отвечает расположению патологической ячейки.

Наличие двух профилей разрешает точно указать расположение ячейки в

структуре органа.

Этап обработки и графического синтеза осуществляется с помощью

вычислительных систем, так как в этом случае обрабатываются огромные

массивы цифровой информации.

Принцип работы установок для ультразвуковой диагностики (рис. 3) во

многом аналогичный к описанному выше. С той разностью, что речь идет, во-

первых, о механических колебаниях ультразвукового диапазона, а во-вторых,

этот сигнал не проходит сквозь орган, а отражается от него.

Рис. 3. Ультразвуковая диагностика

Обработка трехмерных медицинских изображений

Метод фиброскопического исследования применяется для анализа

состояния полых органов (в основном, частей системы пищеварения).

Наибольшего распространения компьютерная фиброскопия приобрела в Японии

- стране, эндемической за раком желудка, который связано с образом жизни и

типом питания японцев.

Вычислительная система фиброскопии (рис.4) состоит из типичного

фиброскопа (жгута оптических волокон), сквозь который можно рассмотреть,

сфотографировать или снять видео из состояния слизистой оболочки желудка.

В классическом подходе изображения какого-то дефекта, например,

изображение язвы слизистой трансформируется в словесный вывод, который,

естественно, может иметь субъективный характер, т.е. зависит от квалификации

врача, его физического состояния и др.

1

1 2

В

2 А

5

5 3

Горизонтальный (В) Вертикальный (А)

Исследуем

ый орган

Импульсы на

экране

осцилографа

Обрабатыва

ющая

система

(компьютер)

Экран УЗД-апарата с

объёмным (реальным)

изображением органа

13

Применение компьютера для обработки графики принципиально не может

целиком решить проблему ультразвуковой диагностики, т.е. постановки

окончательного диагноза.

Тем не менее компьютер незаменим при обследовании больших

контингентов больных, в частности, при проведении профилактических

осмотров.

Компьютерная диагностическая система дает возможность сделать

предварительные выводы, т.е. отобрать из общего большого количества

обследованных пациентов тех, для которых дальше необходимо более

тщательное обследование высоковаллифицырованным врачом-диагностом.

Такой подход дает важную экономию времени и освобождает от рутинной

работы специалистов высокой квалификации.

Рис. 4. Компьютерная фиброскопия

Пример. PACS/RIS на базе Аппаратно-Программных Комплексов "Гамма Мультивокс"

Назначение и область применения PACS/RIS АРИС MultiVox

Комплексы аппаратно-программные (КАП) для ввода, обработки и

хранения диагностической информации "Гамма Мультивокс" предназначены для

автоматизации работы службы лучевой диагностики медицинских учреждений в

целом и/или отдельных кабинетов и подразделений при профилактических и

диагностических обследованиях, проведении углубленных и научных

исследований, планировании хирургических вмешательств и пр.

КАП "Гамма Мультивокс" являются PACS/RIS системой, полностью

разработанной и выпускаемой в России коллективом научной группы МГУ под

руководством к.т.н. Гаврилова А.В. (http://www.multivox.ru/).

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" применяется для

автоматизации работы медперсонала в:

рентгеновских, флюорографических, маммографических кабинетах;

ангиографических диагностических кабинетах и операционных;

рентгеновской компьютерной и магнитно-резонансной томографии;

14

позитронной эмиссионной томографии;

ультразвуковых и эндоскопических исследованиях;

радиоизотопных исследованиях;

эндоскопических исследованиях;

микроскопических исследованиях.

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" строится на основе

Автоматизированных Рабочих Мест (АРМ) и включает в себя:

АРМ для просмотра изображений лечащими врачами "Гамма

Мультивокс П"

АРМ врача-диагноста "Гамма Мультивокс Д1" для работы с 2D

изображениями

АРМ врача-диагноста "Гамма Мультивокс Д2" для работы с 2D/3D

изображениями

АРМ медицинской сестры/рентгенолаборанта с функцией

"регистратура" "Гамма Мультивокс Р"

Сервер базы данных "Гамма Мультивокс С"

АРМ руководителя службы лучевой диагностики

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" на основе локальной

вычислительной сети, сервера базы данных "Гамма Мультивокс С" и средств

архивирования объединяет в единую систему все регистрирующие изображения

аппараты, имеющиеся в медучреждении, оборудование для документирования

результатов обследований и рабочие станции, предназначенные для работы с

изображениями, оперативного ввода и последующего доступа к

диагностической радиологической информации. PACS/RIS на базе КАП "Гамма

Мультивокс" позволяет обеспечить долговременное хранение и сжатие, при

необходимости, информации и диагностических изображений на сервере базы

данных "Гамма Мультивокс С".

15

В PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" реализуется система

электронного документооборота, включая шаблоны протоколов обследований,

справочники названий обследований/услуг, справочники направительных

диагнозов с использованием МКБ-10, справочники организаций, подразделений

и персонала, направившего на обследования, справочники медперсонала

проводившего обследования, справочники сопутствующей информации

(поводов посещений, осложнений, контрастирующих веществ, доз облучений),

формы статистических отчетов и т.п.

Проводится настройка PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" по

требованиям медучреждения.

Использование PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" позволяет

значительно снизить расход пленок, бумаги для термопринтеров и других

материалов.

Интеграция с МИС

PACS на базе КАП "Гамма Мультивокс" позволяет при наличии в

медучреждении Медицинской Информационной Системы (МИС), использовать

ее средства как РИС систему и "прикреплять" к электронной истории болезни

пациента изображения, полученные на диагностических аппаратах.

При отсутствии МИС в медучреждении, АРМ "Гамма Мультивокс Р" с

функцией "регистратура" может быть установлено на рабочие места врачей.

АРМ "Гамма Мультивокс Р" обеспечивает регистрацию демографических

данных пациентов, планирование приема пациентов, а также заполнение

направительной информации на обследования. Врачи освобождаются от

16

необходимости повторно вводить информацию о пациенте, уменьшается

количество ошибок, связанных с работой операторов.

Описание возможностей

АРМ предоставляет врачу возможность обработки изображений, их

хранения, быстрого поиска необходимой информации, документирования

результатов обследований, а также составления статистических отчетов и

осуществление дистанционных консультаций.

Анализ и обработка диагностических изображений

АРМ PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" для просмотра

изображений "Гамма Мультивокс П", АРМ врача-диагноста "Гамма Мультивокс

Д1" для работы с 2D изображениями и АРМ врача-диагноста "Гамма

Мультивокс Д2" для работы с 2D/3D изображениями обеспечивают возможность

ввода изображений не только от аппаратов с DICOM выходом, но и от аппаратов

имеющих аналоговые видеовыходы с любыми стандартами видеосигналов.

Интуитивно понятный пользовательский интерфейс АРМ обеспечивает

удобство работы с изображениями, включая просмотр отдельных изображений и

их серий, управление яркостью, контрастностью, изменением масштаба,

проведением геометрических измерений, измерений физиологических

показателей и пр.

При работе с аппаратом, имеющим цифровой (DICOM) выход, АРМ

можно использовать в качестве второй автономной консоли для цифровых

диагностических аппаратов, имеющих свою рабочую станцию, например для

компьютерных томографов (КТ) или магнитно-резонансных томографов (МРТ).

Работа с 3D изображениями

Одновременное представление на экране компьютера изображений,

полученных при различных видах обследований - свойство мультимодальности -

позволяет производить комплексный анализ и создает основу для более

качественной диагностики.

АРМ PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс", "Гамма Мультивокс

Д2" включает комплекс программ для работы с трехмерными КТ-, МР- и УЗ-

изображениями.

17

Использование современных алгоритмов обработки и визуализации 3D

изображений позволяет наглядно представлять сложные по форме образования,

а также пространственное взаиморасположение органов и исследуемых структур

с отображением количественной оценки их функциональных состояний.

Построение обобщенных трехмерных изображений органов на основе

методов автоматизированной сегментации трехмерных массивов с

раскрашиванием объектов псевдоцветами обеспечивает возможность

автоматического вычисления объемов сегментированных объектов.

С целью поддержки научных исследований для АРМ PACS/RIS на базе

КАП "Гамма Мультивокс" постоянно разрабатываются и совершенствуются

специализированные программные модули, обеспечивающие математическую

обработку изображений, включая фильтрацию, алгебраические действия,

статистические измерения, вычисление физиологических параметров.

Автоматизированное Рабочее Место руководителя

Автоматизированное Рабочее Место (АРМ) руководителя службы лучевой

диагностики позволяет просматривать и контролировать правильность

составления врачами протоколов по обследованиям. АРМ руководителя службы

лучевой диагностики разрешает редактировать протоколы и осуществляет

последующее сохранение отредактированных документов в базе данных.

Настраиваемые запросы к базе данных позволяют легко формировать

статистические отчеты о деятельности службы лучевой диагностики,

необходимые для взаимодействия с органами медицинской статистики и

страхования.

18

Составление протоколов обследования

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" обеспечивает поддержку

процесса составления протокола обследования, включая:

широкий спектр шаблонов протоколов, специализированных по

методам и областям исследований;

специализированные электронные словари и справочники;

автоматическое внесение результатов измерений, проведенных при

анализе изображений, в протокол обследования.

Ведение текстовой документации в службе лучевой диагностики

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" обеспечивает выполнение

следующих задач при организации электронного документооборота в службе

лучевой диагностики:

Ввод и сохранение в базе данных для долговременного архивирования

изображений и текстовой информации;

Быстрый поиск и выбор в базе данных информации о пациентах и

результатах обследования по различным критериям;

Печать изображений на пленке на любом устройстве, поддерживающем

DICOM-интерфейс;

Печать протоколов обследования с занесением их в базу данных

информационной системы;

Формирование статистических отчетов на основе анализа базы данных

за любой период работы службы лучевой диагностики.

Телерадиология

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" может работать с "Гамма

Мультител" - системой телерадиологических консультаций в отложенном

режиме, построенной на основе сервера и АРМ абонентов. "Гамма Мультител"

обеспечивает ведение базы данных, регистрацию абонентов, выбор тем

консультаций и консультантов, обмен сообщениями между абонентами, включая

текстовую информацию и радиологические изображения. При передаче

информации обеспечивается ее защита от несанкционированного доступа.

19 Независимость от производителя оборудования

На сервере базы данных "Гамма Мультивокс С" можно архивировать

изображения, полученные от любых диагностических аппаратов разных фирм -

производителей, поддерживающих протокол DICOM.

Простая интеграция с другими PACS системами

Нашим коллективом накоплен значительный опыт по интеграции системы

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" с медицинскими

информационными системами других производителей.

Предусмотрена интеграция PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" с

медицинской информационной системой (МИС) и радиологической

информационной системой (РИС).

Удаленный доступ к данным

В PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" обеспечена возможность

доступа к базе данных с удаленных компьютеров, находящихся вне

медицинского учреждения и оснащенных программным обеспечением "Гамма

Мультивокс", при использовании выделенных или коммутируемых телефонных

линий, либо через глобальную сеть Интернет.

Методы сохранения и защиты информации

Обеспечение сохранности данных в PACS/RIS на базе КАП "Гамма

Мультивокс" реализовано посредством операций резервного копирования и

восстановления, выполняемых на сервере. Управление резервным копированием

осуществляет системный администратор медицинского учреждения.

Для обеспечения защиты информации от несанкционированного

просмотра и изменения в PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс"

используется двухуровневая система контроля прав доступа к данным

пользователей вычислительной сети службы лучевой диагностики.

С помощью электронного ключа обеспечивается защита от

несанкционированного копирования программного обеспечения АРМ.

WEB-доступ

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" обеспечивает возможность

просмотра изображений радиологических исследований, сохраненных в базе

данных, через WEB браузер по уникальному идентификатору исследования.

Возможности расширения системы

Построение систем PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" и "Гамма

Мультител" допускает их последующее расширение в соответствие с

пожеланиями заказчика, в том числе за счет:

Подключения новых диагностических аппаратов и рабочих станций

третьих производителей;

Подключения новых АРМ серии "Гамма Мультивокс";

Установки архивной подсистемы большей мощности;

20

Интеграции в вычислительную сеть медицинского учреждения;

Создания собственного сервера телеконсультаций и приобретения

системы телеконсультаций, работающей в реальном масштабе времени.

Технические требования к аппаратно-программному обеспечению

Технические требования к аппаратной части АРМ для просмотра

изображений "Гамма Мультивокс П", АРМ "Гамма Мультивокс Р" с

функцией "регистратура" и АРМ врача диагноста "Гамма Мультивокс Д1"

Процессор Core 2 Duo E6750, частота 2.66ГГц, оперативная память

4096Мб;

Жесткий диск 160 Гб;

Видеокарта VGA Radeon HD3850, DirectX 10, 2048Mb, DVI;

Монитор 19" с разрешением не ниже 1280х1024;

Привод компакт-дисков CD, CDRW или DVDRW;

Опции дополнительного оборудования:

o Видеопроцессор;

o Педаль или кнопка для управления видеозахватом.

Технические требования к аппаратной части АРМ врача диагноста "Гамма

Мультивокс Д2"

Процессор Core 2 Duo E6750, частота 2.66ГГц, оперативная память

4096Мб;

Жесткий диск 160 Гб;

Видеокарта VGA Radeon HD4850, DirectX 10, 2048Mb, DVI;

Монитор 19" с разрешением не ниже 1280х1024;

Привод компакт-дисков CD, CDRW или DVDRW;

Опции дополнительного оборудования:

o Видеопроцессор;

o Педаль или кнопка для управления видеозахватом.

Требования к системному программному обеспечению для АРМ для

просмотра изображений "Гамма Мультивокс П", АРМ "Гамма Мультивокс

Р" с функцией "регистратура", АРМ врача-диагноста "Гамма Мультивокс

Д1", "Гамма Мультивокс Д2"

Системное программное обеспечение Windows Professional XP SP 2 и

выше;

Система управления базой данных Microsoft SQL Server.

Технические требования к аппаратной части (не хуже) для сервера базы

данных "Гамма Мультивокс С"

Процессор Intel Xeon с частотой не ниже 2.8 ГГц; память 2 Гб; жесткий

диск 300 Гбайт; SCSI RAID контроллер; сетевой контроллер не менее

100 Мбит/с; блоки питания с горячей заменой;

Монитор 15" системный;

Опции дополнительного оборудования:

o Дисковый массив большой емкости (до 4000 Гб);

21

o Стример или другое устройство для сохранения базы данных;

o Программируемый источник бесперебойного питания;

o Монтажная стойка.

Требования к системному программному обеспечению для сервера базы

данных и сервера приложений "Гамма Мультивокс С"

На сервере базы данных "Гамма Мультивокс С" должно быть

установлено следующее системное программное обеспечение:

MS Windows Server 2008 Standard RUS (32/64 bit);

MS SQL Server 2008 Standard RUS (32/64 bit).

На сервере приложений должно быть установлено следующее системное

программное обеспечение:

MS Windows Server 2008 Standard RUS (32 bit)

Характеристики вычислительной сети

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" функционирует на основе

любого стандартного физического сетевого интерфейса, поддерживающего

протокол TCP/IP.

Скорость обмена данными по сети не менее 100Мб/с.

Масштабируемое решение

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" предоставляет решения как

для поликлиники и небольшой больницы, так и для больших научно-

исследовательских институтов или центров.

Ключевые преимущества PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс"

Высокая скорость передачи данных (высокое быстродействие системы);

Большой набор разнообразных функций;

Удобный пользовательский интерфейс;

Изменяемая степень сжатия данных при архивировании.

Русифицированный, дружественный интерфейс системы PACS/RIS делает

работу с цифровыми изображениями простой, интуитивно понятной и

доступной.

Оптимальное сочетание высокой производительности при повседневной

работе с гибкостью и широким набором методов анализа изображений делает

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" полезным и удобным

инструментом врачей.

Регистрационные документы

PACS/RIS на базе КАП "Гамма Мультивокс" имеет Сертификат

соответствия № РОСС RU.0001.11МЕ67, Регистрационное удостоверение № ФС

022б2006/4783-06 и Санитарно-эпидемиологическое заключение №

77.99.37.944.Д.005834.05.07.