Информационная технология поиска признаков патологии на цифровом рентгеновском снимке легких
|
Реферат 2
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ДИАГНОСТИКА ЗАБОЛЕВАНИЙ ЛЁГКИХ 13
1.1 Эпидемиология пневмонии 13
1.2 Этиология пневмонии 18
1.3 Патогенез пневмонии 24
1.4 Рентгенологический метод диагностики пневмонии 39
1.5 Традиционная методика анализа рентгенограмм 45
1.6 Основные результаты и выводы по разделу 1 50
2 РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 53
2.1 Цифровые рентгеновские комплексы 53
2.2 Программные средства АРМ врача рентгенолога 60
2.3 Анализ цифровых рентгеновских снимков с помощью Image Processing
Toolbox 64
2.4 Интерфейс пользователя АРМ врача рентгенолога 68
2.5 Среда GUI Matlab 72
2.6 Основные результаты и выводы по разделу 2 73
3 МЕТОДИКА ПОИСКА ПРИЗНАКОВ ПАТОЛОГИИ НА ЦИФРОВОМ
РЕНТГЕНОВСКОМ СНИМКЕ ЛЁГКИХ 76
3.1 Методика поиска признаков патологии 76
3.2 Выделение границ области интереса 81
3.3 Обнаружение признаков патологии на цифровом рентгеновском снимке
лёгких 88
3.4 Оценивание признаков обнаруженных объектов 94
3.5 База данных рентгеновских снимков 98
3.6 Основные результаты и выводы по разделу 3 101
4 ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ОБНАРУЖЕНИЯ И ОЦЕНИВАНИЯ ПРИЗНАКОВ ПАТОЛОГИИ НА ЦИФРОВОМ РЕНТГЕНОВСКОМ СНИМКЕ ЛЁГКИХ 104
4.1 Обнаружение границ области интереса 104
4.2 Обнаружение признаков патологии с помощью пакета функций IPT .. 114
4.3 Определение принадлежности обнаруженных объектов к диагностическому признаку патологии лёгких 119
4.4 Определение локализации найденного объекта 125
4.5 Графический интерфейс пользователя 129
4.6 Вычислительный эксперимент по поиску признаков патологии на
цифровом рентгеновском снимке лёгких 135
4.7 Основные результаты и выводы по разделу 4 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 143
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 145
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Классификация пневмонии по этиологии 152
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Результаты рентгенологического исследования (рентгенограммы) пациентов с пневмонией 153
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Программное обеспечение, входящее в состав автоматизированных рабочих мест (АРМ) 156
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Последовательность применения функций Image Processing Toolbox (IPT) для анализа цифровых рентгеновских снимков 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Схема алгоритма поиска признаков патологии на цифровом рентгеновском снимке лёгких 159
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Схема алгоритма поиска границ области интереса 160
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Схема алгоритма обнаружения диагностических признаков 161
ПРИЛОЖЕНИЕ З. Синтаксис функций пакета Image Processing Toolbox программы Matlab 162
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Текст программно-методического комплекса поиска и распознавания патологических образований на цифровом рентгеновском снимке легких 167
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ДИАГНОСТИКА ЗАБОЛЕВАНИЙ ЛЁГКИХ 13
1.1 Эпидемиология пневмонии 13
1.2 Этиология пневмонии 18
1.3 Патогенез пневмонии 24
1.4 Рентгенологический метод диагностики пневмонии 39
1.5 Традиционная методика анализа рентгенограмм 45
1.6 Основные результаты и выводы по разделу 1 50
2 РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 53
2.1 Цифровые рентгеновские комплексы 53
2.2 Программные средства АРМ врача рентгенолога 60
2.3 Анализ цифровых рентгеновских снимков с помощью Image Processing
Toolbox 64
2.4 Интерфейс пользователя АРМ врача рентгенолога 68
2.5 Среда GUI Matlab 72
2.6 Основные результаты и выводы по разделу 2 73
3 МЕТОДИКА ПОИСКА ПРИЗНАКОВ ПАТОЛОГИИ НА ЦИФРОВОМ
РЕНТГЕНОВСКОМ СНИМКЕ ЛЁГКИХ 76
3.1 Методика поиска признаков патологии 76
3.2 Выделение границ области интереса 81
3.3 Обнаружение признаков патологии на цифровом рентгеновском снимке
лёгких 88
3.4 Оценивание признаков обнаруженных объектов 94
3.5 База данных рентгеновских снимков 98
3.6 Основные результаты и выводы по разделу 3 101
4 ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ОБНАРУЖЕНИЯ И ОЦЕНИВАНИЯ ПРИЗНАКОВ ПАТОЛОГИИ НА ЦИФРОВОМ РЕНТГЕНОВСКОМ СНИМКЕ ЛЁГКИХ 104
4.1 Обнаружение границ области интереса 104
4.2 Обнаружение признаков патологии с помощью пакета функций IPT .. 114
4.3 Определение принадлежности обнаруженных объектов к диагностическому признаку патологии лёгких 119
4.4 Определение локализации найденного объекта 125
4.5 Графический интерфейс пользователя 129
4.6 Вычислительный эксперимент по поиску признаков патологии на
цифровом рентгеновском снимке лёгких 135
4.7 Основные результаты и выводы по разделу 4 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 143
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 145
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Классификация пневмонии по этиологии 152
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Результаты рентгенологического исследования (рентгенограммы) пациентов с пневмонией 153
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Программное обеспечение, входящее в состав автоматизированных рабочих мест (АРМ) 156
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Последовательность применения функций Image Processing Toolbox (IPT) для анализа цифровых рентгеновских снимков 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Схема алгоритма поиска признаков патологии на цифровом рентгеновском снимке лёгких 159
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Схема алгоритма поиска границ области интереса 160
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Схема алгоритма обнаружения диагностических признаков 161
ПРИЛОЖЕНИЕ З. Синтаксис функций пакета Image Processing Toolbox программы Matlab 162
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Текст программно-методического комплекса поиска и распознавания патологических образований на цифровом рентгеновском снимке легких 167
Актуальность: На данный момент в мире насчитывается огромное количество различных патологий обладающих своими отличительными чертами и особенностями, выявление которых часто имеет первостепенное значение для лечения, так как без достоверных диагностических результатов невозможно назначить правильно лечение, а без своевременного лечения процент летального исхода любого, даже незначительного заболевания увеличивается в разы. Поэтому диагностика заболеваний является основным этапом лечения.
Однако любое диагностическое мероприятие имеет свои особенности как в плане их проведения, так и в плане интерпретации их результатов. В особенности это касается диагностики заболеваний лёгких, ведь, как известно из научных источников «золотым стандартом» диагностики практически любого заболевания органов дыхания является рентгенологическое исследование, обладающее довольно сложной интерпретацией результатов.
Учитывая тот факт, что в 2011 году Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) включила заболевания органов дыхания в число 10 ведущих причин смертности в мире, и то, что количество заболеваний органов дыхания, представляющих серьёзную опасность для здоровья населения, на сегодняшний день представлено довольно большим числом патологий, то можно говорить о необходимости повышения качества проводимых диагностических мероприятий.
В итоге получается, что заболевания органов дыхания нуждаются в тщательной и своевременной диагностике, от которой, зачастую, может зависеть жизнь пациента. Не только отсутствие своевременной диагностики, но и ошибки при интерпретации её результатов являются основной причиной отсутствия верной лечебной тактики и как результат этого высокой летальности.
Таким образом, решение поставленных проблем заключается в проведении диагностических манипуляций и интерпретация их результатов специалистом высокой квалификации. Так же имеются ряд сложностей подготовки высококвалифицированных специалистов заключающихся в необходимости значительных временных и материальных затрат на обучение таких специалистов. Но и тот специалист, который прошел необходимое обучение ещё не является квалифицированным, так как только теоритических знаний для достоверной интерпретации недостаточно, и необходим ещё и довольно значительный практический опыт, получение которого так же сопряжено с материальными и временными трудностями.
Даже при наличии специалиста прошедшего должное обучение и получившего значительные практические знания проблема достоверной диагностики остается открытой, так как такой специалист является практически незаменимым, вследствие чего нагрузка на него способна привести к возникновению всё тех же диагностических ошибок, но не по незнанию, а вследствие большой нагрузки на специалиста.
На основании данных представленных выше можно утверждать, что в основе многочисленных диагностических ошибок лежит отсутствие своевременной и достоверной диагностики патологии, одной из причин чего является недостаток специалистов обладающих высокой квалификации в области рентгенологической диагностики...
Однако любое диагностическое мероприятие имеет свои особенности как в плане их проведения, так и в плане интерпретации их результатов. В особенности это касается диагностики заболеваний лёгких, ведь, как известно из научных источников «золотым стандартом» диагностики практически любого заболевания органов дыхания является рентгенологическое исследование, обладающее довольно сложной интерпретацией результатов.
Учитывая тот факт, что в 2011 году Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) включила заболевания органов дыхания в число 10 ведущих причин смертности в мире, и то, что количество заболеваний органов дыхания, представляющих серьёзную опасность для здоровья населения, на сегодняшний день представлено довольно большим числом патологий, то можно говорить о необходимости повышения качества проводимых диагностических мероприятий.
В итоге получается, что заболевания органов дыхания нуждаются в тщательной и своевременной диагностике, от которой, зачастую, может зависеть жизнь пациента. Не только отсутствие своевременной диагностики, но и ошибки при интерпретации её результатов являются основной причиной отсутствия верной лечебной тактики и как результат этого высокой летальности.
Таким образом, решение поставленных проблем заключается в проведении диагностических манипуляций и интерпретация их результатов специалистом высокой квалификации. Так же имеются ряд сложностей подготовки высококвалифицированных специалистов заключающихся в необходимости значительных временных и материальных затрат на обучение таких специалистов. Но и тот специалист, который прошел необходимое обучение ещё не является квалифицированным, так как только теоритических знаний для достоверной интерпретации недостаточно, и необходим ещё и довольно значительный практический опыт, получение которого так же сопряжено с материальными и временными трудностями.
Даже при наличии специалиста прошедшего должное обучение и получившего значительные практические знания проблема достоверной диагностики остается открытой, так как такой специалист является практически незаменимым, вследствие чего нагрузка на него способна привести к возникновению всё тех же диагностических ошибок, но не по незнанию, а вследствие большой нагрузки на специалиста.
На основании данных представленных выше можно утверждать, что в основе многочисленных диагностических ошибок лежит отсутствие своевременной и достоверной диагностики патологии, одной из причин чего является недостаток специалистов обладающих высокой квалификации в области рентгенологической диагностики...
1 Предлагаемая информационная технология реализует часть интеллектуальных действий, традиционно выполняемых экспертом, по поиску признаков патологии на рентгеновском снимке лёгких. Вместе с тем, информационная технология не исключает специалиста из процесса поиска признаков патологии, оставляя ему выбор исходных данных, формирование задания, анализ результатов поиска и принятие решения о наличии или отсутствии признаков патологии на рентгеновском снимке лёгких.
2 От известных технологий предлагаемая информационная технология поиска признаков патологии на рентгеновском снимке лёгких отличается возможностью оценивания объектов по комплексу задаваемых диагностически значимых характеристик и параметров, в том числе по форме, размерам, площади и оптической плотности, с использованием функций IPT без участия эксперта в оценивании объектов.
3 Снижение трудоемкости поиска рентгенологических признаков патологии достигается за счет автоматизации традиционного экспертного визуального поиска признаков патологии на рентгеновском снимке лёгких, обеспечиваемой программно-методическим комплексом предлагаемой информационной технологии.
4 Повышение безошибочности поиска рентгенологических признаков патологии достигается проверкой соответствия обнаруженного объекта комплексу задаваемых характеристик и параметров признака патологии и отсутствия подобного объекта в «симметричной» области второго лёгкого или на снимке лёгких пациента или эталонном снимке без патологии из базы данных рентгеновских снимков в составе информационной системы поиска признаков патологии на рентгеновских снимках.
5 Ограничение требования к квалификации специалистов-рентгенологов в части компьютерной обработки рентгеновских медицинских изображений достигается алгоритмизацией поиска признаков патологии и созданием «дружественного» интерфейса для реализации предлагаемой информационной технологии на компьютере.
6 Результаты вычислений, полученные с помощью созданного программно- методического комплекса, соответствуют сделанному специалистом описанию для каждого из проанализированных снимков, что позволяет сделать вывод об удовлетворительной достоверности обнаружения признаков патологии с использованием предлагаемого программно-методического комплекса.
7 Предлагаемая информационная технология может использоваться для поиска на рентгеновских снимках лёгких признаков пневмонии, туберкулёза, онкологических заболеваний, а также для поиска признаков заболеваний на рентгеновских снимках других органов.
8 Перспективным направлением развития предмета исследования является классификация характеристик и параметров признаков заболеваний лёгких для создания базы данных рентгеновских изображений и признаков заболеваний лёгких в составе информационной системы поиска признаков патологии на рентгеновских снимках.
2 От известных технологий предлагаемая информационная технология поиска признаков патологии на рентгеновском снимке лёгких отличается возможностью оценивания объектов по комплексу задаваемых диагностически значимых характеристик и параметров, в том числе по форме, размерам, площади и оптической плотности, с использованием функций IPT без участия эксперта в оценивании объектов.
3 Снижение трудоемкости поиска рентгенологических признаков патологии достигается за счет автоматизации традиционного экспертного визуального поиска признаков патологии на рентгеновском снимке лёгких, обеспечиваемой программно-методическим комплексом предлагаемой информационной технологии.
4 Повышение безошибочности поиска рентгенологических признаков патологии достигается проверкой соответствия обнаруженного объекта комплексу задаваемых характеристик и параметров признака патологии и отсутствия подобного объекта в «симметричной» области второго лёгкого или на снимке лёгких пациента или эталонном снимке без патологии из базы данных рентгеновских снимков в составе информационной системы поиска признаков патологии на рентгеновских снимках.
5 Ограничение требования к квалификации специалистов-рентгенологов в части компьютерной обработки рентгеновских медицинских изображений достигается алгоритмизацией поиска признаков патологии и созданием «дружественного» интерфейса для реализации предлагаемой информационной технологии на компьютере.
6 Результаты вычислений, полученные с помощью созданного программно- методического комплекса, соответствуют сделанному специалистом описанию для каждого из проанализированных снимков, что позволяет сделать вывод об удовлетворительной достоверности обнаружения признаков патологии с использованием предлагаемого программно-методического комплекса.
7 Предлагаемая информационная технология может использоваться для поиска на рентгеновских снимках лёгких признаков пневмонии, туберкулёза, онкологических заболеваний, а также для поиска признаков заболеваний на рентгеновских снимках других органов.
8 Перспективным направлением развития предмета исследования является классификация характеристик и параметров признаков заболеваний лёгких для создания базы данных рентгеновских изображений и признаков заболеваний лёгких в составе информационной системы поиска признаков патологии на рентгеновских снимках.
