Информационная технология обнаружения и оценивания признаков пневмонии по рентгеновским изображениям легких

ВВЕДЕНИЕ 7
1 ДИАГНОСТИКА ПНЕВМОНИИ 11
1.1 Эпидемиология и классификация пневмонии 11
1.2 Этиология бактериальных пневмоний 15
1.3 Патогенез пневмонии 16
1.4 Основные симптомы и синдромы пневмонии 24
1.5 Рентгенологические признаки пневмококковой пневмонии 26
1.6 Традиционная методика обнаружения и оценивания признаков
пневмонии по рентгеновским изображениям лёгких 31
1.7 Основные результаты и выводы по первому разделу 37
2 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА РЕНТГЕНОВСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
ОРГАНОВ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ 40
2.1 Методы рентгеновского исследования органов грудной клетки40
2.2. Программные средства улучшения и оценивания признаков изображения 45
2.3 Анализ рентгеновских изображений в IPT 51
2.4 Графический интерфейс Matlab 59
2.5 Основные результаты и выводы по второму разделу 61
3 МЕТОДИКА ОБНАРУЖЕНИЯ ПРИЗНАКОВ ПНЕВМОНИИ ПО
РЕНТГЕНОВСКИМ ИЗОБРАЖЕНИЯМ ЛЕГКИХ 62
3.1 Методика обнаружения рентгенологических признаков
пневмонии 62
3.2 Работа с изображениями и выделение области интереса 64
3.3Улучшение изображений 68
3.4 Сравнение анализируемой рентгенограммы с эталоном
возрастной нормы и патологии 74
3.5 Выделение границ затемнения 78
3.6 Сравнение локального массива пикселей области интереса с эталоном 78
3.7 Оценивание оптической плотности изображения 80
3.8 Интерфейс пользователя 82
3.9 Оценивание достоверности 91
3.10 Основные результаты и выводы по третьему разделу 93
4 МЕТОДИКА ОЦЕНИВАНИЯ ПРИЗНАКОВ ПНЕВМОНИИ ПО
РЕНТГЕНОВСКИМ ИЗОБРАЖЕНИЯМ ЛЁГКИХ 96
4.1 Методика оценивания рентгенологических признаков пневмонии 96
4.2. Определение локализации затемнения 98
4.3 Оценивания размеров затемнения 99
4.4 Оценивание площади затемнения 103
4.5 Интерфейс пользователя 104
4.6 Оценивание достоверности 108
4.7 Основные результаты и выводы по четвертому разделу 113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Купить

Эпидемиология пневмоний характеризуется тенденцией к росту заболеваемости и летальности как у нас в стране, так и во всем мире. В развитых странах заболеваемость пневмониями составляет от 3,6 до 16 на 1000 человек. Согласно статистике от воспаления легких ежегодно умирает более двух миллионов человек. Это больше, чем СПИД, малярия и корь вместе взятые. В настоящее время во всем мире пневмонии занимают 4 - 5-е место в структуре причин смерти после сердечно-сосудистой патологии, онкологических заболеваний, цереброваскулярной патологии и хронических обструктивных заболеваний легких (ХОЗЛ), а среди инфекционных болезней - 1-е место.
В 2009 году Всемирная организация здравоохранения совместно с ЮНИСЕФ объявили «Глобальный план действий по профилактике пневмонии и борьбе с ней». Цель этого плана - активизация борьбы с пневмонией с помощью комбинированных мероприятий по защите детей, профилактике и лечению болезни. Основной профилактикой пневмонии является вакцинопрофилактика. Ученые уже не первый год работают над созданием и улучшением вакцин, которые помогут снизить уровень заболеваемости пневмонией в мире. Для этих целей была создана 13-валентная конъюгированная вакцина, уже вошедшая в календари прививок во многих странах. Она действует против 13 серотипов пневмококка, прошла клинические испытания и признана специалистами эффективной в борьбе с пневмококковой инфекцией. В нашей стране массовая иммунизация детей до 2х лет была включена в Национальный календарь прививок с 2014 года. Но 13-валентная пневмококковая вакцина применяется также у детей до 5 лет и взрослых старше 50 лет - для тех, кто находится в группе повышенного риска [1].
Несмотря на предпринимаемые усилия, пневмония до сих пор остается одним из самых распространенных заболеваний. Одним из важнейших факторов, способствующих формированию очагов внебольничных пневмоний, является позднее выявление больных и несвоевременное проведение противоэпидемических мероприятий. Несвоевременное информирование и позднее начало проведения санитарно-противоэпидемических мероприятий приводит к затягиванию сроков лечения и порой, к летальному исходу заболевания. В настоящее время доказана прямая тесная связь внебольничной пневмонии с заболеваемостью ОРВИ, что позволяет планировать профилактические мероприятия с более широким спектром воздействия на эпидемический процесс внебольничных пневмоний. Сведения о сезонности для заболеваний, вызываемых S. Pneumoniae, достаточно противоречивы. Однако ряд авторов отмечают повышение заболеваемости в осенне-зимний период, свойственное целому ряду и других пневмотропных инфекций.
В процессе постановки диагноза пневмонии выявляют клинические симптомы, учитывают факторы риска, проводят рентгенологическую и лабораторную верификацию пневмонии, дают оценку тяжести течения заболевания. Основным методом диагностики пневмонии является рентгенографическое исследование. Пневмония на рентгеновских изображениях проявляется участками затемнения. Они свидетельствуют о наличии воспалительного инфильтрата в ткани легкого.
Диагностика пневмонии имеет определенные трудности, и связано это с тем, что патогномоничных признаков внебольничной пневмонии существует. Во время эпидемии пневмонии значительно растет нагрузка на персонал. Врачу-рентгенологу, как правило, приходится просматривать большое количество снимков, например, при массовых обследованиях, эта работа весьма трудоемка и требует высокой квалификации специалиста. Выявление пневмонии затрудняет субъективное восприятие признаков специалистом. Поэтому качественный анализ снимка представляет собой большое искусство и воплощает в себе умение распознавать даже самые малые изменения яркостей точек рентгеновского снимка, а также способность обнаруживать аномальные структуры, особенно при низком разрешении снимка.
Расшифровка рентгена легких - это сложное занятие, требующее обширных знаний и длительного практического опыта.
Таким образом, возникает потребность во внедрении информационных технологий обнаружения и оценивания признаков пневмонии по рентгеновским изображениям лёгких, позволяющих снизить трудоёмкость диагностирования по рентгенологическим изображениям, снизить ошибки при диагностировании, ограничить требования к квалификации.
Существуют результаты глубоких исследований в области информационных технологий и систем распознавания по рентгенологическим изображениям [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8].
Исследование функций и особенностей работы современных специализированных систем для анализа и обработки медицинских изображений в различных целях показало, что эти системы обладают рядом недостатков. Основным недостатком представляется то, что большинство из систем содержит лишь широкий набор методов анализа и обработки изображений, доступный исследователю, без указаний, какой именно метод должен быть применен для достижения поставленной цели преобразования. В связи с этим выявлены следующие проблемы: невозможно гарантированно осуществить оптимальный (в смысле достижения поставленной цели преобразования) выбор метода (или комбинации методов) для обработки изображений, поскольку этот выбор основывается лишь на знаниях и опыте пользователя; осуществить перебор всех имеющихся в распоряжении исследователя методов (и их сочетаний) для достижения наилучшего результата обработки невозможно, поскольку это будет слишком затратным по времени. Поэтому для улучшения работы систем анализа и обработки медицинских изображений, очевидно, необходим метод, обеспечивающий автоматизированный выбор преобразования изображения
Эти проблемы можно решить с пакетом Image Processing Toolbox в MATLAB.
Объект исследования: качественные и количественные признаки пневмококковой пневмонии на рентгеновских изображениях лёгких.
Предмет исследования: информационная технология обнаружения и оценивания признаков пневмококковой пневмонии, основанная Image Processing Toolbox в MATLAB.
Целью работы является разработка информационной технологии обнаружения и оценивания признаков пневмонии на рентгеновских изображениях лёгких для повышения достоверности, снижения трудоёмкости постановки диагноза и ограничение требований к квалификации специалистов при распознавании пневмонии.
Основной проблемой является сложность интерпретации результатов обследования больных.
Задачи работы
1 Выявление информативных признаков пневмонии на рентгеновских изображениях лёгких.
2 Анализ методов обнаружения и оценивания признаков пневмонии на рентгеновских изображениях лёгких.
3. Анализ информационных систем анализа и распознавания медицинских изображений.
4. Разработка программно-методического комплекса улучшения рентгеновских изображений лёгких средствами Image Processing Toolbox.
5. Разработка методики обнаружения и оценивания признаков пневмонии на рентгеновских изображениях лёгких средствами Image Processing Toolbox.

Купить