Заказать работу


Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Построение поля скоростей для обработки данных радионуклидных исследований

Работа №67689
Тип работыДипломные работы, ВКР
Предметматематика
Объем работы31
Год сдачи2016
Стоимость4340 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено 9
Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Введение 3
Постановка задачи 5
Обзор литературы 7
Глава 1. Определение поля скоростей в задачах обработки радионуклидных изображений 12
§1.1. Уравнения Эйлера-Лагранжа 12
§1.2. Разреженные системы специального вида 12
§1.3. Блочные методы. Сходимость 16
Глава 2. Практическое применение методов определения поля скоростей для обработки радионуклидных исследований 19
§2.1. Построение поля скоростей для радионуклидных изображений 19
§2.2. Построение поля скоростей для последовательностей радионуклидных изображений
Заключение 25
Список литературы

Радионуклидная диагностика (ядерная медицина) — современный метод лучевой диагностики для оценки функционального состояния различных органов и систем организма с помощью меченных радионуклидами веществ — радиофармпрепаратов.
Наиболее широкое распространение получил метод сцинтиграфии — метод функциональной визуализации, заключающийся во введении в организм радиоактивных изотопов и получении изображений путём детектирования испускаемого ими излучения.
Существует несколько режимов сбора данных радионуклидного исследования в зависимости от его целей: планарное статическое или динамическое сканирование, сцинтиграфия всего тела, томографическое сканирование, «Синхронизация» и «Томография с синхронизацией». Они отличаются положением пациента относительно детектора гамма-камеры, количеством формируемых изображений, способностью наблюдать распределение индикатора в организме в зависимости от времени и получать картины объемного распределения радиофармпрепарата.
Важную роль в процессе радионуклидной диагностики играет аппаратное средство, с помощью которого она производится, выбор подходящего в конкретном случае радиофармпрепарата и, конечно же, обработка данных с использованием полученных изображений.
В данной работе рассматривается построение поля скоростей для обработки данных радионуклидных исследований. Предложенные методы основаны на понятии оптического потока, который представляет собой распределение видимых скоростей движения объектов, получаемое на основе их изображений в разные моменты времени. Здесь под оптическим потоком будем понимать двумерное или трехмерное поле векторов перемещения, описывающее наблюдаемое в изображении смещение точек, происходящее при движении изображаемых объектов относительно детектора гамма-камеры.
В первой главе рассматриваются методы определения поля скоростей для двумерных изображений и их последовательностей в предположении о постоянстве плотности распределения радиофармпрепарата вдоль траекторий движения и о постоянстве ее градиента. Для решения используется метод регуляризации по А.Н. Тихонову и исследуется вариационная задача. Составляется интегральный функционал и рассматривается задача его минимизации. Выписываются уравнения Эйлера-Лагранжа, которые представляют собой дифференциальные уравнения в частных производных второго порядка с заданными граничными условиями. Полученная система сводится заменой частных производных конечными разностями к системе линейных уравнений, выполняются некоторые преобразования, в результате которых получается линейная система специального вида с разреженными матрицами. Далее она решается известными итерационными методами. Матрицы системы преобразуются в блочные, с блоками второго порядка. Полученная система решается блочными итерационными методами Гаусса-Зейделя и последовательной верхней релаксации (SOR), после предварительного доказательства их сходимости к единственному решению системы.
Во второй главе представлены результаты экспериментов, проведенных с использованием радионуклидных исследований, в ходе которых были апробированы разработанные алгоритмы. Предложенные в работе методы используются для определения движения областей интереса на изображениях, а также для их оконтуривания.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании студенческих
и аспирантских работ!


В данной работе рассматривалась задача определения поля скоростей в задачах цифровой обработки радионуклидных изображений и их последовательностей. Актуальность проведенного исследования обусловлена активным развитием ядерной медицины. Сегодня практически ни одна диагностика заболеваний различного типа не обходится без проведения ОФЭКТ или ПЭТ. Применение радионуклидных методов исследования помогает обнаруживать болезни на ранних стадиях, локализовывать их очаг или уточнять диагноз. Средства ядерной медицины и ее программное обеспечение постоянно совершенствуются, что приводит к появлению все новых математических задач, в том числе связанных с обработкой полученных изображений.
В ходе данного исследования была изучена литература, связанная с его тематикой, достижения российских и зарубежных ученых в данной области. В основной части работы были предложены два метода определения поля скоростей. Один из них основан на предположении о постоянстве плотности распределения радиофармпрепарата вдоль траектории движения объектов, другой предполагает постоянство градиента плотности. Проблема нахождения поля скоростей сведена к решению больших разреженных систем линейных уравнений. Полученные системы линейных уравнений решены итерационными методами Гаусса-Зейделя и последовательной верхней релаксации, показана их сходимость.
Полученные в процессе исследования методы использовались в качестве алгоритмов, применяемых при цифровой обработке различных изображений, в том числе и радионуклидных, и были реализованы в среде MATLAB. Таким образом, в работе проведен системный анализ информации на основе компьютерных методов обработки данных.
Результаты данного исследования были апробированы с использованием радионуклидных изображений, полученных в результате исследований проводимых на двухдетекторном гамма-томографе «ЭФАТОМ» [23, 26] в «Федеральном научно-клиническом центре специализированных видов медицинской помощи медицинских технологий Федерального медико¬биологического агентства» (ФНКЦ ФМБА России, Москва). На данном томографе обработка данных производится с помощью программного комплекса «Диагностика» [8].
Рассмотренные методы могут быть использованы при обработке данных, полученных в процессе радионуклидной диагностики, а именно для обнаружения движения во время исследования и его коррекции, а также для построения контуров областей интереса [4, 9, 11, 40].



2. Гонсалес Р., Вудс Р Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2006. 1072 с.
3. Гребенщиков В.В., Котина Е.Д. Физико-технические основы ядерной медицины. СПб.: СПбГУ, 2007. 172 с.
4. Котина Е.Д. К теории определения поля перемещений на основе уравнения переноса в дискретном случае // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 10: Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2010. № 3. С. 38-43.
5. Котина Е.Д. Некоторые вопросы моделирования динамических процессов в радионуклидных исследованиях. СПб.: ВВМ, 2013. 150 с.
6. Котина Е.Д. Обработка данных радионуклидных исследований // Вопросы атомной науки и техники. 2012. № 3. С. 195-198.
7. Котина Е.Д. О сходимости блочных итерационных методов // Известия Иркутского государственного университета. 2012. Т. 5. № 3. С. 41-55.
8. Котина Е.Д. Программный комплекс «Диагностика» для обработки радионуклидных исследований // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 10: Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2010. № 2. С. 100-113.
9. Котина Е.Д., Максимов К.М. Коррекция движения при томографических и планарных радионуклидных исследованиях // Вестник Санкт- Петербургского университета. Серия 10: Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2011. № 1. С. 29-36.
10. Котина Е.Д., Овсянников Д.А., Плоских В.А., Бабин А.В., Тузикова О.Ф. Обработка данных в радионуклидной диагностике // Ульяновский медико-биологический журнал. 2014. № 1. С. 174-175.
11. Котина Е. Д., Пасечная Г. А. Определение поля скоростей в задачах обработки изображений // Известия Иркутского государственного университета. 2013. Т. 6. № 1. С. 48-59.
12. Котина Е.Д., Пасечная Г.А. Построение трёхмерного поля скоростей для томографических исследований сердца // Устойчивость и процессы управления. Материалы III международной конференции. 2015. С. 589-590.
13. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. 132 с.
14. Марчук Г. И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1980. 536 с.
15. Остроумов Е.Н., Котина Е.Д., Сенченко О.Р., Миронков А.Б. Радионуклидные методы в кардиологической клинике // Сердце: журнал для практикующих врачей. 2010. Т. 9. № 3. С. 190-195.
16. Остроумов Е.Н., Котина Е.Д., Шмыров В.А., Слободяник В.В., Тонкошкурова В.В., Можейко Н.П., Ильинский И.М., Шумаков Д.В. Кардиоресинхронизирующая терапия и перфузия миокарда левого и правого желудочков // Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2012. Т. XIV. № 3. С. 60-68.
17. Овсянников Д.А., Котина Е.Д. Определение поля скоростей по заданной плотности заряженных частиц // Вопросы атомной науки и техники. 2012. № 3. С. 122-125.
18. Ортега Дж. Введение в параллельные и векторные методы решения линейных систем. М.: Мир, 1991. 367 с.
19. Панов Д.Ю. Справочник по численному решению дифференциальных уравнений в частных производных. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1943. 128 с.
20. Прэтт У! Цифровая обработка изображений: в 2-х томах; Пер. с англ. — М.: Мир, 1982. Т. 1: 312с., Т. 2: 480 с.
21. Радионуклидная диагностика. Под редакцией Лясса Ф.Н. — М.: Медицина, 1983. 304 с.
22. Радионуклидная диагностика для практических врачей. Под редакцией Лишманова Ю.Б., Чернова В.И. — Томск: STT, 2004. 394 с.
23. Сидоров А. В., Новиков В. Л., Гребенщиков В. В. и др. Опытный образец двухдетекторной томографической гамма-камеры // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Электрофизическая аппаратура. 2006. № 4. С. 30-34.
24. Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1974. 285 с.
25. Anandan P.A. A computational framework and an algorithm for the measurement of visual motion // International Journal of Computer Vision. 1989. V. 2. P 283-310.
26. Arlychev M. A., Novikov V. L, Sidorov A. V., Fialkovskii A. M., Kotina E.D., Ovsyannikov D.A., Ploskikh V. A. EFATOM Two-Detector One-Photon Emission Gamma Tomograph // Technical Physics. 2009. V. 54, No 10. P 1539-1547.
27. Barron J., Fleet D. Performance of optical flow techniques // International Journal of Computer Vision. 1994. V. 12. P 43-77.
28. Bergholm F., Carlsson S. A theory of optical flow // Computer vision. Graphics and Image Processing: Image Understanding. 1991. V. 53, No 2. P 171-188.
29. Fleet D., Weiss J. Optical Flow Estimation // Mathematical Models in Computer Vision: The Handbook. Chapter 15. Springer. 2005. P 239-258.
30. Becciu A., van Assen H., Florack L., Kozerke S., Roode V., ter Haar Romeny B. M. A Multi-scale Feature Based Optic Flow Method for 3D Cardiac Motion Estimation // Proceedings of SSVM 2009, LNCS. 2009. V. 5567. P 588-599.
31. Canclini S., Terzi A., Rossini P., Vignati A., La Canna G., Magri J.C., Pizzocaro C., Giubbini R. Gated blood pool tomography for the evaluation of global and regional left ventricular function in comparison to planar techniques and echocardiography // Ital Heart. 2001. V. 2. P. 42-48.
32. Cremers D. A Multiphase Levelset Framework for Variational Motion Segmentation // Lecture Notes in Computer Science, 2003. V. 2695. P 599-614.
33. DePuey E. G., Garcia E. Optimal specificity of thallium-201 SPECT through recognition of imaging artifacts // Journal of Nuclear Medicine. 1989. Vol. 30. Pp. 441-449.
34. Germano G., Chua T., Kavanagh P et al. Detection and correction of patient motion in dynamic and static myocardial SPECT using a multi-detector camera // Journal of Nuclear Medicine. 1993. V. 34. P 1394-1395.
35. Germano G., Kavanagh P et al. Quantitation in gated perfusion SPECT imaging: The Cedars-Sinai approach // Journal of Nuclear Cardiology. 2007. V. 14, No 4. P 433-454.
36. Horn B.K.P., Schunck B.G. Determining optical flow // Artificial intelligence. 1981. V. 17. No 11. P 185-203.
37. Kotina E.D., Latypov V.N., Ploskikh V.A. Universal system for tomographic reconstruction on GPUS //Вопросы атомной науки и техники. 2013. Т. 88. № 6. С. 175-178.
38. Kotina E.D., Ostroumov E.N., Ploskih V.A. Left and right ventricular phase analysis of gated SPECT myocardial perfusion // European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 2012. V. 39. No 2. P 213.
39. Kotina E., Ovsyannikov D., Ploskikh V., Latypov V., Babin A., Shirokolobov A. Data processing in nuclear medicine // Cybernetics and Physics. 2014. Т. 3. № 2. С. 55-61.
40. Kotina E.D., Pasechnaya G.A. Optical flow-based approach for the contour detection in radionuclide images processing // Cybernetics and physics. 2014. V. 3. No 2. P. 62-65.
41. Kotina E. D., Ploskih V. A. Data Processing and Quantitation in Nuclear Medicine // Proceedings of RuPAC 2012. P 526-528.
42. Kotina E.D., Ploskih V.A., Babin A.V Radionuclide methods application in cardiac studies // Problems of atomic science and technology. 2013. V. 88. No 6. P 179-182.
43. Kumar A., Tannenbaum A. R., Balas G. J. Optic Flow: A Curve Evolution Approach // IEEE Transactions on Image Processing, 1996. V. 5. No 4. P 598-610.
44. Lefebure M., Cohen L. D. Image Registration, Optical Flow and Local Rigidity // Journal of Mathematical Imaging and Vision, 2001. V. 14. No 2. P 131-147.
45. Lucas B.D., Kanade T. An Iterative Image Registration Technique with an Application to Stereo Vision // Proceedings of Imaging Understanding Workshop. 1981. P 121-130.
46. Ovsyannikov D. A., Kotina E. D., Shirokolobov A. Yu. Mathematical methods of motion correction in radionuclide studies // Problems of atomic science and technology. 2013. V. 88. No 6. P 137-140.
47. Papenberg N. Highly accurate optic flow computation with theoretically justified warping // International Journal of Computer Vision. 2006. V. 67. No 2. P. 141-158.
48. Saad Y. Iterative Methods for Sparse Linear Systems. Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics, 2003. 547 p.
49. Uras S., Girosi F., Verri A., Torre V. A Computational Approach to Motion Perception // Biological Cybernetics, 1988. V. 60. P. 79-87.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.

Пожалуйста, укажите откуда вы узнали о сайте!



© 2008-2021 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.