Методы визуализации биологических объектов
|
Введение
1 Методы визуализации биологических объектов и границы их применимости.
18
1.1 Визуальный метод 18
1.2 Термография 18
1.3 МРТ 19
1.4 Оптическая томография 20
1.5 Рентгеновская томография 21
1.6 Ультразвуковая томография 21
2 Исследование методов и аппаратуры для оптической, рентгеновской и ультразвуковой томографии биологических объектов 23
2.1 Метод рентгеновской томографии 23
2.2 Метод оптической томографии 25
2.3 Метод ультразвуковой томографии 27
2.3.1 Разработка основ технологии ультразвуковой томографии 27
2.3.2 Фокусировка ультразвука и режимы сканирования объекта контроля28
2.3.3 Расчет диаграммы направленности одиночного ультразвукового
датчика 30
2.3.4 Разработка алгоритмов томографической реконструкции изображений
биологических объектов в режиме реального времени 32
2.3.4.1 Определение центра патологии 34
2.3.4.2 Определение размера патологии 35
2.3.5 Описание программного обеспечения томографической
реконструкции изображений БО 36
2.3.5.1 Модуль управления блоком электроники УЗК 36
2.3.5.2 Модуль управления автоматизированным манипулятором 37
2.3.5.3 Модуль томографической реконструкции изображений
контролируемого объёма 38
2.3.5.4 Модуль визуализации изображений 39
2.3.6 Исследование и выбор наиболее эффективных способов создания
автоматизированной системы ультразвуковой томографии 39
2.3.6.1 Механическая система сканирования 40
2.3.6.2 Одноканальная электронная система усиления, фильтрации 42
2.3.7 Разработка структурной схемы макета автоматизированной
ультразвуковой системы томографического контроля 46
2.3.7.1 Кабельная система 47
2.3.7.2 Измерительная подсистема 49
2.3.7.3 Управляющая подсистема 51
2.3.7.4 Вычислительная подсистема/Архив 55
2.3.8 Разработка функциональной схемы блока ультразвуковой
электроники автоматизированной системы для УЗ визуализации биологических объектов 56
2.3.8.1 Спецификация канала 57
2.3.8.2 Основные технические характеристики блока ультразвуковой
электроники 63
3 Проведение экспериментальных исследований биологического объекта ... 67
3.1 Метод задания траектории сканирования УЗ системы для объектов
сложной геометрической формы 67
3.2 Результаты экспериментальных исследований с помощью рентгеновской
томографии 69
3.3 Результаты экспериментальных исследований с помощью оптической
томографии 71
3.4 Результаты экспериментальных исследований с помощью ультразвуковой
томографии 72
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 75
4.1 Организация и планирование работ 75
4.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта 82
4.3 Оценка экономической эффективности проекта 88
5 Социальная ответственность 89
5.1 Характеристика объекта исследования и области его применения 89
5.2 Производственная безопасность 89
5.3 Экологическая безопасность 98
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 98
5.5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ... 100
Список публикаций 103
Список использованных источников 104
Приложение А 108
1 Методы визуализации биологических объектов и границы их применимости.
18
1.1 Визуальный метод 18
1.2 Термография 18
1.3 МРТ 19
1.4 Оптическая томография 20
1.5 Рентгеновская томография 21
1.6 Ультразвуковая томография 21
2 Исследование методов и аппаратуры для оптической, рентгеновской и ультразвуковой томографии биологических объектов 23
2.1 Метод рентгеновской томографии 23
2.2 Метод оптической томографии 25
2.3 Метод ультразвуковой томографии 27
2.3.1 Разработка основ технологии ультразвуковой томографии 27
2.3.2 Фокусировка ультразвука и режимы сканирования объекта контроля28
2.3.3 Расчет диаграммы направленности одиночного ультразвукового
датчика 30
2.3.4 Разработка алгоритмов томографической реконструкции изображений
биологических объектов в режиме реального времени 32
2.3.4.1 Определение центра патологии 34
2.3.4.2 Определение размера патологии 35
2.3.5 Описание программного обеспечения томографической
реконструкции изображений БО 36
2.3.5.1 Модуль управления блоком электроники УЗК 36
2.3.5.2 Модуль управления автоматизированным манипулятором 37
2.3.5.3 Модуль томографической реконструкции изображений
контролируемого объёма 38
2.3.5.4 Модуль визуализации изображений 39
2.3.6 Исследование и выбор наиболее эффективных способов создания
автоматизированной системы ультразвуковой томографии 39
2.3.6.1 Механическая система сканирования 40
2.3.6.2 Одноканальная электронная система усиления, фильтрации 42
2.3.7 Разработка структурной схемы макета автоматизированной
ультразвуковой системы томографического контроля 46
2.3.7.1 Кабельная система 47
2.3.7.2 Измерительная подсистема 49
2.3.7.3 Управляющая подсистема 51
2.3.7.4 Вычислительная подсистема/Архив 55
2.3.8 Разработка функциональной схемы блока ультразвуковой
электроники автоматизированной системы для УЗ визуализации биологических объектов 56
2.3.8.1 Спецификация канала 57
2.3.8.2 Основные технические характеристики блока ультразвуковой
электроники 63
3 Проведение экспериментальных исследований биологического объекта ... 67
3.1 Метод задания траектории сканирования УЗ системы для объектов
сложной геометрической формы 67
3.2 Результаты экспериментальных исследований с помощью рентгеновской
томографии 69
3.3 Результаты экспериментальных исследований с помощью оптической
томографии 71
3.4 Результаты экспериментальных исследований с помощью ультразвуковой
томографии 72
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 75
4.1 Организация и планирование работ 75
4.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта 82
4.3 Оценка экономической эффективности проекта 88
5 Социальная ответственность 89
5.1 Характеристика объекта исследования и области его применения 89
5.2 Производственная безопасность 89
5.3 Экологическая безопасность 98
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 98
5.5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ... 100
Список публикаций 103
Список использованных источников 104
Приложение А 108
Визуализация биологических объектов — раздел медицинской диагностики, занимающийся неинвазивным исследованием организма человека при помощи физических методов с целью получения изображения внутренних структур.
Развитие медицины привело к созданию многочисленных специальных и автоматизированных систем медицинской диагностики, оказывающих помощь врачу в выявлении заболеваний, а также скрытых физиологических дефектов и еще не проявившихся патологических изменений.
Современные системы медицинской диагностики могут решать следующие сложные и важные задачи:
— классифицировать вид заболевания;
— определять наиболее целесообразный способ лечения;
— предсказывать длительность и исход заболевания;
— оценивать риск возможных осложнений;
— выявлять основные синдромы - находить наиболее характерные для данного заболевания совокупности симптомов.
Ценность такого рода систем в том, что они способны мгновенно анализировать и обобщать огромное количество факторов и прецедентов - такая возможность, недоступна человеку, даже если он специалист-врач.
Актуальность темы:
Диагностика состояния здоровья и диагностика заболеваний имеют решающее значение для оказания пациенту своевременной эффективной практической помощи и сохранения его здоровья.
Неправильно поставленный диагноз может привести к осложнениям, и даже к летальному исходу. Примеров этому в медицинской практике великое множество.
Если говорить конкретно о частях тела сложной геометрической формы, например, таких как колени и локти, поводом для назначения ультразвуковой диагностики для них может стать травма, повреждение связок или менисков, скопление крови в полости сустава или другой жидкости, появление болевых ощущений, скованности и щелчков при движении. Показаниями также являются подозрения на воспалительный процесс (артриты), дегенеративные и дистрофические проявления (артрозы), проявление опухолевых заболеваний данной области.
Именно поэтому к диагностике здоровья и диагностике заболеваний в медицине принято относиться очень серьезно.
Цель работы: Разработка и исследование методов оптической, рентгеновской и ультразвуковой визуализации биологических объектов.
Основные задачи:
1. Сравнительный анализ различных методов визуализации в медицине и определение границ их применимости.
2. Исследование методов и аппаратуры для оптической, рентгеновской и УЗ томографии биологических объектов.
3. Разработка автоматизированной системы для УЗ визуализации биологических объектов сложной геометрической формы.
4. Разработка функциональной схемы блока ультразвуковой электроники автоматизированной системы для УЗ визуализации биологических объектов.
5. Проведение экспериментальных исследований биологического объекта с помощью:
• рентгеновского томографа с послойной визуализацией;
• системы оптической визуализации;
• автоматизированной УЗ системы.
Объект исследования: биологический объект сложной геометрической формы (куриный окорочок)
• Разработаны алгоритмы томографической реконструкции изображений биологических объектов в режиме реального времени;
• Показана возможность проведения исследований биологических объектов сложной геометрической формы с использованием CAD- моделей;
• Проведены экспериментальные исследования биологического объекта с помощью метода оптической, рентгеновской томографии и на робототехническом комплексе ультразвукового контроля.
Практическая значимость _результатов_работы:
1. Разработаны структурная схема макета автоматизированной ультразвуковой системы томографического контроля и функциональная схема блока ультразвуковой электроники.
2. Результаты работы могут быть применены для диагностики и терапии участков тела сложной геометрической формы (колени, локти).
3. Разработанные алгоритмы томографической реконструкции изображений могут применяться в неразрушающем контроле объектов сложной геометрии.
Реализация и апробация_работы:
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях:
- International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2015), 21-23 мая 2015 г.;
- IX международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ» СПМ - 2015,
1-4 декабря 2015 г., награждена дипломом III степени;
- IV Всероссийский молодежный Форум с международным участием «ИНЖЕНЕРИЯ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ КОСМОСА» , 12-14 апреля 2016 г.
Разделы работы по разработке алгоритмов томографической реконструкции изображений биологических объектов в режиме реального времени, описанию программного обеспечения томографической реконструкции изображений БО, а также исследованию и выбору наиболее эффективных способов создания автоматизированной системы ультразвуковой томографии проводились при финансовой поддержке гранта ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы» - Разработка технологии диагностики и оценки остаточного ресурса контейнеров с отработавшим ядерным топливом на базе метода ультразвуковой томографии, соглашение о предоставлении субсидии от «27» июня 2014 г. №14.575.21.0048, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57514X0048.
Развитие медицины привело к созданию многочисленных специальных и автоматизированных систем медицинской диагностики, оказывающих помощь врачу в выявлении заболеваний, а также скрытых физиологических дефектов и еще не проявившихся патологических изменений.
Современные системы медицинской диагностики могут решать следующие сложные и важные задачи:
— классифицировать вид заболевания;
— определять наиболее целесообразный способ лечения;
— предсказывать длительность и исход заболевания;
— оценивать риск возможных осложнений;
— выявлять основные синдромы - находить наиболее характерные для данного заболевания совокупности симптомов.
Ценность такого рода систем в том, что они способны мгновенно анализировать и обобщать огромное количество факторов и прецедентов - такая возможность, недоступна человеку, даже если он специалист-врач.
Актуальность темы:
Диагностика состояния здоровья и диагностика заболеваний имеют решающее значение для оказания пациенту своевременной эффективной практической помощи и сохранения его здоровья.
Неправильно поставленный диагноз может привести к осложнениям, и даже к летальному исходу. Примеров этому в медицинской практике великое множество.
Если говорить конкретно о частях тела сложной геометрической формы, например, таких как колени и локти, поводом для назначения ультразвуковой диагностики для них может стать травма, повреждение связок или менисков, скопление крови в полости сустава или другой жидкости, появление болевых ощущений, скованности и щелчков при движении. Показаниями также являются подозрения на воспалительный процесс (артриты), дегенеративные и дистрофические проявления (артрозы), проявление опухолевых заболеваний данной области.
Именно поэтому к диагностике здоровья и диагностике заболеваний в медицине принято относиться очень серьезно.
Цель работы: Разработка и исследование методов оптической, рентгеновской и ультразвуковой визуализации биологических объектов.
Основные задачи:
1. Сравнительный анализ различных методов визуализации в медицине и определение границ их применимости.
2. Исследование методов и аппаратуры для оптической, рентгеновской и УЗ томографии биологических объектов.
3. Разработка автоматизированной системы для УЗ визуализации биологических объектов сложной геометрической формы.
4. Разработка функциональной схемы блока ультразвуковой электроники автоматизированной системы для УЗ визуализации биологических объектов.
5. Проведение экспериментальных исследований биологического объекта с помощью:
• рентгеновского томографа с послойной визуализацией;
• системы оптической визуализации;
• автоматизированной УЗ системы.
Объект исследования: биологический объект сложной геометрической формы (куриный окорочок)
• Разработаны алгоритмы томографической реконструкции изображений биологических объектов в режиме реального времени;
• Показана возможность проведения исследований биологических объектов сложной геометрической формы с использованием CAD- моделей;
• Проведены экспериментальные исследования биологического объекта с помощью метода оптической, рентгеновской томографии и на робототехническом комплексе ультразвукового контроля.
Практическая значимость _результатов_работы:
1. Разработаны структурная схема макета автоматизированной ультразвуковой системы томографического контроля и функциональная схема блока ультразвуковой электроники.
2. Результаты работы могут быть применены для диагностики и терапии участков тела сложной геометрической формы (колени, локти).
3. Разработанные алгоритмы томографической реконструкции изображений могут применяться в неразрушающем контроле объектов сложной геометрии.
Реализация и апробация_работы:
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях:
- International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2015), 21-23 мая 2015 г.;
- IX международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ» СПМ - 2015,
1-4 декабря 2015 г., награждена дипломом III степени;
- IV Всероссийский молодежный Форум с международным участием «ИНЖЕНЕРИЯ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ КОСМОСА» , 12-14 апреля 2016 г.
Разделы работы по разработке алгоритмов томографической реконструкции изображений биологических объектов в режиме реального времени, описанию программного обеспечения томографической реконструкции изображений БО, а также исследованию и выбору наиболее эффективных способов создания автоматизированной системы ультразвуковой томографии проводились при финансовой поддержке гранта ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы» - Разработка технологии диагностики и оценки остаточного ресурса контейнеров с отработавшим ядерным топливом на базе метода ультразвуковой томографии, соглашение о предоставлении субсидии от «27» июня 2014 г. №14.575.21.0048, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57514X0048.
В ходе выполнения магистерской диссертации были исследованы методы оптической, рентгеновской и ультразвуковой томографии биологических объектов.
Выполнен следующий комплекс работ:
1. Произведен сравнительный анализ различных методов визуализации в медицине и определены границы их
применимости.
2. Исследованы методы и аппаратура для оптической, рентгеновской и УЗ томографии биологических объектов.
3. Разработана структурная схема автоматизированной система для УЗ визуализации биологических объектов сложной геометрической формы.
4. Разработана функциональная схема блока ультразвуковой электроники автоматизированной системы для УЗ визуализации биологических объектов.
5. Проведены экспериментальные исследования биологического объекта с помощью рентгеновского томографа с послойной визуализацией; системы оптической визуализации и автоматизированной УЗ системы.
В дальнейшем результаты магистерской диссертации планируется использовать в медицине для диагностики и терапии объектов сложной геометрической формы тела человека, таких как колени или локти.
Выполнен следующий комплекс работ:
1. Произведен сравнительный анализ различных методов визуализации в медицине и определены границы их
применимости.
2. Исследованы методы и аппаратура для оптической, рентгеновской и УЗ томографии биологических объектов.
3. Разработана структурная схема автоматизированной система для УЗ визуализации биологических объектов сложной геометрической формы.
4. Разработана функциональная схема блока ультразвуковой электроники автоматизированной системы для УЗ визуализации биологических объектов.
5. Проведены экспериментальные исследования биологического объекта с помощью рентгеновского томографа с послойной визуализацией; системы оптической визуализации и автоматизированной УЗ системы.
В дальнейшем результаты магистерской диссертации планируется использовать в медицине для диагностики и терапии объектов сложной геометрической формы тела человека, таких как колени или локти.
Подобные работы
- МЕТОДЫ ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ БОЛЬШИХ ОБЪЕМОВ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ В РАСТРОВЫХ ФОРМАТАХ
Дипломные работы, ВКР, математика. Язык работы: Русский. Цена: 4275 р. Год сдачи: 2016 - ФОРМИРОВАНИЕ ПОЗНАВАТЕЛЬНЫХ УНИВЕРСАЛЬНЫХ УЧЕБНЫХ ДЕЙСТВИЙ УЧАЩИХСЯ СЕДЬМЫХ КЛАССОВ СРЕДСТВАМИ МЕТОДА ИНТЕЛЛЕКТ-КАРТ ПРИ ИЗУЧЕНИИ
БИОЛОГИИ
Магистерская диссертация, педагогика. Язык работы: Русский. Цена: 5700 р. Год сдачи: 2019 - Дизайн в научной периодике
Магистерская диссертация, дизайн. Язык работы: Русский. Цена: 4935 р. Год сдачи: 2017 - РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ АКУСТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ ПУТЕМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ
Магистерская диссертация, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4845 р. Год сдачи: 2018 - Разработка биомедицинской системы для регистрации фонокардиографического сигнала с адаптивной фильтрацией
Магистерская диссертация, медицина . Язык работы: Русский. Цена: 5710 р. Год сдачи: 2017 - ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА (МОДЕЛИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ)
Бакалаврская работа, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4730 р. Год сдачи: 2019 - Влияние способов использования растительных объектов на усвоение биологических понятий учащимися в 6 классе
Дипломные работы, ВКР, педагогика. Язык работы: Русский. Цена: 4650 р. Год сдачи: 2022 - Разработка методики ранней диагностики рака яичников
Дипломные работы, ВКР, информатика. Язык работы: Русский. Цена: 4700 р. Год сдачи: 2018 - Разработка методов планирования нейтрон-захватной терапии с комплексами Gd по
данным МРТ с контрастированием и ОФЭКТ с Tc-99m
Магистерская диссертация, технология производства продукции. Язык работы: Русский. Цена: 2350 р. Год сдачи: 2017