WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

Виллевальде Анна Юрьевна

Система АНАЛИЗА и ОБРАБОТКИ

МЕДИЦИНСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

С МАЛОКОНТРАСТНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Специальность: 05.11.17 – Приборы, системы и изделия

медицинского назначения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2008

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном

электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор З. М. Юлдашев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор К. Г. Коротков

кандидат технических наук, ст. научн. сотр. А. И. Мазуров

Ведущая организация – Санкт-Петербургский государственный университет

аэрокосмического приборостроения

Защита диссертации состоится “____” ___________ 2008 г. в ____ часов на

заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций
Д 212.238.09 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова (Ленина)
по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан “____” __________ 2008 г.

Ученый секретарь совета

по защите докторских и

кандидатских диссертаций К. Н. Болсунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время диагностика на основе визуального анализа медицинских изображений получила широкое распространение во врачебной практике, при этом ранняя диагностика различных заболеваний значительно увеличивает шансы пациентов на выздоровление. Однако объекты интереса исследователя на медицинских изображениях, используемых в ранней диагностике, чаще всего бывают небольшими и малоконтрастными по сравнению с окружающим фоном. При визуальном обнаружении этих объектов, – выполнении первого шага на пути диагностики по медицинскому изображению, могут возникнуть проблемы. С одной стороны они обусловлены указанными особенностями самих изображений, с другой – ограниченностью характеристик зрительной системы исследователя и искажениями, возникающими в изображениях при их получении и отображении. Поэтому решение задач, связанных с повышением эффективности обнаружения исследователем небольших малоконтрастных объектов интереса на медицинских изображениях, представляется актуальным.

С развитием информационных и компьютерных технологий в медицине появились новые возможности для повышения эффективности обнаружения объектов интереса на изображениях. Специализированные системы для анализа и обработки медицинских изображений позволяют производить преобразования изображений в различных целях. Однако применение подобных систем требует от пользователя высокой квалификации в области анализа и обработки изображений и связано с рядом трудностей. С одной стороны, при выборе метода обработки изображения пользователь руководствуется лишь своими знаниями и опытом, и, следовательно, этот выбор может быть неоптимальным для достижения поставленной цели преобразования. С другой – перебор всех имеющихся в системе методов (или комбинаций методов) может потребовать слишком много времени. Для проведения обработки изображения, оптимальной в смысле достижения поставленной цели и быстрой по сравнению с перебором всех имеющихся в системе методов, следует обеспечить автоматизированный выбор подходящего метода обработки. Поскольку именно исследователю, в конечном итоге, предназначено медицинское изображение, для повышения эффективности обнаружения им объектов интереса, обработка должна быть направлена на улучшение восприятия изображения зрительной системой исследователя.

Целью данной работы является разработка системы анализа и обработки медицинских изображений, обеспечивающей повышение эффективности обнаружения исследователем небольших малоконтрастных объектов на них за счет согласования пространственных и энергетических характеристик изображений со свойствами зрительной системы исследователя.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

– разработать и исследовать объективный количественный критерий, отражающий степень согласования пространственных и энергетических характеристик изображения со свойствами зрительной системы исследователя.

– разработать метод автоматизированного анализа и обработки медицинских изображений, позволяющий повысить эффективность обнаружения исследователем небольших малоконтрастных объектов интереса, на основе предложенного критерия.

– разработать систему анализа и обработки медицинских изображений, обеспечивающую повышение эффективности обнаружения исследователем небольших малоконтрастных объектов на них.

– провести экспериментальную апробацию метода и системы автоматизированного анализа и обработки медицинских изображений.

– разработать рекомендации по анализу и обработке медицинских изображений, содержащих небольшие малоконтрастные объекты интереса, для повышения эффективности их обнаружения исследователем.

Объектом исследования является система анализа и обработки медицинских изображений с малоконтрастными объектами.

Предметом исследования является информационное, методическое и программно-алгоритмическое обеспечение системы.

Методы исследования

Исследование базируется на методах математического моделирования, анализа и синтеза биотехнических систем, методах теории статистических решений, методах анализа и обработки изображений.

Новые научные результаты

Автором получены следующие научные результаты:

1. Разработан и исследован объективный количественный критерий согласования пространственных и энергетических характеристик изображения со свойствами зрительной системы исследователя, – вероятность правильного обнаружения исследователем объектов интереса на изображении. Критерий учитывает размер и контраст объектов интереса и отражает взаимосвязь этих характеристик изображения с частотно-контрастной чувствительностью зрительной системы исследователя.

2. Разработан метод автоматизированного анализа и обработки медицинских изображений, позволяющий повысить эффективность обнаружения исследователем небольших малоконтрастных объектов на них за счет изменения пространственных и энергетических характеристик изображения, размера и контраста объектов интереса, согласованного с частотно-контрастной чувствительностью зрительной системы исследователя. Методы обработки изображений, обеспечивающие это изменение, определяются разработанным критерием.

Практическую ценность работы составляют:

1. Аналитические соотношения для определения объективного количественного критерия, отражающего степень согласования пространственных и энергетических характеристик изображения со свойствами зрительной системы исследователя.

2. Метод автоматизированного анализа и обработки медицинских изображений, позволяющего повысить эффективность обнаружения исследователем небольших малоконтрастных объектов интереса на них.

3. Программно-алгоритмическое обеспечение системы анализа и обработки медицинских изображений, реализующей разработанный метод.

4. Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие обоснованность предложенных критерия, метода и системы.

5. Рекомендации по проведению анализа и обработки медицинских изображений, содержащих небольшие малоконтрастные объекты интереса, для повышения эффективности их обнаружения исследователем.

Научное положение, выносимое на защиту

Система анализа и обработки медицинских изображений для повышения эффективности обнаружения исследователем небольших малоконтрастных объектов интереса должна обеспечивать изменение пространственных и энергетических характеристик изображения, согласованное со свойствами зрительной системы исследователя.

Внедрение результатов работы

Результаты диссертационной работы нашли применение при выполнении научно-исследовательских работ «Исследование влияния сжатия медицинских изображений на эффективность их анализа при ранней диагностике» (НИР ИИД/БЭС-77, 2003 г.); «Автоматизированная система исследования чувствительности стереоскопического зрения человека» (НИР БЭС-67 № гос. регистрации 012003 06357, 2003–2004 гг.); «Разработка теоретических основ синтеза интеллектуальных биотехнических систем для диагностики, лечения и коррекции состояния человека» (НИР БЭС-61 № гос. регистрации 01200306356, 2003–2005 гг.); «Разработка теоретических основ, информационных и математических моделей взаимодействия человека и биотехнического комплекса» (НИР БЭС-82, 2006–2007 гг.); «Разработка теоретических основ построения биотехнических систем управления состоянием человека» (НИР БЭС-92, 2008 г.). Результаты работы внедрены в практику научных исследований кафедры Биомедицинской электроники и охраны среды Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (Санкт-Петербург, 2004–2008 гг.), научно-технической конференции
НТОРЭС им. А. С. Попова (Санкт-Петербург, 2004–2008 гг.), Международном симпозиуме «Электроника в медицине» (Санкт-Петербург, 2004–2008 гг.), 7th International Conference on PATTERN RECOGNITION and IMAGE ANALYSIS: NEW INFORMATION TECHNOLOGIES (Седьмой международной конференции по распознаванию образов и анализу изображений, Санкт-Петербург, 2004 г.); конференции «Биотехнические системы в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2004 г.), III Международной научно-технической конференции (Минск, 2004 г.), научно-технической конференции «От лучей рентгена – к инновациям XXI века: 90 лет со дня основания первого в мире Рентгенорадиологического института» (Санкт-Петербург, 2008 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликованы 21 научная работа, из них – 8 статей (6 статей опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК), 13 работ – в трудах международных и российских научно-технических конференций и симпозиумов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, описания основных результатов работы, списка литературы, включающего 90 наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 128 страницах машинописного текста. Работа содержит 28 рисунков и 11 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дается характеристика работы, приводится краткое содержание работы по главам.

В первой главе диссертации приводится обоснование необходимости разработки метода и системы, обеспечивающих повышение эффективности обнаружения исследователем небольших малоконтрастных объектов на медицинских изображениях за счет согласования пространственных и энергетических характеристик изображения со свойствами зрительной системы исследователя.

Анализ биотехнической системы (БТС) медицинской визуализации показал, что успешность выполнения визуального анализа медицинского изображения исследователем, начиная с правильного обнаружения объектов интереса и заканчивая постановкой диагноза, зависит от качества исходного изображения в системе съема, степени искажений изображения, вносимых всеми звеньями БТС медицинской визуализации: самим объектом исследования, системой съема, системой отображения и, наконец, зрительной системой исследователя.

Исследование взаимодействия зрительной системы исследователя с системой отображения выявило, что эффективность обнаружения объектов интереса при восприятии медицинских изображений на дисплеях зависит от взаимосвязанных между собой экзогенных (характеризующих условия наблюдения) и эндогенных (характеризующих зрительную систему) факторов зрительного восприятия. Установлено, что эндогенные факторы, в первую очередь, пороговый контраст (частотно-контрастная чувствительность) и разрешающая способность зрительной системы, накладывают ограничения на условия зрительного восприятия: яркость адаптации, контраст объектов интереса и их размер (пространственные и энергетические характеристики изображения).

Выделены следующие особенности медицинских изображений для ранней диагностики:

– низкий, сопоставимый с пороговым для зрительной системы, контраст диагностически значимых участков изображения (объектов интереса), 0,020,3;

– небольшая величина диагностически значимых участков изображения: их характерные размеры, 0,3–1 мм, сравнимы с минимальными размерами объекта, который может быть обнаружен исследователем с расстояния 50 см в хороших условиях наблюдения.

Принимая во внимание связанные с эндогенными факторами зрительного восприятия ограничения, установлено, что выделенные особенности медицинских изображений для ранней диагностики не позволяют исследователю эффективно осуществлять обнаружение объектов интереса на этих изображениях. Поскольку возможность излечения многих заболеваний напрямую зависит от стадии их развития на момент выявления, существует необходимость поиска решения этой проблемы.

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 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.

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.