Объектом ультразвуковой диагностики является большинство наиболее важных органов и систем организма. Она используется в самых различных областях медицины. Столь широкое применение объясняется тем, что ультразвуковая диагностика имеет следующие основные особенности:

• большая информативность полученного эхоизображения, связанная с относительно высокой пространственной разрешающей способностью;
• высокая чувствительность к изменению физических и физиологических характеристик биологических тканей;
• безвредность и безопасность диагностических исследований;
• как правило, более низкая стоимость аппаратуры, по сравнению со стоимостью других диагностических средств визуализации внутренних органов.

В настоящее время все более широкое распространение получают компьютерные технологии. Это связано с универсальностью использования, как персональных компьютеров, так и микропроцессорных систем.

В современной медицинской технике эффективность использования ЭВМ обусловлена целым рядом различных факторов.

Благодаря использованию ЭВМ для визуализации полученного при обследовании сигнала отпала необходимость использования, например, термобумаги. Вывод сигнала может осуществляться на монитор практически в любом требуемом масштабе. Хранение информации может осуществляться на жестком диске компьютера, а также на компакт диск для длительного хранения результаты исследований, благодаря чему нет необходимости хранить тонны бумаги, что значительно сократит расходы.

Помимо этого использование одного персонального компьютера с рядом различных приборов значительно сократит расходы на приобретение медицинского оборудование, а также повысит эффективность работы.

ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭХО - ИМПУЛЬСНЫХ МЕТОДОВ

Эхо - импульсные методы в настоящее время стали широко применяться во многих областях медицины.

Акушерство - та область медицины, где эхо - импульсные ультразвуковые методы наиболее прочно укоренились как составная часть медицинской практики. Надежное определение положения плаценты - задача первостепенной важности в акушерской практике. Приборы, работающие в реальном времени, эргономически были выгодны, так как позволяют определить положение плаценты быстрее, чем статические сканеры.

Второй вид процедуры - оценка развития плода по измерению одного или более его размеров. Так как даже очень малые изменения этих размеров могут иметь диагностическое значение, эти методы требуют высокой точности самой аппаратуры и методик ее применения.

Третий вид - раннее обнаружение плода. Это приложение требует особенно хорошего разрешения и разрешения по контрасту, предпочтительно в сочетании с режимом реального времени и быстрым сканированием.

Вспомогательную, но очень важную роль играет ультразвук в процедуре амниоцентеза - взятии околоплодных вод для цитологических исследований и выявлении возможных генетических нарушений. Ввод иглы обеспечивает большую безопасность этой процедуры.

Из-за относительно малых размеров глаза, офтальмология несколько выделилась из прочих областей применения ультразвука.

Ультразвук особенно удобен для точного определения размеров глаза, а также для исследования патологии и аномалий структур глаза в случае их непрозрачности, следовательно, недоступности для обычного оптического исследования. Здесь также важна точность работы и калибровки аппаратуры, необходимо также уделить особое внимание эффектам, связанным с преломлением ультразвука в хрусталике и роговице.

При исследовании внутренних органов основной задачей является распознавания доброкачественных, злокачественных или инфекционных по своей природе образований.

При этом диагностическая ценность ультразвука растет параллельно с повышением качества систем визуализации, в частности в отношении разрешения по контрасту.

При исследовании печени кроме важной задачи обнаружения вторичных злокачественных образований ультразвук полезен для решения других задач, включая обнаружение заболеваний и непроходимости желчных протоков, исследование желчного пузыря с целью обнаружения камней и других патологий, исследования цирроза и других доброкачественных диффузных заболеваний печени.

Почки - еще один орган, в котором необходимо исследовать различные злокачественные и доброкачественные состояния с помощьюультразвука или его комбинации с другими методами.

Гинекологические исследования, в том числе исследования матки и яичников, в течение долгого времени являются главным направлением успешного применения ультразвука. Здесь зачастую также необходимо дифференциация злокачественных и доброкачественных образований, что обычно требует наилучшего пространственного и контрастного разрешения.

Возрастает интерес к применению ультразвуковых эндоскопических зондов. Эти устройства, которые можно вводить в естественные полости тела при обследовании или применять при хирургическом вмешательстве, позволяет улучшить качество изображения из-за более высокой рабочей частоты или отсутствия на пути ультразвука таких неблагоприятных акустических сред, как газ или кость.

Щитовидная и молочная железы, хотя они и легко доступны ультразвуковому обследованию, часто требуют использования водяного или иного буфера, чтобы на изображение не повлияли аномалии ближней зоны поля.

При исследовании щитовидной и паращитовидной железы основное применение ультразвука - различие кистозных и твердых образований, что возможно при хорошем подавлении шума и артефактов, вызванных реверберацией и боковыми лепестками излучателя.

Основные задачи эхо импульсного ультразвукового обследования молочной железы - различие твердых и жидких образований и различение разных типов твердых образований. Решение последней задачи требует особенно высокого пространственного и контрастного разрешения и в общем случае основывается на множестве диагностических критериев, включая форму, границы поражения и тип акустического "затемнения", которое является показателем соответствующих изменений коэффициента затухания ультразвука.

Методы визуализации молочной и щитовидной железы, часто использующие акустическую задержку распространения, применимы также к обследованию других приповерхностных тканей. Например, при измерении толщины кожи, необходимом в радиационной терапии для облучения электронами, при обследовании приповерхностных кровеносных сосудов, а также при исследовании реакции опухолей на терапевтические воздействия.

Ультразвуковые методы широко применяются при обследовании сердца и прилегающих магистральных сосудов. Это связано, в частности, с возможностью быстрого получения пространственной информации, а также возможностью ее объединения с томографической визуализацией. Так, для обнаружения и распознавания аномалий движения клапанов сердца, в частности, митрального, очень широко используется М-режим. При этом важно регистрировать движение клапанов вплоть до частот порядка 50 Гц и, следовательно, с частотой повторения около 100 Гц. Эта цифра, оставаясь значительно ниже употребляемого предела для эхо импульсных приборов, в сущности недостижима при любых других методах исследований.

До появления рентгеновской компьютерной томографии мозг было особенно сложно исследовать. предпринимались значительные усилия для применения ультразвука к этой задаче. К сожалению, этому мешают физические свойства черепа взрослого человека, поскольку череп представляет собой сильно поглощающую трехслойную структуру переменной толщины. Хотя, было сделано несколько попыток, преодолеть эти трудности, в том числе с использованием управляемых многоэлементных решеток, когда датчик прилегает к ограниченной области черепа, а также с частичной автоматической компенсацией фазовой задержки, для учета изменений толщины черепа, такое применение не встретило одобрения диагностиков. Однако еще не затвердевший череп плода или новорожденного в акустическом плане не представляет значительных преград, связанных с возникновением затухания или преломления, и поэтому ультразвуковое обследование здесь применяется все чаще. Средства анализа диагностической информации с целью получения предварительного диагноза позволят сократить время и трудоемкость обследования пациентов. С ростом количества пациентов появляется возможность, которая в последнее время становится необходимостью: разработать и реализовать для диагностических систем средства, позволяющие осуществлять предварительную обработку первичной информации.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Для устранения недостатков существующих информационно-диагностических систем (а точнее, для расширения их функциональных возможностей) требуется оснастить систему блоками, позволяющими выполнять следующие операции:

• функции улучшения характеристик полученных диагностических данных, фильтрации, изменения визуального представления;
• функции выделения значимых параметров, оценивающих состояние здоровья больного на основе применения различных методов аналитической и символьной обработки данных (это выделение контурных и текстурных параметров обрабатываемого изображения, построение контурных и текстурных моделей и т.п.).

Чтобы выполнить все указанные выше операции, система должна быть способной выполнять такие функции:

• входная информация, то есть эхографическое изображение, должна быть обработана с целью максимально возможного уменьшения зашумленности и зернистости. Это достигается путем применения различных методов для фильтрации эхограммы
• обработка информации не должна нарушать достоверности и целостности входных данных. Обработанная информация должна быть пригодной для выделения всех значимых параметров эхографического изображения, (в данном случае текстурных и контурных параметров изображения)
• значимые параметры изображения должны выделяться с максимальной достоверностью и эффективностью. Так как обработка изображений предполагает работу с большими объемами информации, важно быстродействие всех блоков информационно-диагностической системы

ВЫВОДЫ

С учетом изложенных соображений, а также обеспечения выполнения требуемых функций, подсистема предварительной обработки и выделения исследуемых параметров может иметь следующую структуру:

С целью обеспечения возможности постоянного совершенствования системы в ней применен блок самообучения. Этот блок может быть реализован с применением различных методов искусственного интеллекта - от кластерного анализа до систем продукций и нейронных сетей. Его задача - по скорректированным врачом окончательным диагнозам накапливать информацию с целью расширения возможностей подсистемы формирования заключений и повышения точности его функционирования. Наиболее трудно реализуемыми в этой системе являются подсистемы предварительной обработки и выделения исследуемых параметров и формирования заключений.

При обработке эхографических изображений много информации несут в себе контуры внутренних органов, но также очень важен анализ текстуры. По текстуре тех или иных участков внутренних органов можно делать предположения или даже иногда конкретные выводы. Для текстурного анализа предназначены блок текстурной сегментации и блок построения текстурной модели.

Для построения какой-либо текстурной модели, предварительно требуется разбить анализируемое изображение на участки с однородной текстурой (провести текстурную сегментацию), а также, желательно, определить в них тип текстуры, чем я и займусь.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. B. Julesz, "Visual pattern discrimination", IRE Trans. Inform. Theory, vol. IT-8, pp. 84-92, Feb. 1962.

2. У. К. Прэтт, О. Д. Фожра, А. Гагалович, "Применение моделей стохастических текстур для обработки изображений", ТИИЭР, т. 69, № 5, с. 54-64, май 1981.

3. Р. Дуда, П. Харт, "Распознавание образов и анализ сцен", М.: Мир, 1976.

4. K. C. Hayes, Jr., A. N. Shah, A. Rosenfeld, "Texture coarseness: Further experiments", IEEE Trans. Systems, Man, and Cybernetics (correspondence), SMC-4, 5, pp. 467-472, Sep. 1974.

5.K. I. Laws, "Textured images segmentation", Ph. D. dissertation, Univ. Southern California, Los Angeles, CA, USCIPI Rep. 940, 1980.

6. А. Зайченко, Эффективные способы классификации. М. Мир., 1998.

7. Н. Бейли, "Математика в биологии и медицине", М.: Мир, 1970.