Введение к работе
Актуальность темы.
Появление персональных ЭВМ и графических станций оказало исключительно важное воздействие на положение в области разработок автоматизированных систем обработки изображений. Эта высокопроизводительная и относительно дешевая вычислительная техника, оснащенная мощными графическими средствами, позволяет создавать «дружественные> человеко-машинные интерфейсы. Поэтому в последние годы определяющей тенденцией стало создание автоматизированных рабочих мест (АРМов) для массового их применения на рабочих местах специалистов, имеющих дело в своей профессиональной деятельности с изображениями. В связи с этим возникла проблема разработки автоматизированных систем диалоговой поддержки технологического процесса обработки изображений.
Одна из наиболее важных областей применения АРМов обработки изображений - медицинская диагностика. Как известно, более 70 процентов диагнозов в медицине производятся по различным изображениям. Имеется опыт, показывающий, что использование научно-обоснованных методов цифровой обработки изображений дает возможность существенно повысить надежность и достоверность диагностики, особенно на ранних доклинических стадиях. Поэтому реализация этих методов в АРМ радиолога в виде медицински верифицированных технологий обработки изображений является актуальной задачей.
Работа выполнена в рамках государственного заказа на НИР «Автоматизированное рабочее место для медицинской интроскопии> и согласно плановым работам лаборатории цифровой оптики ИППИ РАН.
Целью работы является разработка принципов построения математического обеспечения автоматизированного рабочего места радио-пога, облегчающего визуальную интерпретацию медицинских изображений. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: с учетом предъявляемых к АРМ радиолога требований сформулировать іринципьі организации и предложить структуру его математического эбеспечения; разработать программно-алгоритмические модели наибо-тее важных компонент математического обеспечения АРМа; создать ірограммное обеспечение для прототипа АРМ радиолога и опробовать >-го на конкретных задачах медицинской диагностики.
Основные научные результаты,
-
Предложена и реализована двухуровневая архитектура мате матического обеспечения АРИ радиолога.
-
Обоснована структура нижнего уровня математического обес печения АРМ радиолога, содержащая систему процессоров для выпол нения элементарных операций обработки изображений.
3. Предложена структура верхнего уровня математическог
обеспечения АРМ радиолога, предоставляющая пользователю средств
для создания и использования технологий обработки изображений.
-
На основе рекурсивных алгоритмов разработаны программно алгоритмические модели адресного, сверточного и гистограммног процессоров, обеспечивающие алгоритмам обработки изображений бы стродействие, не зависящее от размеров апертуры фильтров.
-
Разработана методика стандартизации рентгенограмм при и преобразовании в цифровую форму с помощью телевизионной камеры.
Положения, выносимые на защиту.
1. Для облегчения врачу-радиологу интерпретации медицински
изображений АРМ радиолога должно содержать верифицированные тел
нологии выделения на изображениях диагностически важных деталей.
-
Математическое обеспечение АРМ радиолога должно имет двухуровневую структуру: нижний уровень должен содержать систеь оптимизированных по быстродействию вспомогательных и вьічислителі ных процессоров обработки изображений, а также память фрагменте рабочюю и архивную базы видеоданных; верхний уровень должен с( стоять из «дружественного> интерфейса пользователя и технолог] ческой базы данных, содержащей макрокоманды, демонстрационные сі ансы и атласы изображений.
-
Разработанные программно-алгоритмические модели адресні го, сверточного и гистограммного процессоров обеспечивают бьістрі действие, не зависящее от размеров апертуры фильтров.
4. Предложенная методика стандартизации рентгенограмм п] их вводе с помощью телекамеры и фрейм-граббера устраняет ампл тудные искажения и приводит рентгенограммы к виду, позволяйте производить по ним сравнительные измерения плотностей.
5. Применение быстрых алгоритмов позволяет на базе перс нального компьютера IBM PC/AT решать задачи обработки и анали изображений в реальном времени врача-радиолога.
Практическое значение работы.
На базе персонального компьютера IBM PC/AT и фрейм-граббера разработано математическое обеспечение прототипа АРМ радиолога, которое дает .возможность радиологу в диалоговом режиме создавать технологии выделения на медицинских изображениях диагностически важных признаков и таким образом решать конкретные диагностические задачи. В настоящее время в прототипе АРМ радиолога реализованы и верифицированы следующие технологии: выделение микрокаль-цинатов на маммограммах; ранняя дифференциальная диагностика шаровидных образований легких по линейным томограммам; диагностика патологических изменений печени по последовательности ультразвуковых изображений. Технологии выполняются в реальном времени радиолога и позволяют повысить ему качество принятия решений.
Программное обеспечение АРМ радиолога внедрено в ИППИ РАН, Московском Маммологическом центре, Научном Центре Хирургии РАМН. Практическая значимость работы подтверждена актами о внедрении.
Апробация работы.
Результаты диссертации докладывались на 2-ом Республиканском семинаре «Проблемы создания систем обработки, анализа и распознавания изображений» (г. Ташкент, 1989), на 3-ей Всесоюзной конференции «Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследо-ваниях> (г.Москва, 25-27 сентября 1989), на 4-ой Всесоюзной конференции «Математические методы распознавания образов (ММР0-4)> (г.Рига, 24-26 октября 1989), на 3-ей Всесоюзной конференции «Автоматизированные системы обработки изображений (АС0ИЗ-89)> (г. Ленинград, сентябрь 1989), на Международной конференции «Обработка изображений и дистанционные исследования (ОИДИ-90)» (г.Новосибирск, 19-21 августа 1990), на 2-ом Международном семинаре «Цифровая обработка изображений и компьютерная графика» (г.Вена, Австрия, октябрь 1990), на Международном коллоквиуме сНовые информационные технологии» (г.Москва, 8-10 октября 1991), да Симпозиуме по анализу изображений (г.Уппсала, Швеция, 10-11 іарта 1992 г. ), на 3-ем Международном семинаре «Цифровая обработ-<а изображений в медицине, дистанционном зондировании и визуали-іации информации» (г.Рига, Латвийская республика, 21-25 апреля ^992 г), на конференциях молодых ученых ИППИ (1988, 1989, 1992).
Разработанное программное обеспечние отмечено серебряной ме-
- б -
далью ВДНХ и демонстрировалось в составе АРМ рентгенолога союзных и Международных выставках: <Наука-88», Москва, «Больница-89», Москва, 1989; <КП НТП СЭВ в действии», 1990; «Информатизация России», Москва, 1991.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключениі списка литературы и приложения.