Экспертная система по расшифровке и анализу показаний томографа

Введение.

В наше время повсеместно все c большим темпом во все сферы деятельности человечества входят компьютерные технологии. Лидирующие области по внедрению компьютерных технологий в быт человека являются бухгалтерия, различные складско-учетные программы. Темпы внедрения компьютерных технологий у нас в стране довольно высокие (за 1999 год Украина заняла 1-е место в мире по скорости внедрения компьютерных технологий), этому есть простое пояснение в нашей стране очень много квалифицированных специалистов по компьютерным технологиям, и пока не наблюдается нехватка этих специалистов (как это наблюдается в развитых странах, например в США). Но не смотря на все сказанное выше, медицина очень отстает по внедрению даже простейших усовершенствованиях, например вся учетная информация ведется на бумаге (не говоря о разработке и внедрении каких-либо экспертных систем). Причины этого понятны, практически вся медицина финансируется государством и бывает больницам не хватает средств на самые необходимые лекарства, не говоря уж и о внедрении компьютерных систем по учету и анализу, практически все медицинское оборудование и программное обеспечение к нему к нам поступает из-за границы в качестве гуманитарной помощи. А некоторые частные больницы и поликлиники если и приобретают какое-либо программное обеспечение то приобретают его за рубежом, что стоит намного дороже, чем стоила бы разработка у отечественных производителей, но и быстрее чем разработка у отечественных производителей. Я надеюсь, что скоро и медицину затронет компьютерный прогресс, тем более что во многих медицинских исследованиях просто не возможно обойтись без компьютера и специального программного обеспечения к нему. В данной работе я попробую предложить такую экспертную систему, которая бы значительно облегчила и улучшила работу врачей, которым приходится работать со снимками с томографа.

Предметная область.

Предметной областью в данном курсовом проекте является расшифровка и анализ снимков полученным томографом, а так же разработка новых методов расшифровки и диагностики снимков.

История открытия и развитие метода компьютерной томографии.

Становление и развитие рентгеновской компьютерной томографии (КТ) связано с фундаментальными исследованиями по математической реконструкции объекта из набора множественных проекций.

В 1962 году E.Kuhl и P.Edwards ,использовав в качестве источника излучения радиоактивный 131I, произвели математическую реконструкцию для получения трансаксиального изображения черепа. Результаты этих исследований в дальнейшем легли в основу разработки аппаратов для эмиссионной компьютерной томографии.

В 1963 году А. Кормак в университете Тафта (Сша) разработал математический метод реконструкции головного мозга с помощью рентгеновского излучения.

Аналогичные исследования, независимо от А. Кормака ,проводились G.N> Housnsfild (1967 -1971) в лаборатории фирмы “EMI”.На основании этих разработок в 1970 году был сконструирован первый рентгеновский компьютерный томограф для исследования головного мозга. Клинические испытания компьютерного томографа, проведенные в госпитале Aktinson Motley совместно с нейрорентгологом J.A Ambrose (1961), показали возможность не только получения изображения головного мозга, но и определения опухолевого очага и его взаимоотношения с окружающими участками мозга.

Первые результаты экспериментальных исследований по применению компьютера для исследования головного мозга в 1972 г были доложены доктором J.A Ambrose на ежегодном конгрессе британских радиологов. И уже на следующий год компьютерный томограф стал функционировать в клинике Меуо (Сша). Убедительные результаты, полученные при использовании КТ в диагностике поражений головного мозга, послужили стимулом для создания КТ для исследования всего тела. Через два года R.S. Lidley (1974) в национальном биомедицинском научном центре Джортауновского университета разработал новый вариант компьютерного томографа для исследования всего тела. Эта установка, названная АСТА-сканер (Automatic Computerized Transverse Aksilar Scanner) начала серийно выпускаться фирмой “Phizer medical system” (США). Клинические испытания аппарата, проведенные в медицинском госпитале университета Миннесота (1975), показали широкие возможности КТ в выявлении поражений головного мозга и различных паренхиматозных органов человека. Создание компьютерных томографов явилось крупным достижением науки и техники, свидетельством чему служит присуждение Нобелевской премии 1979 г. по медицине и биологии ученым Cormak A. (США) и Hanusfild G. (Великобритания) за разработку и конструирование рентгеновского компьютерного томографа.

Успехи, достигнутые с помощью КТ в диагностике различных заболеваний, способствовали быстрому техническому совершенствованию аппаратов и значительному увеличению числа их моделей. В 1980 г. только в США было зарегистрировано 2030 томографов, количество их в развитых странах (США, Япония, ФРГ, Швеция и др. ) составляет от 18 до 22 аппаратов на 1 млн. населения.

В нашей стране первый КТ для исследования головы был разработан в НИИ кабельной промышленности Минэлектротехпрома СССР (1985) совместно с НИИ неврологии АМН СССР.

Быстрое техническое совершенствование КТ значительно повысило эффективность и разрешающую способность метода в диагностике различных заболеваний и сократило время сканирования пациентов. В течение 4-6 лет крупными фирмами США, Франции, Англии, ФРГ ,Японии были созданы и поступили в серийное производство три поколения рентгеновских компьютерных томографов. Если компьютерные томографы 1 поколения имели только один детектор и время сканирования одного среза толщиной 20- 30 мм составляло 5-6 мин, то томографы “ поколения были оснащены 16-60 детекторами и время сканирования одного среза сократилось до 2-3 мин.

Качественный скачок претерпели компьютеры 3 и 4 поколений. При наличии от 512 до 1400 детекторов и ЭВМ большой емкости время сканирования одного среза (2-8 мм) уменьшилось до 2-5 с, что практически позволило исследовать все органы и ткани организма.

Новым достижением в конструкции компьютерных томографов явилось создание “спиральной” КТ, что позволяет на основе непрерывной ротации рентгеновской трубки и движения стола добиться увеличения скорости исследования, повышения разрешающей способность и улучшения качества изображения.

В настоящее время крупные фирмы в США (“Picker”, “General Electric”) и Германии (“Siemens” и “Philips Medical Systems”) начали серийное производство спиральных КТ. Компьютеры этого класса позволяют проводить объемное непрерывное сканирование в пределах 30-40 см анатомического пространства при задержке дыхания, что обеспечивает четкое дифференцирование минимального патологического очага (опухоли метастазы и др.), определение состояния печеночных протоков с оптимальным использованием контрастного вещества.

Проведение с помощью спирального КТ ангиографии с внутривенным введением контрастного вещества и возможность получения трехмерного изображения сосудов открывают широкие возможности изучения патологии сосудистой системы (аневризмы аорты, стеноз почечных артерий, сосудистые анастомозы, наличие внутрисосудистых бляшек и состояния кровообращения головного мозга).

Устройство и общие принципы работы компьютерного томографа.

Современные рентгеновские компьютерные томографы производства различных фирм конструктивно мало отличаются друг от друга и состоят из 4 основных частей: 1)сканирующей системы; 2) рентгеновской системы; 3)пульта управления; 4) специализированной ЭВМ.

Сканирующая система включает рентгеновскую трубку и детекторную систему. В аппаратах 3 поколения рентгеновская трубка и детекторы расположены на одной раме. Детекторная система состоит из 256-512 полупроводниковых элементов или ксеноновых детекторов.

При сканировании пациента комплекс “Рентгеновская трубка - детекторы” совершает вращение вокруг пациента на 360, 1 , 0,5 и 0,25 градусов дает импульсное излучение в виде веерообразного пучка, проходящего через объект, при этом осуществляется регистрация ослабленного излучения детекторной системой.

Внутри сканирующей системы имеется отверстие диаметром 50-70 см, в пути которого пациент при сканировании двигается на транспортере стола.

Сканирующая система при необходимости может наклонятся вперед или назад на 20- 25 градусов.

В компьютерных томографах 4 поколения детекторная система имеет от 1400 до 4800 детекторов, которые расположены по кольцу на раме. Во время сканирования вращается вокруг пациента только рентгеновская трубка.

Стол томографа состоит из основания и подвижной части, на которой крепится ложе-транспортер для укладки пациента. Горизонтальное перемещение пациента при сканировании производится с пульта управления в автоматическом режиме. Поднятие и опускание с перемещением стола при укладке пациента производится от системы управления стола.

Рентгеновская система состоит из трубки и генератора. Рентгеновская трубка мощностью 30-50 кВт работает в импульсном режиме с частотой импульсов 50 Гц при напряжении 100-130 кВт, силе тока 150-200 мА. Трубка имеет двойное охлаждение, сама трубка охлаждается маслом, масло в свою очередь может охлаждается водой или вентилятором. Кроме того, вращающийся анод трубки для защиты от перегрева с обратной стороны покрыт графитом. Поглощение мягкого компонента рентгеновского излучения осуществляется фильтрацией, в трубке имеется коллиматор для ограничения потока излучения.

Генератор высоковольтный - источник питания – работает в импульсном режиме, обеспечивает рентгеновскую трубку напряжением до 100-140 кВ и силой тока до 150-200 мА.

Пульт управления является важным звеном компьютерного томографа, он непосредственно связан со сканирующей системой и ЭВМ. В состав пульта входят: два видеомонитора, один из которых текстовой, другой предназначен для получения изображения срезов; клавиатура для выбора технических параметров сканирования исследуемой области головы или тела (толщина срезов и их количество, скорость сканирования, шаг томографирования, количество снимков и использование “двойного окна”). Кроме того, с помощью клавиатуры осуществляется ввод и вызов программы из ЭВМ и диалог оператора (врача, техника) с ЭВМ, введение данных пациента (толщина срезов, шаг томограммы, изменение масштаба изображения, трансформация аксиальных срезов в саггитальные или коронарные, а также вычитание и сложение полученных срезов). С помощью экрана и светового пера осуществляются измерения плотности зон интереса, расстояния между ними для оценки размера органа или патологического очага и составления гистограмм

На пульте оператора имеются кнопки управления для включения аппарата, индикаторной системы, характеристике работы отдельных узлов (таблица с указанием дозы, толщины слоя и времени измерения, а также программы исследования головы и всего тела).

Перед началом исследования пациента в компьютер вводятся данные о пациенте, исходный диагноз, режим и программа сканирования. После сканирования на видеомониторе и соответственно на каждом срезе томограммы, кроме изображения органа, записывается дополнительная информация:

1)дата и время съемки; название лечебного учреждения;

2) номер среза;

3) фамилия, имя, отчество и возраст пациента;

4) серый клин – показатель плотности и клин размером 5 см для ориентировочной оценки величины плотности;

5) ширина и средний уровень “окна”;

6)номер среза пациента и номер этих срезов в памяти машины.

Функции ЭВМ заключается в обработке предварительной информации, поступившей из детекторов, ее реконструкции и получении изображения органа, оценке выявленных данных по стандартным программам, автоматическом управлении процессом сканирования пациента (хранение и выдача томографических данных). Информация, поступившая в ЭВМ, записывается на магнитный носитель для хранения и обработки, а также фотографируется с помощью приставки “мультиспот” на рентгеновскую пленку, информация с ЭВМ может сниматься на термобумагу.

Общая характеристика компьютерной томографии.

Компьютерная томография обладает рядом преимуществ перед обычным рентгеновским исследованием: а) прежде всего высокой чувствительностью, что позволяет отдифференцировать отдельные ткани друг от друга по плотности в пределах 1-2% ; на обычных рентгенограммах этот показатель составляет 10-20% ; б) в отличие от обычной томографии, где на так называемом трансмиссионном изображении органа (обычный рентгеновский снимок) суммарно переданы все структуры оказавшихся на пути лучей, компьютерная томография позволяет получить изображение органов и патологических очагов только в плоскости исследуемого среза, что дает четкое изображение органов и патологических очагов только в плоскости исследуемого среза, что дает четкое изображение без наслоения выше и ниже лежащих образований; в)КТ дает возможность получить точную количественную информацию о размерах и плотности отдельных органов тканей и паралогических образований, что позволяет делать важные выводы относительно характера поражения; г) КТ позволяет не только судить о состоянии изучаемого органа, но и о взаимоотношении патологического процесса с окружающими органами и тканями, например инвазии опухолей и соседних органы, наличии других патологических изменений; д) КТ позволяет получить томограммы, то есть продольные изображения исследуемой области наподобие рентгеновского снимка путем перемещения больного вдоль неподвижной трубки. Топограммы используются для установления протяженности патологического очага и определения кол-ва срезов.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: доклад по химии, конспект зима.

1  2 | Следующая страница реферата