Автоматизированные системы обработки кривых и изображений являются самыми многочисленными среди разработанных систем. Разные авторы называют их по-разному: АС клинико-лабораторных исследований, медицинские приборно-компьютерные системы, измерительные или микропроцессорные медико-технологические системы и т.д. Такое разнообразие частично объясняется тем, что с самого начала разработки (конец 1960 - начало 1970-х гг.) их развитие шло двумя путями:
1) подключением медицинской аппаратуры к ЭВМ;
2) оснащением специализированными микропроцессорными устройствами медицинской аппаратуры.
Первый способ развития АС для обработки медицинских сигналов и изображений осуществлялся в вузах, клинических НИИ; второй - в технических НИИ, на заводах и фирмах, производящих медицинскую аппаратуру. Оба пути имели свои достоинства и недостатки. Постепенно шло их сближение. В настоящее время АС для обработки медицинских сигналов и изображений, сопоставимые по целевому назначению, но построенные разными способами, обладают практически одинаковыми возможностями. Среди них широкое распространение получили АС для функциональной, ультразвуковой, лабораторной и морфологической диагностики.
|
|
Техническое обеспечение АС обработки медицинских сигналов и изображений включает:
• средства для съема информации;
• средства для измерения, преобразования, аппаратной фильтрации, усиления сигналов;
• аналого-цифровое преобразование;
• вычислительные средства для обработки сигналов.
При регистрации кривых и изображений осуществляется преобразование физических характеристик организма в электрические сигналы. Получаемые кривые (электрокардиограмма, реограмма, пневмотахограмма, капнограмма, фотоплетизмограмма и др.) являются аналоговыми (непрерывными) сигналами. Современная вычислительная машина может обрабатывать информацию, представленную только в цифровой форме. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) является стандартным устройством для преобразования непрерывного сигнала в дискретную цифровую форму.
Суть аналого-цифрового преобразования сводится к многократным, сделанным с определенной частотой, измерениям напряжения вводимого аналогового сигнала. Частота, с которой осуществляется преобразование, называется частотой дискретизации сигнала. Она измеряется в герцах.
Любой периодический сигнал можно представить набором синусоид. Чем чаще изменяется сигнал, тем больше синусоид нужно для его описания. Представление сигнала как набора синусоид называется его спектром. Чтобы получить представление сигнала в цифровой форме, достаточное для выявления характерных точек, которые необходимы для обработки сигнала, частота дискретизации должна вдвое превышать максимальную частоту его спектра.
|
|
Для оцифровки кардиологических кривых используется большая частота дискретизации, чем для респираторных: например, для электрокардиографического сигнала используется частота дискретизации 500 Гц, реографического- 100, а капнографического- 25 Гц.
Полученный в результате оцифровки аналогового сигнала цифровой массив обрабатывается с помощью специальных алгоритмов. Алгоритмы для ввода, обработки медицинских сигналов и изображений, а также построения заключений составляют основу программного обеспечения таких систем.
В самом простом и до сих пор распространенном варианте суть обработки сигналов сводится к поиску характерных точек (минимумов, максимумов, перегибов, переходов через нулевое значение и т.д.), расчету временных интервалов и амплитуд, необходимых для получения величин физиологических параметров.
Сигналы могут обрабатываться автоматически, т.е. полностью без участия врача. Но до сих пор существуют АС с возможностью полуавтоматической обработки кривых это особенно важно при обработке «сложных» неритмичных сигналов, когда врачу предъявляется кривая, а он с помощью специальных реперов выделяет характерные точки. Наконец, возможен автоматизированный вариант, когда разметка сигнала осуществляется автоматически, а ее результат предъявляется врачу, который может отредактировать его. ВАС обработки медицинских кривых и изображений встречаются все три варианта.
Автоматизированные системы для обработки изображений имеют специфику как по применяемым средствам для съема информации, так и по используемым специализированным алгоритмам обработки. Важное значение имеют характеристики регистрируемого изображения, особенности выведения его на экран (число точек по вертикали и горизонтали, число градаций степеней яркости, особенности цветопередачи и т.д.). В таких системах обязательно должны реализовываться возможности выделения контура исследуемых областей, изменения контрастности, масштабирование. В результате обработки должно получаться новое изображение, лучше исходного, в частности возможно создание и псевдотрехмерного изображения.
При построении заключений вАС обработки медицинских сигналов и изображений используются разные методы и подходы.
Кроме специализированных алгоритмов для ввода и обработки сигналов и изображений программное обеспечение таких систем включает встроенную БД для хранения архива сигналов, изображений, заключений, а также интерфейс, обеспечивающий взаимодействие медицинского работника с АС. В последнее время в связи с появлением очень больших по объему изображений (типа МРТ) такие архивы сохраняются не на ПК, а в специальных хранилищах на дисковых массивах серверов.
Таким образом, современная АС обработки медицинских сигналов и изображений позволяет осуществлять:
1) настройку на исследование: ввод паспортных, антропометрических данных, определение объема и режима исследования, ввод специализированной информации после установки датчиков на пациента;
2) проведение исследования с визуализацией кривых, изображений (при необходимости в режиме реального времени), возможностями остановки изображения, выбора необходимых участков для анализа, занесение в БД;
3) построение заключения с визуализацией результата в табличной и графической форме, облегчающей интерпретацию данных;
4) получение твердых копий (распечатку) как исходных сигналов, так и всех результатов;
5) работу с БД системы.
Трудно назвать физиологический сигнал, обработка которого в большей или меньшей степени не была бы автоматизирована. В настоящее время обработку сигналов и изображений осуществляют в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии (НЦССХ) им. А. Н. Бакулева, Московском областном научно-исследовательском клиническом институте (МОНИКИ) им. М. Ф. Владимирского, МГУ им. М.В.Ломоносова, МИФИ, МГТУ им. Н.Э.Баумана, других государственных учреждениях, многочисленных отечественных и зарубежных фирмах и организациях.
|
|
К сожалению, широко внедряемых АС обработки медицинских сигналов и изображений немного. Причин этому, как объективных, так и субъективных, несколько. Автоматизированные системы для обработки сигналов и изображений отличаются по используемым алгоритмам и вычислительной технике, возможностям расчета производных показателей и построения заключений, настройке на конкретную медицинскую аппаратуру и т.д. Тем не менее, рынок АС обработки медицинских сигналов и изображений (для отделений функциональной диагностики, лабораторной диагностики и др.) заполнен как зарубежными, так и отечественными системами, и пришло время для исследования его качественного состава.