Фантом для комп’ютерного аналізу ультразвукового зображення

Фантом для комп'ютерного аналізу якості ультразвукового зображення, що містить корпус, всередині якого розташовані імітуючі об'єкт дослідження тестові зони, виконані із тканиноеквівалентного до біологічного середовища матеріалу з включеннями імітаторів як тестоб'єктів зон діагностичного дослідження, який відрізняється тим, що до верхньої частини корпусу приєднаний звукопровідник - сегмент з силікону та вставлені імітатори тест-об'єктів зон діагностичного дослідження, що розташовані на різних відстанях між собою, зони симетричних фігур з різною ехогенністю виконані: з епоксидної смоли, квазіха отичної текстури, виконаної з поролону, насиченого фізіологічним розчином, структурованої квазілінійної текстури, виконаної у формі симетрично розташованих порожніх отворів, спекл-текстури, виконаної з полімеру, гетерогенність ультразвукового зображення квазіхаотичної, квазілінійної й спекл-текстур відповідають формулі: G = l-r, 1 де r - коефіцієнт просторової автокореляції, Корисна модель відноситься до медичної техніки, точніше до пристроїв для променевої діагностики, що імітують об'єкт обстеження ультразвукової діагностики, і призначено для калібровки, перевірки та тестування ультразвукових апаратів або акустичних мікроскопів й може знайти застосування при проведенні ультразвукових медичних досліджень в медичних установах. Відомий фантом для аналізу якості ультразвукового зображення, що містить корпус, у середині якого розташовані імітуючи об'єкт дослідження тестові зони, виконані із тканиноеквівалентного до біологічного середовища матеріалу [1]. Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, є фантом для аналізу якості ультразвукового зображення, що містить корпус, у середині якого розташовані імітуючи об'єкт дослідження тестові зони, виконані із тканиноеквівалентного до біологічного середовища матеріалу, з включен нями імітаторів, як тест-об'єктів зон діагностичного дослідження [2]. При використанні відомого пристрою для калібровки, перевірки та тестування ультразвукових апаратів застосовують лише візуальні діагностичні ознаки або квазілінійні геометричні параметри імітуючих тест-об'єктів дослідження. Позитивним у найближчому аналогу є те, що він дає можливість оцінити робочі візуальні та квазілінійні характеристики ультразвукових зображень. Це дає можливість фахівцю променевої діагностики проводити дещо якісніше ультразвукове дослідження на основі приблизної калібровки ультразвукового апарату, заздалегідь проведеної сервісним інженером. Недоліком у найближчому аналогу є обмеженості в кількісній індикації спотворення ультразвукового зображення апаратом при його використанні в якості тест-об'єктів для візуальної оцінки. ( w ij (x i - x) x j - x i=1 j=1 i¹ j n w ij i =1 j=1 i¹ j 2 де n - кількість ділянок, на які розбито зображення; xi - середнє значення інтенсивності в i-ій ділянці зображення; x - середнє значення інтенсивності всього зображення; wij - ваговий коефіцієнт, що дорівнює інвертованій відстані між центрами i-ої та j-ої зон зображень, тобто 1/dij. U i i=1 , n (13) ö ÷ ÷ ø å (x - x) åå 2 38000 n (11) æ ç ç è ) UA r= n åå (19) n n 3 38000 Це зумовлено тим, що органи зору людини, за психофізичними законами Вебера-Фехнера та Стівенсена, сприймають зміни в медичних зображеннях лише в логарифмічній прогресії, тобто інтегрують окремі деталі гетерогенності ультразвукового зображення. Відомо, що фахівець з променевої діагностики проводить діагностику, спираючись на результати візуального спостереження та власний досвід. При цьому фа хівець визначає характерні розпізнавальні ознаки вигляду зони діагностичного інтересу, наприклад, атиповості або асиметрії (іррегулярності) форми та контурів, текстури (гетерогенності, неоднорідної щільності) зони діагностичного інтересу ультразвукового зображення Як правило, у хворих на злоякісні пухлини, контури пухлин більш атипові, асиметричні (іррегулярні), з характерними змінами їх текстури (гетерогенності, неоднорідності щільності). Проблемним питанням такого візуального підходу є обмеженість його діагностичної ефективності. Це зумовлено тим, що він базується не на оцінці розрахованого кількісного параметру чітко визначеного контуру та незалежному кількісному аналізі текстури зображення, а на операторозалежній візуальній оцінці характерних спотворених розмірів пухлин або їх текстурних ознак, тобто суттєво залежить від досвіду та психоемоційного стану самого лікаря. Подібні проблеми виникають й при настройці ультразвукового апарата або акустичного мікроскопу сервісним інженером. Таким чином, можливості оцінки інформації про спотворенні розміри й текстури зони діагностичного інтересу в ультразвуковому зображенні фа хівцем з променевої діагностики та сервісним інженером обмежені. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення фантому для комп'ютерного аналізу ультразвукового зображення за рахунок приєднання до верхньої частини корпусу в якості звукопровідника сегменту з силікону й тестови х зон з різними включеннями в якості імітаторів об'єкту діагностичного інтересу. Це дає можливість кількісно визначити гетерогенність зон діагностичного інтересу ультразвукового зображення для квазіхаотичної, квазілінійної й спекл-текстуктур та рівень спотворення геометричних форм й розмірів при формуванні ультразвукового цифрового зображення, що сприяє підвищенню ефективності діагностики хворих, як результат якісної калібровки ультразвукової апаратури. Поставлена задача вирішується тим, що в фантомі для комп'ютерного аналізу, що містить корпус у середині якого розташовані імітуючи об'єкт дослідження тестові зони, виконані із тканиноеквівалентного до біологічного середовища матеріалу з включеннями в якості імітатору об'єкту діагностичного дослідження, до верхньої частини корпусу приєднано звукопровідник - сегмент з силікону, а в якості імітаторів тест-об'єкту зон діагностичного дослідження використовують, розташовані на різних відстанях між собою, зони симетричних фігур з різною ехогенністю, виконаних з епоксидної смоли, квазіхаотичної текстури, виконаною з поролону насиченого фізіологічним розчином, структурованої квазілінійної текстури, виконаної у формі симе 4 трично розташованих порожніх отворів, спеклтекстури, виконаної з полімеру, гетерогенність ультразвукового зображення квазіхаотичної, квазілінійної й спекл-текстуктур відповідають формулі G = 1-r, 1 де r - коефіцієнт просторової автокореляції, n n r= n åå ( ) w ij (x i - x) x j - x i =1 j =1 i¹ j æ ç ç è ö n n i i =1 ø , 2 i =1 j =1 i¹ j n å (x - x ) ÷ åå 2÷ w ij де n - кількість ділянок, на які розбито зображення; xi - середнє значення інтенсивності в i-ій ділянці зображення; x - середнє значення інтенсивності всього зображення; wij - ваговий коефіцієнт, що дорівнює інвертованій відстані між центрами i-ої та j-ої зон зображень, тобто 1/dij. Відповідно до корисної моделі розраховані за допомогою комп'ютера ультразвукового апарата розміри відхилення від кругу симетричного отвору й гетерогенності текстур тестови х елементів утворюють чіткі кількісні критерії для послідуючого комп'ютерного аналізу якості ультразвукового зображення. Запропонована конструкція забезпечує підвищення ефективності прийняття діагностичних рішень лікарем про стан пацієнтів в наслідок якісної прецизійної калібровки ультразвукової апаратури, вибору оптимального режиму його роботи, за допомогою порівняльного комп'ютерного аналізу тестової ехограми фантому з отриманими робочим ультразвуковими зображеннями. Застосування в фантомі сегменту в якості звукопровідника силікону та тест-об'єктів дослідження у формі розташованих на різних відстанях між собою зон симетричних фігур з різною ехогенністю, виконаних з епоксидної смоли, квазіхаотичної текстури, виконаної з поролону насиченого фізіологічним розчином, структурованої квазілінійної текстури, виконаної у формі симетрично розташованих порожніх отворів, спекл-текстури, виконаної з полімеру, при цьому їх гетерогенність відповідає формулам (1) -(2), дозволяє значно точніше кількісно оцінювати відхилення симетрії форм та зміни в текстурі в зоні діагностичного інтересу на основі розрахунку параметру гетерогенності структури. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленням (фіг. 1), на якому зображено фантом для комп'ютерного аналізу якості ультразвукового зображення. Фантом містить корпус 1, виконаний з полімеру, до якого через прошарок ультразвукового гелю приєднано сегмент звукопровідника 2 з силікону для установки датчика 3 ультразвукового апарату. В якості імітаторів тест-об'єктів дослідження в корпусі 1 розташовані на різних відстанях між собою зони квазіхаотичної текстури 4, виконаної з поролону, насиченого фізіологічним розчином, структурованої квазілінійної текстури 5, яка створюється за рахунок симетрично розташованих порожніх отворів 6, спекл-текстури 7, виконаної з полімеру, наприклад з органічного скла, з штучно сформованими мікроструктурами, та симетричні фігури, які представлені симетричними отворами 8 - 11 по 5 38000 меншій мірі двох різних діаметрів і заповнені полімеризованими епоксидними смолами різної ехогенності, отвори 8 та 10 заповнюються епоксидними смолами з відповідним підбором концентрації затвердителя та пластифікатора, для отримання гіпоехогенних фігур, о твори 9 та 11 - для отримання гіперехогенних фігур. Прилад працює таким чином. Датчик 3 змазують гелем та ставлять на сегмент звукопровідника 2, включають ультразвуковий апарат, виставляють режими сканування та отримають ультразвукові зображення квазіхаотичної текстури 4, стр уктурованої квазілінійної текстури 5, спекл-текстури 7 та розміри симетричних отворів 8-11. Після отримання цифрового зображення, його запам'ятовують в базі даних ультразвукового апарату. В наступному кроці проводять розрахунки гетерогенності ультразвукових зображень згідно формул 1, 2 квазіхаотичної текстури 4, структурованої квазілінійної текстури 5, спеклтекстури 7. При заданих режимах сканування вираховують розміри, відхилення від кругу симетричних отворів різного діаметру та різної ехогенності. Через деякий час, зазначений у паспорті ультразвукового апарата для проведення регламентного обслуговування, чи по мірі необхідності проводять Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 6 повторне отримання ультразвукового зображення фантому та його комп'ютерний аналіз й визначають гетерогенні текстур 4, 5, 7 та відхилення геометричних розмірів структур 8-11 від номінальних значень, визначають їх спотворення в порівнянні з еталонним цифровим ультразвуковим зображенням. При суттєвих відхиленнях більш ніж 5% проводять калібровку ультразвукових апаратів та повторне їх тестування чи вибирають інший більш оптимальний режим сканування. Таким же чином проводять тестування акустичного мікроскопу. На фіг. 2 наведено приклад еталонного ультразвукового зображення фантома, де значення гетерогенності квазіхаотичної текстури 4 дорівнює 0,57 у.о., стр уктурованої квазілінійної текстури 5 0,45 у.о., спекл-текстури 7 - 0,98 у.о., відхилення від кругу гипоехогенних геометричної структури 8 та 10-3,3% та 5,9% відповідно, відхилення від кругу гіперехогенних текстур 9 та 11-3,5% та 7,1% відповідно. Джерела інформації 1. Пат. USA № 4843866,73/1DV, МПК G01N 37/00, 1989. 2. Физика визуализации изображений в медицине. Под ред. С.Уэбба. - М.: «Мир», 1991, т. 2. С. 67 - 69. (прототип). Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601