Спосіб оцінки стану паренхиматозних органів

Спосіб оцінки стану паренхіматозних органів, що полягає в тому що, переміщують датчик ультразвукового сканера по поверхні тіла пацієнта формують послідовність ультразвукових зображень досліджуваного органа, які відображають на екрані телемонітора сканера, перетворюють в цифрову форму, вводять в комп'ютер, де вони відображаються на дисплеї, вибирають зображення з найбільш визначеними особливостями структури органа, по якому проводиться виділення фрагмента зображення з найбільш характерними ознаками його структури, для нього розраховують кількісні параметри текстури зображення, який відрізняється тим, що для виділеного фрагменту розраховують: енергію - Р1, момент інерції - Р2, двовимірну ентропію - Р3, зворотну різницю - Р4, коваріацію Р5, автокореляцію - Р6 та ентропію - Р7 (Рі і=1¸7), попередньо визначають для кожного діагнозу (наприклад для щитовидної залози: m=1 - норма, m=2 - хронічний аутоімунний тиреоїдит, m=3 - гіпотиреоз, m=4 - дифузний еутиреоїдний зоб, m=5 - тиреотоксикоз, m=1¸5) для пар параметрів структури зображення по методу найменших квадратів коефі Винахід відноситься до медицини, а саме до способу діагностики стану паренхиматозних органів за допомогою оцінки стану органів при ультразвуковому дослідженні і може використовуватися, наприклад, для диференціальної діагностики захворювань щитовидної залози, контролю впливу іонізуючого випромінювання, тиреоїдної патології у осіб, що перенесли гостру променеву хворобу (ГПХ). Відомий спосіб оцінки стану паренхіматозних органів (ендокринних залоз) (Эпштейн Е.В., Олейник В.А., Тронько М.Д., Имшинецкий П.В. Ультрозвуковая диагностика заболевений эндокринных желез. - К.: 3доровье, 1992. - 92), полягає в тому, що шля хом переміщення датчика ультразвукового сканера по поверхні тіла пацієнта формується серія зображень досліджуваного органу, що і відо бражаються на екрані телемонітора сканера, при цьому за зображеннями визначаються геометричні розміри та обчислюється об'єм по формулі V=h(S1+S 2+...+Sn-1+S n), де V - об'єм органу, h - відстань між зрізами, Sі - площі поперечних перерізів, візуально оцінюється параметри структури: ехогенність, однорідність та новоутворення. Стан досліджуваного органу визначається порівнянням визначених ознак з еталонними. Основними недоліками даного способу оцінки стану є: 1) висока ступінь залежності визначення ознак структури ультразвукового зображення від умов отримання цих ультразвукових зображень; 2) суб'єктивний характер процесу порівняння лікарем-діагностом визначених ознак з еталонними. Відомий спосіб оцінки стану паренхіматозних органів (щитовидної залози) (Озерова О.Е., База цієнти їх лінійного зв'язку k m і hm , де індекс m= ij ij =1¸5 вказує залежність від діагнозу, а індекси і та j (i=1¸7, j=1¸7) - пару параметрів структури зображення, потім розраховують для пацієнта з невідомим діагнозом розрахункові значення параметрів )m )m Pij по формулах Pij = k m × Pj + hm , де індекс m= ij ij =1¸5 аналогічно вказує залежність від діагнозу, а індекси і та j (і=1¸7, j=1¸7, і¹j) - пару параметрів структури зображення, за значеннями яких розраховують розрахункові значення, визначають нормовані коефіцієнти відхилення вірогідного діагнозу від істинного для кожного діагнозу по формулах )m Pij - Pi m d ij = , і по коефіцієнту відхилення, що має Pi (13) 28596 (11) UA (19) ì ü мулі D = minm íÕ dm ý (де Õ - добуток нормоваij î i þ i них коефіцієнтів відхилення по всіх парах параметрів структури зображення (і=1¸7, j=1¸7) для кожного з діагнозів m=1¸5 окремо). A найменше значення, визначають діагноз по фор 28596 рова Э.И., Демидов В.H. Эхография щитовидной железы при различных ее заболеваниях // Клин. медицина. - 1986. - Вып. 64. - № 2. - С. 135-138), який полягає в тому, що шляхом переміщення датчика ультразвукового сканера по поверхні тіла пацієнта формується послідовність ультразвукових зображень досліджуваного органа, які відображаються на екрані телемонітора сканера, проводиться візуальна оцінка структури отриманих зображень; в результаті візуальної оцінки визначається стан органу шля хом його віднесення до певного типу станів (норма, або патологія певного типу). В даному способі стан органу визначається відповідністю ознак структури зображення, що оцінюються візуально, ознакам структури зображення органу в певному стані. Недоліками цього способу є: 1) суб'єктивність оцінки стану органа і обумовлена цим залежність в визначені стану від кваліфікації лікаря-діагноста; 2) відсутність кількісних показників стану органа; 3) обмежена кількість діагностованих станів та низька ефективність способу для виявлення патологічних станів при ранніх стадіях за хворювань. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб оцінки стану паренхіматозних органів (печінки) (Chung-Ming Wu, Yung-Chang Chen Texture Features for Classification of Ultrasonic Liver Images, IEEE Trans. on Medical Imaging, vol. 11, № 2, 1992, p. 141-152), який полягає в тому, що шля хом переміщення датчика ультразвукового сканера по поверхні тіла пацієнта формується послідовність ультразвукових зображень досліджуваного органу, які відображаються на екрані телемонітора сканера, перетворюється в цифрову форму, вводиться в комп'ютер і відображається на дисплеї, в результаті візуальної оцінки зображення лікаремдіагностом вибирається зображення з найбільш визначеними особливостями структури органу, по якому проводиться виділення фрагмента зображення з найбільш характерними ознаками його структури, для виділеного фрагмента розраховуються два кількісних параметра: кореляція К та ентропія S, стан органу визначається сукупністю цих параметрів, що є різними для певних станів, тобто, стан органу визначається належністю точки з координатами S, К до одної з областей, що відповідає певному стану, з апріорно визначеними на попередній стадії навчання, що полягає в обчисленні параметрів кореляції К та ентропії S для характерних областей типового ультразвукового зображення досліджуваного органу пацієнтів контрольної групи з наперед встановленим іншими способами діагнозом, межами в площині S, К. Недоліками цього способу є: 1) обмеженість в кількості діагностованих станів органу лише трьома (нормальний, та дві патології: гематома, циркозіс), мала ймовірність виявлення патологічних станів при ранніх стадіях захворювань. Це пояснюється тим, що для визначення стану органа використовуються абсолютні значення кількісних параметрів структури зображень, які залежать від масштабу та коефіцієнтів підсилення сигналу. Ці показники змінюються також із зміною властивостей тканин, що оточують досліджуваний орган, оскільки ультразвуковий сигнал змінюється за рахунок поглинання і відбивання ультразвукових хвиль в сусідніх тканинах, через які він проходить. Технічною задачею даного винаходу є створення способу оцінки стану паренхіматозних органів, на прикладі зображень щитовидної залози, який би мав високу достовірність і можливість виявлення патологічних станів на ранніх стадіях захворювань. Технічна задача досягається тим, що переміщують датчик ультразвукового сканера по поверхні тіла пацієнта формують послідовність ультразвукових зображень досліджуваного органу, які відображають на екрані телемонітора сканера, перетворюють в цифрову форму, вводять в комп'ютер, де вони відображаються на дисплеї, вибирають зображення з найбільш визначеними особливостями структури органу, виділяють фрагмент зображення з найбільш характерними ознаками його структури, для нього розраховують кількісні параметри текстури зображення, причому, для виділеного фрагменту розраховують: енергію – Р1, момент інерції – Р2, двовимірна ентропія – Р3, зворотну різницю – Р4, коваріацію – R5, автокореляцію – Р6, та ентропію – Р7 (Рі і=1¸7), попередньо визначають для кожного діагнозу (наприклад для щитовидної залози: m=1 - норма, m=2 - хронічний аутоімунний тиреоїдит, m=3 - гіпотиреоз, m=4 - дифузний еутиреоїдний зоб, m=5 - тиреотоксикоз, m= =1¸5) для пар параметрів структури зображення по методу найменших квадратів коефіцієнти їх лінійного зв'язку k m і hm , де індекс m=1¸5 вказує ij ij залежність від діагнозу, а індекси і та j (i=1¸7, j=1¸7) - пару параметрів структури зображення, потім розраховують для пацієнта з невідомим діа) гнозом розрахункові значення параметрів Pijm по ) формулам Pijm = k m -Pj+ hm , де індекс m=1¸5 вказує ij ij залежність від діагнозу, а індекси і та j (i=1¸7, j=1¸7, i¹j) - пару параметрів структури зображення, за значеннями яких розраховують розрахункові значення, визначають нормовані коефіцієнти відхилення вірогідного діагнозу від істинного для кож ) Pijm - Pi ного діагнозу по формулам dm = , і по коеij Pi фіцієнту відхилення, що має найменше значення, ì ü визначають діагноз по формулі D=minm íÕ dm ý ij î i þ (де Õ - добуток нормованих коефіцієнтів відхиi лення по всім парам параметрів структури зображення (і=1¸7, j=1¸7) для кожного з діагнозів m=1¸5 окремо). Розроблений спосіб має більшу точність визначення стану паренхиматозних органів, дозволяє проводити диференціацію більшої кількості патологічних станів та проводити діагностику на ранніх стадіях захворювання. Також запропонований спосіб дозволяє проводити контроль впливу іонізуючого випромінювання на осіб з ГПХ. Приклад: пацієнт К., вік - 34 роки, стать - чол., ендокринної патології не виявлено. Результати обстеження: гормональні дослідження (табл. 1), зображення УЗД щитовидної залози (фіг. 1, 2). Шляхом переміщення датчика ультразвукового сканера по поверхні тіла пацієнта формують по 2 28596 слідовність ультразвукових зображень досліджуваного органу, які відображають на екрані телемонітора сканера, перетворюють в цифрову форму, вводять в комп'ютер, де вони відображаються на дисплеї (фіг. 1). В результаті візуальної оцінки зображення лікарем-діагностом вибирають зображення з найбільш визначеними особливостями структури органу, по якому проводять виділення фрагменту зображення з найбільш характерними ознаками його структури (фіг. 2). Для виділеного фрагменту розраховують параметри текстури зображення Рі, причому, згідно з винаходом розраховують: енергію – Р1, момент інерції – Р2, двовимірна ентропія – Р3, зворотну різницю - Р4, коваріацію – Р5, автокореляцію – Р6 та ентропію – Р7 (Рі і=1¸7), за формулами (R.М. Haralick, К. Shanmugam, I. Dinstein, - Textural Features for Image Classification, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, vol. 3, № 6, pp. 610621; У. Прэтт, Цифровая обработка изображений, т. 2., М.: Мир, 1982]: P1 = P2 = P3 = показнику відхилення кожного з діагнозів, що має найменше значення, по формулі D= ì ü =minm íÕ dm ý =1, що відповідає діагнозу норма ij î i þ (табл. 4). Аналогічно виконується діагностування для будь-якого діагнозу із списку m=1 - норма, m=2 хронічний аутоімунний тиреоїдит, m=3 - гіпотиреоз, m=4 - дифузний еутиреоїдний зоб, m=5 -тиреотоксикоз, m=1¸5. Запропонований спосіб оцінки стану паренхіматозних органів дозволяє з більшою точністю, ніж звичайне ультразвукове дослідження, проводити діагностику стану щитовидної залози та інших органів. Оскільки діагностування проводиться по виду функціональних зв'язків семи найбільш стійких та інформативних параметрів текстури зображень, то поєднання запропонованого способу з ультразвуковим дослідженням значно зменшує по хибку останнього та скорочує час повного обстеження та встановлення діагнозу за допомогою складних і дорогих гормональних, радіоімунних методів. Також спосіб дозволяє проводити постійний контроль за станом здоров'я осіб, що професійно працюють з джерелами іонізуючого випромінювання та відносяться до груп підвищеного ризику працівники атомно-енергетичного та військовопромислового комплексів. За допомогою запропонованого способу можна об'єктивно оцінити ступінь структурних порушень в паренхиматозних органах, особливо в щитовидній залозі, внаслідок комбінованого опромінення, здійснити відбір осіб з латентним (прихованим) перебігом захворювань паренхиматозних органів, з високим ризиком розвитку патологій після опромінення. Крім того, спосіб не вимагає додаткових витрат часу і може бути проведений в рамках звичайного ультразвукового обстеження пацієнта без втрати чіткості та точності встановлення діагнозу. Запропонований спосіб - простий і зручний, не вимагає спеціальної підготовки персоналу, може бути реалізований як в умовах стаціонару, так і амбулаторнo. 2 L-1 å [W (b)] = 1,405782e - 02; b= 0 2 L -1 L - 1 å å (a - b) W (a, b ) = 1673414e + 04; , a= 0 b = 0 L -1 L -1 å å W (a, b)log[W (a, b)] = 1,264960e + 01; a= 0 b = 0 P4 = P5 = си і та j (i=1¸7, j=1¸7, i¹j) - пару параметрів структури зображення, за значеннями яких розраховують розрахункові значення (табл. 2), визначають нормований коефіцієнт відхилення вірогідного діагнозу від істинного (модуль різниці між початковим та новими значеннями параметрів) по формулам ) Pijm - Pi m dij = (табл. 3), встановлюють діагноз по Pi L - 1 L -1 å å W (a, b) a= 0 b= 01 + (a - b)2 = 2,381428e - 02; L -1 L - 1 å å (a - Ma )(b - Mb )W( a, b) = 1,779908e + 04; a= 0 b = 0 P6 = L - 1 L -1 å å abW (a, b ) = 3,997437e + 04; a= 0 b= 0 L -1 P7 = - å W (b)log2 [W (b)] = 6,33E + 00; b= 0 попередньо для кожного діагнозу щитовидної залози: m=1 - норма, m=2 - хронічний аутоімунний тиреоїдит, m=3 - гіпотиреоз, m=4 - дифузний еутиреоїдний зоб, m=5 - тиреотоксикоз, m=1¸5, для пар параметрів структури зображення по методу найменших квадратів визначають коефіцієнти лінійного зв'язку k m і hm , де індекс m=1¸5 вказує ij ij залежність від діагнозу, а індекси і та j (i=1¸7, j=1¸7) – пару параметрів структури зображення, розраховують розрахункові значення параметрів ) ) Pijm по формулам Pijm = k m ×Pj+ hm , де індекс m=1¸5 ij ij аналогічно вказує залежність від діагнозу, а індек Таблиця 1 Результати гормональних досліджень (нмол/л) Трийодтиронін 1,16 Загальний тироксин 86,33 Антитіла до тиреоглобуліну 40,79 Тиреотропін 1,37 3 Тиреогло-булін 41,92 Вільний тироксин 12,74 28596 Таблиця 2 Розрахункові значення параметрів текстури зображення щитовидної залози та значення коефіцієнтів лінійного зв'язку для кожного із діагнозів (m=1 - норма, m=2 - хронічний аутоімунний тиреоїдит, m=3 - гіпотиреоз, m=4 - дифузний еутиреоїдний зоб, m=5 - тиреотоксикоз, m=1¸5) 1 9,12757E-07 2 1,28166E-06 Діагноз (m) 3 1,15299E-06 4 1,41342E-06 5 1,61005E-06 -0,000335211 -0,000858744 -0,000936614 -0,001163937 -0,000721617 0,014938988 0,020588661 0,018357718 0,022488431 0,026221185 km 34 895,65869 678,2418978 798,3877927 744,3894726 867,0093483 hm 34 Параметр km 12 hm 12 )m P12 = k m ×P2+ h m 12 12 -7,39582918 -7,215305347 -4,072225871 -6,386957989 -5,992020519 )m P34 = k m ×P4+ h m 34 34 13,93363765 8,936537115 14,94080457 11,34014134 14,65518286 m k56 0,572401648 0,466346877 0,523202833 0,483713514 0,680552658 hm 56 )m P56 = k m ×P6+ h m 56 56 -4930,64161 -4779,390227 -3973,665181 -3987,111603 -820,5597328 17950,75367 13862,53239 16941,03845 15349,03139 26384,10402 km 27 2774,345467 2747,541028 4843,293011 5210,616224 3383,777938 hm 27 -170,6829425 -511,9397283 -723,5151195 -271,374181 -650,677543 17377,56262 16866,76282 29911,20434 32686,73219 20752,34053 )m P27 = k m ×P7+ h m 27 27 Таблиця 3 Значення нормованого коефіцієнту відхилення для кожного із діагнозів (m=1 - норма, m=2 - хронічний аутоімунний тиреоїдит, m=3 - гіпотиреоз, m=4 - дифузний еутиреоїдний зоб, m=5 - типеотоксикоз. m=1¸5) dm 12 dm 34 dm 56 dm 27 Параметр )m P12 - P1 = P1 ) P m - P3 = 34 P3 )m P - P5 = 56 P5 )m P - P2 = 27 P2 1 2 Діагноз (m) 3 4 5 0,062681704 0,464569993 0,30587232 0,599709718 0,865238357 0,101508162 0,293532039 0,181128619 0,103517792 0,158549113 0,008521433 0,221165791 0,048207073 0,137650295 0,48232965 0,038449697 0,007925284 0,787436005 0,953296207 0,24011993 Таблиця 4 Значення коефіцієнту відхилення імовірного діагнозу (m=1 - норма, m=2 - хронічний аутоімунний тиреоїдит, m=3 - гіпотиреоз, m=4 - дифузний еутиреоїдний зоб, m=5 - тиреотоксикоз, m=1¸5) від істинного Параметр 4 Õ dm ij 1 2 Діагноз (m) 3 4 5 2,08472Е-06 0,000239023 0,002103068 0,008146313 0,015888092 i=1 4 28596 Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5