Исследование и выбор метода объединения УЗИ и МРТ

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР МЕТОДА ОБЪЕДИНЕНИЯ УЗИ И МРТ

Мутумбиша Чоно Кеннет, Строев Владимир Михайлович

Тамбовский государственный технический университет

Аннотация

Метод объединения изображений УЗИ и МРТ относится к медицине и может быть использован для получения новой информации, способствующей повышению точности диагностики врачами. В отличие от существующей FUSION-технологии совмещения данный метод работоспособен даже при смещении срезов УЗИ и МРТ изображений.

Ключевые слова: замещение, изображения, информация, МРТ, наложение, объединение, повышение, УЗИ

В настоящее время для диагностики заболеваний широко применяются УЗИ и МРТ [1-3]. Получение новой информации, способствующей повышению точности диагностики врачами, специалисты видят в объединении изображений от разнодиапазонных источников [4-6].

В настоящее время разработана FUSION-технология, которая позволяет одновременно отображать на экране УЗИ сканера ультразвуковое изображение и соответствующий ему срез МРТ.

Эта технология дает лучшее восприятие анатомии ультразвукового изображения и его положения в пространстве. Также она обеспечивает более точный контроль за ходом интервенционной манипуляции без увеличения лучевой нагрузки [7].

Приложение Fusion совмещает процесс ультразвукового сканирования со снимками, полученными ранее на МРТ. Теперь можно непосредственно и проще сравнивать несколько областей анализа, что повышает точность диагностики.

Объемная навигация с опцией V Nav Fusion осуществляется в несколько последовательных этапов:

Этап №1 -- подготовка: рядом с УЗИ-аппаратом создается магнитное поле, магнитные сенсоры крепятся на ультразвуковой датчик. Эти сенсоры определяют положение датчика в пространстве относительно пациента.

Этап № 2 -- импорт 3D/4D УЗИ изображений.

Этап № 3 -- работа с изображениями: выбирается томографический срез и слева располагается такой же срез ультразвукового датчика (рис. 1). Теперь любое изменение положения ультразвукового датчика автоматически изменяет оба изображения.

Результат совмещения по технологии Fusion представлен на рис.2. Анализ этого изображения показывает неэффективность технологии Fusion в этом случае. Это обусловлено тем, что при сложении с различными весовыми коэффициентами более яркое МРТ изображение все равно «поглощает» более контрастное УЗИ изображение.

Также любое небольшое взаимное пространственное смещение УЗ и МРТ изображений приведет к резкому понижению контраста результирующего изображения из-за эффекта сложения областей с низкой и большой яркостью в результате их наложения при сдвиге.

Рисунок 1. Исходные МРТ и УЗИ изображения

Рисунок 2. Совмещенное изображение по технологии Fusion

Было принято использовать не всё МРТ изображение, а только контуры изображения. Причем контуры МРТ изображения либо накладывать на более контрастное УЗ изображение, либо замещать точками контура соответствующие точки УЗ изображения.

Алгоритм исследования эффективности совмещения изображений представлен на рис. 3.

Рисунок 3. Алгоритм исследования эффективности совмещения изображений

ультразвуковой магнитный резонансный изображение

Проверка совмещения с использованием для выделения контуров первой производной [8] не дала положительного результата из-за сильного «зашумления» контурами от любых неоднородностей изображения (рис.4).

а) б)

Рисунок 4. МРТ изображение после обработки в соответствии с новым алгоритмом (а) и в соответствии с выражением для первой производной (б)

Поэтому было принято использовать специальный вид оконтуривания МРТ изображения, который производит оконтуривание областей с определенным уровнем контраста. Применение его исключает влияния малоконтрастных деталей, обусловленных естественной неоднородностью МРТ изображения.

Проверка реализации совмещения изображений путем наложения.

На первом этапе осуществляется выделение областей изображения со слабо изменяющейся яркостью, на втором - замена в исходном изображении яркости пикселей этих областей на значение 128, а яркости пикселей не входящих в эти области на значение яркость пикселя минус яркость области в пределах, которой он находится, а затем выполняются операции взятия по модулю и поровой обработки. Далее производилось сложение оконтуренного МРТ изображения с УЗИ изображением с определенными весовыми коэффициентами.

Результаты проверки представлены на рис.5а. В этом случае проявился следующий негативный эффект - снижение контраста более детального УЗ изображения.

Результаты проверки совмещения изображений путем замещения точками контура соответствующих точек УЗ изображения представлены на рис.5б.

На результирующем изображении видны яркие линии, соответствующие, МРТ изображению и детальное неискаженное УЗИ изображение.

В этом случае взаимное смещение изображений приводит даже к положительному эффекту одновременного наблюдения области интереса в одном изображении.

Таким образом, предлагаемый метод позволяет повысить информативность объединения разнородных по контрасту и яркостной структуре УЗИ и КТ/МРТ изображений.

Рисунок 5. Совмещенные изображения путем наложения (а) и путем замещения (б)

Библиографический список

1. Хофер Матиас. и др. Физика визуализации изображений в медицине (пер. с англ.) - том 1. М.: Мир, 1991. 408 с.

2. Троицкий И.Н. Статистическая теория томографии. М.: Радио и связь. 1989. 240 с.

3. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. Учебное пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО. 2006. 132 с.

4. Капустин В. В., Широкорад В. И., Громов А. И., Кошурников Д. С. Первый опыт применения технологии совмещения ультразвуковых и магнитно-резонансных изображений (fusion) в диагностике рака предстательной железы // Онкоурология. 2010. № 3. С.33-36

5. Шадури Е.В. Возможности комплексного ультразвукового исследования в дифференциальной диагностике злокачественных и доброкачественных очаговых образований печени: автореф. дис … канд. мед. наук. - М., 2005. 123 с.

6. Патент РФ № 2538340, МПК G06T 3/00, 10.01.2015. Способ совмещения изображений, полученных с помощью разнодиапазонных фотодатчиков / А.Н. Ветров, И.Н. Воякина, М.А. Гахзар, О.А. Осипова, В.И. Романовский. М.: ФИПС, 2015.

7. FUSION или Volume Navigation - новые возможности в ультразвуке // Международное интернет-сообщество специалистов ультрзвуковой дивгностики. 2013.

8. Фисенко В.Т., Фисенко Т.Ю. Компьютерная обработка и распознавание изображений. СПб.: СПбГУ ИТМО. 2008 г. 192с.

Размещено на Allbest.ru