СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ СНИМКОВ МРТ

COMPARATIVE ANALYSIS OF MRI IMAGE PROCESSING SOFTWARE SYSTEMS

Alexandr Selyutin

student, institute information technology and communications, Saratov State Technical University,

Russia, Saratov

Stanislav Daurov

scientific supervisor, candidate of technical sciences, associate professor, Saratov State Technical University,

Russia, Saratov

АННОТАЦИЯ

В статье представлен анализ современных программных средств для обработки снимков МРТ. Выделены сравнительные характеристики рыночных программных продуктов и определены их достоинства и недостатки.

ABSTRACT

The article describes an comparative analysis of software for processing MRI images. Comparative characteristics of software products are described and their advantages and disadvantages are determined.

Ключевые слова: МРТ; DICOM; рентгенология.

Keywords: MRI; DICOM; radiology.

Дегенерация межпозвоночных дисков - это возрастное заболевание, связанное с хронической болью в спине и функциональной неспособностью. Патология затрагивает значительную часть населения и влечет за собой негативные социально-экономические последствия. Расходы российского министерства здравоохранения на лечение дегенеративных заболеваний позвоночника оцениваются в 2,6 миллиарда рублей в год [1, с. 252].

Для построения модели позвоночника, для его дальнейшего анализа на наличие патологий, используются различные методы, при этом магнитно-резонансная томография (МРТ) является самым распространенным методом для оценки дегенерации межпозвоночных дисков [2, c. 528].

В клинической практике оценка степени дегенерации межпозвоночного диска основана на классификации, использующей качественные описания характеристик диска, таких как: интенсивность сигнала и высота диска, а также расстояние между ядром и кольцом диска [3, c. 104]. Однако, такая качественная оценка подвержена изменчивости при анализе разными врачами-рентгенологами.

Количественный анализ снимков МРТ имеет большой потенциал в качестве инструмента диагностики патологий межпозвоночных дисков [4, c. 97-101]. Количественные параметры, при оценке степени дегенерации межпозвоночных дисков, будут более объективными и воспроизводимыми.

Перед вычислением количественных параметров о межпозвоночном диске необходимо сегментировать исходный снимок МРТ. Большинство исследований, касающихся количественной оценки характеристик межпозвоночных дисков для диагностических целей, основывались на сегментированных вручную снимках МРТ [6, c. 358]. Однако, ручная сегментация снимков МРТ является повторяемым и трудоемким процессом, который необходимо автоматизировать. Незначительное число исследований посвящено автоматической сегментации межпозвоночных дисков, однако такие работы сосредоточены на автоматическом обнаружении координат центра межпозвоночных дисков, и не включают в себя анализ сегментированных анатомических тел. Количественная оценка параметров межпозвоночного диска изначально требует выполнения процесса сегментации, способного точно определять межпозвоночные диски на различных стадиях дегенерации. Причем клинически приемлемая средняя погрешность процесса сегментации может составлять 1-2 мм [5, c. 268].

Резюмируя вышеописанный обзор на предметную область, можно сделать следующие выводы:

1. Сегодня в большинстве поликлиник процесс работы врача-рентгенолога, анализирующего снимки МРТ, не оптимизирован, так как врачу приходится вручную анализировать снимки МРТ на наличие патологий у пациентов;
2. Человеческий фактор не позволяет учитывать все имеющиеся заболевания у пациентов. Помимо этого, ручной анализ длителен по времени, и тем самым мешает скорейшему назначению курса лечения или постановке пациента на операцию. Врач-рентгенолог также занимается другими процессами, включая построение отчёта с диагнозом о состоянии пациента;
3. Дополнительной проблемой анализа снимков МРТ позвоночника является наличие артефактов на изображениях, которые могут привести к разной диагностике одного и того же снимка.

Исходя из вышеперечисленных проблем появляется необходимость в автоматизации процесса работы врачей-рентгенологов. Таким образом, целями работы являются: анализ существующих исследований и определение актуальности работы.

Описываемая предметная область исследовалась неоднократно. Необходимо провести сравнительный анализ существующего программного обеспечения и информационных систем визуального редактирования снимков МРТ позвоночника, определить слабые и сильные стороны аналогов, чтобы разработать высокоточную и универсальную систему. Наиболее популярные программные решения описаны далее.

RadiAnt DICOM Viewer – это программное обеспечение, предназначенное для просмотра и обработки медицинских изображений стандарта DICOM.

Данное программное обеспечение обладает рядом следующих преимуществ:

• Набор инструментов для обработки изображений и измерения их основных параметров;
• Масштабирование и панорамирование снимков;
• Возможность корректировки контрастности и яркости изображений;
• Определение величин нормального угла и угла Кобба;
• Определение значений плотностей тканей в единицах Хаунсфилда;
• RadiAnt DICOM Viewer полноценно функционирует на рабочих станциях даже с 512 Мб оперативной памяти;
• Программное обеспечение может поддерживать разные типы DICOM файлов;
• Присутствует экспорт DICOM файлов в изображения;
• Наличие многоязычного интерфейса;
• Присутствует движок для 3D рендеринга;
• Возможно совмещение изображений ПЭТ-КТ.

На рисунке 1 показан пример отображения серии снимков МРТ позвоночника в программе RadiAnt DICOM Viewer.

Рисунок 1. Экранная форма программы Radiant DICOM Viewer

Horos – это бесплатная информационная система с возможностью просмотра медицинских изображений формата DICOM с открытым исходным кодом. Horos представляет собой настольное и мобильное приложения, позволяющие формировать отчеты по радиологическим обследованиям. Horos основан на OsiriX и других библиотеках медицинской визуализации.

Данная информационная система обладает приятным пользовательским интерфейсом, большим набором инструментов для обработки DICOM файлов и изображений, однако не портирована на ОС Windows и Linux, и доступна только на macOS от версии 10.11 и выше. Также у Horos отсутствует поддержка многоязычности. Но в отличие от предыдущего программного обеспечения в системе Horos можно автоматически формировать отчеты по проведенным исследованиям.

На рисунке 2 показана экранная форма программы Horos.

Рисунок 2. Экранная форма программы Horos

Navegatium - это бесплатное программное обеспечение для просмотра DICOM файлов. Navegatium позволяет визуализировать, анализировать и структурировать файлы DICOM. Также имеется интеграция с наиболее популярными PACS (системами передачи и архивации DICOM изображений).

Данное программное обеспечение обладает схожим функционалом с RadiAnt DICOM Viewer, однако в Navegatium отсутствует многоязычный интерфейс. На рисунке 3 приведен пример работы программы Navegatium.

Рисунок 3. Интерфейс программы Navegatium DICOM Viewer

Для того чтобы можно было оценить преимущества и недостатки вышеперечисленных программных продуктов, предназначенных для обработки медицинских снимков, были выделены сравнительные характеристики. В таблице 1 представлены эти параметры для существующих аналогов.

Таблица 1.

Сравнительные характеристики существующих аналогов

Анализируя программные решения, можно сделать вывод, что все вышеописанные системы зависят от оборудования и не имеют инструментов статистического анализа снимков МРТ. В связи с наличием имеющихся недостатков у существующих программных продуктов, можно проводить разработку собственного программного решения для интерактивного редактирования снимков МРТ.

Список литературы:

1. Васильев, А.Н. Тархов Д.А. Принципы и техника нейросетевого моделирования/ А.Н. Васильев. - Москва: ИЛ, 2015. - 252 c;
2. Галушкин, А. И. Нейрокомпьютеры. Учебное пособие / А.И. Галушкин. - М.: Альянс, 2014. - 528 c;
3.  Гридин, Л. А. Рентгенодиагностика дегеративно-дистрофических изменений позвоночника / Л.А. Гридин, А.М. Орел. - М.: Видар-М, 2010. - 104 c.
4. Дауров, С. К. Компьютерная обработка изображений пояснично-крестцового отдела для выделения межпозвоночных дисков / С. К. Дауров, В. Ю. Новиков, Н. О. Александров // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2010. – Т. 4. – № 2(50). – С. 97-101.
5. Лутц, М. Программирование на Python. Том 2 / М. Лутц. - М.: Символ-плюс, 2013. - 268 c;
6.  Поройков, И. В. Рентгенометрия / И.В. Поройков. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1991. - 358 c.