Автореферат и диссертация по медицине (14.00.19) на тему:Влияние технических параметров приемников цифровых рентгенографических систем на качество диагностики болезней легких

На правах рукописи

УДК 616-71

Садиков Павел Владимирович

Влияние технических параметров приемников цифровых рентгенографических систем на качество диагностики заболеваний легких

14.00.19 - «Лучевая диагностика, лучевая терапия»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

ООЗ1 ВТ 124

Москва - 2008

Работа выполнена в научно-практическом центре медицинской радиологии Департамента здравоохранения г. Москвы

Научные руководители:

Доктор медицинских наук, профессор Юрий Викторович Варшавский Доктор технических наук Михаил Израилевич Зеликман

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук Владимир Николаевич Троян Главный военный клинический госпиталь имени H.H. Бурденко

Доктор технических наук, Николай Николаевич Блинов (мл.) ГОУ ВПО «Московский инженерно-физический институт»

Ведущая организация:

ГОУ ВПО РФ «Российский государственный медицинский университет Росздрава»

/ Í U CiJ

Защита состоится V ^П 2008 года в \2 часов на

заседании диссертационного совета ДМ 208.041.04 при ГОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет Росздрава» (Москва, ул. Долгоруковская, дом 4, строение 7. Почтовый адрес: 127473, Москва, ул. Делегатская, д.20/1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного медико-стоматологического университета (127206, Москва, ул. Вучетича, д. 10а).

Автореферат разослан 2008 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат медицинских наук, доцент Хохлова Т.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рентгеновские методики в нашей стране являются основными в массовом выявлении туберкулеза легких у взрослых при отсутствии бактериовыделения [Котляров ПМ 2001] Рентгенография и флюорография органов грудной клетки стали наиболее частыми исследованиями, применяющимися для диагностики пневмоний, туберкулеза и онкологических процессов легких Однако пленочная флюорография имеет существенный недостаток - большие дозы облучения, получаемые пациентом при обследовании [Зеликман М.И. 2007]

В настоящее время бурно развиваются цифровые технологии, позволяющие проводить обследования органов грудной клетки с малыми лучевыми нагрузками. Скрининг заболеваний легких при помощи этих методик осуществляется по всей России В рамках приоритетного национального проекта «Здоровье» цифровыми флюорографическими системами оснащаются многочисленные лечебные учреждения первого звена Всего в рамках этого проекта предполагается поставить в лечебную сеть более 2000 этих аппаратов [Мишкинис А Б. 2003].

Сегодня накоплен опыт клинического применения цифровых флюорографических систем (ЦФС) [Белова И Б., Китаев ВМ 2001]. Известно, что качество изображения (аналогового и цифрового), зависит от таких технических характеристик, как пространственная разрешающая способность и контрастная чувствительность. Эти параметры указываются в технической документации и проверяются путем применения соответствующих методик [Леонов Б.И и др 2004]

В настоящее время практически отсутствуют работы, посвященные анализу влияния указанных выше технических характеристик ЦФС на результаты скрининговых и диагностических исследований грудной клетки Таким образом, важной задачей, имеющей существенное значение для рентгенологии, является анализ влияния на диагностическую ценность

-п

J

получаемого изображения таких технических характеристик, как пространственная разрешающая способность и контрастная чувствительность систем для цифровой флюорографии

Качество изображения, получаемого при съемке на ЦФС, зависит не только от характеристик рентгеновского приемного устройства, но от того, как полученные «сырые» данные будут математически обрабатываться и отображаться на экране монитора или на твердой копии, получаемой из печатающего устройства Таким образом, является актуальным изучение влияния характеристик монитора как звена аппаратно-программного комплекса (которым является ЦФС) на качество получаемого изображения [Амансахатов Р Б и др 2006]

Требуется также оценить качество отображения на экране монитора, входящего в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) скиалогической семиотики (например, мелких мягких очагов и инфильтратов, их контуров, интерстициальных изменений), имеющей наибольшее значение для определения активности, обострения или прогрессирования болезней легких

Актуальной задачей является разработка модулей программного обеспечения, увеличивающих эффективность работы врача-рентгенолога, осуществляющего скрининговые исследования органов грудной клетки методом цифровой флюорографии [Зеликман М.И 2007]

Цель диссертационной работы. Повысить эффективность применения цифровой флюорографии при диагностике заболеваний легких.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи.

1. Оценить характеристику деталь-контраст на ЦФС сканирующего типа, имеющих различную пространственную разрешающую способность

2 Оценить качество изображения, получаемого на мониторах, имеющих разные технические характеристики с применением метода экспертных оценок

3. Провести сравнительный анализ отображений туберкулеза легких и некоторых органов грудной клетки на сканирующих ЦФС и на рентгеновской камере на базе ПЗС-матрицы

4. Провести сравнительный анализ изображений пневмоний и онкологических процессов в легких, полученных на сканирующих системах с разной пространственной разрешающей способностью и близкими значениями контрастной чувствительности

5. Разработать алгоритм программы блока формализованного протокола для описания результатов исследования

6. Разработать структуру программы электронного справочника легочных патологических процессов для врачей-рентгенологов

Научная новизна. На большом количестве рентгенограмм (более 10000), полученных на ЦФС в 16 субъектах Российской Федерации, проведен анализ влияния основных технических характеристик цифровых флюорографических систем на диагностическую ценность полученного изображения Оценено влияние конструктивных особенностей приемника рентгеновского изображения (камера на основе ПЗС-матрицы и сканирующая система) на диагностическую ценность регистрируемых изображений Также впервые проведен анализ экспертных данных, позволяющий сопоставить характеристики мониторов с качеством визуализации деталей изображения на цифровой рентгенограмме органов грудной клетки Разработан и апробирован программный блок формализованного протокола, позволяющий делать описания, применяя готовые экранные формы и, таким образом, автоматически формулируя связный текст описания Впервые создан программный блок

электронного справочника на базе ЦФС сканирующего типа, помогающий врачу обнаружить патологические изменения в легочной ткани и тем самым повышающий качество скрининга заболеваний органов грудной клетки и дообследования пациентов пульмонологического профиля

Практическая значимость. Полученные результаты позволили научно обосновать диапазон возможностей цифровой техники с разными техническими характеристиками и способами получения изображения для разных задач в диагностике заболеваний легких Блок формализованного протокола и электронный справочник, разработанные при непосредственном участии автора, внедрены в штатное программное обеспечение цифровых флюорографических систем семейства «ПроСкан» Их использование повысило эффективность работы врача-рентгенолога при скрининговых исследованиях органов грудной клетки и дообследовании пациентов пульмонологического профиля

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Результаты сравнительной оценки влияния технических характеристик ЦФС (семейства «ПроСкан» и «ОКО ФЦ») на качество визуализации патологических изменений и анатомических образований грудной клетки.

2 Алгоритмы, на основании которых была разработаны программный блок формализованного протокола и программа электронного справочника.

Личное участие автора в получении научных результатов

Лично автором проанализировано более 10000 цифровых рентгенограмм, полученных на ЦФС в 16 субъектах Российской Федерации, проведен анализ влияния основных технических

характеристик цифровых флюорографических систем на диагностическую ценность полученного изображения.

Автором совместно с коллективом Научно-практического центра медицинской радиологии разработан алгоритм программного блока формализованного протокола, позволяющего делать описания, применяя готовые экранные формы и, таким образом, автоматически формулируя связный текст описания. Блок формализованного протокола впервые апробирован лично автором при работе на цифровом флюорографе «КАРС-СКАН» в городской поликлинике №59 ЮАО г Москвы

Лично автором разработан алгоритм программного блока электронного справочника на базе ЦФС сканирующего типа, позволяющего обнаружить патологические изменения в легочной ткани и тем самым повышающего качество скрининга заболеваний органов грудной клетки и дообследования пациентов пульмонологического профиля.

Апробация диссертации

Апробация диссертации состоялась на совместном заседании Ученого совета Научно-практического центра медицинской радиологии Департамента здравоохранения г Москвы, кафедры лучевой диагностики ГОУ ДПО «Российская медицинская академия последипломного образования Росздрава» и кафедры лучевой диагностики ГОУ ПО РФ Московского государственного медико-стоматологического университета 5 февраля 2008г.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на VI Съезде фтизиатров России, Москва, 2004 г., на Научных конференциях «Медицина Башкортостана», Уфа, 2005, 2006 гг и на Научно-практической конференции «Особенности эксплуатации новой рентгенодиагностической аппаратуры производства ЗАО Амико» в Голицыно (Московская область), 2005г

Публикации

Основные результаты исследования отражены в 8 публикациях в отечественных журналах (4 из них - статьи, опубликованные в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации).

Внедрение результатов исследования

Электронный справочник и блок формализованного протокола включены в штатное программное обеспечение систем «ПроСкан 2000» и ПроСкан-7000», работающих по всей России, что подтверждается соответствующими актами внедрения

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 153 источника (120 - отечественных, и 33-иностранных), приложения, в котором представлены акты внедрения результатов работы.

Работа содержит 161 страницу, в том числе 69 рисунков и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Развитие диагностики заболеваний легких при массовых рентгеновских исследованиях (обзор литературы). В работе предложен анализ литературных источников, в которых отражается опыт клинического применения цифровых рентгенографических систем для диагностики заболеваний легких Проведенный анализ литературных источников показывает, что, несмотря на достаточно большую библиографию, посвященную вопросам цифровой рентгенографии органов грудной клетки, в публикациях практически отсутствуют данные

- о влиянии технических характеристик рентгенографических систем (таких как пространственная разрешающая способность, контрастная чувствительность и характеристика «деталь-контраст») на качество диагностики заболеваний легких методом цифровой флюорографии;

- о повышении качества диагностики при использовании специальных возможностей программного обеспечения, включающих формализованное описание результатов исследований и возможность обращения к электронному справочнику. Эти вопросы и составили основу задач, решаемых в данном диссертационном исследовании

Глава 2. Материалы и методы. Ввиду того, что невозможно получить рентгенограммы одного и того же пациента на разных системах из-за необоснованного облучения, применялись технические средства для оценки качества тракта визуализации цифровых рентгенографических систем и анализировалось большое количество цифровых рентгенограмм Проанализированы 10450 цифровых рентгенограмм в прямой и боковой проекциях, полученных на ЦФС семейства «ПроСкан» из 16 субъектов Российской Федерации Из числа этих изображений выделены

рентгенограммы 96 пациентов с патологическими процессами, входящими в основные группы легочных заболеваний, подлежащих выявлению при профилактической флюорографии (туберкулез, пневмония, рак). На системе «ПроСкан» было получено 750 рентгенограмм, на «ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000», соответственно 7300 и 2400 цифровых снимков органов грудной клетки. В 80% рентгенограмм производилось в передней прямой проекции, а в 20% - в одной из боковых проекций Цифровые рентгенограммы 112 больных разными формами туберкулеза легких, получены на системе «ОКО ФЦ», установленной в Центральном НИИ туберкулеза РАМН Для апробации программного блока формализованного протокола в клинических условиях обследовано 4760 взрослых человек

В этой главе рассмотрены методы измерения основных технических параметров приемников рентгеновского изображения (пространственной разрешающей способности и контрастной чувствительности), влияющих на диагностическую ценность получаемого изображения. Также описано получение кривой деталь-контраст при помощи фантома CDRAD (type-2,0).

Глава 3. Результаты экспериментальной оценки качества формирования изображений при использовании цифровых флюорографических систем. В работе приведены исследования при помощи фантома CDRAD с получением характеристики деталь-контраст как обобщенной характеристики качества формирования изображения.

i I

Рис.1. Изображение фантома CDRAD (type 2.0) с отмеченными

границами ячеек с корректно распознаваемыми отверстиями при использовании трех поколений систем «ЛроСкан». Использован режим съемки для полного пациента (110 кВ).

Данная иллюстрация (рис.1) наглядно демонстрирует то, что «ПроСкан-7000» обладает ощутимыми преимуществами по характеристике «деталь-контраст» в сравнении с системами «ПроСкан-2000» и, конечно, еще больший в сравнении с системой «ПроСкан».

Важно также проанализировать влияние на характеристику «деталь-контраст» режима съемки (дозы в плоскости детектора) для одной из систем «ПроСкан».

ЮЗДОэдВК ЯЩКнНН 11 II Щ Я 8,0

Рис.2. Изображение CDRAD (type 2.0) с отмеченными границами ячеек с корректно распознаваемыми отверстиями на изображении тест-объекта при различных режимах съемки для аппарата «ПроСкан-7000».

Режиму съемки худого пациента (85 кВ) соответствовала доза в плоскости приемника около 1,5 мкГр, среднего пациента (95 кВ) - около 3,5 мкГр, а полного (110 кВ) - около 8 мкГр. Полученные результаты ( свидетельствуют о том, что преимущества в качестве диагностики при использовании цифровой сканирующей системы «ПроСкан-7000» начинают заметно проявляться при дозах в плоскости детектора порядка 8 мкГр, что соответствует режиму съемки полного пациента.

Эксперименты подтвердили теоретическое положение о потенциальной разрешающей способности системы Одна из интерпретаций теоремы Котельникова сводится к тому, что для надежного обнаружения объекта размер приемного элемента детектора должен быть не менее чем в 2 раза меньше размера этого объекта (по каждой из координат) Речь в этом случае идет об объектах с относительным контрастом, близким к 100% При режиме съемки, соответствующем полному пациенту, система «ПроСкан-7000» обнаруживает объекты, размером 400 мкм (при размере приемного элемента около 160мкм), «ПроСкан-2000» обнаруживает объекты размером 500 мкм (приемный элемент - около 220 мкм), а «ПроСкан» - 600 мкм (приемный элемент -около 400 мкм) Незначительные отклонения от классического соотношения определяются тем, что обнаруживаемые объекты на фантоме CDRAD при заданном качестве излучения имеют контраст близкий к 20%

В этой главе также оценивается влияние на диагностические возможности сканирующих цифровых систем характеристик мониторов, входящих в состав автоматизированных рабочих мест врача-рентгенолога С этой целью все изображения параллельно анализировались экспертами на входящем в штатную комплектацию комплексов «ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000» мониторе с жидкокристаллическим дисплеем Sony SDM-S204E (20,1"), а также мониторе с электронно-вакуумной трубкой Samsung SyncMaster 783 <£F (17") Эксперты изучали детализацию легочного рисунка, наличие «зернистости» изображения из-за искажений при отображении снимка (особенно заметных на первом поколении семейства «ПроСкан») и четкость отображения костных элементов грудной клетки Результаты эксперимента изложены в таблице 1

Таблица 1.

Результаты эксперимента с мониторами, имеющими разные технические характеристики

Эксперты Комбинация для принятия решения Монитор Sony SDM-S204E Монитор Samsung SyncMaster 783 dF

№1 «ПроСкан», «ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000» 82 (42,9%) 90 (47,1%)

№1 «ПроСкан», «ПроСкан-2000»+«ПроСкан-7000» 43 (22,5%) 52 (27,5%)

№2 «ПроСкан», «ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000» 38 (19,9%) 80 (41,9%)

№2 «ПроСкан», «ПроСкан-2000»+«ПроСкан-7000» 20 (10,5%) 50 (26,2%)

В таблице, в столбце «Комбинация для принятия решения» представлены данные, отражающие два варианта неправильного распознавания типа аппарата, на котором делались снимки- вариант, при котором каждая модификация «ПроСканов» рассматривалась отдельно (нужно было правильно распознать один из трех видов флюорографов);

- вариант, при котором «ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000» были объединены (нужно было отличить «ПроСкан» от объединенных вместе «ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000»)

Как видно из таблицы, общее число ошибок было больше при работе на мониторе с электронно-вакуумной трубкой в сравнении с работой на жидкокристаллическом мониторе, хотя для эксперта №1 разница оказалась несущественной Можно предположить, что причины увеличения числа ошибок при работе на мониторе с электронно-вакуумной трубкой сводились как к менее четкому изображению, так и к более быстрой утомляемости оператора, характерной для данного типа видеоконтрольных устройств Дополнительно отмечено, что число ошибок при работе с монитором с электронно-вакуумной трубкой у обоих экспертов отличался

незначительно Существенное (около двух раз для обоих типов мониторов) уменьшение числа ошибок при объединении в одну группу флюорографов «ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000» свидетельствует о том, что качество формируемых изображений системы «ПроСкан» и этих флюорографов отличается заметно, а внутри объединенной группы различия менее существенны.

Существенного различия в качестве отображения зарегистрированных на различных флюорографах (все три режима съемки) изображений тест-объекта CDRAD при использовании мониторов Sony SDM-S204E (режим отображения 1600 х 1200 пикселов) и Samsung SyncMaster 783 dF (режим отображения 1280 х 1024 пикселов) в процессе описанных экспериментов не наблюдалось. Здесь следует заметить, что данный вывод корректен лишь для случая, когда эксперт одновременно обозревает весь снимок (типичная ситуация при профилактических исследованиях органов грудной клетки) В случае же более детального анализа снимка, когда врач увеличивает в масштабе заинтересовавшие его участки изображения, преимущества мониторов, реализующих режим большего разрешения, не вызывает сомнения

В главе 3 также сравнивается качество отображения легочного рисунка, контуров передних отделов ребер и объектов плотности, приближающейся к абсолютной (металлические скобки, проволока). Такие объекты наблюдения являются показательными в плане оценки точности их визуализации на рентгенограмме

Рентгенологические признаки оценивались с учетом того, что при суммационных технологиях получения изображения органов грудной клетки идеального отображения патологических и анатомических образований не бывает При анализе использовалось увеличение фрагмента изображения

«+» - патологические изменения (или анатомические образования в других таблицах) видны хорошо,

«+-» - видны недостаточно достоверно, «-»- почти не видны

Таблица 2

Качество визуализации анатомических образований и объектов высокой плотности

Наблюдаемые Система Система Система Система

анатомические на базе сканирую- сканирую- сканирую-

образования и объекты ПЗС- щего типа щего типа щего типа

высокой плотности матрицы (1,2 пар линий/мм) (2,5 пар линий/мм) (3,1 пар линий/мм)

Детализация - - +- +

легочного рисунка

Контуры передних - +- +- +

отделов ребер

Контуры объектов - - +- + (+- на фоне

высокой плотности с анатоми-

ожидаемыми ческих

четкими границами образований

(контуры высокой

металлических скобок, плотности)

проволоки)

Глава 4. Анализ возможностей диагностики туберкулеза, рака легкого и пневмонии при различных технических характеристиках цифровых флюорографических систем. В этой главе оценивается качество изображения туберкулеза легких, пневмоний и рака легкого, получаемых на цифровых флюорографических системах как сканирующего, так и проекционного типа на основе ПЗС-матрицы. Сравниваются системы с различной пространственной разрешающей способностью при сходной контрастной чувствительности, а также при различающейся контрастной чувствительности и приблизительно равной пространственной разрешающей способности Качество визуализации туберкулеза легких выражено в таблице 3.

Качество визуализации туберкулеза легких

Наиболее значимые с Система Система Система Система

позиции на базе сканирую- сканирую- сканирую-

флюорографического ПЗС- щего типа щего типа щего типа

исследования матрицы (1,2 пар (2,5 пар (3,1 пар

проявления линий/мм) линий/мм) линий/мм)

туберкулеза легких

Очаги

(размер около

2 мм, низкой

плотности)

^Наличие +- +- +

"Контуры - - - +

♦Структура - - +- +

Круглая тень в

легочном поле

(инфильтрат

низкой плотности)

**Наличие + + + +

**Конгуры - - +- +

**Структура +- +- +- +

Кольцевидная тень в

легочном поле

(каверна)

***Наличие + + + +

***Наружяые - - +- +

контуры

* "Четкость - - +- +

внутренних контуров

Патология легочного

рисунка (лимфангит)

****Наличие - - +- +

Также в главе 4 оценивается качество изображений пневмоний, и онкологических процессов на системах сканирующего типа, отличающихся между собой по пространственной разрешающей способностью

Качество визуализации пневмонии

Рентгенологические симптомы пневмонии Система сканирующего типа (1,2 пар линий/мм) Система сканирующего типа (2,5 пар линий/мм) Система сканирующего типа (3,1 пар линий/мм)

Круглая тень в легочном поле (инфильтрат низкой плотности)

♦Наличие + + +

♦Контуры - +- +

♦Структура +- +- +

Патология легочного рисунка (лимфангит)

♦♦Наличие - +- +

Кольцевидная тень в легочном поле (полость распада в пневмоническом фокусе)

***Наличие четкости уровня жидкости « +

Таблица 5

Качество визуализации рака легкого

Виды рака легкого и их рентгенологические симптомы Система сканирующего типа (1,2 пар линий/мм) Система сканирующего типа (2,5 пар линий/мм) Система сканирующего типа (3,1 пар линий/мм)

Периферический рак

Очаги ( размер около 2 мм, низкой средней и высокой плотности)

♦Наличие +

♦Контуры +-(+для средней плотности контуров) +

Структура +-(+для средней и высокой плотности) +

Патология легочного рисунка (лимфангит)

** Наличие - +- +

Круглая тень в легочном поле (инфильтрат низкой и средней плотности)

♦♦»Наличие + + +

*♦ "Контуры - +- +

♦♦♦Структура +- +- +

Патология легочного рисунка (лимфангит)

** "Наличие - +- +

Центральный рак

Ограниченное затемнение легочного поля (гиновеитиляция или ателектаз субсегмента)

♦♦♦♦Наличие + + Нет данных

Качество полученного изображения оценивалось, как с позиции заметности патологических изменений на снимке (отличить от окружающего фона), так и с позиции возможности достоверно описать детали изображения. Гораздо легче обнаружить патологический объект, чем описать детали изображения. Преимущества пространственного разрешения порядка 3 пар линий/мм при контрастной чувствительности 11,5% и дозах в плоскости приемника, соответствующих среднему режиму съемки, становятся наиболее явными при оценке деталей изображения. Особенно это заметно в отношении мелких мягких очагов и лимфангита, которые являются ранними скиалогическими признаками туберкулеза Интерстициальные изменения, мелкие метастазы или очаги пневмонии низкой плотности также наиболее достоверно будут обнаруживаться при использовании цифровых приемников рентгеновского изображения с указанными выше параметрами.

Наблюдение в динамике за туберкулезным процессом, пневмонией и опухолевыми процессами базируется на сравнении размеров очагов и фокусов, оценке нечеткости их контуров, выявлении лимфангита, участков деструкции и свежих очагов отсева Эти изменения, особенно в начале прогрессирования или реактивации процесса, достоверно определяются только при пространственном разрешении не ниже 3 пар линий/мм.

При анализе патологических случаев, выявленных на системах с пространственной разрешающей способностью 3,1 пара линий/мм, в 94,5% случаев эти изменения были достаточного размера для достоверной визуализации на системах с пространственной разрешающей способностью порядка 2,5 пар линий/мм

При прочих равных условиях, качество изображений, полученных на сканирующих системах, оказывается несколько выше, чем на системах на основе ПЗС-матрицы, за счет практически полного отсутствия на входе приемника рассеянного в теле пациента излучения

Глава 5. Специализированное программное обеспечение, позволяющее повысить эффективность диагностики заболеваний легких. В этой главе представлены алгоритмы программных блоков формализованного протокола и электронного справочника.

Программный блок формализованного протокола разработан на основе алгоритма, включающего в себя основные рентгенологические синдромы и симптомы, употребляемые при описании цифровых рентгенограмм органов грудной клетки.

Блок формализованного протокола позволяет делать описания, применяя готовые экранные формы и, таким образом, автоматически формулируя связный текст описания

Этот программный модуль обеспечивает не только получение данных о заболеваемости туберкулезом, пневмонией и онкологическими процессами легких, но и осуществляет статистическую выборку по

формам заболеваний на основании имеющихся в электронном виде описаний.

Программа электронного справочника предназначена для повышения эффективности работы врачей-рентгенологов наЦФС.

Использование данного программного модуля позволяет врачу-рентгенологу.

-увеличить достоверность диагностики, -ускорить процесс постановки диагноза.

Все снимки различных скиалогических синдромов, используемые в качестве иллюстративного материала, получены на цифровых флюорографах «ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000» при скрининговых исследованиях органов грудной клетки и дообследовании пациентов пульмонологического профиля. Ввиду того, что при использовании различной регистрирующей рентгеновское излучение техники имеются особенности изображения, данное приложение наиболее достоверно отражает подавляющее большинство патологических изменений, встречающихся при эксплуатации систем «ПроСкан» в профилактических и диагностических целях. Врачу-рентгенологу посредством электронного справочника предлагается воспользоваться опытом анализа патологических изменений в органах грудной клетки, полученным при обследовании более десятка тысяч пациентов Просматривая электронный справочник, врач получает большое количество полезной информации (атлас снимков различных заболеваний) в области диагностики заболеваний органов грудной клетки Время описания цифровой рентгенограммы с патологическими изменениями сокращается благодаря тому, что врач пользуется справочными материалами, доступными на мониторе рабочей станции ЦФС.

Электронный справочник используется в двух вариантах-А Для сравнения со сходными изменениями из электронного справочника по скиалогическим синдромам. На основании этого сравнения

врач-рентгенолог может уточнить свое заключение, находя наиболее похожие на обнаруженный им случай изменения

Б Для сравнения со сходными изменениями из электронного справочника по определенным нозологическим формам Это позволит подтвердить правильность предположения врача-рентгенолога, а также более точно определить форму и активность патологического процесса

Электронный справочник позволяет улучшить качество проверочного исследования органов грудной клетки и сократить время дообследования пациента, что, в свою очередь, укорачивает диагностический путь от проверочной флюорографии до квалифицированной специализированной медицинской помощи.

Данный модуль математического обеспечения может использоваться в педагогических целях для повышения профессионального уровня врачей-рентгенологов, работающих на цифровых флюорографах семейства «ПроСкан».

Выводы

1 Испытания обобщенной характеристики качества формирования изображений (характеристики деталь-контраст) для сканирующих цифровых флюорографических систем, имеющих различную пространственную разрешающую способность, позволили связать субъективную оценку качества изображения врачом-рентгенологом и экспертные оценки, получаемые при использовании соответствующего контрольного оборудования (тест-объекта СБКАБ)

2 Количество ошибок в распознавании типа цифровой флюорографической системы меньше при использовании графического жидкокристаллического монитора, чем при работе на установке, в состав которой входит монитор с электронно-вакуумной трубкой. При этом экспертные оценки, полученные с применением тест-объекта СБКАБ для

этих типов мониторов, существенно не отличаются (при условии близости технических характеристик мониторов)

3. При работе на аппаратах сканирующего типа для достоверного отображения наиболее важных ранних скиалогических признаков туберкулеза, пневмонии и периферического рака легкого (лимфангита и мелких очагов низкой плотности) требуются цифровые приемники рентгеновского изображения с пространственной разрешающей способностью не ниже 3 пар линий/мм и контрастной чувствительностью 11,5% При этом качество изображений, полученных на сканирующих системах в сравнении с проекционными на базе ПЗС-матриц, оказывается несколько выше за счет практически полного отсутствия на входе приемника рассеянного в теле пациента излучения.

4. Выраженные проявления патологических процессов в легких хорошо визуализируются на рентгенограммах, полученных на системах с пространственной разрешающей способностью порядка 2,5 пар линий/мм при контрастной чувствительности 1-1,5% Однако выявление интерстициальных изменений и мелких очаговых теней низкой плотности требует не менее 3-х пар линий/мм при той же контрастной чувствительности.

5. Программный модуль формализованного протокола для описания флюорограмм, в котором использована общепринятая отечественная терминология, обеспечивает возможность автоматизированного описания патологических изменений, а также позволяет проводить статистическую обработку данных по выявленным случаям патологии органов грудной клетки

6 Программный модуль электронного справочника легочных патологических процессов помогает врачам-рентгенологам правильнее трактовать обнаруживаемые патологические изменения и ускоряет процесс подготовки заключений

Практические рекомендации

1. Для скрининговых исследований органов грудной клетки достаточно пространственного разрешения порядка 2,5 пар линий/мм, но для лечебных учреждений, где проводится дообследование и наблюдение в динамике пациентов пульмонологического профиля необходимо использовать системы сканирующего типа с пространственным разрешением не менее 3,1 пар линий/мм при контрастной чувствительности порядка1,5% при дозе в плоскости детектора, соответствующей режиму съемки среднего пациента. При использовании цифровых рентгенографических систем сканирующего типа меньше доза облучения пациента, чем при работе систем на основе ПЗС-матрицы, что очень важно при проверочной флюорографии

2. Рабочие станции цифровых рентгенографических систем должны быть оборудованы современными жидкокристаллическими мониторами медицинского назначения, что позволит повысить качество анализируемого врачом изображения и снизить утомляемость персонала

3. Блок формализованного протокола является необходимой частью программного обеспечения ЦФС при проверочной флюорографии. Он позволит стандартизировать описания флюорограмм, ускорить процесс описания, что поможет быстрее дообследовать пациента в профильном учреждении Кроме того, этот модуль позволит быстро получать ценные статистические данные органам здравоохранения

4 Программный модуль электронного справочника полезен врачам-рентгенологам, работающим в режиме проверочной флюорографии, для повышения качества описания флюорограмм

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Заликман МЛ, Садиков ГШ. Анализ возможностей применения цифровых систем ПроСкан-2000 и АПЦФ-01 для скрининговых и диагностических исследований органов грудной клетки// Качество жизни Медицина. - 2004. - 1.4 Выпуск. Болезни органов дыхания С. 58-60.

2 Блинов НН., Юкелис Л.И., Садиков П.В Проблемы модернизации отечественной флюорографической службы // Проблемы туберкулеза - 2000. - №6. - С. 20-23.

3 Юкелис Л И, Садиков П.В, Евфимьевский Л.В Цифровые флюорографы для раннего выявления и диагностики туберкулеза легких // Проблемы туберкулеза - 2002 - № 6. - С. 5-8.

4 Амансахатов Р.Б, Зеликман М.И, Родина В Г, Садиков П В. Влияние медико-технических характеристик цифровых рентгеновских установок на качество изображений // Радиология-практика - 2006 - №124-27

5. Евфимьевский ЛВ, Зеликман МИ, Садиков ПВ Опыт клинического использования малодозных цифровых флюорографов // Радиология-практика - 2003 - № 2 - С 2-7

6 Евфимьевский Л.В, Зеликман М И, Садиков П.В Опыт использования формализованного протокола для описания цифровых флюорограмм // Медицинская техника - 2003 - № 5 - С.42-45

7 Садиков П В. Взаимосвязь технических характеристик и информативности цифровой рентгенографии при туберкулезе легких // Вестник рентгенологии и радиологии - 2007 - №2. - С 4-9.

8. Садиков П.В Современные системы для профилактической флюорографии (обзор литературы) // Радиология-практика - 2008 - № 1. -С 31-38.

\

Заказ № 287. Объем 1 пл. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ООО «Петроруш». г. Москва, ул. Палиха-2а, тел. 250-92-06 www.postator.ru

Лучевой метод в нашей стране является основным в массовом выявлении туберкулеза легких у взрослых при отсутствии бактериовыделения. Флюорография органов грудной клетки стала наиболее частым исследованием, применяющимся для диагностики пневмоний, туберкулеза и онкологических процессов легких [100]. Однако пленочная флюорография имеет существенный недостаток — большие дозы облучения, получаемые пациентом при обследовании [19].

В настоящее время бурно развивается цифровая флюорография, позволяющая проводить обследования органов грудной клетки с малыми лучевыми нагрузками [118]. Скрининг заболеваний легких при помощи этого метода осуществляется по всей России. В рамках приоритетного национального проекта «Здоровье» цифровыми флюорографическими системами оснащаются многочисленные лечебные учреждения первого звена. Всего в рамках этого.проекта предполагается поставить в лечебную сеть более 2000 этих аппаратов.

Сегодня накоплен опыт клинического применения цифровых флюорографических систем (ЦФС) [9,81].

Известно, что качество изображения (аналогового и цифрового), зависит от таких технических характеристик, как пространственная разрешающая способность и контрастная чувствительность. Эти параметры указываются в технической документации и проверяются путем применения соответствующих методик [45]. В настоящее время практически отсутствуют работы, посвященные анализу влияния указанных выше технических характеристик ЦФС на результаты скрининговых и диагностических исследований грудной клетки.

Таким образом, важной задачей, имеющей существенное значение для рентгенодиагностики, является анализ влияния на диагностическую ценность получаемого изображения таких технических характеристик, как пространственная разрешающая способность и контрастная чувствительность систем для цифровой флюорографии.

Качество изображения, получаемого при съемке на ЦФС, зависит не только от характеристик рентгеновского приемного устройства, но от того как полученные «сырые» данные будут математически обрабатываться и отображаться на экране монитора или твердой копии, получаемой из печатающего устройства [38,47]. Таким образом, является актуальным изучение влияния характеристик различных звеньев аппаратно-программного комплекса (которым является ЦФС) на качество получаемого изображения.

Требуется также оценить качество отображения на экране монитора, входящего в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) скиалогической семиотики (например, мелких мягких очагов и инфильтратов, их контуров, интерстициальных изменений), имеющей наибольшее значение для определения активности, обострения или прогрессирования болезней легких.

Актуальной задачей является разработка модулей программного обеспечения, увеличивающих эффективность работы врача-рентгенолога, осуществляющего скрининговые исследования органов грудной клетки методом цифровой флюорографии.

Теоретической и методической базой данной работы послужили труды ведущих ученых и специалистов — Н.Н.Блинова, Ю.В.Варшавского, М.И.Зеликмана, Б.И.Леонова, Л.Д.Линденбратена, Л.А.Низовцовой, Л.М.Портного, А.И.Струкова, В.П.Харченко, А.Г.Хоменко, Л.И.Юкелиса и других.

Цель диссертационной работы: исследование влияния основных технических характеристик ЦФС на качество диагностики легочных заболеваний и в повышении эффективности работы врача-рентгенолога при скрининговых исследованиях органов грудной клетки и дообследования пациентов пульмонологического профиля.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:

1. Оценить характеристику деталь-контраст на ЦФС сканирующего типа, имеющих различную пространственную разрешающую способность.

2. Оценить качество изображения, получаемого на мониторах, имеющих разные технические характеристики с применением метода экспертных оценок.

3. Провести сравнительный анализ отображений туберкулеза легких и некоторых других изменений органов грудной клетки на сканирующих ЦФС и на рентгеновской камере на базе ПЗС-матрицы.

4. Провести сравнительный анализ изображений пневмоний и онкологических процессов в легких, полученных на сканирующих системах с разной пространственной разрешающей способностью и близкими значениями контрастной чувствительности.

5. Разработать алгоритм программы блока формализованного протокола для описания результатов исследования.

6. Разработать структуру программы электронного справочника легочных патологических процессов для врачей-рентгенологов.

Методы исследования, использованные в работе: цифровая флюорография в прямой и боковой проекции и оценка тракта визуализации ЦФС при применении соответствующих тест-объектов.

Используемые средства и аппаратура. ЦФС с соответствующим аппаратным и программным обеспечением: малодозная цифровая рентгеновская установка КАРС - СКАН, системы «ПроСкан», «ПроСкан-2000», «ПроСкан-7000», «ОКО ФЦ»; фантом СВКАВ Оуре-2,0). В качестве значений пространственной разрешающей способности и контрастной чувствительности различных цифровых рентгенографических систем взяты данные из протоколов приемочных технических испытаний.

Научная новизна данного исследования заключается в том, что на большом количестве рентгенограмм (более 10000), полученных на ЦФС в 16 субъектах Российской Федерации, проведен анализ влияния основных технических характеристик цифровых флюорографических систем на диагностическую ценность полученного изображения. Оценено влияние конструктивных особенностей приемника рентгеновского изображения (камера на основе ПЗС-матрицы и сканирующая система) на диагностическую ценность регистрируемых изображений. Также впервые проведен анализ экспертных данных, позволяющий сопоставить характеристики мониторов с качеством визуализации деталей изображения, на цифровом снимке органов грудной клетки. Разработан и апробирован программный блок формализованного протокола, позволяющий делать описания, применяя готовые экранные формы и, таким образом, автоматически формулируя связный текст описания. Впервые создан программный блок электронного справочника на базе ЦФС сканирующего типа, позволяющий обнаружить патологические изменения в легочной ткани и тем самым повышающий качество скрининга заболеваний органов грудной клетки и дообследования, пациентов пульмонологического профиля.

Полученные результаты позволили научно обосновать диапазон возможностей цифровой техники с разными техническими характеристиками и способами получения изображения для разных задач в диагностике заболеваний легких. Блок формализованного протокола и электронный справочник, разработанные при непосредственном участии автора, внедрены в штатное программное обеспечение цифровых флюорографических систем семейства «ПроСкан». Их использование повысило эффективность работы врача-рентгенолога при скрининговых исследованиях органов грудной клетки и.дообследовании пациентов пульмонологического профиля.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты сравнительной оценки влияния технических характеристик ЦФС (семейства «ПроСкан» и «ОКО ФЦ») на диагностическую ценность получаемого изображения.

2. Результаты сравнительной оценки влияния характеристик монитора на диагностическую ценность получаемого изображения.

3. Результаты сравнительной оценки качества визуализации патологических изменений и анатомических образований грудной клетки на изображениях, полученных на сканирующих ЦФС и на системах с камерой на основе ПЗС-матрицы.

4. Алгоритм, на основании которого была разработан программный блок формализованного протокола.

5. Алгоритм, на основании которого была реализована программа электронного справочника.

Результаты исследования отражены в 8 публикациях в отечественных журналах (4 из них - статьи, опубликованные в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации).

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Зеликман М.И., Садиков П.В. Анализ возможностей применения цифровых систем ПроСкан-2000 и АПЦФ-01 для скрининговых и диагностических исследований органов грудной клетки// Качество жизни. Медицина. - 2004. - 1.4. Выпуск: Болезни органов дыхания. С. 58-60.

2. Блинов H.H., Юкелис Л.И., Садиков П.В. Проблемы модернизации отечественной флюорографической службы // Проблемы туберкулеза — 2000. - №6. -С. 20-23.

3. Юкелис Л.И., Садиков П.В., Евфимьевский JI.B. Цифровые флюорографы для раннего выявления и диагностики туберкулеза легких // Проблемы туберкулеза - 2002. - № 6. - С. 5-8.

4. Амансахедов Р.Б., Зеликман М.И., Родина В.Г., Садиков П.В. Влияние медико-технических характеристик цифровых рентгеновских установок на качество изображений // Радиология-практика - 2006. - №1- 24-27.

5. Евфимьевский Л.В., Зеликман М.И., Садиков П.В. Опыт клинического использования малодозных цифровых флюорографов // Радиология-практика -2003.- Х»2.-С.2-7.

6. Евфимьевский Л.В., Зеликман М.И., Садиков П.В. Опыт использования формализованного протокола для описания цифровых флюорограмм // Медицинская техника - 2003. - № 5. - С.42-45.

7. Садиков П.В. Взаимосвязь технических характеристик и информативности цифровой рентгенографии при туберкулезе легких // Вестник рентгенологии и радиологии — 2007. — №2. - С.4-9.

8. Садиков П.В. Современные системы для профилактической флюорографии (обзор литературы) // Радиология-практика — 2008. — № 1. — С.31-38.

Доклады по теме диссертации:

VI Съезд фтизиатров России, Москва, 2004 г.

Научная конференция «Медицина Башкортостана», Уфа, 2005, 2006 гг.

Научно-практическая конференция «Особенности эксплуатации новой рентгенодиагностической аппаратуры производства ЗАО Амико» в Голицыне (Московская область), 2005г.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 153 источника, и приложения, в котором представлены акты внедрения результатов работы.

Выводы

1. Испытания обобщенной характеристики качества формирования изображений (характеристики деталь-контраст) для сканирующих цифровых флюорографических систем, имеющих различную пространственную разрешающую* способность, позволили связать субъективную оценку качества, изображения врачом-рентгенологом и экспертные оценки, получаемые при использовании соответствующего контрольного оборудования (тест-объекта СБИЛО).

2. Утомляемость у врачей-рентгенологов, пользующихся мониторами с электронно-вакуумными трубками, наступает значительно раньше, чем у их коллег, работающих на установках, в составе которых имеется графический жидкокристаллический монитор. При этом экспертные оценки, полученные с применением тест-объекта СБЫЛО для этих типов мониторов, существенно не отличаются (при условии близости технических характеристик мониторов).

3. При работе на аппаратах сканирующего типа для достоверного отображения наиболее важных ранних скиалогических признаков туберкулеза, пневмонии и периферического рака легкого (лимфангита и мелких очагов низкой плотности) требуются цифровые приемники рентгеновского изображения с пространственной разрешающей способностью не ниже 3 пар линий/мм и контрастной чувствительностью 11,5%. При этом качество изображений, полученных на сканирующих системах в сравнении с проекционными на базе ПЗС-матриц, оказывается несколько выше за счет практически полного отсутствия на входе приемника рассеянного в теле пациента излучения.

4. Выраженные проявления, патологических процессов в легких хорошо визуализируются на рентгенограммах, полученных на системах с пространственной разрешающей способностью порядка 2,5 пар линий/мм при контрастной чувствительности 1-1,5%. Однако выявление интерстициальных изменений и мелких очаговых теней низкой плотности требует не менее 3-х пар линий/мм при той же контрастной чувствительности.

5. Программный модуль формализованного протокола для описания флюорограмм, в котором использована общепринятая отечественная терминология, обеспечивает возможность автоматизированного описания патологических изменений, а также позволяет проводить статистическую обработку данных по выявленным случаям патологии органов грудной клетки.

6. Программный модуль электронного справочника легочных патологических процессов помогает врачам-рентгенологам правильнее трактовать обнаруживаемые патологические изменения и ускоряет процесс подготовки заключений.

Практические рекомендации

1. Для скрининговых исследований органов грудной клетки достаточно пространственного разрешения порядка 2,5 пар линий/мм, но для лечебных учреждений, где проводится дообследование и наблюдение в динамике пациентов пульмонологического профиля необходимо использовать системы сканирующего типа', с пространственным» разрешением не менее 3,1 пар, линий/мм при контрастной чувствительности' порядка!,5% при дозе в плоскости детектора, соответствующей режиму съемки среднего пациента. При использовании цифровых рентгенографических систем сканирующего типа меньше доза облучения пациента, чем при работе систем на основе ПЗС-матрицы, что очень важно при проверочной флюорографии.

2. Рабочие станции цифровых рентгенографических систем должны быть оборудованы современными; жидкокристаллическими мониторами медицинского назначения, что позволит повысить качество анализируемого; врачом изображения и снизить утомляемость персонала: Чч

3; Блок формализованного протокола является необходимой частью программного обеспечения ЦФС при проверочной флюорографии. Он позволит стандартизировать описания флюорограмм, ускорить процесс: описания, что поможет быстрее дообследовать пациента в профильном учреждении. Кроме того, этот модуль позволит быстро получать ценные статистические данные органам здравоохранения.

4. Программный модуль электронного справочника полезен врачам-рентгенологам, работающим в режиме проверочной флюорографии, для повышения качества описания флюорограмм.