Обработка данных радионуклидных исследований

Рассматривается современный программный комплекс для обработки данных в ядерной медицине. Комплекс имеет надежную и гибкую модульную архитектуру. Он обеспечивает обработку функциональных исследований, проводимых с помощью однофотонного эмиссионного компьютерного томографа. Приводится краткая схема к...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автор:	Котина, Е.Д.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2012
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108746
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Обработка данных радионуклидных исследований / Е.Д. Котина // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 195-198. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108746
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1087462025-02-09T20:39:05Z Обработка данных радионуклидных исследований Data processing in radionuclide studies Обробка даних радіонуклідних досліджень Котина, Е.Д. Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Рассматривается современный программный комплекс для обработки данных в ядерной медицине. Комплекс имеет надежную и гибкую модульную архитектуру. Он обеспечивает обработку функциональных исследований, проводимых с помощью однофотонного эмиссионного компьютерного томографа. Приводится краткая схема комплекса. В комплекс входят программы для обработки статических, динамических и томографических радионуклидных исследований в кардиологии, пульмонологии, исследований головного мозга, гепатобилиарной системы и т.д. The contemporary program complex for data processing in nuclear medicine is considered. The complex has reliable and flexible modular architecture. It provides processing of the functional researches investigating with single photon emission computed tomographs. The short scheme of the complex is resulted. The complex contains programs for processing static, dynamic and tomograph radionuclide studies in cardiology, pulmonology, brain researches, hepatobiliary systems etc. Розглядається сучасний програмний комплекс для обробки даних в ядерній медицині. Комплекс має надійну і гнучку модульну архітектуру. Він забезпечує обробку функціональних досліджень, що проводяться за допомогою однофотонного емісійного комп'ютерного томографа. Наводиться коротка схема комплексу. У комплекс входять програми для обробки статичних, динамічних і томографічних радіонуклідних досліджень в кардіології, пульмонології, досліджень головного мозку, гепатобіліарній системі та ін. 2012 Article Обработка данных радионуклидных исследований / Е.Д. Котина // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 195-198. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108746 519.6:004.9 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
spellingShingle	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений Котина, Е.Д. Обработка данных радионуклидных исследований Вопросы атомной науки и техники
description	Рассматривается современный программный комплекс для обработки данных в ядерной медицине. Комплекс имеет надежную и гибкую модульную архитектуру. Он обеспечивает обработку функциональных исследований, проводимых с помощью однофотонного эмиссионного компьютерного томографа. Приводится краткая схема комплекса. В комплекс входят программы для обработки статических, динамических и томографических радионуклидных исследований в кардиологии, пульмонологии, исследований головного мозга, гепатобилиарной системы и т.д.
format	Article
author	Котина, Е.Д.
author_facet	Котина, Е.Д.
author_sort	Котина, Е.Д.
title	Обработка данных радионуклидных исследований
title_short	Обработка данных радионуклидных исследований
title_full	Обработка данных радионуклидных исследований
title_fullStr	Обработка данных радионуклидных исследований
title_full_unstemmed	Обработка данных радионуклидных исследований
title_sort	обработка данных радионуклидных исследований
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Применение ускоренных пучков: детекторы и детектирование ядерных излучений
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108746
citation_txt	Обработка данных радионуклидных исследований / Е.Д. Котина // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 195-198. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT kotinaed obrabotkadannyhradionuklidnyhissledovanii AT kotinaed dataprocessinginradionuclidestudies AT kotinaed obrobkadanihradíonuklídnihdoslídženʹ
first_indexed	2025-11-30T14:07:34Z
last_indexed	2025-11-30T14:07:34Z
_version_	1850224576603095040
fulltext	ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 195 УДК 519.6:004.9 ОБРАБОТКА ДАННЫХ РАДИОНУКЛИДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Е.Д. Котина С.-Петербургский государственный университет, С.-Петербург, Россия E-mail: ekotina123@mail.ru Рассматривается современный программный комплекс для обработки данных в ядерной медицине. Ком- плекс имеет надежную и гибкую модульную архитектуру. Он обеспечивает обработку функциональных ис- следований, проводимых с помощью однофотонного эмиссионного компьютерного томографа. Приводится краткая схема комплекса. В комплекс входят программы для обработки статических, динамических и томо- графических радионуклидных исследований в кардиологии, пульмонологии, исследований головного мозга, гепатобилиарной системы и т.д. 1. ВВЕДЕНИЕ 1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ В настоящее время радионуклидная диагностика является высокотехнологичной областью медицины, развитие которой требует решения задач, связанных как с совершенствованием аппаратных средств, так и с математической обработкой информации, полу- чаемой в ходе исследований. В результате сбора данных радионуклидных ис- следований и первичной обработки [1] мы получаем некоторую функцию ),( yxρ , где ),( yx − коорди- наты сцинтилляционных событий, а значение функ- ции − есть число зарегистрированных сцинтилляци- онных событий за время сбора данных. Эта функция отражает распределение радиофармацевтического препарата (РФП) в исследуемом объекте. В даль- нейшем для построения математических моделей, учитывающих распределение РФП в рассматривае- мой области, будем использовать функцию ),( yxρρ = и называть ее плотностью распределе- ния РФП или индикатора. 1.2. ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СБОРА ДАННЫХ В зависимости от целей исследования возможна реализация одного из следующих режимов работы томографа: 1. Планарное статическое сканирование. Дан- ный режим позволяет оценивать статическое рас- пределение РФП в исследуемом объекте. В резуль- тате мы имеем плотность распределения РФП ),( yxρρ = , зависящую от двух пространственных координат x и y , или, с учетом дискретизации в зависимости от типа используемого коллиматора, матрицу { }n jijiP 1,),( = . 2. Планарное динамическое сканирование. Дина- мический режим позволяет наблюдать распределе- ние РФП в исследуемой системе организма в зави- симости от времени. В результате мы получаем плотность распределения РФП, зависящую от вре- мени и двух пространственных координат ),,( yxtρρ = , или, с учетом дискретизации по вре- мени и пространственным координатам − последо- вательность матриц ),...,,(),,( 21 jiPjiP ( , ),NP i j , 1,...,i j n= . 3. Томографическое сканирование. Рассматрива- ется последовательность функций ),( yxkk ρρ = , Nk ,..,1= , или последовательность матриц njijiPjiPjiP N ,...,1,),,(),...,,(),,( 21 = , а после томографической реконструкции мы получаем трехмерное пространственное распределение ),,( zyxρρ = или, с учетом дискретизации – трех- мерную матрицу ),,( kjiP , nkji ,...,1,, = . 4. “Синхронизация”. Сбор информации ведется с использованием сигнала внешнего устройства – электрокардиографа (ЭКГ). Исследования с кардио- синхронизацией позволяют получать информацию о распределении РФП в различные временные момен- ты сердечного цикла. Таким образом, мы здесь име- ем дело с функцией ),,( yxtρρ = или, с учетом дискретизации, последовательностью матриц ),,(),...,,(),,( 21 jiPjiPjiP N− nji ,...,1, = . 5. “Томография с синхронизацией”. Данный ре- жим является комбинацией томографического ска- нирования и режима синхронизации. Рассматрива- ется последовательность функций ),,( yxtkk ρρ = , Nk ,..,1= или N последовательностей матриц ),,(),...,,(),,( 11 2 1 1 jiPjiPjiP N ),...,,(),,( 2 2 2 1 jiPjiP ),,(2 jiPN …, ),...,,(),,( 21 jiPjiP NN ),,( jiP N N nji ,...,1, = , а после томографической реконструкции мы полу- чаем пространственно-временное распределение ),,,( zyxtρρ= или последовательность трехмерных функций ),,,(1 zyxρ …, ),...,,,( zyxkρ −),,( zyxNρ с уче- том дискретизации по времени плотности распределе- ния РФП, соответствующих N интервалам “предста- вительного” сердечного цикла или, с учетом дискре- тизации также по пространственным переменным − последовательность трехмерных матриц ),,(),...,,,(),,,( 21 kjiPkjiPkjiP N , nkji ,...,1,, = . 1.3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОМПЛЕКСУ ПРОГРАММ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ Для обработки полученной информации необходим программный комплекс, удовлетворяющий следую- щим требованиям: − наличие единого методологического подхода; − модульная архитектура комплекса; ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 196 − наличие специализированного математического аппарата, математических моделей; − наличие системы хранения данных; − возможность работы с базой данных и стандарт- ными международными медицинскими форма- тами данных; − наличие программ, реализующих промежуточ- ные этапы обработки (томографическая реконст- рукция, коррекция движения, просмотр); − наличие специализированных клинических ди- агностических программ, которые на основе ма- тематического моделирования определяют фи- зиологически значимые параметры; − расширяемость и дополняемость комплекса; − предоставление комплексом, с одной стороны, достаточного уровня автоматизации процесса обработки данных исследования, с другой сторо- ны − наличие возможности корректировки вра- чом некоторых этапов процесса обработки дан- ных. 2. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «ДИАГНОСТИКА» 2.1. ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОФАРМПРЕПАРАТА В радионуклидных исследованиях функциональ- ного состояния органов и систем организма матема- тическая обработка данных имеет большое значе- ние. При интерпретации полученных данных необ- ходимо знание особенностей транспорта радио- фармпрепарата в исследуемой физиологической системе, знание структуры и взаимосвязей струк- турных элементов изучаемой системы. Для количественной обработки результатов ра- дионуклидных исследований функционального со- стояния различных органов и систем в рамках ком- плекса, в основном, применяются два подхода: вы- числение комплекса разнообразных амплитудно- временных показателей непосредственно по дина- мическим кривым, построенным с областей интере- са; определение физиологически содержательных параметров, характеризующих состояние исследуе- мого органа на основе математического моделиро- вания. Также используется параметрическая визуа- лизация, основанная на определении параметриче- ского (функционального) преобразования, которое тоже можно считать формальной математической моделью изучаемого процесса, с целью извлечения дополнительной диагностической информации. Так при обработке данных используется модель- ное представление транспорта индикатора, описы- ваемое системой обыкновенных дифференциальных уравнений ).,,( ),,,( yxtvy yxtux = = & & (1) Наряду с этим рассматривается уравнение посто- янства плотности вдоль траекторий системы (1): 0= ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ v y u xt ρρρ , (2) где ),,( yxtρρ = . Модельное представление транспорта РФП позво- ляет ставить задачи определения поля скоростей сис- темы (1) по заданной плотности распределения РФП. В случае оптического потока система для опре- деления функций vu, имеет вид [2] . , 22 22 ytyxy xtyxx uvv vuu ρρρρρα ρρρρρα =−−Δ =−−Δ (3) И в результате данного подхода задача нахожде- ния поля скоростей системы (1) по известной плот- ности распределения ),,( yxtρ сводится к решению системы (3) при соответствующих граничных усло- виях. Построение поля скоростей, т.е. нахождение функций u , v может иметь как самостоятельный интерес, давая дополнительную информацию, визу- альную и количественную, так и использоваться в различных приложениях. Для анализа распределения радиофармпрепарата при различных динамических исследованиях ис- пользуются варианты камерных моделей. Рассматривается плотность распределения РФП ),,,( zyxtρρ = , зависящая от времени t и про- странственных координат. Далее для удобства запи- си обозначим xx =1 , yx =2 , zx =3 и теперь ),,( 321 xxxx = . Предполагается, что транспорт ин- дикатора осуществляется в силу системы ),( xtfx =& , (4) а функция ),( xtρ удовлетворяет обобщенному уравнению Лиувилля [3, 4] 0=+ ∂ ∂ + ∂ ∂ fdivf xt ρρρ , (5) где ),( xtρρ = , ),( xtff = − поле скоростей системы (4). Организм человека представляется в виде суммы взаимосвязанных виртуальных областей (камер) с введением следующих обозначений: −iD исследуе- мая камера, ni ,...1= , где −n количество камер; −= )(tqq ii функция, характеризующая количество индикатора в области iD , определяемая по формуле ∫= iD i dxxttq ),()( ρ . (6) Рассматривая перераспределение плотности и, учитывая, что интеграл от плотности по области ∑ = = n i iDD 1 постоянен, а также, принимая во внима- ние, что скорость изменения количества индикатора прямо пропорциональна количеству индикатора в камере источника, запишем уравнения камерных моделей в виде ∑ = = n j jij i qta dt dq 1 )( , ....,,2,1 ni = (7) Система параметров { }n jiija 1, = образует транс- портную матрицу размером nn× и является иско- мой системой неизвестных клинико-физиологи- ческих параметров модели. Также в рамках комплекса используются и дру- гие математические модели. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 197 2.2. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА Программный комплекс «Диагностика» [5] имеет модульную архитектуру, краткая схема которой представлена на Рис.1. Он удовлетворяет перечис- ленным в пункте 1.3 требованиям к программному комплексу обработки данных радионуклидных ис- следований и решает комплексные задачи автомати- зации процесса исследования и математической об- работки данных. Рис.1. Общая структура комплекса Программа-оболочка – обеспечивает навигацию по обследованиям, запуск клинических про- грамм, совместимых с выбранным типом обсле- дования, а также предварительную визуализацию данных обследования. В ее задачи входит осуще- ствление связи между клиническими програм- мами и источниками данных в терминах объект- ной модели, сохранение внесенных изменений в хранилище данных. Клинические программы – специализированные программы для проведения медицинских иссле- дований. Они являются главной составляющей данного комплекса. Реализуют обработку и ви- зуализацию данных конкретного обследования с целью получения качественной и количествен- ной диагностической информации. Библиотека обработки. Программные компо- ненты, реализующие общие алгоритмические и вычислительные решения, используемые в обра- ботке данных клиническими программами, объе- динены в библиотеку обработки. Информация, полученная в процессе сбора и об- работки, сохраняется с помощью одного из модулей данных. Комплекс использует MS SQL Server 2005 Express Edition в качестве основного централизо- ванного хранилища данных. Реализован также аль- тернативный метод хранения изображений в файлах стандарта DICOM. Программный комплекс, разрабатываемый с ис- пользованием технологий Microsoft NET, постоянно расширяется и дополняется клиническими програм- мами, оформленными, как независимые встраивае- мые модули, также расширяется библиотека мате- матической обработки данных. 2.3. ОСНОВНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ МОДУЛИ КОМПЛЕКСА Изучение распределения и динамики перерас- пределения РФП в организме является достаточно точным способом для оценки состояния функции внутренних органов и систем организма, вследствие чего эти исследования получили широкое распро- странение в клинической практике. В достижении эффективности радионуклидной диагностики важ- ную роль играет обработка данных радиодиагности- ческих исследований. Клинические диагностические программы, входящие в состав комплекса, обеспе- чивают качественное и количественное диагности- рование исследуемых органов. Обработка данных радионуклидных исследова- ний производится с помощью модулей клинических программ. Данный класс включает в себя как спе- циализированные программы для проведения меди- цинских исследований, которые реализуют обработ- ку и визуализацию данных в соответствии с приня- тыми протоколами и методиками, так и программы, реализующие промежуточные этапы обработки (то- мографическая реконструкция, коррекция движения [6], просмотр). В комплекс входят программы обра- ботки данных исследований в кардиологии (про- грамма равновесной вентрикулографии сердца с амплитудно-фазовым анализом, программы иссле- дования перфузии миокарда, томографические про- граммы с 3D- и 4D-визуализацией); в нефрологии (ангиография почек, динамическая сцинтиграфия почек, вклад частей почек в общее накопление, про- грамма вычисления скорости клубочковой фильтра- ции, программа вычисления эффективного почечно- го плазматока); в пульмонологии (исследование пер- фузии легких, вентиляции легких); в остеологии (остеосцинтиграфия); в эндокринологии (сцинтигра- фия щитовидной железы, сцинтиграфия паращито- видных желез); программы исследования гепатоби- лиарной системы (сцинтиграфия печени, исследова- ние функции гепатобилиарной системы); исследова- ния головного мозга (перфузионная томосцинтигра- фия головного мозга); универсальная программа обработки статических и динамических исследова- ний и другие. 2.4. ПРОГРАММЫ ОБРАБОТКИ ИССЛЕДОВАНИЙ В КАРДИОЛОГИИ Кардиология является одним из главных направ- лений применения методов ядерной медицины и ис- пользования ОФЭКТ (однофотонной эмиссионной компьютерной томографии) в мире. Количество та- ких исследований продолжает расти в сравнении с общим числом исследуемых больных. В настоящее время в кардиологической практике наиболее широко используют перфузионную томосцинтиграфию мио- карда (ПТС). В данном исследовании подлежат обра- ботке и анализу объемные распределения радио- фармпрепарата в области сердца в различные вре- менные интервалы сердечного цикла, которые соот- ветствуют распределению кровотока в миокарде. Программа КАРФИ (кардиологические функцио- нальные изображения) [7, 8] позволяет строить диа- граммы «Бычий глаз» (Рис.2), являющиеся изображе- ниями перфузии, движения стенок и их систоличе- ского утолщения, асинхронии миокарда левого желу- дочка (ЛЖ); фазовую диаграмму и гистограмму, по- зволяющие визуализировать и количественно оцени- вать синхронность движения стенок ЛЖ сердца; а также трехмерные функциональные изображения. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 198 Рис.2. Полярные диаграммы «Бычий глаз» Данные параметрического изображения актуаль- ны, например, для оценки внутрижелудочковой асинхронии при отборе больных на ресинхрониза- ционную терапию. На Рис.3 приведен пример обработки данных ис- следований ПТС до и после кардиохирургической операции [8]. На рисунке представлены графики изменения объема ЛЖ в течение сердечного цикла и графики скорости изменения объема (вверху), а также фазовое изображение и гистограмма фазового изображения (внизу). На гистограмме фазового изо- бражения в норме пик фазы должен занимать не бо- лее 1/10, а на Рис.3,А он занимает почти треть всего сердечного цикла. На Рис.3,Б видно значительное уменьшение внутрижелудочковой асинхронии. Рис.3. Результаты обработки ПТС больного до (А) и после (Б) кардиохирургической операции БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. М.А. Арлычев, В.Л. Новиков, А.В. Сидоров, А.М. Фиалковский, Е.Д. Котина, Д.А. Овсянни- ков, В.А. Плоских. Двухдетекторный однофо- тонный эмиссионный гамма-томограф ЭФАТОМ // Журнал технической физики. 2009, т.79, в.10, с.138-146. 2. B.K.P. Horn, B.G. Schunck. Determining optical flow // Artificial intelligence. 1981, v.17, p.185-203. 3. Д.А. Овсянников. Моделирование и оптимизация динамики пучков заряженных частиц. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1990, с.42-45. 4. D.A. Ovsyannikov. Modeling and Optimization Problem of Charged Particle Beam Dynamics // Proc. of the 4th European Control Conference. Brus- sels. 1997, p.390-394. 5. Е.Д. Котина. Программный комплекс «Диагно- стика» для обработки радионуклидных исследо- ваний // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 10: При- кладная математика, информатика, процессы управления. 2010, в.2, с.100-113. 6. Е.Д. Котина, К.М. Максимов. Коррекция движе- ния при томографических и планарных радио- нуклидных исследованиях // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 10: Прикладная математика, ин- форматика, процессы управления. 2011, в.1, с.29-36. 7. Е.Н. Остроумов, Е.Д. Котина, В.В. Слободяник, Д.В. Шумаков и др. Синхронизированная с ЭКГ перфузионная томосцинтиграфия в оценке пер- фузии, функции и асинхронии миокарда левого желудочка при ресинхронизирующей терапии // Вестн. трансплантологии и искусственных ор- ганов. 2009, т.XI, №2, с.37-42. 8. Е.Н. Остроумов, Е.Д. Котина, О.Р. Сенченко, А.Б. Миронков. Радионуклидные методы в кар- диологической клинике // Сердце. 2010, №3, с.90-95. Статья поступила в редакцию 10.10.2011 г. DATA PROCESSING IN RADIONUCLIDE STUDIES E.D. Kotina The contemporary program complex for data processing in nuclear medicine is considered. The complex has re- liable and flexible modular architecture. It provides processing of the functional researches investigating with single photon emission computed tomographs. The short scheme of the complex is resulted. The complex contains pro- grams for processing static, dynamic and tomograph radionuclide studies in cardiology, pulmonology, brain re- searches, hepatobiliary systems etc. ОБРОБКА ДАНИХ РАДІОНУКЛІДНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ О.Д. Котіна Розглядається сучасний програмний комплекс для обробки даних в ядерній медицині. Комплекс має на- дійну і гнучку модульну архітектуру. Він забезпечує обробку функціональних досліджень, що проводяться за допомогою однофотонного емісійного комп'ютерного томографа. Наводиться коротка схема комплексу. У комплекс входять програми для обробки статичних, динамічних і томографічних радіонуклідних дослі- джень в кардіології, пульмонології, досліджень головного мозку, гепатобіліарній системі та ін.

Обработка данных радионуклидных исследований

Репозитарії

Схожі ресурси