WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаРізне → Підвищення візуальної інформативності термограм у оптоелектронних системах тепловізійної медичної діагностики (автореферат) - Реферат

Підвищення візуальної інформативності термограм у оптоелектронних системах тепловізійної медичної діагностики (автореферат) - Реферат

Оптико-електронний тракт складається з інфрачервоного об'єктива, дзеркальної системи сканування та одноелементного фотоприймача на базі вузькощілинного напівпровідника CdHgTe (максимум спектральної чутливості даного приймача випромінювання на довжині хвилі =10 мкм із виявною здатністю , час життя збуджених носіїв заряду ).

Особливістю проектування інфрачервоного об'єктива є те, що за рахунок великого відносного отвору (оптична система має бути світлосильною, оскільки випромінювання досить слабке) наявні значні аберації, а при збільшенні кількості лінз зменшується коефіцієнт пропускання оптичного тракту в цілому. Діаметр кружка Ейрі (дифракційна межа) об'єктива при =10 мкм (людське тіло максимально випромінює на довжині хвилі  10 мкм) та відносному отворі становить .

В інфрачервоній оптоелектронній системі з одноелементним фотоприймачем здійснено оптико-механічне сканування по двох осях, яке забезпечує повне поле зору - 230х230. Кут миттєвого поля зору складає 0.10 ( 16 мрад), тобто немає потреби корегувати польові аберації, тому використано двохлінзовий інфрачервоний об'єктив (матеріал лінз - германій ГОСТ 16153 80, просвітлююче покриття - 29И300 ОСТ 3 1901 85: сульфід цинку нанесений випаровуванням у вакуумі при температурі 3000С) зі сферичними поверхнями, діаметр абераційної плями якого не перевищує лінійні розміри чутливої площадки приймача випромінювання, що становлять 50х50 мкм. На рис. 1 подано результати хвильового аналізу даної оптичної системи (розрахунки здійснені в пакеті прикладних програм OSLO Light Edition 6.1 // Lambda Research Corporation. - http://www.sinopt.com).

При проектуванні тепловізійних оптоелектронних систем медичного призначення важливо забезпечити якісне зображення при великому кутовому полі зору. Використана при дисертаційних дослідженнях тепловізійна оптоелектронна система медичного призначення (з одноелементним фотоприймачем) працює у спектральному діапазоні =8-14 мкм, має температурне розділення 0,150 і формує кадр із лінійними розмірами 256х256 пікселів за 1,4 с. Програмне забезпечення дозволяє візуалізувати термограми в ахроматичних (напівтонові зображення у градаціях сірого) та хроматичних (кольорові зображення) псевдокольорах, а також здійснювати кількісну оцінку результатів інфрачервоної візуалізації шляхом побудови термопрофілів. Як показав накопичений досвід, такі технічні характеристики тепловізійного пристрою є прийнятними для термографічного обстеження хворих та діагностики патологічних станів.

Рис. 1. Результати аналізу розподілу енергії хвильових фронтів у фокальній площині в центрі та на краю поля зору (2=0,10), а також для променів із нахилом (0,7) для довжини хвилі =10 мкм (RMS - середньоквадратичне відхилення хвильового фронту від сфери; P-V - оптична різниця ходу променів). У верхній частині рисунка подано розподіл енергії пучка променів у перерізі, унизу - вигляд хвильових фронтів у ізометрії.

Шляхом експериментального набору термограм створено базу даних. На основі подальшого якісного (оператор, аналізуючи структуру візуалізованого теплового зображення робить певні діагностичні висновки) і кількісного аналізу результатів інфрачервоної візуалізації встановлено, що тепловізійна діагностика є інформативною при моніторінгу стану післяопераційних швів, а також як допоміжний метод неінвазійних досліджень при раку молочної залози, оцінюванні характеру росту первинної пухлини, доопераційній оцінці розмірів патологічного осередку, дослідженні ефективності радіологічного опромінення, розпізнаванні порушень лімфатичного відтоку після мастектомії. Клінічні випробування тепловізійної оптоелектронної системи проведено на базі Київської міської онкологічної лікарні (Кафедра онкології Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця). Загалом обстежено 57 хворих із різними нозологічними формами захворювань.

У третьому розділі представлено результати відновлення дефокусованих термограм та термограм із лінійним змазом методами деконволюції; розглянуто можливості підвищення візуальної якості напівтонових зображень, які відтворені тепловізійною оптоелектронною системою в градаціях сірого, традиційними методами іконіки; наведено, розроблений у рамках іконічної моделі, алгоритм цифрової обробки медичних термограм.

У загальному випадку розмита термограма описується наступною формулою:

, (1)

де - розмите теплове медичне зображення; - функція розсіювання точки (ФРТ); - вихідне (нерозмите) зображення; - позначення операції згортки; та - позначення координат у двомірному просторі. Кінцева задача деконволюції полягає у відновленні функції при заданих функціях та ; усі величини є кінечними.

При відновленні результатів інфрачервоної візуалізації, на яких має місце лінійний змаз, найкращі результати забезпечило використання методу деконволюції на основі вінерівської фільтрації. При наявності лінійного змазу ФРТ має вигляд:

, (2)

де  - довжина змазу; - дельта-функція.

Для відновлення дефокусованих теплових знімків онкологічних хворих використано метод сліпої деконволюції (наявні набори якісних та дефокусованих теплових зображень; апріорна інформація про аберації оптичної системи відсутня). Апроксимацію функції розсіювання точки здійснено за допомогою фільтрів низьких частот: усереднюючого фільтра, фільтра Гаусса, фільтра на основі кругової функції. Функція, яка описує ФРТ при апроксимації усереднюючим фільтром:

, (3)

де - радіус кружка розмиття; - координати точки.

При апроксимації ФРТ фільтром Гаусса:

, (4)

де  - середньоквадратичне відхилення розподілу.

При апроксимації ФРТ круговою функцією:

, (5)

де .

Запропоновано алгоритм підвищення візуальної якості низькоконтрастних та зашумлених напівтонових зображень, сформованих і відтворених інфрачервоною оптоелектронною системою. Як показали результати проведених експериментальних досліджень, структура медичних термограм значно відрізняється від структури немедичних теплових зображень. Зокрема, у випадку медичних термограм важливо зафіксувати щонайменшу різницю температур на людському тілі, при цьому дуже важливими для діагностики є щонайменші деталі візуалізованого теплового зображення. Проблема полягає в тому, що при термографічному обстеженні окрім пацієнта в поле зору тепловізора потрапляють предмети (постіль, резинові збирачі серединно-черевного вмісту, катетери, дренажні пристосування тощо), температура яких на декілька градусів нижча за температуру людського тіла, тоді як різниця температур у межах людського тіла, яку потрібно зафіксувати, складає лише десяті долі градуса, тобто в даному випадку візуальна інформативність термограм обмежена динамічним діапазоном тепловізійного пристрою. Розроблений алгоритм поліпшення візуальної якості та інформативності медичних термограм базується на використанні традиційних методів іконіки та враховує особливості зорового сприйняття інформації людиною. Основними етапами даного алгоритму є аналіз структури термограми та виділення областей, які потребують більш детального вивчення; підвищення контрасту, що полягає в узгодженні динамічного діапазону візуалізованого теплового зображення та екрана, за допомогою якого здійснюється візуалізація; зменшення зашумлення, підсилення контурів деталей та фільтрація термограми.

Експериментально показано, що при цифровій обробці медичних термограм потрібно не лише ретельно відбирати проблемні фрагменти теплового знімка, а й важливо в ряді випадків (особливо при наявності значного градієнта яскравості в межах обраної області, яка потребує підвищення контрастності окремих її ділянок) ці фрагменти розбивати на декілька ділянок (з меншим градієнтом за яскравістю в межах кожної зони, що обробляється). На рис. 2 3 наведено термограми хворої із запалювальним процесом у області лівої молочної залози до та після обробки за запропонованим алгоритмом підвищення візуальної якості відповідно.

Рис. 2. Термограма (з окресленими областями інтересу), візуалізована тепловізійною оптоелектронною системою в градаціях сірого

Рис. 3. Результат цифрової обробки (за алгоритмом підвищення візуальної якості, розробленим у рамках іконічної моделі) тих областей первинної термограми, які на рис. 2 окреслено квадратами

На основі експериментальних даних встановлено, що контрастність медичних термограм значно підвищує використання або методу еквалізації гістограми, або гамма-корекції. На контрастованих напівтонових теплових знімках має місце імпульсний шум, наявність якого зумовлена як завадами в оптико-електронному тракті тепловізійного пристрою, так і появою хибних контурів при підвищенні контрастності термограми. Ефективно зменшити зашумлення дозволяє локальна нерекурсивна медіанна фільтрація. На рис. 4 5 подано оброблені термограми онкологічних хворих, де зображено живіт при неускладненому та ускладненому післяопераційних періодах відповідно.

Loading...

 
 

Цікаве