Spis treści. Część 1. Zagadnienia ogólne Matematyczne podstawy obrazowania medycznego

Transkrypt

1

2

3

4

5 Spis treści Część 1. Zagadnienia ogólne 1 1. Matematyczne podstawy obrazowania medycznego (Cudny W.) Obraz cyfrowy Przetwarzanie obrazów Przekształcenia punktowe Przekształcenia kontekstowe Przekształcenia globalne Działania arytmetyczne na obrazach Obrazy 3D Bibliografia Podstawy komputerowej analizy obrazów (Kulikowski J. L., Strzelecki M.) Cele i kryteria oceny komputerowej analizy obrazów (Kulikowski J. L.) Podstawy widmowej analizy obrazów (Kulikowski J. L.) Dyskretna transformacja Fouriera Dyskretna transformacja kosinusowa Uogólniona transformacja Fouriera Dwuwymiarowa transformacja Hadamarda Dobór racjonalnego układu współrzędnych Transformacje Radona i Hougha (Kulikowski J. L.) Metoda momentów (Kulikowski J. L.) Przekształcenia falkowe (Strzelecki M.) Bibliografia Rekonstrukcja i segmentacja obrazów w morfologii matematycznej (Nieniewski M.) Pojęcia podstawowe Morfologiczna rekonstrukcja obrazów Technika rekonstrukcji Detekcja mikrozwapnień w mammogramach z zastosowaniem rekonstrukcji

6 3.3 Wododziałowa segmentacja obrazów Technika segmentacji Segmentacja przekroju rdzenia kręgowego Bibliografia Nakładanie obrazów i integracja danych multimodalnych (Kozińska D., Chmielewski L.) Wprowadzenie (Kozińska D.) Przegląd metod Kryteria klasyfikacji metod (Kozińska D., Chmielewski L.) Metody korzystające ze znaczników (Kozińska D.) Metody korzystające z cech geometrycznych (Kozińska D.) Metody korzystające z surowych danych (Kozińska D.) Miary jakości nałożenia danych (Chmielewski L.) Formalizacja problemu Metody rozwiązania Studium przypadków Integracja danych elektrofizjologicznych i rezonansu magnetycznego (Kozińska D.) Motywacja Klasyfikacja i opis metody Przykład obliczeń Podsumowanie przypadku Nakładanie obrazów symulacyjnych i portalowych w kontroli jakości radioterapii (Chmielewski L.) Motywacja Klasyfikacja i opis metody Przykład obliczeń Podsumowanie przypadku Podsumowanie (Kozińska D., Chmielewski L.) Bibliografia Parametry morfometryczne wykorzystywane wpomiarach biomedycznych (Zieliński K.) Wprowadzenie

7 5.2 Podstawowe parametry geometryczne pojedynczych obiektów (profilów) Geometryczne współczynniki kształtu pojedynczych obiektów: Parametry zbiorcze Sieczne, cięciwy i liczby przecięć Uśrednione parametry topologiczne (położenia) wszystkich obiektów w polu pomiarowym Parametry densytometryczne (stopni jasności) dla pojedynczych obiektów Parametry kolorymetryczne Bibliografia Zastosowanie dynamiki symbolicznej i wskaźników topologicznych w analizie sygnałów i obrazów w medycynie (Klonowski W.) Wstęp Dynamika symboliczna w analizie sygnałów Zastosowanie entropii wzorców w analizie sygnałów i obrazów Inne metody dynamiki symbolicznej w analizie sygnałów i obrazów Wnioski Bibliografia Rozpoznawanie obrazów (Kulikowski J. L.) Podstawowe pojęcia rozpoznawania obrazów Rozpoznawanie podobieństwa do obrazów wzorcowych Rozpoznawanie statystyczne Rozpoznawanie podobieństwa do zbiorów uczących Wstępny wybór zbioru cech służących do rozpoznawania obrazów Rozpoznawanie oparte na regule najbardziej podobnego obiektu (NPO) Redukcja zbioru cech Rozszerzanie zbioru cech Ocena porównawcza cech w przestrzeni prób uczących Strukturalna analiza obrazów Sposoby definiowania i opisywania relacji

8 7.5.2 Podstawy rozszerzonej algebry relacji Relacje parametryczne Bibliografia Część 2. Systemy zobrazowań Rentgenowska tomografia komputerowa (Rumiński J.) Wprowadzenie Podstawy RTK - Rentgenowskiej Tomografii Komputerowej Tomografia konwencjonalna [1] Konstrukcje aparatów RTK Komponenty tomografu komputerowego Typy skanerów RTK Skanery I generacji Skanery II generacji Skanery III generacji Skanery IV generacji Ultraszybkie skanery RTK Tomografia spiralna Skanery z wykorzystaniem detektorów wielowarstwowych Parametry techniczne systemów RTK Typowe wartości parametrów technicznych skanerów RTK III generacji [6] Rekonstrukcje obrazów Idea rekonstrukcji w RTK Model matematyczny rekonstrukcji obrazów w RTK Metody algebraiczne (bezpośrednie) rekonstrukcji obrazów Metody iteracyjne rekonstrukcji obrazów Zastosowanie transformacji Fouriera w rekonstrukcjach obrazów RTK Transformacja Radona [3] Teoria przekroju Fouriera Filtrowany rzut wsteczny projekcja wsteczna Układy wiązki promieni dla skanerów RTK

9 8.4.6 Skanowanie spiralne w RTK Obrazowanie parametryczne w RTK Prezentacja obrazów (2D) i objętości (3D) Jakość obrazów w RTK Artefakty Procedury kontroli jakości Fantomy Parametry kontroli jakości Parametry badania Bibliografia Tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny w badaniach czynnościowych ukrwienia tkankowego i przepływu w dużych naczyniach (Bogorodzki P., Wolak T., Orzechowski M., Piątkowska- Janko E.) Wstęp Zarys podstaw fizycznych tomografii MRI Podstawy Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (MR) Sekwencje pobudzające MR Szybkość obrazowania Właściwości układu spinów opis za pomocą równań Blocha Kontrast T1 w sekwencji spin-echo Analiza powstawania stanu ustalonego z wykorzystaniem przekształcenia Z Kontrast w sekwencji SPGR typu FLASH Techniki specjalne MR - obrazowanie przepływów w sercu i dużych naczyniach Przepływ laminarny Wpływ przepływu na sygnałrezonansu magnetycznego Przesunięcie fazy Efekt przestrzennego rozmycia fazowego Efekt czasowy rozmycia fazowego Wzmocnienie przepływu (flow-related enhancement) Techniki specjalne MR- obrazowanie ukrwienia tkankowego Synteza obrazu czynnościowego metodą aproksymacyjną

10 9.5.2 Synteza obrazu czynnościowego metodą korelacyjną Zastosowanie Map Opóźnień (MOP) do obrazowania udaru mózgu Badanie przydatności metody MOP do obrazowania udaru mózgu na przykładzie wywoływanego udaru w mózgu pawiana Bibliografia Podstawy technik segmentacji stosowanych w przetwarzaniu obrazów 3D naczyń krwionośnych (Orkisz M., Hernández-Hoyos M.) Wprowadzenie Pojęcia podstawowe Zastosowania Podejście fotometryczne Progowanie Powiększanie regionów od zarodka Podejście geometryczne Modele geometryczne niskiego poziomu Wykorzystanie lokalnego kierunku Metoda segmentów Geometria różniczkowa Momenty bezwładności Dziedzina częstotliwości Problem wyboru skali Wykorzystanie mapy głębokości MIP Modele geometryczne wysokiego poziomu Oś wyznaczona przez środki serii konturów Techniki wyznaczania konturów Wyznaczanie osi przed konturami Wnioski Bibliografia Komputerowa analiza obrazów koronarograficznych (Goszczyńska H.) Przepływ wieńcowy: techniki pomiaru i znaczenie diagnostyczne

11 11.2 Metody oceny przepływu wieńcowego na podstawie analizy obrazów koronarograficznych Bezwzględny pomiar wartości globalnego przepływu wieńcowego metodą analizy stężenia kontrastu w określonym przekroju tętnicy (analiza rozcieńczonego wskaźnika) Prawa przepływu i zasady pomiarów densytometrycznych Pomiary densytometryczne wzdłuż przekroju tętnicy Weryfikacja eksperymentalna metody na modelu tętnicy Względne pomiary przepływu wieńcowego na podstawie analizy rozcieńczonego wskaźnika Analiza czasu przejścia kontrastu pomiędzy dwoma wybranymi obszarami tętnicy Lokalna analiza szybkości wypłukiwania kontrastu Analiza funkcji przejścia Analiza czasu pojawiania się kontrastu i gęstości optycznej Pomiar umownego wskaźnika globalnego przepływu wieńcowego na podstawie analizy zmian średniej jasności wybranych obszarów obrazów koronarograficznych system XFLOW Charakterystyka ogólna systemu Konfiguracja systemu i przygotowanie materiału obrazowego Metodologia pomiarów i obliczeń Procedura pomiaru Analiza czynników wpływających na dokładność pomiaru stężenia materiału kontrastowego w tętnicy Czynniki wpływające na dokładność pomiaru ilości materiału kontrastowego w tętnicy Zjawisko rozpraszania i odbicia promieni rentgenowskich Automatyczna regulacja parametrów ekspozycji Zniekształcenia wnoszone przez układ kamery i przetwornika A/D Opracowane metody korekcji

12 Korekcja wpływu efektu SVG Korekcja zmiany poziomu jasności poszczególnych klatek filmu koronarografcznego spowodowanej automatyczną regulacją parametrów ekspozycji w torze wzmacniacza rentgenowskiego Korekcja tła w pomiarze ilości kontrastu w tętnicy Korekcja charakterystyk toru wizyjnego i błony fotograficznej Kompensacja efektu ruchu tętnicy w sekwencji obrazów koronarograficznych w celu automatycznej detekcji linii przekroju tętnicy Podsumowanie Bibliografia Zobrazowania w ultrasonografii (Kilian L.) Wprowadzenie Istotne parametry techniczne zobrazowań Rozwój form zobrazowań Ultrasonografy analogowe Ultrasonografy cyfrowe Zobrazowania we współczesnych ultrasonografach Aparatura standardowa Współczesne ultrasonografy najwyższej klasy Zobrazowania trójwymiarowe Podsumowanie Bibliografia Komputerowa analiza obrazów wentrykulograficznych serca (Przytulska M.) Wstęp Podstawy ultrasonografii medycznej Ultrasonografia dopplerowska Krótki przegląd ultrasonograficznych metod diagnostyki kardiologicznej Echokardiografia Echokardiografia dwuwymiarowa Echokardiografia trójwymiarowa

13 Echokardiografia kontrastowa Echokardiografia obciążeniowa Echokardiografia przezprzełykowa Ultrasonografia dopplerowska (DUSG) Wentrykulografia radioizotopowa Nowe metody echokardiograficzne Komputerowa analiza obrazów wentrykulograficznych lewej komory serca Opis anatomiczny lewej komory serca Podstawowe parametry hemodynamiczne używane do oceny czynności lewej komory serca na podstawie obrazów echokardiograficznych Podstawowe projekcje echokardiograficzne Badania kurczliwości sektorowej lewej komory serca System DIAVENT Metodyka badań Model teoretyczny Automatyczne konturowanie lewej komory serca Ocena kurczliwości lewej komory serca Wnioski Bibliografia Termografia podczerwieni w diagnostyce medycznej (Nowakowski A., Wróbel Z. (red.) ) Rozwój techniki podczerwieni dla obrazowania w medycynie (Nowakowski A.) Bibliografia Termografia kliniczna (Wojaczyńska-Stanek K., Koprowski R.) Wprowadzenie Problematyka wiarygodności pomiarów termograficznych Przykłady zastosowania termografii w praktyce klinicznej Bibliografia Termografia w aplikacjach medycznych (Jung A., Żuber J., Kalicki B.) Wstęp

14 Termografia w ocenie zmian zapalnych zatok przynosowych Termografia w rozpoznawaniu zapaleń płuc Termografia w rozpoznawaniu alergii Termografia w ocenie układu naczyniowego Bibliografia Analiza obrazów termowizyjnych w wybranych zastosowaniach medycznych i biometrycznych (Podbielska H., Kobel J., Hołowacz I., Hurnik P., Mielczarek W., Zdziarski J.) Zastosowanie obrazowania termowizyjnego do oceny skutków krioterapii u pacjentów ze schorzeniami narządów ruchu Zastosowanie termowizji w biometrii Bibliografia Zastosowanie termografii we wczesnym wykrywaniu zmian chorobowych piersi (Jakubowska T., Więcek B., Wysocki M., Peszyński-Drews C.) Badania termograficzne w diagnostyce chorób piersi Procedura badania termograficznego Przykładowe wyniki badań termograficznych piersi Analiza statystyczna termogramów Podsumowanie Bibliografia Zastosowanie termografii w nadzorze interwencji kardiochirurgicznych (Nowakowski A., Kaczmarek M., Siebert J., Rogowski J.) Wprowadzenie Metodologia Protokółeksperymentu Wyniki badań in vivo - termografia klasyczna Kardiochirurgia kliniczna - operacje pomostowania tętnic wieńcowych Podsumowanie Bibliografia Termograficzne badanie dostępu naczyniowego w leczeniu hemodializą (Korohoda P., Pietrzyk J.A., Tadeusiewicz R., Krawentek L.) Wprowadzenie Materiałi metodyka Wyniki pomiarów

15 Podsumowanie Bibliografia Termograficzne monitorowanie leczenia niewydolności tętnic kończyn dolnych z zastosowaniem impulsowego pola magnetycznego (Dyszkiewicz A., Wróbel Z., Koprowski R.) Bodźcoterapia z zastosowaniem pola magnetycznego Badania kliniczne Przestrzenna regulacja procesów przemiany materii Podsumowanie Bibliografia System analizy obrazów termowizyjnych w diagnostyce skuteczności ćwiczeń rozciągających (Koprowski R., Wróbel Z.) Wprowadzenie Opis programu Analiza zdjęć termowizyjnych Podsumowanie Bibliografia Symulacja rozkładu temperatury pacjenta przy wodnym pobudzaniu organizmu (Dyszkiewicz A., Koprowski R., Wróbel Z.) Wprowadzenie Metodyka pomiarów Analiza otrzymanych pomiarów Wyznaczenie parametrów modelu i symulacja Ocena błędu pomiaru Podsumowanie Bibliografia Diagnostyka i wykrywanie wczesnych stadiów skrzywień kręgosłupa na podstawie obrazów termograficznych (Koprowski R., Wróbel Z., Konik H.) Wprowadzenie Dotychczasowe metody pomiaru skrzywień kręgosłupa Materiałbadawczy Zapis obrazów termograficznych Obróbka zdjęć termowizyjnych Automatyczne znajdowanie obszaru położenia kręgosłupa

16 Korelacja rozkładu temperatury z położeniem kręgosłupa Wyznaczanie histogramów i położeń ich środków ciężkości Wyznaczanie siatki na termo i wzorca rozkładu temperatury Bibliografia Zastosowanie metod generacji funkcji do wyznaczania przebiegu kręgosłupa (Koprowski R.) Opis algorytmu Opis opracowanego oprogramowania Wnioski Bibliografia Tomografia termiczna (Nowakowski A., Kaczmarek M., Hryciuk M.) Rola modeli w diagnostyce termicznej Wprowadzenie Modele termiczne Parametry termiczne tkanek biologicznych Aparatura i algorytmy pomiarowe Aparatura pomiarowa Źródła pobudzenia termicznego System sterowania źródłem halogenowym i akwizycji danych dla metod aktywnej termografii dynamicznej i tomografii termicznej Kamery termograficzne Algorytmy pomiarowe Procedury pomiarowe Pomiary in vivo w diagnostyce oparzeń i interwencjach kardiochirurgicznych Rozwiązanie zagadnienia prostego Wprowadzenie Analiza rozpływu ciepła w biologicznych strukturach warstwowych Analiza rozpływu ciepła w innych strukturach Zagadnienie odwrotne Wprowadzenie

17 Poszukiwanie właściwości termofizycznych próbek jednorodnych Określenie k, β termistorem kulistym z wykorzystaniem skokowej zmiany temperatury Określenie k termistorem przy impulsowym ogrzewaniu tkanki Określenie k, α przy pomocy źródła cylindrycznego z impulsowym ogrzewaniem tkanki Określenie k, β z cylindrycznym źródłem ciepła przy skokowej zmianie temperatury Określenie β z pobudzeniem cieplnym powierzchni Określenie β z ogrzewaniem/chłodzeniem powierzchni tkanki materiałem o znanej efuzyjności Rekonstrukcja struktur warstwowych tomografia termiczna Określenie grubości obiektu Lokalizacja materiałów o znanych parametrach Rekonstrukcja przestrzennego rozkładu przewodności cieplnej Rekonstrukcja przestrzennego rozkładu przewodności cieplnej i objętościowego ciepła właściwego Błędy, analiza wrażliwości i ograniczenia tomografii termicznej Badanie struktur trójwymiarowych Przykłady aplikacji medycznych Diagnostyka oparzeń Mammografia Badania w zabiegach kardiochirurgicznych Rekonstrukcja parametrów termicznych tkanek mięśnia serca Wnioski Bibliografia

18 16. Tomografia elektroimpedancyjna ( Wtorek J., Nowakowski A., Bujnowski A., Siebert J.) Wstęp Zagadnienie proste Zagadnienie odwrotne Algorytmy rekonstrukcyjne Przegląd wybranych algorytmów rekonstrukcyjnych Algorytm bazujący na pomiarze prądu Przykłady rekonstrukcji Tomografy elektroimpedancyjne Tomograf prądowo-napięciowy Tomograf napięciowo-prądowy Badania fantomowe Obrazowanie za pomocą tomografu PP/PN Obrazowanie za pomocą tomografu PP-N/PN-P Aplikacje medyczne Podsumowanie Możliwe modyfikacje algorytmu Wnioski Bibliografia Część 3. Zobrazowania mikroskopowe Wybrane zagadnienia ocen ilościowych i przetwarzania cyfrowego obrazów mikroskopowych (Zieliński K., Strzelecki M.) Obraz mikroskopowy jako narzędzie diagnostyczne w medycynie Dekompozycja obrazu mikroskopowego tkanek jako główny element analizy diagnostycznej Nozologiczny, a nie topograficzny charakter wyniku diagnostycznego (gr. nosos choroba, nazwa choroby) Wartość informacji diagnostycznej z badania mikroskopowego zależna od poprawności całego postępowania diagnostycznego Informacja diagnostyczna pochodząca z ograniczonej objętości organizmu, wpływająca na pomniejszenie ilości dostępnej informacji obrazowej 765

19 Obiekty biologiczne oceniane w obrazie mikroskopowym, sztucznie deformowane procedurami laboratoryjnymi Niepowtarzalność materiału biologicznego i unikalność obrazów mikroskopowych zmian patologicznych Konieczność uwzględnienia zasad stereologii przy interpretacji obrazu mikroskopowego tkanek Nieprzypadkowość rozłożenia obiektów komórkowych w preparatach cytologicznych Zagadnienie barwy i tekstury obiektów Zasady analizy stereologicznej w odniesieniu do mikroskopowego obrazu tkanek Uwagi ogólne i terminologia stereologiczna Podstawy wnioskowania stereologicznego Analiza tekstur Wstęp Parametry tekstury Parametry wyznaczane na podstawie histogramu jasności obrazu Parametry wyznaczane na podstawie macierzy gradientów Algorytmy morfologii matematycznej do wyznaczania parametrów tekstury Parametry tekstury wyznaczane na podstawie transformat obrazu Parametry wyznaczane na podstawie macierzy długości ciągów piksli Parametry wyznaczane na podstawie macierzy zdarzeń Parametry wyznaczane na podstawie modelu autoregresji Segmentacja tekstur Zakończenie Ocena mikrounaczynienia i ukrwienia nowotworów oraz innych tkanek Znaczenie indeksu angiogenetycznego jako czynnika rokowniczego w nowotworach złośliwych Oznaczanie indeksu angiogenetycznego (AI) w nowotworach złośliwych

20 Unaczynienie i ukrwienie tkanek Bibliografia Wybrane systemy do analizy obrazów biomedycznych (Dyszkiewicz A., Wróbel Z.) Wprowadzenie System oceny wrażliwości hodowli komórkowych oraz mikrobiologicznych in vitro na wybrane substancje chemiczne System do mikro preparatyki eksperymentalnej System komputerowy do mikroskopowego nadzoru procesów biotechnologicznych System do czynnościowych testów planimetrycznych System oceny dynamiki mikrostruktury beleczek kostnych jako następstwo zaburzeń biomechaniki ciała System planimetrycznej oceny rezultatów leczenia zapaleń stawów krzyżowo-biodrowych System planimetrycznej oceny regresji struktury tarczycy po terapii radiojodem System podoskopii w spoczynkowej analizie geometrii stopy oraz testach czynnościowych System oceny kąta skrzywienia bocznego kręgosłupa Bibliografia Komputerowa analiza ruchliwości granulocytów (Korzyńska A.) Wprowadzenie Model ruchu i metoda oceny ruchliwości System Monitorowania Ruchu Segmentacja obrazów żywych komórek Cechy obrazów poruszających się neutrofili obserwowanych w mikroskopii jasnego pola Tekstura i jej wykorzystanie w procesie segmentacji Weryfikacja doświadczalne systemu i metody Badania doświadczalne Porównanie wybranych parametrów ruchu neutrofili dzieci zdrowych i w chorobie Chediaka- Higashiego Dyskusja wyników

21 19.5 Wnioski Kierunki dalszych prac badawczych Bibliografia Komputerowa metoda wspomagania diagnostyki nowotworów pęcherza moczowego (Dulewicz A., Piętka B. D., Jaszczak P.) Wprowadzenie (Dulewicz A.) Nowotwory pęcherza moczowego Objawy kliniczne i naturalny rozwój choroby Przegląd stosowanych metod diagnostycznych (Dulewicz A.) Założenia programu analizy komputerowej (Dulewicz A.) Badanie cytologiczne osadu moczu Przygotwanie komórek (urocytów) do analizy Wybór i rejestracja obrazów mikroskopowych Konfiguracja systemu (Dulewicz A., Piętka B. D., Jaszczak P.) Sprzętowa realizacja akwizycji obrazu Oprogramowanie systemu do przetwarzania, analizy i pomiaru danych obrazowych Etapy przetwarzania informacji obrazowej (Dulewicz A., Piętka B. D., Jaszczak P.) Procedury wstępnego przetwarzania obrazów Algorytm korekcji tła Algorytm normalizacji obrazu Wydzielanie obiektów do analizy Pomiar parametrów Klasyfikacja obiektów, preparatów Wybór i definicje parametrów.. (Dulewicz A., Piętka B. D., Jaszczak P. ) Parametry geometryczne Parametry struktury wewnętrznej obiektów Parametry definiowane przez użytkownika Procedury pomiarowe (Dulewicz A., Piętka B. D., Jaszczak P.) Algorytm klasyfikacji jąder komórkowych (Dulewicz A.) Badania kliniczne (Dulewicz A.) Wyniki Ocena metody Rozwój metody

22 Podsumowanie Bibliografia Część 4. Obrazowe bazy danych Wyszukiwanie i eksploracja obrazów medycznych na podstawie ich treści (Rumiński J.) Wprowadzenie Stan badań Składowanie i opis obrazów Detekcja regionów Ekstrakcja i łączenie regionów Opis kształtu i topologii regionów Opis intensywności Opis regularności / faktury Algebra zapytań Realizacja zapytań Ocena wyszukiwania System Wyszukiwania Obrazów (SWO) Medycznych Rezultaty wyszukiwania Wnioski Bibliografia System wspomagania seryjnej analizy obrazów (Kulikowski J.L., Wierzbicka D.) Wprowadzenie Funkcje podsystemu APOS Procedury aplikacyjne systemu Procedury oceny cech lub parametrów obrazów Procedury porządkowania lub selekcji obrazów Procedury ustalania podobieństwa obrazów Procedura IMAGE-FEATURE- SIMILARITY Procedura GLOBAL-IMAGE- SIMILARITY Procedura LOCAL-IMAGE- SIMILARITY

23 Procedury ustalania hiperrelacji międzyobrazowych Procedury typu MATCH Procedury typu SPREAD Podsumowanie Bibliografia Obrazy kolorowe

24