Měření objektů pozorovaných v průběhu endoskopického vyšetření systémem FOTOM 2008

Transkript

1 Technické novinky 79 Měření ojektů pozorovných v průěhu endoskopického vyšetření systémem FOTOM 2008 doc. Ing. Lčezr Ličev, CSc. 1 2, 3, 4, MUDr. Ondřej Urn, Ph.D. 1 Ktedr informtiky FEI, VŠB TU Ostrv 2 Centrum péče o zžívcí trkt, Vítkovická nemocnice. s., Ostrv 3 Interní klinik, Fkultní nemocnice Ostrv 4 Fkult zdrvotnických studií, OU v Ostrvě Endoskopické vyšetřovcí metody jsou široce využívány v dignostice terpii v mnoh oorech medicíny. Velikost endoskopicky pozorovných ojektů je v součsné doě určován nejčstěji odhdem, přípdně porovnáním s ojektem známé velikosti, z tímto účelem zvedeným do pozorovné olsti. Autoři prezentují první zkušenosti s vývojem metody, umožňující přímé měření pozorovných ojektů. Klíčová slov: endoskopie, klirce, trnsformce, měření ojektů. Mesurement of ojects oserved during endoscopy using the FOTOM 2008 system Endoscopic exmintion methods re widely used in dignosis nd tretment in mny rnches of medicine. Currently, the size of ojects oserved endoscopiclly is most commonly determined y estimtion or y compring to n oject of known size introduced to the oserved re for this purpose. The uthors present their initil experience with the development of method llowing direct mesurement of the ojects oserved. Key words: endoscopy, clirtion, trnsformtion, mesurement of ojects. Endoskopie 2010; 19(2): Orázek 1. Trnsformce kružnice n orázku Úvod Endoskopické vyšetřovcí metody jsou široce využívány v dignostice terpii v mnoh oorech medicíny. V průěhu endoskopického vyšetření jsou prohlíženy tělesné dutiny, do kterých jsou zváděny endoskopy přes přirozené otvory (úst, nos, konečník td.), přípdně přes droné řezy, porušující tělní kryt (lproskopie, rtroskopie). Videoendoskopy jsou ohené, přípdně rigidní truice různé délky průměru. Oshují světlovodný kel, pomocí kterého je z vnějšího zdroje osvětlován vyšetřovná olst. Konec endoskopu je oszen snímcím elektronickým prvkem, tzv. CCD čipem, snímjícím orz, který je přenášen n monitor. Endoskopický orz n monitoru je plnární, nedeformovný, revný zvětšený. Vyšetřující lékř ze zkušenosti poznává, který pozorovný ojekt je vpředu který vzdu. Velikost pozorovných ojektů je v součsné doě možné Orázek 2. Trnsformce rozlení snímku (); snímek po trnsformci () Orázek 3. Měření plošných ojektů pomocí sondy ; 19(2) Endoskopie

2 80 Technické novinky odhdovt pouze srovnáním s ojekty známé velikosti, které musí ýt z tímto účelem zvedeny prcovním knálkem endoskopu do zorného pole. Jedná se npříkld o ioptické kleštičky neo speciální klirční knyly. Tkový odhd je čsto dosttečný v ěžné klinické prxi. Pro výzkumné účely je všk tková přesnost nedosttečná. Cílem prezentovného projektu je zpřesnění dignostické metody. Stnovení skutečné velikosti pozorovných ojektů umožní ojektivní srovnání popisů různých vyšetření, jk je to již dnes ěžné npříkld v rdiologii či při ultrsonogrfických vyšetřeních, což dále povede k přesnějšímu hodnocení průěhu léčy. V olsti klinických studií ude možné porovnt různé léčené modlity s dnes nedosžitelnou přesností. 1. Klirce trnsformce snímku V tomto odstvci se pokusíme ozřejmit metody klirce trnsformce snímku v rámci systému FOTOM 2008 (6). Orázek 4. Měření plošných ojektů pomocí sondy Klirce snímku Klirce je souor úkonů, kterými se z specifikovných podmínek stnoví vzth mezi hodnotmi veličin, které jsou indikovány měřicím Metod Vyhodnocení snímků pořízených při endoskopických vyšetřeních ylo prováděno systémem FOTOM 2008 vyvinutém n ktedře Informtiky FEI VŠB Technické univerzity v Ostrvě. Ay yl možná nlýz vyhodnocení těchto snímků, je nutno nejprve provést klirci eventuálně trnsformci těchto snímků. Klirce snímku plošných ojektů spočívá v úprvě snímku, nstvení měřítk ntočení v prostoru tk, ychom ho mohli s použitím grfických mtemtických nástrojů změřit. Zkoumáme-li ojekty ncházející se v trukovitých útvrech, npř. v jícnu, colon pod., je nutno před klircí provést trnsformci snímku. To si lze předstvit tk, že trojrozměrný orz převedeme n dvojrozměrný jeho podélným rozstřižením rozprostřením do jedné roviny. Trnsformce klirce jsou velmi náročné jk z hledisk mtemtiky, tk i grfiky n nich záleží mír přesnosti měření ojektu n endoskopickém snímku. K provedení klirce trnsformce snímku yl vyvinut speciální progrm, který je součástí systému FOTOM Vzhledem k tomu, že systém FOTOM 2008 je velmi rozsáhlý složitý, omezíme se n výčet pouze některých funkcí systému FOTOM 2008 n podronější popis smotné klirce trnsformce snímku. Orázek 6. Měření pomocí klirční mřížky Orázek 5. Měření pomocí ioptických kleští c Endoskopie 2010; 19(2)

3 Technické novinky 81 Orázek 7. Měření v trukovitých útvrech Orázek 8. Měření v trukovitých útvrech Orázek 9. Měření v trukovitých útvrech systémem neo měřicím přístrojem neo hodnotmi reprezentovnými ztělesněnou mírou neo referenčním mteriálem odpovídjícími hodnotmi, které jsou relizovány etlony (stndrdy). Formát souorů Progrm Klirce systému FOTOM umožňuje nčítt ukládt orázky ve formátu JPEG, BMP GIF. Výstupní souor oshuje i vykreslenou mřížku, pokud yl tto vol ktivní. Rotce Rotce šlony proíhá ve virtuálním 3D prostoru odpovídá rotcím vůči hlvním osám ojektu. Poloh klirčního orzce se nstvuje pomocí středu šlony, neo kliknutím myši n orázek. Kmer Kmeru lze ve virtuálním prostoru posouvt (X, Y, Z souřdnice kmery), rotce kmery je pevně nstven v progrmu. Velikost výsledného orzu lze ovlivnit pomocí nstvení zvětšení (Zoom). Trnsformce snímku Princip trnsformce snímku využívá tzv. soustředné kružnice (společný střed kružnic). Zde se pokusíme ozřejmit metody trnsformce snímku v rámci systému FOTOM 2008, kde popíšeme jk 3D ojekt z 2D snímku trnsformujeme n skutečný 3D ojekt potom po rozlení vytvoříme nový 2D ojekt (rozstřihnutí rozlení ojektu), který potom po klirci změříme. Výpočet kružnic Ay ylo možno snímek trnsformovt, tj. rozložit kruhový útvr do roviny, je nutno oznčit kružnice zčátku konce zkoumné olsti v jkém kroku se ude útvr trnsformovt (orázek 1). Tyto kružnice jsou oznčeny modře: k s poloměrem r = první kružnice, která 0 0 se zdává je nejlíže středu. Tulk 1. Dosžená přesnost při měření ojektu n snímku Snímek Ploch ojektu n Vypočtená Odchylk v poř. číslo milimetrovém ppíru (mm 2 ) ploch ojektu (mm 2 ) [mm 2 ] % , , , , , , , k 1 s poloměrem r 1 = největší kružnice n orázku. Zdává se jko druhá při spuštění progrmu měl y protnout zvolený počátek n měřicí ose. k s poloměrem r = druhá největší kružnice 2 2 n orázku. Tto kružnice definuje velikost prvního dílku n měřící ose, to v pixelech. Dále jsou n orázku žluté kružnice, pro které pltí, že první největší žlutá kružnice je k 3 s poloměrem r 3 td. Výše uvedeným kružnicím provádíme výpočet délky ovodu tk získáváme šířku plochy nlyzovné olsti. Scle Výsledek rozlení roztžení snímku z orázku 1 je uveden n orázku 2. N orázku 2 je uveden trnsformovný snímek (orázek 1), který kromě rozlení roztžení je tké i ntžen do délky. Toto ntžení je prováděno násoením konstntou vzdáleností ; 19(2) Endoskopie

4 82 Technické novinky Orázek 10. Snímkování plošných ojektů c d e f g h i Vzdálenost mezi vlicovcími ody, určuje měřítko Směr způso položení sondy mezí jednotlivými kružnicemi. Tímto posledním krokem je proveden klirce délky snímku. 2. Architektur systému FOTOM D modelování modulem Fotom1 Je nvrženo šest druhů zájmových ojektů: smosttný od, hrn, vrchol, kružnice, elips polygon. Tyto ojekty se definují v režimu editce odů oznčením určitého počtu zájmových odů vyvoláním příkzu pro vytvoření určitého druhu ojektu. Dlší formy 2D modelování jsou tzv. reltivní ntočení vzdálenost mezi ojekty (4). Měření ojektů n sérii snímků modulem Fotom2 V tomto novém modulu uživtel provádí syntézu více snímků. To znmená, že může sledovt změnu všech prmetrů zájmových ojektů v závislosti n hlouce pořízení snímku. Tímto modulem lze vyhodnotit odchylky od průměrných projektových hodnot porovnání dvou měření (4). 3D modelování n sérii snímků modulem Fotom3 Nový modul FOTOM3 je plnohodnotný nlytický nástroj, který umožňuje 3D modelování ojektu do 4 oken, zorzovt grfy, 3D nimci 3D modelování odchylek řádů dlších funkcí (4). 2D nimce procesu měření modulem Fotom4 Umožňuje nimce snímků nimce ojektů oszeně n měřických snímcích, ť už jsou trnsformovány či nikoli (4). Endoskopie 2010; 19(2)

5 Technické novinky 83 Rozpoznávání zájmových odů ojektů modulem Fotom5 Nový modul umožňuje zcel nově mnohem efektivnější řešení prolemtiky rozpoznávání zájmových odů ojektů (4). 3. Použití progrmu n klirci trnsformci snímku 3.1. Vyhodnocení plošných ojektů pomocí klirce snímku systémem FOTOM Vyhodnocení ojektu jko celku z použití sondy (orázek 3). Vyhodnocení ojektu z použití sondy rozdělení ojektu n segmenty (orázky 4, ) c. Vyhodnocení ojektu z použití rozevřených ioptických kleštiček (orázky 5, ) d. Vyhodnocení ojektu z použití mřížky (orázky 6,, c) 3.2. Vyhodnocení nálezu n trukovitých útvrech pomocí trnsformce klirce snímku systémem FOTOM Úprvu snímku n vyhodnocení nálezu pro vádíme pomocí klirčního progrmu. Použitím vhodné mřížky loklizujeme zčátek konec zsžené plochy (orázek 7). Následně použitím modulu Fotom2 systému FOTOM 2008 provedeme výpočet plochy pláště, tj. plochy ohrničené olsti. Tento způso měření nezohledňuje jzyky nálezu. Výsledek po trnsformci orázku je následující (orázek 8) Vyhodnocení pomocí trnsformcí využití systému FOTOM 2008 Úprvu snímku n vyhodnocení nálezu provádíme pomocí klirčního progrmu. N dosžení potřené opkovtelnosti přesností měření je nutno přesné stnovení středu snímku/ojektu, n němž je nlyzování ojektu. Tento střed lze stnovit několik způsoy, to tkto: Pomocí trnsformčního modulu klirčního progrmu Zde uživtel pomocí myši nství střed ojektu/snímku, neo zmáčknutím klávesy c se utomticky nství střed snímku. Požitím systému FOTOM 2008 konkrétně modulu Fotom1. Zde pomocí nástrojů n nlýzu ojektů n snímku je ndefinován polygon popisující střed nlyzovného ojektu. Tento ojekt je oznčen jko HrniceT souřdnice jeho těžiště slouží trnsformčnímu modulu klirčního progrmu k oznčení středu ojektu tk i k zjištění opkovtelnost v dosžené přesnosti měření (orázky 9, ). Výsledek trnsformcí je následující (orázek 9). 4. Návod n snímkování vyhodnocení ojektů n snímku Vyhodnocení snímků pořízených při endoskopických vyšetřeních je prováděno systémem FOTOM 2008 vyvinutém n ktedře Informtiky FEI VŠB TUO. Návod n snímkování vyhodnocení Ay yl dosžená poždovná přesnost při měření ojektů n snímku tktéž i n dosžení opkovtelné přesnosti při měření ojektů n snímku, je nutno dodržet následující návod n snímkování vyhodnocení ojektů n snímku: Plošné ojekty Pokládáme sondu (ioptické kleště) uď kolmo n ojekt, to tk, y kleště yly položeny přímo uprostřed ojektu, neo n ojekt po jeho délce tk, y pokryly celou jeho délku. Před provedením vyhodnocení ojektů n snímku provádíme klirce snímku dle odst Výsledek klircí je uveden n orázku 10. Ojekty v trukových útvrech V přípdě ojektů v trukových útvrech pokládáme sondu n stěnu trukového útvru po celé délce ojektu. S vytvořeným snímkem (orázek 11) pk provádíme trnsformci přípdnou klircí délky snímku dle odst (orázek 11). Měřítko stnovujeme pomocí šířky sondy, neo vzdáleností prstenců n sondě. Výsledky Přesnost popsné metody měření jsme ověřili n testovcím modelu. Model jsme zhotovili nrýsováním ojektů n milimetrový ppír. Tyto ojekty yly zorzeny videoendoskopem Olympus GIF Q140 uloženy v pměti počítče. Získli jsme snímky celkem 13 ojektů (npř. orázek 10-d). Dosžená přesnost při měření je uveden v tulce 1. Diskuze Měření velikosti endoskopicky pozorovných ojektů zpřesňuje tuto vyšetřovcí metodu. V digestivní endoskopii y měření mohlo nhrdit odhd při hodnocení plochy Brrettov jícnu, velikosti neoplzie před endoskopickou resekcí, rozshu zánětem postižené sliznice pod. Metod y yl využitelná při hodnocení účinnosti terpie ve studiích klinické prxi. Prezentovný způso měření má několik omezení. Nejvýznmnějším je náročnost n přesné Orázek 11. Snímkování ojektů v trukových útvrech provedení klircí trnsformcí. Výsledky měření jsou ve velké míře závislé n lidském fktoru. Minimlizce vlivu lidského fktoru lze dosáhnout vytvořením nové verze progrmu n klirci trnsformci, kde celou klirci ude možno provést jk ručně, tk i utomticky s použitím nástrojů umělé inteligence. Pomocí těchto nástrojů ude n snímku nlezen sond, vypočten její poloh orientce n zákldě těchto výsledků ude proveden smotná klirce. Tk ude dosžen opkovtelná přesnost s vyloučením vlivu lidského fktoru se zručenou dosttečnou kvlitou vyhodnocení plochy všech ojektů s následným využitím systému FOTOM 2008 v klinické prxi. Závěr Význm projektu spočívá ve zpřesnění dignostické metody. Stnovení skutečné velikosti pozorovných ojektů (ptologických lézí) umožní ojektivní srovnání popisů různých vyšetření, jk je to již dnes ěžné, npř. v rdiologii či při ultrsonogrfických vyšetřeních, což dále povede k přesnějšímu hodnocení průěhu léčy. V olsti klinických studií ude možné porovnt různé léčené modlity s dnes nedosžitelnou přesností. Litertur Vzdálenost mezi vlicovcími ody, určuje měřítko Směr způso položení sondy 1. Ličev L. Podronější nlýz snímků. 12. konference SDMG, Ostrv, VŠB HGF, Ličev L, Frn R, Pjurek I. The FOTOM 2005 nd More Detiled Imge Anlysis. In Proceedings of 7 th Interntionl Crpthin Control Conference. Ostrv: VŠB-TU Ostrv, 2006: Ličev L, Frn R, Pjurek I. Prmeters nd Shpe of Metered Ojects of Interest in Ultrsound Imges Monitoring. In ; 19(2) Endoskopie

6 84 Technické novinky Proceedings of 8 th Interntionl Crpthin Control Conference. Štrské Pleso: TU Košice, My 24 27, 2007: Ličev L. Systém FOTOM 2008 vizulizce procesu měření. Ed. Ing. Kteřin Pešková. Ostrv: TANGER, spol. s. o., 2009; 1: VŠB TU Ostrv, HGF, Institut geoinformtiky. 5. Ličev L, Krumnikl M. The FOTOM System nd metering process visuliztion. Ed. Koči P, Smutný P, Smutný L. FS VŠB TUO: FS VŠB TUO, XXXIV(1): 27 s. ktedr ATŘ FS VŠB TUO. 6. Ličev L, Krumnikl M. Trnsformtion nd imge clirtion for endoscopic imge nlysis in FOTOM 2008 system. Bulhrsko: 9 th Interntionl Multidisciplinry Scientific Geo Conference SGEM 2009; 9(1): Modern Mngement of Mine Producing, Geology nd Enviromentl Protec tion: Schreier J, Ličev L, Sojk E. Recognition nd dignostics of specil ojects in ultrsound imges. 8 th ICCC Štrské pleso, Slovk Repulic: Schreier J, Sojk E, Ličev L, et l. A new method for the detection of rin stem in trnscrnil ultrsound imges. In: Biosignls. Funchl, Mdeir, Portugl, 2008: Sojk E. Digitální zprcování nlýz orzů. 1 st ed. Ostrv: VŠB TUO, MUDr. Ondřej Urn, Ph.D. Vítkovická nemocnice. s. Zlužnského 1192/15, Ostrv-Vítkovice ondrej.urn@nemvitkovice.cz Endoskopie 2010; 19(2)