Počítačová analýza lekařských dat Václav Krajíček Department of Software and Computer Science Education Faculty of Mathematics and Physics Charles University
Osnova Medicína a počítače Lékařské zobrazovací metody Aplikace Vlastní výzkum Závěr a diskuse
Medicína
Medicína Není exaktní věda Studium Učení se z příkladů Statistika Praxe Prevence Diagnostika Léčba Albrecht Dürer, 1506, Autopsy Výzkum Henry Gray, 1918, Anatomy of the Human Body
Lékařské zobrazovací metody Moderní metody lékařské diagnózy Neinvazivní, rychlé, relativně bezpečné, přesné Založeno na měření různých fyzikálních jevů a veličin Ionizující záření nejčastěji Ultrazvuk Magnetická rezonance Magnetická indukce - MEG Expertní znalost nutná k analýze Intenzivně užívaná technologie Mnoho dat Manuální zpracování
Klasifikace zobrazovacích metod Modality Technologie Typ/zdroj energie Kontrastní látky, značky Dimenze - 2D, 3D, 4D Typ informace Funkční Strukturální
Rentgenové záření Radiologie Klasický rentgen Dvojrozměrné projekce Počítačová tomografie 70. léta počátky Objemové snímky
CT Filtrovaná zpětná projekce
Příklady
MRI Silné magnetické pole Odezva na elektromagnetické pulzy rezonance Kvalitní obrázky, mnoho nastavení Bezpečné (?)
Příklady
Ultrazvuk Nejbezpečnějčí Mechanické vlnění Málo kvalitní obrázky Lokální Zašuměné Copyright 2009 Radiological Society of North America, Inc. (RSNA)
DICOM/PACS PACS souhrnný název pro způsoby archivace a přístupu k lékařským obrazovým datům DICOM formát/protokol Formální specifikace má tisíce stran Zahrnuje vše od komunikace až po způsob komprese Umožňuje ukládat libovolná data DICOM server, viewer (software, hardware)
Zpracování Velmi mnoho dat Plošná vyšetření, vyšší a vyšší rozlišení, opakovaná vyšetření na několika přístrojích Příklad: 512x512x2 = 524 KB, 2D obrázek, řez CT 512x512x400x2 = 200 MB, CT/MRI objem, část hrudníku Během jednoho vyšetření se provede třeba 2x, 3x Z jednoho scanování (raw dat) lze vytvořit a uložit několik sérii (obrázků) při různém nastavení firmware Počítače k řešení triviálních úkolů Odstranění nezajímavých oblastí (vykostění),... Porozumění obsahu odbornost, databáze znalostí, příkladů
Úlohy zpracování lékařských dat Vizualizace Segmentace Registrace Klasifikace H.D. Cheng et. al., 2003 V. Hrinčár, Master thesis, MFF UK, 2008 GPU4Vision project,graz University of Technology Jen Mercer, 2006
Prohlížení lékařských snímků 2D - rentgeny, řezy Filmy, Obrazovky s vysokým kontrastem 3D objemová data Počítačová vizualizace V. Hrinčár, Master thesis, MFF UK, 2008
Objemová vizualizace Jednotka objemu kvádr, voxel Izoplochy množina bodu se stejnou intenzitou Metody vrhání paprsků - DVR Projekce maximální intenzity na paprsku Součet intenzity na paprsku Přechodová funkce LUT P. Campr, Master thesis, ZČU Plzeň, 2005 V. Hrinčár, Master thesis, MFF UK, 2008
LUT S.Brucner & M. E. Gröler, Style Transfer Functions, EG 2007
Virtuální kolonoskopie I Relativně bezbolestná alternativa Přesnější, bezpečnější
Virtuální kolonoskopie II Relativně bezbolestná alternativa Im3D Medical Imaging Lab 2006, CAD-COLON
Virtuální kolonoskopie III Uživatelské rozhraní a pracovní postup Im3D Medical Imaging Lab 2006, CAD-COLON
Měření objemu I Hodnota objemu, změna objemu Ledviny, nádorová ložiska Václav Krajíček 2007, Master Thesis, MFF UK
Měření objemu II
Měření objemu III Deformovatelné modely Fitování uzavřené křivky na hranu v řezech 3D daty Václav Krajíček 2007, Master Thesis, MFF UK
Měření objemu IV Deformovatelné modely f x 1, y 1, x 2,..., x n, y n min x f x x 1, x 2,..., x n x n 1 n = x f n x x Václav Krajíček 2007, Master Thesis, MFF UK
Segmentace kyčelního kloubu I Měření hustoty kostní tkáně Jan Horáček 2008, Master Thesis, MFF UK
Segmentace kyčelního kloubu II Interaktivní algoritmus (1) Sagittal slices (2) Frontal slice (3) Axial slices Jan Horáček 2008, Master Thesis, MFF UK
Registrace MRI mamografie I Část složitější úlohy DCE-MRI alternativa RTG PAT MRI
Registrace MRI mamografie II Alternativa k RTG mamografii - dražší, méně obvyklé
Registrace MRI mamografie III
Registrace MRI mamografie III Fyzikální vlastnosti objemů Ch. Tanner 2005, PhD Thesis, King's College London G. D. Singh 2003, Teuscher appliance, Clinical Report
Klasifikace RTG/MRI Mamografie Určení typu nalezených lézí Popis přes tzv. příznaky Čtvrt století výzkumu Nutnost automatizace (screening)
Klasifikace MRI Mamografie Význam změny kontrastu
Množství výzkumu, malá propustnost do praxe Koncový uživatel - lékař Řešení dodávaná s přístrojem
Závěr
Q&A