Методы и алгоритмы обработки динамических изображений для решения задач навигации хирургического инструмента при проведении трансуретральной резекции предстательной железы
В работе представлены характеристики обнаружения выбранного фрагмента: зависимость вероятности ложной тревоги Т7 от величины порогового уровня 110- характеристики обнаружения при вероятности ложной тревоги Р= 0,1- 0,5- 0,01 для фрагментов размером 10×10, 20×20, 30×30, абсолютная погрешность оценки смещения в зависимости от уровня СКО и размера выбранного фрагмента на изображении предстательной… Читать ещё >
Содержание
- Список основных сокращений
- Список основных обозначений
1. СОВРЕМЕННОЕ. СОСТОЯНИЕ В ОБЛАСТИ НАВИГАЦИИ В МЯГКИХ ТКАНЯХ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ХИРУРГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПО ТЕХНОЛОГИИ МИНИ-ДОСТУПА.
1.1. Системы навигации в мягких тканях.
1.2. Формирование динамических изображений предстательной железы при проведении трансуретральной резекции.
1.3. Основные подходы к обработке динамических изображений.
1.3.1. Межкадровое предсказание, оценка движения,.
1.3.2. Оптимальная обработка изображений.
1.3.3. Контурный анализ изображений.
1.4. Обсуждение результатов и конкретизация задач исследований.
2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ.
2.1. Постановка задачи.
2.2. Проверка статистической однородности изображений предстательной железы,.
2.3. Исследование законов распределения вероятностей отсчетов яркости изображений предстательной железы.
2.4. Корреляционные и спектральные характеристики изображений предстательной железы.
2.5. Выводы.
3. ОБРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НАВИГАЦИИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТРАНСУРЕТРАЛЬНОЙ РЕЗЕКЦИИ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ.
3.1. Введение.
3.2. Модель динамических изображений предстательной железы.
3.3. Обработка динамических изображений при проведении ТУРП.
3.4. Вторичная обработка динамических изображений предстательной железы при проведении ТУРП.
3.4.1. Общие замечания.
3.4.2. Методика траекторией обработки динамических изображений.
3.5. Обработка динамических изображений в условиях плохой видимости.
3.6. Обсуждение результатов.
4. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТРАНСУРЕТРАЛЬНОЙ РЕЗЕКЦИИ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ.
4.1. Введение.
4.2. Формирование пространственной статической сцены с изображением капсулы предстательной железы.
4.2.1. Предварительная обработка и выделение контуров изображений предстательной железы в сценах рентгеновской томографии.
4.2.2. Аналитическое описание трехмерной модели капсулы предстательной железы на основе аппарата кватернионных сигналов.
4.3. Характеристики обнаружения выбранного фрагмента при обработке динамического изображения предстательной железы.
4.3.1. Общие замечания.
4.3.2. Расчет характеристик обнаружения фрагментов изображения предстательной железы.
4.4. Оценка точности определения координат перемещения хирургического инструмента при обработке динамических изображений.
4.5. Оценка точности экстраполяции координат перемещения хирургического инструмента при обработке динамических изображений
4.6. Программное обеспечение.
4.7. Обсуждение результатов.
Список литературы
- Попечителев, Е.Ф. Анатомические исследования в медицине, биологии и экологии. -М: Высшая школа, 2003.
- Биотехнические системы: Теория и проектирование / Под ред. В. М. Ахутина. Л.: Изд-во ЛГУ, 1981.
- Федоров, И.В. Оперативная лапароскопия / И. В. Федоров, К.Ш. Зы-ятдинов, Е. И. Сигал. М.: ТРИАДА-Х, 2004. — 464 с.
- Чигирев, Б.И. Биомедицинская электроника: Учеб. пособие: ТЭТУ. / Б. И. Чигирев, З. М. Юлдашев, Г. А. Юрковский. СПб., 1996.
- Попечителев, Е.П. Электрофизиологическая и фотометрическая медицинская техника: Уч. пособие/ Е. П. Попечителев, Н. А. Кореневский М.: Высшая школа, 2002. — 470 с.
- Кавецкий, Р.Е. Применение радиоэлектронных приборов в биологии и медицине. Киев: Наук, думка, 1986.
- Пушкарь, Д.Ю. Урология. Основные разделы. -М.: МЕДпресс-информ, 2004.
- Дубровин, В.Н. Малоинвазивная кольпосуспензия в лечении стрессового недержания мочи у женщин. Урология. — 2004, № 3. — С 57 58
- Дубровин, В.Н. Первый опыт применения лапароскопической цис-тэктомии в лечении инвазивного рака мочевого пузыря / В. Н. Дубровин, А. В. Табаков, Г. А. Мельник // Онкоурология, № 1, 2008. С.29−34.
- C-arm-based three-dimensional navigation: a preliminary feasibility study / E. Euler, S. Heining, C. Riquarts, and W. Mutschler // Computer Aided Surgery, vol. 8, no. 1, pp. 35−41, 2003.
- R. H. Taylor and D. Stoianovici, «Medical robotics in computer integrated surgery,» IEEE Trans. Robotics and Automation, vol. 19, no. 5, pp. 765−781, Oct. 2003.
- J. Aloimonos, Y. Aloimonos. Visual navigation: from biological systems to unmanned ground vehicles. Lawrence Erlbaum Associates, New Jersey, 1997. -415 p.
- Liver Surgery Planning Using Virtual Reality / Bernhard Reitinger, Alexander Bornik, Reinhard Beichel, Dieter Schmalstieg // IEEE Computer Graphics and Applications. November/December 2006. Pp. 36−47.
- Современные тенденции развития рынка медицинских информационных систем / С. В. Фролов, С. Н. Маковеев, С. В. Семенова, С. Г. Фареа // Вестник ТГТУ. 2010. Том 16. № 2. С. 266−272.
- Емельянов, С.Н. Опыт применения трехмерной интраоперационной навигации при лапароскопической адреналэктомии / С. Н. Емельянов, В. А. Вередченко // Онкоурология, № 1, 2008. С. 19−22.
- Coughlin, G. Role of image-guidance systems during NOTES / G. Coughlin, S. Samavedi, K.J. Palmer, V.R. Patel// Journal of endourology, vol 23, num. 5, may 2009. P. 803−812.
- A. V. D’Amico, J. S. Loeffler, J. R. Harris. Image-guided diagnosis and treatment of cancer. New Jersey: Humana Press Inc., 2003. — 269 p.
- A taxonomy of mixed reality visual displays / Paul Milgram, Fumio Ki-shino // IEICE Transactions on Information Systems, Vol E77-D, No. 12 December 1994. Pp. 1321−1329.
- Design and Performance Evaluation of a Remote Catheter Navigation System / Thakur, Y.- Bax, J.S.- Holdsworth, D.W.- Drangova, M. // IEEE transactions on biomedical engineering. July 2009. Pp. 1901 1908.
- Sielhorst T. Advanced Medical Displays: A Literature Review of Augmented Reality / T. Sielhorst, M. Feuerstein, N. Navab // Journal of display technology, vol. 4, № 4, 2008.
- E. J. Halpern, D. L. Cochlin, В. B. Goldberg. Imaging of the Prostate. United Kingdom: Martin Dunitz Ltd. 2002. 222 p.
- Т. J. Carter, M. Sermesant, D. M. Cash, D. C. Barratt, C. Tanner, and D. J. Hawkes, «Application of soft tissue modelling to image-guided surgery.» Med Eng Phys, vol. 27, no. 10, pp. 893−909, Dec 2005.
- Использование трехмерной компьютерной томографии в планировании лапароскопической адреналэктомии / Вередченко В. А., — Емельянов С. И., Митичкин А. Е. // Клин, и экспер. хир. 2008. — № 1. — С.35−34.
- A. Bettini, P. Marayong, S. Lang, А. М. Okamura, and G. D. Hager. Vision Assisted Control for Manipulation Using Virtual Fixtures. IEEE Transactions on Robotics, 20(6):953−966, Dec. 2004.
- An Algorithm for Multiple Object Trajectory Tracking / M. Han W. Xu H. Tao, Y. Gong // Computer Vision and Pattern Recognition, 2004. CVPR 2004. 1−864−1-871 Vol.1.
- S. S. Blackman, R. Popoli. Design and analysis of modern tracking systems. Artech House, 1999. 1230 p.
- T. Akinbiyi, A. M. Okamura, and D. D. Yuh, «Dynamic Augmented Reality for Haptic Display in Robot-Assisted Surgical Systems,» Medicine Meets Virtual Reality 13, J. D. Westwood, et al. (Eds.), IOS Press, 2005.
- A. M. H. S. Abeykoon and K. Ohnishi, «Virtual tool for bilaterally controlled forceps robot-for minimally invasive surgery.» The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, vol. to appear, 2007.
- Использование методов динамической сегментации последовательностей изображений в применении к эхокардиографии. Е. JI. Марьяскин, А. П. Немирко Журнал «биомедицинская радиоэлектроника» ,№ 11, 2009.
- Fuchs G.J. Milestones in endoscopic design for minimally invasive urologie surgery: The sentinel role of a pioneer. Surg Endosc 2006. Pp. 493−499.
- Baumhauer M. Navigation in endoscopic soft tissue surgery perspectives and limitations / M. Baumhauer, M. Feuerstein, H.P. Meinzer, J. Rassweiler // Journal of endourology, 2009
- Schafer S. Real-time endovascular guidewire position simulation using shortest path algorithms / S. Schafer, V. Singh, P. B. Noel, A. M. Walczak, J. Xu,
- К. R. Hoffmann // International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. Springer Berlin / Heidelberg. Vol. 4, № 6.
- J. P. Blandy, R. G. Notley, J. Reynard. Transurethral resection. Tai-lor&Francis, 2005. 227 p.
- Janetschek G., Rassweiler J., Griffith D. Laparoscopic surgery in urology. New York: Thieme Stuttgart, 1996. Pp. 276−280.
- Клочко В. К. Обнаружение движущихся изображений точечных и протяженных объектов в последовательности телевизионных кадров // Изв. СО РАН. Сер. Автометрия, 1993, № 1. С. 40−48.
- Клочко В. К. Выделение меняющихся изображений в условиях неопределенности // Изв. СО РАН. Сер. Автометрия, 1996, № 2. С. 50−59.
- Быков, P.E. Анализ и обработка цветных и объемных изображений / Р. Е. Быков, С. Б. Гуревич — М.: Радио и связь, 1984.
- Баклицкий В.К., Бочкарев A.M., Мусьяков М. П. Методы фильтрации сигналов в корреляционно-экстремальных системах навигации / Под ред. Баклицкого. — М.: Радио и связь, 1986.
- Клочко В. К., Ермаков А. А. Алгоритмы фильтрации и сегментации трехмерных радиолокационных изображений поверхности // Изв. СО РАН. Сер. Автометрия, № 4, 2002. С. 41−49.
- Лакин, Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1973.
- Василенко, Г. И. Голографическое опознавание образов. М.: Сов. радио, 1977.
- Лезин, Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем: Уч. пособие для вузов. -М.: Радио и связь, 1981.
- А. Meyer-Base. Pattern recognition for medical imaging. Elsevier Academic Press, California, 2004. 383 p.
- Красильников, H.E. Теория передачи и восприятие изображений. Теория передачи изображений и ее приложения. М.: Радио и связь, 1986.
- Красильников, H.H. Статистическая теория передачи изображений. -М.: Связь, 1976.
- Красильников, H.H. Исследование закона распределения яркостей в передаваемом изображении по вероятностям // Техника кино и телевидения, 1960, № 5. С. 21−24.
- Введение в контурный анализ и его приложения к обработке изображений и сигналов / Под ред. Я. А. Фурмана. М.:ФИЗМАТЛИТ, 2002. 592 с.
- Комплекснозначные и гиперкомплексные системы в задачах обработки многомерных сигналов / Под ред. Я. А. Фурмана. М.:ФИЗМАТЛИТ, 2004. 452 с.
- Бакут, П.А. Сегментация изображений: методы пороговой обработки / П. А. Бакут, Г. С. Колмогоров // Зарубежная радиоэлектроника, № 10, 1987.-С. 6−24.
- Бакут, П.А. Сегментация изображений: методы выделения границ областей / П. А. Бакут, Г. С. Колмогоров // Зарубежная радиоэлектроника, №Ю, 1987.-С. 25−47.
- Прэтт, У. Цифровая обработка изображений. Кн. 1,2. М.: Мир, 1982.
- Анисимов, Б.В. Распознавание и цифровая обработка изображений / Б. В. Анисимов, В. Ф. Курганов, В. К. Злобин. М.: Высшая школа, 1983.
- Розенфельд, А. Распознавание и обработка изображений. М.: Мир, 1972.
- Хафизов, Р.Г. Синтез и анализ системы обнаружения изображений коммуникационных объектов на фоне подстилающей поверхности. Диссертация на соискание степени канд. тех. наук. Йошкар-Ола, 1998.
- Ворожцов, Д.М. Синтез и анализ нейросетевой системы обнаружения 3D изображений объектов рентгеновской томографии. Диссертация на соискание степени канд. тех. наук. Йошкар-Ола, 2006.
- Левин, Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. — М.: Советское радио. Кн.1, 1974.
- Градштейн, И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений / И. С. Градштейн, Н. Рыжин. -М.: Наука, 1971.
- Герасимович, А.И. Математическая статистика / А. И. Герасимович, Я. И. Матвеева. Минск: Высшая школа, 1978.
- Беллман, Р. Математические методы в медицине: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.
- Бучнев, A.A., Шурыгин В. П. Цифровая обработка медицинских изображений// Труды IV конференции «Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии». Ч. 1. — Новосибирск, 1998. С. 254−257.
- Поммерт, А. Визуализация объема в медицине / А. Поммерт, Б. Пфлессер, М. Риемер и др. // Открытые системы, 1996, № 5. С. 56−61.
- Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Высшая школа, 1977.
- Купер, Д., Вероятностные методы анализа сигналов и систем / Д. Купер, К. Макгиллян. -М.: Мир, 1989.
- Клочко В. К., Курилкин В. В., Шейнина И. В. Сравнительный анализ алгоритмов распознавания радиолокационных изображений объектов по данным бортовой PJ1C // Радиотехника. 2003. № 12. С. 3−9.
- Справочник по радиолокации. Том 1. Основы радиолокации. / Ред. М. Скольник. Изд-во: СОВЕТСКОЕ РАДИО, 1976.-455 с.
- Методы компьютерной обработки изображений / Под ред. В. А. Сойфера. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.
- Радиотехнические системы: Учеб. пособие / Ю. П. Гришин, В. П. Ипатов, Ю. М. Казаринов и др.- Под ред. Ю. М. Казаринова. — М.: Высшая школа, 1980.
- Хафизов, Д.Г. Автоматизация обработки экспериментальных данных: конспект лекций. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007.
- Новиков, Д.А., Новочадов, В.В. Статистические методы в медико-биологическом эксперименте (типовые случаи). — Волгоград: Изд-во Вол-ГМУ, 2005.
- Юнкеров, В.Н. Математико-статистическая обработка данных медицинских исследований / В. Н. Юнкеров, С. Г. Григорьев. — СПб.: ВМедА, 2002.
- Афифи, А. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ / А. Афифи, С. Эйзен. Пер. с англ. М.: Мир, 1982.
- Зайцев, В.М. Прикладная медицинская статистика: Уч. пособие. 2-е изд. / В. М. Зайцев, В. Г. Лифляндский, В. Н. Маринкин. СПб.: ООО «Издательство ФОЛИАНТ», 2006.
- Дронов, C.B. Многомерный статистический анализ: Уч. пособие. -Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 2003.
- Калинина, В.Н., Соловьев, В.Н. Введение в многомерный статистический анализ: Уч. пособие. — М.: ГУУ, 2003.
- Сахаров, В.Л. Методы и средства анализа микробиологической информации: Учебно-методическое пособие. — Таганрог: Изд-во ТРГТУ, 2001.
- Бендат, Дж. Применение корреляционного и спектрального анализа / Дж. Бендат, А. Пирсол- пер. с англ. М.: Мир, 1983.
- Фурман Я. А. Визуализация изображений в трехмерных сценах. Уч. пособие. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007
- Хафизов, Р.Г. Обнаружение и оценка параметров плоских изображений / Р. Г. Хафизов // Известия вузов. Приборостроение. — 2006, № 4. — С. 36−45.
- Хафизов, Р.Г. Распознавание плоских зашумленных изображений по их форме / Р. Г. Хафизов, И. Л. Егошина // Известия вузов. Приборостроение. 2006, № 4. — С. 46−51.
- Хафизов, Р.Г. Программный комплекс по исследованию статистических характеристик изображений / Р. Г. Хафизов, Д. М. Ворожцов // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 005 610 655, РОСПАТЕНТ, 17.03.2005.
- Матвеев, Д.В. Об одном алгоритме распознавания движения по последовательности кадров // Сборник докладов 14-й Всероссийской конференции «Математические методы распознавания образов». Суздаль. — 2009. — С. 408−409.
- Аксенов, Н.Б. Экспресс-диагностика динамических процессов. Методы создания аппаратных средств. Казань: Изд-во Казанского гос. техн. ун-та. — 2004.
- Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб для мед. спец. вузов. 3-е изд. испр. — М.: Высшая школа. — 1999.
- Баскаков, С.Н. Радиотехнические цепи и сигналы: Уч. для вузов. — М.: Высшая школа. 1988.
- Степанов, В.Н. Атлас лапароскопических операций в урологии. — М.: МИКЛОШ. 2000.
- Оптическая биомедицинская диагностика. Том 1. Под ред. В. В. Тучина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. — 560 с.
- R. Lukac, К. N. Plataniotis Color image processing: methods and applications. CRC press. USA, 2007. 567 p.
- Вопросы статистической теории распознавания / Под ред. Б. В. Барского. М.: Радио и связь, 1990.
- Гланц, С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц: пер. с англ. -М.: Практика, 1998.
- Корбинский, Б.А. Медицинские экспертные системы: проблемы создания и перспективы применения // Компьютерная хроника, 1993. № 3.
- Леонов, В.П., Ижевский, П.В. Применение статистики в медицине и биологии: анализ публикаций 1990−1997 г. Деп. ВИНИТИ 23.01.1998 179-В1998 / ГНЦ РФ Институт биофизики. — М., 1998.
- Омельченко, В.П., Демидова, A.A. Практикум по медицинской информатике. — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2001.
- Горелик, А.Л., Скрипкин, В.А. Методы распознавания. М.: Высшая школа, 1989.
- Орловский, С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. -М.: Наука, 1981.
- Патрик, Э. Основы теории распознавания образов- Пер. с англ. — М.: Советское радио, 1980.
- P. Wang. Pattern Recognition and Machine Vision. River Publishers, • Denmark, 2010.-451 p.
- T. Acharya, A. K. Ray. Image Processing Principles and Applications. Wiley-interscience. Canada, 2005 — 428 p.
- Хафизов Р.Г., Гарипова Ю. Е. Технология информационной поддержки хирурга при выполнении трансуретральной резекции предстательной железы //Современные наукоемкие технологии, № 12, 2009. С. 24−25.
- Хафизов Р.Г., Гарипова Ю. Е. Анализ пространственных динамических изображений предстательной железы при проведении трансуретральной операции в условиях плохой видимости / Биомедицинская радиоэлектроника. -М.: «Радиотехника», 2010. С. 16−21.
- Гарипова Ю.Е., Хафизов Р. Г. Траекторная обработка динамических изображений предстательной железы для решения задачи навигации ре-зектоскопа при выполнении трансуретральной резекции / Биотехносфера, № 3,2010.-С. 49−53.
- Хафизов, Р.Г. Программный комплекс для исследования непрерывных контуров изображений / Р. Г. Хафизов, С. А. Охотников, Ю. Е. Гарипова // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 010 611 737, РОСПАТЕНТ, 03.03.2010.
- Хафизов Р.Г., Дубровин В. Н., Хафизов Д. Г., Гарипова Ю. Е. Обработка динамических изображений при проведении трансуретральной резекции предстательной железы. Марийский госуд. техн. унив-т. Йошкар-Ола, 2010. Деп. в ВИНИТИ 28.01.2010 № 51-В2010.
- Гарипова Ю.Е., Хафизов Р. Г. Обработка динамических изображений для решения задач навигации при проведении трансуретральной резекции предстательной железы / Медицинская техника, № 4, 2010. С. 16−21.
- Роженцов A.A., Баев A.A., Наумов A.C. Применение методов ква-тернионного анализа для выделения изображений дорог в 3D сценах // Вестник Марийского государственного технического университета. Вычислительная техника и информатика. 2009. № 1. С.41−47.
- Синицын, В.Е., Тимонина, Е.А. Интернет для врача. WWW: медицинская визуализация и кардиология. — М.: Видар, 1998.
- Тюрин, Ю., Макаров, А. Статистический анализ данных на компьютере. -М.: Инфа-М, 1998.