Способы и средства визуализации состояния сердца для компьютерной диагностической системы

• Автор: Кузьмин, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 05.13.01, 05.11.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Оглавление
Введение.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯИ

1.1 Значение и место визуализации в процессе диагностики состояния сердца

1.2 Известные системы диагностики состояния сердца и моделирования его активности.

1.2.1 Система ЕС1ш.

1.2.2 Система Кардиовизор

1.2.3 Система БиотокЗО

1.2.4 Обзор возможностей известных систем

1.3 Анализ методов геометрического моделирования.

1.3.1 Наборы вокселей

1.3.2 Древовидные структуры
1.4 Предлагаемый подход к визуализации состояния сердца
1.4.1 Анализ способа диагностики состояния сердца
1.4.2 Функции системы визуализации состояния сердца
1.5. Задачи исследования.
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ОБЪЕМНОЙ МОДЕЛИ СЕРДЦА.
2.1. Постановка задачи.
2.2. Разработка фрактальных алгоритмов получения объемного представления сердца.
2.2.1. Постановка задачи.
2.2.2. Алгоритм заполнения замкнутого объема вокселями.
2.2.3. Алгоритм рекурсивного разделения пространства.
2.3. Гибридный алгоритм вокселизации.
2.3.1. Постановка задачи.
2.3.2. Вокселизация поверхности, ограничивающей пространственный объект.
2.3.3 Заполнение объема, ограниченного вокселыюй поверхностью
2.4 Исследование гибридного алгоритма вокселизации
2.4.1 Сравнение алгоритмов вокселизации по трудоемкости реализации
2.4.2 Исследование погрешности представления
2.5 Вычисление нормалей к вокселям
2.6 Смена разрешения объемного набора данных
2.7 Визуализация объемного представления сердца.
2.8 Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОДЕЛИ СЕРДЦА.
3.1 Выбор способа математического описания поверхности сердца.
3.1.1 Анализ триангуляции Делоне
3.1.2 Анализ поверхностей Безье.
3.1.3. Применение триангуляции Делоне для построения поверхностной модели сердца.
3.2 Визуализация информации на поверхности визуальной модели сердца.
3.2.1 Исходные данные для визуализации
3.2.2 Выбор цветового диапазона для визуализации распределения ТМП.
3.2.3 Визуализация распределения ТМП по поверхности модели сердца
3.3 Разработка способа генерирования текстуры для визуализации повреждений миокарда.
3.4 Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ.
СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА.
4.1 Построение компьютерной диагностической системы
4.1.1 Структура компьютерной диагностической системы.
4.1.2 Реализация способа диагностики состояния сердца
4.2 Программные и аппаратные средства реализации системы визуализации
4.2.1 Аппаратные средства
4.2.2 Программные средства.
4.3 Программная реализация системы визуализации
4.4. Визуализация в КДС Кардиовид
4.4 Выводы по главе 4.
Основные результаты.
Литература


Разрабатывается шкала цветового кодирования электрических потенциалов для отображения электрической активности на поверхности визуальной модели сердца. Разрабатывается способ генерирования текстуры для отображения обнаруженных повреждений на поверхности сердца. В четвертой главе рассмотрена реализация способа диагностики состояния сердца в макетном образце КДС «Кардиовид». Предлагается аппаратно -программная реализация подсистемы визуализации на основе предложенных в предыдущих главах способов. Рассматриваются разработанные программные средства, реализующие подсистему визуализации состояния сердца. Приводятся результаты работы подсистемы визуализации сердца в составе КДС. Результаты вычислительных экспериментов получения объемного представления тестовых объектов (куба, пирамиды, усеченной пирамиды) и оценки погрешности полученного представления. Изображения полученных объемных моделей тестовых объектов (куба, пирамиды, усеченной пирамиды) с различным разрешением. Документы о внедрении результатов диссертационной работы. ГЛАВА 1. Заболевания сердечно-сосудистой системы - одна из наиболее острых проблем в современной медицине. В настоящее время сердечно-сосудистые заболевания занимают первое место по причинам смертности. Поэтому технологически передовые страны интенсивно развивают наукоемкую диагностику состояния сердечно-сосудистой системы, важное место в которой занимает процесс визуализации состояния сердца. При этом электрокардиография остается одним из основных неинвазивных методов исследования сердца и диагностики заболеваний сердца. В данный момент на рынке представлены сотни моделей электрокардиографов и другого оборудования, необходимого для диагностики состояния сердца. Качественным шагом вперед стало появление цифровых кардиографов, используемых совместно с персональным компьютером, так как первичная диагностическая информация может сразу же подвергнуться анализу с помощью специального программного обеспечения, установленного на компьютере. В качестве примера можно привести продукцию компании «Нейрософт». В комплект поставки кардиографов этой марки входит программный комплекс, позволяющий вести электронную базу данных пациентов, фиксировать и проводить первичный анализ сигнала ЭКГ []. Современная медицина имеет в своем распоряжении средства, позволяющие "посмотреть" на сердце пациента. С помощью компьютерной томографии можно получить трехмерное изображение сердца пациента. Но стоимость соответствующей аппаратуры, например, фирмы General Electric (модель GE HiSpeed NX/i) составляет 0$ [] и, поэтому, возможности ее использования ограничены. В связи с этим получил распространение подход, основанный на совмещении диагностики сердца с помощью электрокардиографии и визуализации его состояния с помощью компьютерной графики. Применение компьютерной графики для визуализации состояния сердца пришло вслед за компьютеризированной обработкой первичной диагностической информации. Очевидно, синтез модели сердца является одним из важнейших условий повышения наглядности результатов электрокардиографического метода диагностики. HMj - j состояние модели сердца. Определенное состояние сердца из множества всех состояний (//) отображается в соответствующее состояние модели сердца из множества всех состояний модели (НМ). В идеале каждому состоянию сердца должно соответствовать одно состояние модели сердца, но на практике детальность моделей значительно уступает в сложности реальному биологическому объекту. Задачей систем диагностики и моделирования является правильная интерпретация диагностической информации с целью выявления реального состояния сердца пациента, отнесение его к наиболее близкому состоянию модели и отображение модели сердца. В основе функционирования современных КДС лежат два независимых компонента: моделирование сердечной активности и отображение диагностической информации в виде компьютерной визуальной трехмерной модели сердца []. Поэтому удобное для восприятия наглядное представление состояния сердца пациента является одной из важнейших функцией КДС. На основании изложенного выше составлена общая схема КДС, приведенная на рис.