Егошин, Михаил Андреевич. Метод и средства информационной поддержки хирурга при проведении трансуретральной резекции предстательной железы

Краткое описание

Егошин, Михаил Андреевич. Метод и средства информационной поддержки хирурга при проведении трансуретральной резекции предстательной железы : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.17 / Егошин Михаил Андреевич; [Место защиты: Юго-Зап. гос. ун-т].- Йошкар-Ола, 2012.- 126 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/3081

Марийский государственный технический университет
На правах рукописи

Его шин Михаил Андреевич
МЕТОД И СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ХИРУРГА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТРАНСУРЕТРАЛЬНОЙ РЕЗЕКЦИИ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
Специальность 05.11.17 - «Приборы, системы и изделия медицинского назначения»
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель д.т.н., профессор Р.Г. Хафизов
Йошкар-Ола
2012

СОДЕРЖАНИЕ
2
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ
ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ХИРУРГА 15
1.1. Назначение и особенности медицинских информационных систем 15
1.2. Основные средства и методы информационной поддержки хирурга при
выполнеНИИ операций по техно логии мини-доступа 1 g
1.3. Методы и средства слежения за хирургическим инструментом,
основанные на анализе изображений 22
1.3.1. Формирование изображений 22
1.3.2. Подходы к обработке динамических изображений 24
1.3.3. Обработка изображений предстательной железы для решения
задачи слежения за хирургическим инструментом при проведении
трансуретральной резекции 29
1.4. Обсуждение результатов и конкретизация задач диссертационного
исследования ^
2. СИСТЕМА СЛЕЖЕНИЯ ЗА ХИРИРУГИЧЕСКИМ ИНСТРУМЕНТОМ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТРАНСУРЕТРАЛЬНОЙ РЕЗЕКЦИИ
ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ 36
2.1. Введение и постановка задачи 26
2.2. Системы координат для представления изображений предстательной
железы
2.2.1. Абсолютная система отсчета
2.2.2. Естественная система отсчета
2.2.3. Динамическая система отсчета
2.3. Взаимная привязка систем координат
2.4. Обсуждение результатов
36
38
47
47 52 56
3. ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
3.1. Общие замечания
3.2. Инверсная фильтрация изображений
58
58
58

3.3. Анализ работы инверсного фильтра
3.4. Инверсная фильтрация одномерных перепадов яркости
3.4.1. Перепад с прямоугольным фронтом
3.4.2. Перепад яркости с линейным фронтом
3.4.3. Перепад яркости с параболическим фронтом
3.5. Инверсная фильтрация одномерных импульсов яркости
3.5.1. Импульс яркости с прямоугольными фронтами
3.5.2. Импульс яркости с линейными фронтами
3.6. Расчет импульсной характеристики инверсного фильтра при нулевом значении определителя матрицы
3.7. Инверсная фильтрация изображения предстательной железы
3.8. Обсуждение результатов
4. БИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ТРАНСУРЕТРАЛЬНОЙ РЕЗЕКЦИИ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
4.1. Структура б ио техническо й с ис темы
4.2. Учет текстурных признаков изображений предстательной железы в структуре биотехнической системы
4.3. Обоснование выбора метода анализа текстур изображений предстательной железы
4.4 Статистический метод анализа изображений предстательной железы
4.5. Разностный метод выделения текстуры на изображениях
4.6. Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Структура предстательной железы
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Изображения, полученные в ходе проведения
транс уретральной резекции предстательной железы

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной диссертационной работе исследованы основные средства и методы информационной поддержки хирурга при выполнении операций по технологии мини-доступа. Анализ состояния вопроса создания систем слежения в мягких тканях при выполнении хирургических операции по технологии мини-доступа показал, что существующие современные системы требуют применения, в той или иной степени, дополнительных устройств. При этом в некоторых случаях размещение дополнительных навигационных устройств может вызвать затруднения.
Представлена разработанная структура биотехнической системы для трансуретральной резекции предстательной железы, осуществляющая этапы подготовки и проведения операции. Осуществляется анализ местоположения резектоскопа при помощи модуля определения координат. Модуль сравнения анализирует разницу между координатами резектоскопа и капсулы предстательной железы, которые вычисляются при построении виртуальной модели органа. Если разница достигает критического уровня, модуль формирования сигнала оповещения извещает хирурга о достижении им критической зоны. Для решения поставленной задачи были заданы три системы координат: абсолютная, естественная и динамическая и их взаимная привязка.
Решена задача синтеза фильтра, обеспечивающего обнаружение изображения заданного объекта при наличии фоновой помехи, содержащей сходные объекты. Проведен анализ работы инверсного фильтра в пространственной области. Показано, что выходной сигнал реального инверсного фильтра дает в точке, соответствующей местоположению обнаруживаемого объекта, резкий выброс, величина которого прямо пропорциональна ширине полосы пропускания. Данный эффект позволяет уменьшить погрешности оценки координат смещения фрагмента

104
Решена задача анализа текстурных признаков изображений предстательной железы. Предложена дополнительная процедура контроля над положением хирургического инструмента на основе анализа структуры изображений (текстуры).
В рамках данной работы получены следующее основные результаты.
1. Разработана структура биотехнической системы информационной поддержки хирурга-уролога при проведении трансуретральной резекции предстательной железы, применение которой позволяет осуществлять объективный контроль при проведении операции и повысить эффективность ее проведения.
2. Разработана методика обнаружения фрагмента изображения предстательной железы, позволяющая уменьшить погрешности оценки координат смещения фрагмента за счет учета в структуре оптимального фильтра принятой математической модели изображения предстательной железы.
3. Разработан метод выделения текстурных признаков изображений предстательной железы, обеспечивающий дополнительный контроль за положением хирургического инструмента в теле железы.
4. Разработана методика взаимной привязки изображений полученных при томографическом исследовании и с хирургического инструмента. Получены три системы координат для представления 3D изображений капсулы предстательной железы в ходе проведения обследования и непосредственно во время операции, а также изображений, получаемых с резектоскопа при проведении трансуретральной резекции предстательной железы. На основе методов кватернионного анализа изображений разработан подход к взаимной привязке систем координат представления изображений предстательной железы.

105
5. Разработаны алгоритмы обработки и анализа изображений предстательной железы, составляющие основу комплекса информационной поддержки трансуретральной резекции предстательной железы.