CC BY
12
УДК 611 - 07:004
КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ М0РФ0МЕТРИЧЕСК0Г0 АНАЛИЗА ДВУМЕРНЫХ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ АНАТОМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ - TDI ANALIZER.
Томаш Д.С., Бешуля O.A.
Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького
Патология почек занимает одну из лидирующих позиций в общей структуре смертности и инва-лидизации населения, однако ранняя аппаратная диагностика заболеваний серьезно ограничена из-за отсутствие количественных критериев нормы строения артериального русла и чашечно-лоханочного аппарата. Разработан и опробован новый программный комплекс (TDI Analizer) для обработки и анализа двумерных изображений морфологического препарата почки, сосудистого и экскреторного русел органа. Данный комплекс может быть использован для получения данных, необходимых для определения основных принципов морфологической организации артериального русла и чашечно-лоханочного аппарата, а также определения статистических закономерностей параметров, описывающих данные структуры.
Ключевые слова: анализатор, исследователь, двумерные, анатомические, изображения, плоскость, плоскостной, морфометрия;
С каждым годом медицина меняется принципиально и в основе этого преобразования лежит интенсивное развитие всех видов аппаратной диагностики, что позволяет прямое выявление причин заболевания, вместо выяснения причинно следственных связей на основании косвенных признаков[1,2]. На сегодняшний день патология аппарата мочевых органов, а в частности почек занимает одну из лидирующих позиций в общей структуре смертности и инвалидизации населения[3,4], таким образом, становится понятно, насколько велика актуальность вопроса ранней диагностики заболеваний именно данного органа[5]. Чаще причиной патологии является поражение сосудистой или экскреторной систе-мы[6,7,8], однако отсутствие в настоящее время количественных критериев нормы строения артериального русла и чашечно-лоханочного аппарата существенно сдерживает возможности существующих методов диагностики[9,10]. Следовательно особое значение на сегодняшний день приобретает разработка новых методик анализа и программных комплексов, задачей которых, станет анализ параметров для определение морфологических принципов организации сосудистого русла и экскреторного аппарата почки человека в нормальных условиях. Кроме того совершенно очевидна необходимость расчета статистических закономерностей, характерных для сосудистого русла и чашечно-лоханочного аппарата, так как это является основой паттерна нормы для данных структур. В свою очередь модель нормы сможет удовлетворить возрастающие потребности диагностики и поможет обеспечить оптимизацию, автоматизацию и следовательно ускорение процесса выявления патологий.
Цель исследования: создать программный комплекс, предназначенный для анализа двумерных плоскостных изображений и исследования параметров, необходимых для определения характерных морфологических принципов организации сосудистого русла и экскреторного аппарата почекчеловека.
Материалы и методы
Разрабатывалась новая методика обработки оцифрованного морфологического материала, в основе которой лежал принцип изучение всего цветового спектра, которым характеризовалось анализируемое двумерное изображение с последующим анализом каждого из элементов плоскости. Соответственно было определено, что для каждой структуры присущи оригинальные (свойственные только ей) цветовые интервалы и элементы других структур, не относящиеся к исследуемой никогда не попадали в данный предел. Именно такое соотношение и стало основой при написания алгоритмов нового программного комплекса, предназначенного для разделения всего изображения в соответствии с цветовыми интервалами, характеризующими те или иные структуры, вычленения и последующей работы, как с исследуемыми областями, так и со всей плоскостью в целом.
Для анализа распределения интенсивности основных цветов изображения использовали гистограммы, которые строили следующим образом: интенсивность основного цвета может изменяться в диапазоне целых чисел от 0 до 255. Диапазон делится на интервалы. Количество интервалов может варьироваться в диапазоне от 2 до 256. Алгоритм построения гистограммы заключался в переборе всех пикселей изображения, выделении интенсивности основных цветов и вычислении частоты попадания интенсивности в эти интервалы. Соответственно графическое изображение гистограммы получали методом построения на каждом интервале прямоугольника, высота которого равна количеству попаданий значений в этот интервал.
Для более подробного и точного исследования изображения использовали метод сегментации. В качестве сегмента был выбран квадрат. Сегменты располагали вдоль двух линии, соединяющей две наиболее удаленные точки на плоскости, перпендикулярно данной линии строили вторую линию сегментации. Определе-
ние интенсивности основных цветов в каждом из сегментов проводили по тем же принципам, что и для всего изображения.
Результаты и их обсуждение
Был разработан программный комплекс TDI Analizer (two-dimensional image analyzer). Элементы интерфейса созданной программы и правила работы приведены ниже.
Интерфейс состоит из следующих частей: рабочий стол - область, предназначенная для отображения результатов анализа изображения, а также выбора его областей и структур; вверху
Файл Гистограмма Сервис
находится панель вкладок, соответствующая этапам исследования; слева - меню управления, необходимое для управления и сохранения результатов обработки плоскости среза. Для того, чтобы выбрать необходимое изображение, необходимо воспользоваться функцией «Открыть Ьтр», либо проследовать: «Файл» - «открыть» (рекомендовано использовать изображение с расширением Ьтр).
На рабочем столе программы появится анализируемое изображение:
Открыть Ьгф
Обрезка
Оригинал Обработка Гистограмма Гиот. к раек Гист зепен. Гист. оиь Анализ Гист. гориз. Гист
ш > +
ш
|ЙИМ11М1ЯМГ
порог бинаризации [240
Масштаб Нарисовать
■1 Режим-----
обрабагг. область • серый V. красный зеленый синий.
300 600
Рис. 1 Изображение исследуемого среза почки
Если размеры изображения столь велики, что визуальная работа с плоскостью становится затруднительной, следует воспользоваться функцией «масштаб», что позволит лучше осуществлять контроль за обработкой и работой программы. Пользователь должен убедиться, что кроме исследуемого изображения на рабочем столе нет других объектов, иначе результаты дальнейшей работы будут неверны. Далее следует этап обработки - кнопка «Анализ», после
чего пользователь на вкладке «обработка» получит изображение интенсивность цвета которого будет находиться в диапазоне от 0 до 255. Функция «Обрезка» поможет избавиться от «лишнего фона» изображения, оставив только интересующий объект. Следующий этап - построение программой гистограммы, отражающей распределения интенсивности серого цвета. Для этого необходимо выбрать в меню «Гистограмма» - «Нарисовать»:
Рис.2 Гистограмма распределения Полученный результат можно сохранить, воспользовавшись функцией «Сохранить гистограмму» в том же меню. Файл будет помещен в папку, содержащую исследуемое изображение. Кроме основной гистограммы будут построены три графика гистограмм распределения интенсивности основных цветов: красного, зеленого и синего, ознакомиться с которыми можно на соответствующих вкладках.
Теперь пользователь может перейти к установлению цветового интервала определенных, интересующих его элементов и структур
интенсивности серого цвета изображения. Вернувшись на вкладку «Оригинал», и воспользовавшись функцией «Фиксировать точки» (в меню «Сервис»), можно выбрать какие именно образования на изображении будут подвергнуты анализу. «Увеличительное стекло», расположенное слева от рабочего стола, значительно облегчает задачу. После этого, перейдя на вкладку «Анализ», пользователь получит необходимую информацию о цветовых интервалах и сможет задать желаемые величины для подробного исследования.
Файл Гистограмма Сервис Открыть Ьтр
Анализ
Обрезка
¥
порог бинаризации
240
Масштаб
"Режим-
С обрабэт. область • серый ( красный Г зеленый' синий
Нарисовать
800 600
Оригинал Обработка исгограмма "йог краен. Гист. зелен, "ист. инь Анализ Гиг' гири:: Гист.
■Значения Фиксированных точек
Интервалы
РЩИР
: 2=1,3351X184
4=3,6497X1128
5=1.5087X10
6=1,5087X10
7=1,5087X10
8=1,3045X164
3=1,3351X184
10=1,5087X10
Всего:8,238С$-..
И!-гтереал 94
: 28
Зааагь
Очистить
Отбор по интервалам яркости
Обработать
84->128
Сегментация
Кратность 1
Количество сегментов
Обрабогать
10
"¡ерп. сегм ¡у" отображать сегм.
Рис. 3 Вю
На этой же вкладке необходимо задать порядок сегментации: кратность сегментов и сколько сегментации будет выбрано: одна или две. Кроме того, тут же можно преобразовать оригинал, произведя обор по интервалам яркости (кнопка «обработать»). После обработки на рабочем столе (вкладка оригинал) останутся только те пиксели, которые относятся к заданному пределу в строгом соответствии с их первоначальной локализацией.
Завершающий этап - получение характеристики сегментированной плоскости. Для этого, как и ранее, необходимо выбрать в меню «Гис-
э анализа линий
тограмма» пункт «Нарисовать», после чего на соответствующих вкладках («Гист. гориз» и «Гист.верт») будут построены гистограммы, отображающие распределение интенсивности заданных цветовых интервалов в каждом сегменте. Данные графики позволят дать пользователю сравнительную характеристику и сделать соответствующее заключение о количественном соотношении и расположении исследуемых структур.
шштт
Файл Гистограмма Сервис Открыть Ьтр
Анализ
Обрезка
|Я11М11М1йШГ
порог бинаризации
2К
Масштаб
'Режим-----
обрабат. область ^ серый Г" красный зеленый синий.
Нарисовать
300 600
Оригинал Обработка Гистограмма Гист. краен. Гист je пен. Гист. оиь Анализ Гист. гори;: Гист ьерт
80.09&"
72Ш
64,07^-
Рис. 4 Распределение интенсивнс Выводы
Разработан и опробован новый программный комплекс (Тй! АпаИгег) для обработки и анализа двумерных изображений морфологического препарата почки, сосудистого и экскреторного русел органа. Данный комплекс может быть использован для получения данных, необходимых для определения основных принципов морфологической организации артериального русла и чашечно-лоханочного аппарата, а также определения статистических закономерностей параметров, описывающих данные структуры.
Перспективы
Сегодня исследования становятся все более тонкими и сложными. Они требуют высокой точности, быстроты, обработки больших массивов информации в единицу времени. Всего этого традиционные методы диагностики, когда вся работа ложится на плечи специалиста обеспечить уже не могут. Кроме того, ни одна крупная клиника или специализированный диагностический центр не может не задумываться об автоматизации работы и компьютеризации обработки, получаемых в ходе обследований данных, поэтому сложно недооценивать значение данной методики и программного комплекса Тй! АпаИгег, делающими возможным заполнить су-
' заданного цветового интервала. ществующие пробелы в морфологии, ограничивающие аппаратные методы диагностики, что позволит наконец в полной мере оптимизировать и ускорить диагностический процесс.
Литература
1. Терновой С.К. Компьютерная томография/ С. К. Терновой, А. Б. Абдураимов, И. С. Федотенков -М.:ГЭОТАР - Медиа, 2008. - 176 с.
2. Торстен Б. Меллер. Норма при KT- и МРТ-исследованиях/ Торстен Б. Меллер, Эмиль Райф.
- М.: МЕДпресс-информ, 2008. - 256 с.
3. Морфологические изменения почек у больных ва-зоренальной гипертензией / [А.Ф. Возиянов, A.M. Романенко, А.Ю. Щербак и др.] // BicH. морфологи. - 2000. - Т. 6, № 2. - С. 247-248.
4. Крис А.О'Каллагхан Наглядная нефрология/А.О'Каллагхан; под ред. Е.М. Шилова. -М.:ГЭОТАР - Медиа, 2000. - 128 с.
5. Мухин H.A. Диагностика и лечение болезней почек/ Мухин H.A., Тареева И.Е., Шилов Е.М., Козловская Л.В. - М.:ГЭОТАР - Медиа, 2008. - 384 с.
6. Куцяк Т.Л., Квятковська Т.О., Квятковський G.A. Комплексне ультразвукове дослщження стану ни-рок i BepxHix сечовидтьних шляхв при обструкти-вних уропатах // Укр. радюлог. журн. - 2003. - № 1.
- С. 99-106.
7. Рентгенологический атлас заболеваний и повреждений мочевых органов/[ Г. Е. Труфанов, С. Б. Петров, В. В. Рязанов, А. М. Опекунова, А. В. Мищенко] - М.: ЭЛБИ-СПб, 2007. - 336 с.
8. Буйлов В. М. Спиральная компьютерная томогра- Укрмед, 2000. - Вып. 1. Исследование брюшной фия при опухолях почки / В. М. Буйлов, А. В. Бо- аорты, сосудов таза и нижних конечностей. Новые рисанов, А. П. Иванов- М.: Практическая медици- технологии в ультразвуке. - 192 с.
на, 2009. - 112 с. 10. Грант М. Ультразвуковые исследования мочевы-
9. Этюды современной ультразвуковой диагностики / делительной системы/ Грант М. Бакстер., Пол С. [А.А. Гуч, О.Б. Дынник, И.И. Сухарев и др.] - К.: Сидху - М.:МЕДпресс-информ, 2009. - 280с.
Реферат
КОМП'ЮТЕРНА ПРОГРАМА ДЛЯ МОРФОМЕТРИЧНОГО АНАЛ13У ДВОВИМ1РНИХ ЦИФРОВИХ ЗОБРАЖЕНЬ АНАТОМ1ЧНИХ ОБ'СКПВ - TDI ANALIZER Томаш Д.С., Бешуля О.О.
Ключевые слова: АналЬатор, дослщник, двовимфы, анатомнш, зображення, площина, площинний, морфометр1я;
Патолопя нирок займае одну з лщируючих позицш в загальнш структур! смертносп та ¡нвал1дизацЛ населения, однак рання апаратна д1агностика захворювань обмежена через вщсутнють ктькюних критерий норми будови артер1ального русла i екскреторного апарату. Розроблений i випробуваний новий програмний комплекс (TDl Analizer) для обробки та анал1зу двовим1рних зображень морфолопчного препарату нирки, судинного i екскреторного русел органу. Комплекс може бути використаний для оде-ржання даних, необхщних для визначення основних принцишв морфолопчноТ оргашзаци артер1ально-го русла i екскреторного апарату, а також визначення статистичних законом1рностей параметр1в, що описують дан1 структури.
Summary
COMPUTER PROGRAM "TDI ANALYZER" FOR MORPHOMETRIC ANALYSIS OF 2D DIGITAL IMAGES OF ANATOMICAL OBJECTS Tomash D., Beshulia O.
Key worlds: "TDI Analyzer", researcher, two-dimensional, anatomical, pictures, plane, planar, morphometry.
The pathology of kidneys takes a leading position in the overall mortality and disability of the population, but the early computerized diagnostics of the diseases is limited due to the lack of quantitative criteria referring to the normal structure of the arterial bed and the excretory apparatus. The new software system (TDI Analyzer) for the processing and analyzing of 2D images of the morphological kidney specimens, the vascular and excretory channels has been developed and tested. This complex may be used to obtain the data required to determine the basic principles of morphological organization of the arterial bed and excretory apparatus, as well as to identify the statistical regularities of the parameters describing the above mentioned structures.
УДК 577.115+616.441-008.64+543.272.454
СТАН СИСТЕМИ ПЕРЕКИСН0Г0 ОКИСЛЕНИЯ Л1П1Д1В ЗА УМОВ КОРЕКЦП Г1П0ТИРЕ03У ПРЕПАРАТОМ "Й0ДИД-100" ТА а-Т0К0ФЕР0Л0М
Тучак О.1.
1вано-Франшвський нацюнальний медичний уыверситет
В експериментах на лабораторних щурах вивчали вплив а-токоферолу на стан в1льнорадикально-го окисления л1п1д1в при комплексн1й корекци експериментального ппотиреозу. У результат¡ до-сл'!дження встановлено, що при використанн1 препарату "Иодид-100" показники перекисного окис-лення л1п1д1в (ПОЛ) пригн'чувались у незначн1й м '1р'1. При комб1нован1й корекци г1потиреоза "Иоди-дом-100" та а-токоферолом в'1дм '1чалось виражене зниження показник1в ПОЛ, що в1ропдно не в'!д-р1знялись в1д аналопчних даних у ¡нтактних тварин. Отриман результати св'<дчать про доц!льшсть використання а-токоферолу для комплекснокорекции гипотиреозу. Ключов1 слова: втьнорадикальне окисления лтщв, ппотиреоз, корекци, а-токоферол
Вступ сних сполук, як1 володшть уыверсальним по-
_ ...... шкоджуючим мехашзмом у живому оргаызм1 [2,
Протягом останн1х рок1в спостер1гаеться зб1- ,, . ■ ¿г
н опио.^мсюю^, ои, 6]. Нормал1зац1я процеав перекисного окислен-
льшення захворювань щитопод.бно. залози, се- ^ е в^ивим аНспеКтом вир1шення
ред яких ппотиреоз заимае пров,дне м.сце [9, проблеми корекци патолопчних змш приппофу-10]. Висока частота захворювань щитопод.бно. н£цГ|. щит0п0д^бнч0|- залози [5, 7].
залози повязана насамперед .з пог.ршеням метою досп(дження е вивче^ня впливу препа-
централ.зовано. иодно. проф.лактики, рад.оак- рату -йодид-100" у комплекс! з а-токоферолом
тивним та промисловим забрудненням .ншими ^ Устдн перекисноУго окислеНня лтщ!в займов
несприятливими факторами довк.лля [3]. Зни- г.пптипоти
ження функци щитопод.бно. залози приводить ^ 7 до ¡ндукци синтезу втьних радикал1в та переки-
* Публжащя пов'язана iз плановою комплексною науково-досл!дною роботою кафедри ф^зюлоги 1вано-Франшвського национального медичного университету (номер держреестрацп 01031002178).
