Рентгенорадіологічні і томографічні зображення є важливим джерелом інформації
про стан здоров'я пацієнта. В наш час поряд з рентгенівськими і ультразвуковими зображеннями, що широко використовуються при діагностиці багатьох захворювань, в щоденну практику ввійшли нові технології отримання зображень, такі як комп'ютерна томографія (КТ), магнітно-резонансна томографія (МРТ), цифрова субстракційна ангіографія ЦСА (DSA), позитронно-емісійна томографія (ПЕТ), цифрова флюорографія ЦФ (DF), цифрова рентгенографія ЦР (GR), і ряд інших методів, в яких зображення поданому в цифровому вигляді.

Ці зображення відображаються потім на екрані монітора, який передає отримані цифрові відліки сигналу за допомогою відповідних градацій сірого (або в кольоровій палітрі) для наступного аналізу зображень лікарем. Керувати процесом отримання зображень, проглядати їх, аналізувати і т. д. можна інтерактивно (за допомогою, наприклад, клавіатури, мишки, трекбола). В сучасному діагностичному обладнанні, як правило, передбачена діагностична консоль, що являє собою комп'ютер із спеціалізованим програмним забезпеченням для автоматизованого аналізу отриманих зображень. Наприклад, така консоль дозволяє інтерактивно (за допомогою миші) окреслити на зображенні, що виведене на екран монітора, області і структури, які нас цікавлять, а комп'ютер проведе необхідні виміри (густин, кутів, площ об'єктів, їх лінійних розмірів, об'ємів). Лікар може задати зміну контрасту та яскравості зображення, збільшити окремі ділянки, розфарбувати їх в різні кольори залежно від значень сигналу і задати множини інших перетворень, які допоможуть йому виявити чи посилити діагностично важливі особливості зображення. Така консоль являє собою один з багатьох варіантів автоматизованого робочого місця (робочої станції - АРМ) лікаря-радіолога. В англомовній літературі використовується термін "workstation", який може перекладатись також як робоча станція [13].

Хоча, приблизно 80% зображень, що використовуються в наш час в медичній практиці, отримують традиційним способом на рентгенівській плівці (аналогові зображення), ті зручності і унікальні можливості, які надає таке автоматизоване робоче місце лікарю, роблять його досить привабливим та ефективним інструментом для аналізування зображень. Використання аналого-цифрових перетворювачів (механічних чи лазерних сканерів, пристроїв захоплення відео і ТВ камери та ін.) дозволяють провести оцифровування аналогового зображення і отримати його цифрове уявлення. Зараз швидко розвивається новий напрям в техніці отримання медичних зображень – цифрова рентгенографія, що дозволяє отримати цифрові зображення напряму, минаючи проміжний носій (плівку). Як приклади таких технологій можна назвати використання лінійок і матриць детекторів, фосфорних пластин (пластин Фуджі), селенових пластин.

Все це робить доступним перехід від аналогового до цифрового уявлення зображень, а це означає, що необмежено розширюється область використання АРМ в повсякденній практиці рентгенорадіологічних відділів [13].

Призначення АРМ

Призначення АРМ – візуалізація зображень на екрані монітора, забезпечення користувача інструментарієм для ефективного аналізу і інтерпретації медичних зображень.

Сучасні АРМ:

- зберігають звичайну для лікаря можливість аналізу серій зображень і дозволяють при цьому одночасно аналізувати зображення, отримані на різному діагностичному обладнані (УЗД, рентгенограми, комп'ютерні томограми, магніто-резонансні зображення та ін.);

- надають користувачу засоби для внесення заміток, складання описів та анотацій, а також засоби для автоматизації описів (наприклад, дозволяють скласти і використовувати шаблони описів);

- підтримують роботу в режимі мультимедіа, що дозволяє лікарю одночасно аналізувати зображення, динамічну послідовність зображень (фільм), текстову, графічну, звукову та іншу інформацію;

- подають зображення у вигляді, яке зручне для їх наступного аналізу і інтерпретації лікарем. Так, наприклад, спеціальне тривимірне подання серії зображень дозволяє заглянути всередину органа або побачити його поверхню;

- здійснюють цифрову обробку зображень для вимірювання або кращого подання лікарю діагностично важливих особливостей зображення. Це дозволяє в багатьох складних випадках запобігти повторних досліджень, і, звідси, знизити ризик опромінення, зменшити час, затрачений на аналізування зображення і діагностику захворювання.

Вимоги до АРМ

До АРМ висувають ряд вимог, виконання яких створює умови для ефективної роботи лікаря з медичними зображеннями в такій системі:

-     робота на АРМ повинна бути зручна для користувача, який не має досвіду використання комп'ютера;

-     в АРМ необхідно використовувати високоякісне відображення медичних зображень на екрані телевізійного монітора, що забезпечує вирішення поставлених перед лікарем задач;

-     мати високу пропускну здатність, що дозволяє проводити аналіз та інтерпретацію зображень за той же самий час (чи скоріше), що і аналіз зображень на плівці;

-     зберігати звичайну для лікаря можливість одночасного аналізування серії зображень;

-     надавати засоби для опису та анотації зображень, внесення до нього заміток;

-     здійснювати обробку зображень для полегшення їх аналізування і інтерпретації.

Сучасні тенденції розвитку інформаційних медичних систем (інтеграція систем PACS, інформаційної системи лікарні - HIS і інформаційної системи рентгенорадіологічного відділення - RIS), а також міжнародні стандарти на подання даних в таких системах диктують ряд додаткових вимог до АРМ [13]:

-     програмне і технічне оснащення АРМ повинно забезпечувати доступ до інформаційної системи лікарні (для отримання інформації, що міститься в медичній карті пацієнта) і до інформаційної системи рентгенорадіологічного відділення (для доступу до даних про рентгенорадіологічні обстеження пацієнта). Це дає лікарю допоміжну інформацію, яка може бути корисна при аналізі і інтерпретації зображень;

-     АРМ повинно відповідати міжнародним стандартам подання зображень і супутньої інформації, дозволяючи лікарю працювати із зображеннями і даними, отриманими при різних обстеженнях на різному діагностичному обладнанні;

-     використовувати контекстно-залежні подання зображень і супутньої інформації (дані про пацієнта, текстові та звукові описи зображень, анотації, графічні мітки, графіки, таблиці режимів отримання зображень і ін.), щоб забезпечити користувачу швидкий доступ до необхідних зображень і даних.

Технічне забезпечення АРМ

До складу технічних засобів АРМ входить персональний комп'ютер, монітор, інтерактивні пристрої для зв'язку користувача з самим комп'ютером (клавіатура, миша, трекбол і ін.), а також спеціалізоване програмне забезпечення для проведення автоматизованого аналізування медичних зображень.

Всі пристрої з'єднані через загальну інтерфейсну шину. В сучасних робочих станціях використовуються декілька шин, які дозволяють під'єднати таке робоче місце одночасно до мережі PACS і до інформаційних мереж радіологічного відділення (RIS) і лікарні (HIS).

Для АРМ зазвичай використовується комп'ютер з пам'яттю, достатньою для зберігання зображень хоча б для одного діагностичного сеансу (табл. 2). Зокрема, в персональному комп'ютері з 1 Гбайт пам'яті "вміщається" приблизно 1000 цифрових флюороскопічних зображень, об'ємом 1 Мбайт кожне. Використання зовнішніх запам'ятовувальних пристроїв, таких, наприклад, як магнітні і магнітооптичні диски, дозволяє необмежено збільшити число зображень, доступних для користувача. Такі пристрої можуть бути безпосередньо під'єднані до АРМ чи з'єднані з ним через мережу PACS системи.

Таблиця 2 – Сучасні стандарти форматів цифрових зображень, що використовуються в АРМ

Залежно від призначення АРМ можуть змінюватися вимоги до його програмного забезпечення, архітектури і технічних засобів [13]:

1. АРМ для візуалізації зображень в процесі їх отримання на діагностичному обладнанні чи при аналого-цифровому перетворенні зображень використовується для оперативного контролю за якістю отриманих цифрових зображень і служить каналом зворотного зв'язку. Звичайно його технічні і програмні засоби є складовою частиною відповідного устаткування;

2. АРМ для первинного перегляду зображень лікарем-радіологом використовується для імітації роботи лікаря з рентгенівськими плівками на епідіаскопі. Ці станції повинні давати зображення на високоякісному моніторі не гірші за діагностичними якостями, ніж аналогові (на рентгенівській плівці). Для цих робочих місць звичайно використовують високопотужні графічні станції і кілька моніторів з надвисокою роздільною здатністю близько 2048×2048×12 бітів, з високою (більше 72 Гц) частотою розгортки і з розміром екрана більше 46 см по діагоналі;

3. АРМ для візуалізації зображень поза радіологічним відділенням (в операційній, реанімаційному відділенні і т.д.) служить для надання лікуючому лікарю необхідної діагностичної інформації. Для цих станцій звичайно використовують персональні комп'ютери і монітори високої роздільної здатності близько 1024×1024×(8-10) бітів.

4.     АРМ для тривимірного подання серії зображень. Використовуються високопотужні графічні станції з графічними прискорювачами і моніторами високої роздільної здатності;

5.     Інтелектуальне АРМ забезпечує користувача знаннями, що допомагають йому на стадії аналізування зображень, інтерпретації даних і при постановці діагнозу. Комп'ютер з високою тактовою частотою, що забезпечує швидку обробку даних, а також монітор високої роздільної здатності 1024×1024×(8 - 12) бітів.

Програмне забезпечення АРМ

Програмне забезпечення АРМ виконує операції, що забезпечують ефективне подання зображень і супутньої інформації для їхнього аналізування й інтерпретації лікарем. Як приклади можна назвати такі операції, як:

1. Попередня обробка зображень і файлів для більш зручного подання наявних даних:

-     переформатування файлів (наприклад, об'єднання декількох зображень в одне чи поділ наявного у файлі зображення на кілька частин, що будуть зберігатися потім в окремих файлах);

-     зміна масштабу зображення і його окремих ділянок (стиснення, розтягування зображення з інтерполяцією);

-     зміна орієнтації зображення і його окремих ділянок (поворот на заданий кут, дзеркальне відображення, транспонування і т. д.);

-     оптимізація яскравого подання зображення з використанням LUT-таблиці, що задає яскравість елементів зображення при виведенні на екран дисплея, і ряд інших операцій;

2. Вибір пацієнтів і зображень:

-     вибір пацієнта зі списку пацієнтів;

-     вибір одного чи декількох зображень з бібліотеки зображень для проведення порівняльного аналізу;

-     вибір наступного за номером пацієнта з робочого списку лікаря й інші операції;

3. Подання даних у вигляді, зручному для їхнього розуміння й аналізування:

-     одночасне подання зображень і супутньої текстової інформації про пацієнта (паспортних даних, анамнезу, даних про наявні дослідження і попередні діагностичні висновки, даних про обробку і кількісний аналіз зображень і т. д.);

-     редагування текстової інформації про пацієнта;

-     перегляд (одночасний, послідовний, динамічний) зображень, отриманих при інших обстеженнях пацієнта; зображень, зроблених раніше, зображень з мітками і коментарями до них, зроблених лікарем на попередніх діагностичних сеансах, і ряд інших операцій;

4. Обробка і кількісний аналіз зображень:

-     маніпулювання зображеннями (вирізання ділянки й об'єднання декількох ділянок, зміна масштабу й ін.);

-     обробка зображень для посилення чи виділення діагностично важливих особливостей зображення, що полегшують правильну інтерпретацію даних; фільтрація для згладжування зображень, посилення контрастів, підкреслення контурів об'єктів; обробка, спрямована на виділення діагностично важливих деталей, об'єктів і структур зображення і т. д.;

-     кількісні виміри на зображенні, що полегшують інтерпретацію даних (вимір лінійних розмірів, площ, щільностей, порівняльний кількісний аналіз даних, вимір об'ємів, поверхонь, статистичних характеристик (зокрема, аналіз гістограми), аналіз текстур і інші операції);

5. Документація результатів аналізу зображень для передачі їх лікуючому лікарю чи для призначення додаткових обстежень:

-     одержання зображень із графічними мітками, що вказують на області, які потребують особливої уваги, з текстовими чи звуковими коментарями до них (тут можливе використання диктофона для докладного опису особливостей зображення і їх інтерпретації);

6. Подання діагнозу:

-     первинний діагноз на основі отриманих даних;

-     докладний опис результатів усіх консультацій, що дозволили поставити остаточний діагноз обстежуваному пацієнту;

-     заключний діагноз лікаря-радіолога й інші дані;

7. Спеціальні методи візуалізації зображень і даних:

-     побудова псевдорельєфа зображення;

-     тривимірна (об'ємна) і чотиривимірна (об'ємна динамічна) візуалізація серії зображень;

-     подання зображення з зафарбуванням в кольоровій палітрі, візуалізація поверхонь анатомічних об'єктів, а також об'єктів, що знаходяться в глибині з напівпрозорим відображенням навколишніх тканин, і багато інших операцій.

Інтерфейс користувача в АРМ

Організація діалогу з користувачем – одна з важливих характеристик АРМ незалежно від його призначення. Необхідність організувати роботу в інтерактивному режимі в зручній і природній для користувача манері потребує використання в АРМ спеціального інтерфейсу користувача.

Інтерфейс користувача ІК (UI) повинний бути змістовним, зручним і забезпечувати оперативну взаємодію користувача з комп'ютером. Користувачу повинна бути надана можливість для оперативного переривання і зміни послідовності виконуваних на АРМ операцій, відповідно до його оцінки отриманих проміжних результатів.

Звичайно в АРМ використовується багаторівнева організація інтерфейсу.

1. Фізичний рівень – включає програми для роботи з периферійними пристроями. Сюди ж у майбутньому можуть увійти пристрої для розпізнавання мови, рухів, відеофільмів, сконструйованих зображень.

2. Програми, що організовують роботу з бібліотекою програм (організація віконного інтерфейсу, вибір операції, одержання і передача повідомлень і т. д.).

3. Елементи інтерфейсу користувача – програми, що підтримують графічні об'єкти для інтерактивного спілкування з користувачем, включаючи графічне зображення меню, кнопок для вибору операцій, рухомих курсорів, ліній і т. д.

4. Власне інтерфейс користувача – програми, що організовують взаємодію користувача з усіма ресурсами, необхідними для успішної роботи лікаря із зображеннями і супутньою інформацією на даному робочому місці.

Така організація інтерфейсу користувача має ряд незаперечних переваг: має більшу гнучкість і легко перебудовується; дозволяє дуже просто створювати нові елементи інтерактивної взаємодії, що легко засвоюються користувачем; дозволяє легко вводити нові периферійні пристрої, нові програми в бібліотеку програм користувача.

Контрольні запитання

1. Наведіть узагальнену структурну схему АРМ.

2. В чому полягає специфіка АРМ рентгенолога?

3. Сформулюйте основні вимоги до АРМ.

4. Які, на Вашу думку, необхідні додаткові вимоги до АРМ, обумовлені розвитком комп'ютерної техніки?

5. В чому полягають особливості вибору або побудови інтерфейсу користувача для АРМ?

ЗМІСТ