Informatica medicala in prelucrarea si analiza semnalelor si imaginilor

Informatica medicala in prelucrarea si analiza semnalelor si imaginilor

Principalele aparate de prelucrare computerizata a semnalelor si imaginilor de interes medical, obtinute prin diferite metode moderne de analiza cu semnificatie majora in efectuarea diagnosticului sau de tratament, sunt:

electroencefalografe (EEG)

electrocardiografe (EKG sau ECG)

ecografe

endoscoape

angiografe

scintigrafe

tomografe computerizate

tomografe RMN

etc

Electroencefalografele preiau semnalele electrice, cu unul sau mai multi senzori, din zona craniana. Aceste semnale sunt preluate si memorate printr-o esationare a lor in timp si apoi afisate simultan pentru mai multe canale in raport de timp.

Electrocardiografele preiau semnalele electrice ale activitatii musculare a inimii, prezentandu-le in dinamica, prin afisarea simultana a variatiei lor pentru mai multe canale de receptare a semnalelor in raport de timp.

Semnalele EEG si EKG sunt transmise unui calculator personal si analizate pe baza unor programe mai mult sau mai putin performante. Exista sute de programe de analiza a acestor semnale iar cercetarea stiintifica in acest domeniu se continua astfel ca noile programe sa poata diagnostica mai precis afectiunile pacientilor investigati (cu o probabilitate a erorii mai mica de 5 %).

Ecografele emit fascicule dirijate de radiatii ultrasonore sub o forma pulsatorie, emitatorul putand prelua semnalele ultrasonice reflectate de diferite interfete dintre tesuturile de densitate diferita. Reconstituirea zonei traversate, cu densitatile corespunzatoare diferite (pozitionarea coordonatelor zonelor de interfatare a densitatilor diferite) se face computerizat, in final obtinandu-se o imagine transversala a organelor si tesuturilor traversate. Imaginea ecografica poate pune in evidenta unele disfunctionalitati datorate unor zone tumorale, excrescente, calculi, etc., de densitati diferite, sau observarea unor structuri anatomice naturale (sexul unui copil nenascut inca, configuratia rinichilor, vaselor inimii, etc.). Folosirea efectului Doppler la unele ecografe este utila in depistarea unor boli de inima. Pentru diferite zone sau afectiuni se folosesc emitatori detectori de forme speciale, multipli, sau de frecvente diferite.

Endoscoapele sunt sonde video miniaturizate sau fascicule de fibre de sticla cu o forma special studiata, pentru a se putea introduce, impreuna cu o sursa de lumina prin cavitatile organismului in vederea inspectarii traseului parcurs.

Angiografele sunt aparate care pot pune in evidenta, in special prin tehnici de raze X, traseele vaselor de sange dupa ce s-a injectat o substanta de contrast. Ambele aparate pot fi conectate la un computer pentru preluarea digitala a imaginii si prelucrarea ei. O astfel de prelucrare poate consta din modificarea neliniara a densitatii de innegrire pentru o anumita zona sau prin transformarea acelei zone intr-o imagine color, pentru o vizualizare mai bine discriminata a unor zone cu semnificatie diferita in diagnosticarea organelor, tesuturilor sau vaselor investigate.

Scintigrafele permit vizualizarea captarii diferentiate a unor substante radioactive (de ex: 99mTc, 131I, etc) ce marcheaza o substanta chimica cu un anumit tropism, de exemplu pentru zonele tumorale, zonele osoase, tiroida, etc. Din analiza lor computerizata, se obtin curbe diferentiate ale captarii radionuclidului in organele perechi sau zonarea intensitatii incorporarii in functie de magnitudinea sa, corespunzatoare gradului de functionalitate a zonei investigate sau eventualei prezente a unei zone tumorale.

Tomografia computerizata (CT) utilizeaza un sistem circular ce se roteste in jurul unei sectiuni transversale a unui pacient; acest sistem (gantry) dispune de o sursa pulsanta de raze X ce emite un fascicul de radiatii spre un arc de cerc diametral opus ce contine o matrice de detectoare cu cristale de scintilatie colimate legate optic fiecare la cate o fotodioda. Intensitatea radiatiilor X va fi modificata de interactiunea lor cu organele si tesuturile traversate. O preluare a tuturor semnalelor detectoarelor pentru fiecare impuls de raze X ce corespunde la cele 1440 (sau mai multe) diviziuni ale rotatiei sistemului cu 360^o , permite ca un calculator deosebit de puternic sa poata reconstitui prin calcul matriceal complex sectiunea corporala traversata cu densitatile calculate in fiecare punct din spatiu (voxel) reprezentat pe ecran. Imaginile pot fi memorate sau procesate pentru a fi prezentate numai cele cu un anumit segment de densitati sau asociind o culoare fiecarei densitati (de obicei 256) din segmentul ales. Scala de valori ale densitatii folosite de computer - tomografe (Founsfield) variaza intre 0 (apa) si 1000 (aer) dar poate lua si valori de peste 3000. Se pot alege, de exemplu, densitatile Founsfield cuprinse intre 100 si 600 pentru a fi singurele reprezentate intr-o imagine cu 256 tonuri de gri sau culori. Diferite zone cu densitati foarte putin diferite pot fi astfel puse in evidenta. Mutarea patului pacientului intr-o alta pozitie in interiorul gantry-ului va putea produce o alta sectiune transversala, ajungandu-se la "felii" cu grosimea de 0,5-1 cm. Mai multe asemenea "felii" pot fi vizualizate simultan, iar computerul poate genera din ele imagini ale oricaror sectiuni posibile (laterale sau oblice). Datorita rezultatelor ce se obtin prin tomografia computerizata si dozelor de radiatii mult mai reduse, CT-ul a devenit metoda cea mai raspandita in diagnosticele radiologice.

Tomografele cu emisie de pozitroni (PET) utilizeaza radioizotopi cu o perioada de injumatatire scurta, ca de exemplu ¹⁸F, ¹¹C, ¹⁵O, ¹³N. Functionand pe un principiu asemanator atat scintigrafului (preluarea localizata a radiatiilor emise de organism) cat si tomografului computerizat (prelucrarea matriceala a datelor de emisie cu reconstructia imaginii), PET permite studierea creierului (determinarea metabolismului glucozei, imaginea receptorilor dopaminei sau a vaselor sangvine) sau stabilirea unui diagnostic cardiac referitor la fiabilitatea tesutului miocardic.

Tomografia bazata pe rezonanta magnetica nucleara (REM) utilizeaza magneti supraconductori in generarea si receptarea unor campuri magneto-electrice de nivel nuclear.

Tehnologia tomografului computerizat si puterea de calcul a computerului atasat determina posibilitatea de a se produce imagini ale unor sectiuni ale corpului la diferite cote de-a lungul subiectului sau de a se genera pe baza lor orice alte sectiuni oblice printr-un anumit organ. Examinarea prin RMN a creierului, coloanei vertebrale si sistemelor musculo-scheletal, abdominal si cardiovascular conduce la diagnostice diferentiate net superioare. In plus, faptul ca nu utilizeaza radiatii X sau nucleare, ce pot dauna pacientilor, face ca acest tip de aparat, denumit si MRI (imagistica prin rezonanta magnetica) sa fie tot mai mult utilizat in ciuda pretului sau ridicat.