Спекл- шум и оптимизация ультразвуковых изображений

Ю.Ф.Сахно, А.Э.Гайдашев.Кафедра функциональной диагностики Российского Университета Дружбы Народов.Россия, г.Москва

 

Предисловие

Преимущества применения ультразвука в медицинской диагностике очевидны: современные #аппараты_УЗИ при сравнительно небольшой цене и размерах позволяют получать ультразвуковые изображения важную диагностическую информацию о неподвижных и движущихся структур и динамических характеристик потоков. Известны также ограничения и недостатки метода ультразвуковой диагностики.

Одной из главных и трудноразрешимых до настоящего времени проблем, является спекл шум – «зернистость», который искажает  получаемое УЗ изображение. Наличие таких эхо-артефактов  ограничивают возможности врача при анализе получаемых изображений. Таким образом, задача фильтрации этих артефактов становится весьма актуальной для интерпретации медицинских изображений и, как следствие, точной постановки диагноза.

Спекл-шум в ультразвуковых медицинских сканерах (как и во всех сканирующих системах с когерентным формированием изображения), вызван энергетическими помехами из-за беспорядочно переотражения сигнала от структур с разной плотностью, слишком мелких для того, чтобы их могла отобразить система. Поэтому, основная задача технологий удаления этих помех, состоит в их выделении и фильтрации без потери полезной информации о структуре тканей. В конечном итоге, ультразвуковая «картина» органов и тканей становится более понятной и легкой для интерпретации.

Конструкторы #аппаратов_УЗИ во всём мире работают над методами уменьшения или полного удаления шумов. Некоторые из них хорошо известны: усреднение по кадрам (frame averaging) и постобработка (Image enhancement).

Каждый из этих методов имеет свои недостатки:

  • frame averaging снижает реальную частоту смены кадров, так как полученное в результате обработки изображение является суперпозицией нескольких обработанных кадров.

Вследствие этого, изображения подвижных объектов при наложении друг на друга становяися нечетким и размытым.

  • Image enhancement - описан как режим «сгладить» или «сгладить сильнее» в программном обеспечении большинства УЗИ аппаратов

Результатом работы фильтра постобработки Image enhancement - является потеря информации о мелких структурах, хотя в целом восприятие полученного изображения становится лучше, чем исходного.

Решение проблемы

Применение различных профессиональных технологий повышения качества эхограмм, например, SRI - Speckle Reduction imaging позволяет избежать недостатков вышеперечисленных методов.

Метод

Программные алгоритмы анализируют и распознают объекты на ультразвуковом изображении: объекты низкого уровня – контуры и линии, и объекты высшего уровня - текстуры, области, границы объектов, сами объекты и соотношения между объектами. Затем алгоритм составляет или выделяет изображение, основанное на результатах этого сравнения.

 

Вычислительные мощности современных персональных компьютеров в сочетании с инновационной архитектурой  #ультразвукового_сканера LogicScan, позволили инженерам Telemed разработать и внедрить оригинальные алгоритмы подавления спекл-шумов в реальном времени.

Результат

На ультразвуковых изображениях кровеносные сосуды, мышцы и другие разнородные ткани состоят из большого числа пикселей, в то время как характер спекл-шума уникален для каждого ультразвукового кадра. Поскольку участки эхо-сигнала с развитой спекл-структурой достоверно отличаются от областей с полезной структурной информацией, программный алгоритм распознает, выделяет и удаляет информацию о спекл-шуме из получаемой эхограммы.

Метастатическое поражение печени

b - эхограмма в обычном режиме, a - эхограмма в режиме Speckle Reduction imaging, Telemed

на рисунке а визуализируются структуры, не видимые при стандартном режиме сканирования

В результате фильтрации улучшается связь между неоднородными участками тканей различных органов, значительно увеличивается пространственное и контрастное разрешение.

Эхограмма становится более легкой для «чтения» за счет повышения качества визуализации контуров и структур тканей и мелких деталей.

А в целом, образ ультразвукового изображения приближается к качеству снимков, получаемых методом магнитно-резонансной томографии.

Комплекс программных фильтров Speckle Reduction imaging,  Telemed

Специальные программы  #PureView#NeatView#QuickView (8 алгоритмов для каждого фильтра), радикально улучшают дифференциацию тканей и повышают пространственное разрешение изображений в процессе сканирования.

Программные фильтры спекл-шума #PureView #NeatView #QuickView могут применяться в сочетании с опционными модулями #3DView и #PanoView, предназначенными для получения трёхмерных и панорамных изображений.

УЗИ каротидных артерий в режиме подавления спекл-шума

Обработка видео...

-

Ультразвуковой сканер на персональном компьютере © 2008 - 2019 Biosite ltd.