VDV-1469 (Передача информации из ультразвуковой медицинской диагностической установки ALOCA SSD650), страница 3

рис. 1 Общая схема передачи изображения от УЗИ к врачу - консультанту.

Исходя из схемы, можно выделить основные рабочие блоки:

1. Ультразвуковая диагностическая установка.

2. Устройство согласования ультразвуковой диагностической установки с персональный компьютером первичной обработки данных.

3. Персональный компьютер для первичной обработки полученного изображения.

4. Устройства передачи данных по компьютерной сети.

5. Персональный компьютер конечного пользователя (консультанта).

Основными предпосылками для создания данной схемы послужило то, что захват изображения с медицинских установок (в данном дипломе – ультразвуковая диагностическая установка (в дальнейшем УЗИ)), осуществляется через frame grabber HI*DEF Plus LF фирмы IMAGRAPH. Который установлен в компьютере первичного пользователя подсоединен к видеовыходу УЗИ. Первичный пользователь, осуществляющий управление УЗИ, обеспечивает захват изображения с УЗИ и передачу его на персональный компьютер. Далее с персонального компьютера первичного пользователя осуществляется передача изображения по сети до конечного пользователя. В случае необходимости, через сеть может быть организована телеконференция между первичным и конечным пользователями. Предусматривается также передача изображения в базу данных локальной сети первичного пользователя с последующей дальнейшей пересылкой в базу данных сети конечного пользователя, если осуществляется консультация специалистов в различных медицинских учреждениях. Или в общую базу данных локальной сети одного медицинского учреждения, в том случае, когда первичный и конечный пользователь работают в рамках одного медицинского учреждения.

Далее будут рассмотрены отдельные блоки данной схемы.

Ультразвуковая диагностическая установка
ALOKA SSD – 650

Общие характеристики устройства

В данном дипломном проекте передача изображения осуществлялась с ультразвуковой диагностической установки ALOKA SSD – 650, имеющей следующие характеристики:

Общие сведения:
Метод сканирования:	Электронное линейное сканирование; Электронное сканирование с выпуклым сектором; Механическое секторное сканирование.
Режим отображения:	Режим В (возможно формирование 1, 2, 3 или 4 изображений); Режим В одновременно с режимом М (режим В/М) Режим М. Доплеровский режим.
Регулировка чувствительности:
Усиление (GAIN):	Макс. 90 дБ, регулируется непрерывно
Временная компенсация чувствительности (STC):	11 – точечные скользящие регуляторы.
Контраст:	7 переключаемых степеней, независимых для режимов В и М.
Градации серого:	64 уровня.
Емкость памяти изображения:	512 х 512 х 6 бит.
Обработка изображения:
АРУ (AGC):	Режимы В и М, непрерывная регулировка.
(FTC):	Вкл./Выкл. для режима М.
Усиление края (Edge Enhance):	3 – шаговое переключение.
Последующая обработка (Post – Processing)	5 видов выбираемых кривых
Направление изображения:	Возможно изменение в поперечном и продольном направлениях (только режим В)
Знаковое отображение:	С использованием всей буквенно – цифровой клавиатуры.
Режимы автоматического отображения:	Дата и время, данные зонда (основная частота), установка усиления, диапазон отображения, фокальные области, данные измерения и расчета и пр., сегмент шкалы серого, метки шкалы.
Другие режимы отображения:	Метка тела (16 картин), направление пункции, курсор режима М.
Функции измерения:	Расстояние, площадь, окружность, объем, скорость, временной интервал, размеры.
Функции расчета:	Анализ левожелудочковой функции, акушерские расчеты (возраст плода, оценка веса плода), доплеровский анализ, отношение, процентный стеноз, гистограмма.
Просмотровый монитор:	9 дюймов по диагонали.
Питание:	115/120/220/240 B10%; 50/60 Гц, 420 ВА.
Вес:	Приблизительно 180 кг.
Требования к безопасности:	Соответствуют IEC 601 – 1, класс 1, тип В.

Принцип построения выходного сигнала

Принцип работы устройства построен на доплеровском эффекте. Считывающий элемент содержит пьезоэлементы (матрицу элементов), которые генерируют сигнал с частотой 2 – 7,5 МГц (стандартный – 3,5 МГц). Отраженный сигнал показывает поверхность отражения (стенки тканей и сосудов). За счет того, что скорость звука различается в разных средах, наблюдаемый результат показывает эквивалент скорости прохождения в данной среде. С этим же связаны и получаемые на изображении полутона. Не смотря на то, что УЗИ видит только «стенки», оно работает только в сплошной среде. Небольшие полости огибаются, более обширные не видны. Отраженный сигнал принимается линейкой датчиков, которые и формируют сигнал структур на пути прохождения сигнала.

Датчик формирует электрический сигнал. Все современные УЗИ – устройства снабжены цифровой памятью. Матрица датчика содержит ~300 элементов. Учитывая частоту развертки и количество принимаемых сигналов мы получаем сигнал, сравнимый по качеству с телевизионным. Более высокое качество практически не достижимо за счет дребезга длины волны.

Полученный сигнал разворачивается построчно и пишется в цифровую матрицу. Обычно используются несколько матриц – основная и несколько дублирующих. Далее сигнал преобразуется в ЦАП, и в результате на выходе мы наблюдаем телевизионный сигнал на мониторе устройства. Видеосигнал также поступает на коммутационную панель. На коммутационной панели обычно присутствуют несколько выходов видео информации, такие как:

• Стандартный видео сигнал формата CR170.

• Видеосигнал в формате RGB + Y.

В данной установке мы имеем разъем стандартного видео, и разъем видео VTR, а также выход для многоформатной камеры. Сигнал стандартного видео подается на frame grabber. Обычно желательно использовать систему 2 канальной передачи данных. 1-й канал используется для передачи обзорного видео сигнала. 2-й для захвата качественной картинки, которая позволит производить какие – либо измерения с полученным результатом и делать какие – либо выводы о состоянии обследуемого пациента.

Возможность 2 канальной передачи данных осуществляется несколькими способами:

1. Сигнал «разводится» BNC тройником. (Наихудший вариант из-за потери качества)

2. Использование двух frame grabber’ов, медленным, но высококачественным, для получения изображений хорошего качества, и быстрым, использующимся для получения обзорного видеосигнала.

3. Использования двухвходового frame grabber’а.

Описание одного из возможных frame grabber’ов представлено ниже.

Устройство согласования УЗИ с персональным компьютером первичной обработки данных

Для согласования персонального компьютера с УЗИ наиболее часто используются устройства захвата изображения – frame grabber’ы. Для получения качественных изображений и уменьшения потерь сигнала при передачи, к данным устройствам предъявляется ряд требований:

• Возможность захвата стандартного видео сигнала: черно – белого или RGB сигналов, или захват сигналов «укороченных» форматов;

• Стандартная синхронизация;

• Возможность подстройки яркости и контрастности.

Одним из возможных вариантов, является frame grabber, описанный ниже.

Устройство согласования персонального компьютера с УЗИ представляет собой frame grabber HI*DEF Plus LF фирмы IMAGRAPH. Он осуществляет захват видеоизображения со стандартного видеовыхода УЗИ. Оцифрование полученного сигнала и преобразование в стандартный цифровой видео сигнал формата MPEG3 или сохранения кадра в виде картинки, форматов BMP, JPEG, TIF, PCX или, если захват картинки осуществляет программа диагностики, то в специализированном формате.

HI*DEF Plus LF фиксирует изображения из любого аналогового источника видеосигнала с высокой точностью и качеством, предоставляет диагностически - качественные изображения для программы коррекции изображения. Некоторые из этих программ включают медицинское отображение типа Teleradiology и PACS, а также сбора данных из компьютерных рабочих станций с высоким разрешением. Самое высокое качество изображения гарантируют режимы HI*DEF: 0.5 ns pixel jitter, 50 dB – отношение сигнала к шуму, минимальная нелинейность, и авто - стабилизация температуры.

Основные характеристики HI*DEF Plus LF

Bus	ISA
Pixel Rate	Up to 30 MHz
Horizontal Frequency	Up to 25 kHz
Inputs	Up to 4
Memory	2 MB
Pixel Jitter	±0.5 ns
vBits per Pixel	8 bits
External Trigger	Yes
Software Platforms	Windows 95 Windows 98 Windows NT 4.0

Формат файла получаемого изображения

Изображения, переданные в персональный компьютер, сохраняются в определенном специализированном формате. Этот формат подразумевает сохранение в файле изображения дополнительной информации о пациенте, исследовании, физических параметрах изображения и т. п.. Структурная схема данного формата представлена на рис. 2.

рис. 2 Формат файла изображения.

Два килобайта в данном файле выделяются под информационное поле. В этом поле содержится:

• Идентификация пациента;

• Режимы, в которых было получено изображение;

• Размер матрицы изображения N_x, N_y;

• Дата исследования;

• Разрешение изображения (бит/пиксель);

• Индивидуальный номер изображения;

• Специализированная информация.

(Полная информация о содержании информационного поля представлена в приложении 1).

Далее следует матрица значений, содержащая в себе само изображение в специализированном формате.

Имя файла изображения, тоже имеет специализированный формат, показанный на рис.3.

рис. 3 Формат заголовка файла изображения.

В имени файла, первый символ ( i или p ) указывает на метод сохранения файла. ( p – с сжатием, i – без сжатия ). Последующие 7 символов являются уникальным номером пациента или исследования (в зависимости от того, где применяется данная программа). В расширении файла, первый символ указывает на номер исследования, последующие две указывают на номер среза (измерения).

Персональный компьютер первичной обработки

Основные требования, предъявляемые к персональным компьютерам, осуществляемым первичную обработку данных, с дальнейшей их пересылкой по сети можно разделить на 3 группы:

1. Осуществление быстрой и качественной передачи данных из компьютерного томографа в персональный компьютер.

2. Возможность первичной обработки и визуализации полученных данных.

3. Осуществление быстрой передачи данных в компьютерную сеть для осуществления дальнейшей обработки.

В компьютере должна быть установлена система, обеспечивающая возможность организации телеконференции с удаленным пользователем в реальном времени. Обеспечена возможность подключения печатающего устройства и устройства архивации данных. Очень высокие требования выдвигаются к визуализации изображения, полученного с компьютерного рентгеновского томографа. Разрешение картинки должно быть не менее 1280 х 1024, и цветностью в 16 тыс. цветов (256 градаций серого). Для обеспечения возможности быстрого отображения, видеокарта должна содержать не менее 8 Мбайт памяти. Монитор должен поддерживать данное разрешение и обеспечивать частоту развертки не менее 75 гц. Размер зерна не более 0.26 dpi, и иметь размер диагонали не менее 15 дюймов. Необходимость обеспечения быстрой обработки данных должно быть обеспечено за счет высокопроизводительной системы на базе микропроцессора Pentium II, с тактовой частотой не менее 500 МГц, наличие 128 и более Мбайт памяти. Для временного хранения информации в персональном компьютере должен быть установлен жесткий диск размером не менее 3.2 Гбайта, поддерживающий стандарт Ultra SCSI2. Для обеспечения надежности передачи и сохранности информации к персональному компьютеру должен быть подключен источник бесперебойного питания. Для высокоскоростной передачи данных по сети, в персональном компьютере должна быть установлена сетевая карта со скоростью передачи не менее 10 Мбит/сек. Для обеспечения телеконференции в компьютере должен быть установлен frame grabber с поддержкой формата сжатия видео сигнала MJPEG и встроенным звуком. Для обеспечения возможности архивации данных в нештатных ситуациях в ПК должно быть предусмотрено подключение ZIP драйвера, для сохранения информации на магнитном ленточном носителе. Исходя из всего вышесказанного, приблизительная конфигурация ПК первичной обработки информации представлена в таблице 1.

Для обеспечения работы ПК на нем устанавливается операционная система WindowsNT Workstation. А так же программное обеспечение управления видеоконференциями (Microsoft NetMeteeng или подобная). А также специализированна независимая сервисно – диагностическая консоль для управления и обработки поступающей медицинской информации.