Диссертация (1149678)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразования«Санкт-Петербургский государственный университет»На правах рукописиБабин Андрей ВладимировичМатематическое моделирование в радионуклидныхтомографических исследованиях сердцаСпециальность 05.13.18 – Математическое моделирование, численныеметоды и комплексы программДиссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наукНаучный руководительдоктор физико-математических наук,профессор Котина Е.Д.Санкт-Петербург2015Содержание работыВведение ................................................................................................................... 4Глава 1.
Радионуклидная диагностикa ................................................................ 19§ 1.1 Планарная сцинтиграфия .............................................................. 21§ 1.2 Однофотонная эмиссионная компьютерная томография .......... 24§ 1.3 Позитронно-эмиссионная томография ........................................ 26§ 1.4 Радионуклидные методы диагностики сердца............................ 291.4.1 Томовентрикулография сердца .......................................... 291.4.2 Перфузионная томосцинтиграфия миокарда,синхронизированная с ЭКГ ...............................................
35Глава2.Математическоемоделированиеиобработкаданныхдлярадионуклидных кардиологических исследований ...................... 37§2.1Алгоритмобработкирадионуклидныхкардиологическихисследований ...............................................................................
38§ 2.2 Математическая модель и алгоритмы оконтуривания желудочковсердца в задачах обработки исследований томовентрикулографиисердца ........................................................................................... 42§ 2.3 Математическая модель и алгоритмы оконтуривания желудочковсердцавзадачахобработкиисследованийперфузионнойтомосцинтиграфии миокарда, синхронизированной с ЭКГ ... 52§ 2.4 Вычисление диагностических параметров..................................
64§ 2.5 Построение диаграмм «бычий глаз» ............................................ 68Глава 3. Построение параметрических изображений........................................ 73§ 3.1 Построение параметрических изображений на основе вейвлет –анализа ......................................................................................... 76п.
3.1.1 Построение параметрических изображений на основевейвлета Морле ................................................................... 792п. 3.1.2 Построение параметрических изображений на основевейвлета Шеннона .............................................................. 81п. 3.1.3 Построение параметрических изображений на основе В –сплайного вейвлета порядка M ......................................... 83§ 3.2 Построение параметрических изображений, характеризующихсистолическую и диастолическую асинхронию ...................... 84§ 3.3 Сравнительный анализ параметрических изображений ............ 87Глава 4. Программы обработки радионуклидных кардиологических исследований...................................................................................................................
92§ 4.1 Программное обеспечение обработки томовентрикулографии сердца....................................................................................................... 92§4.2Программноеобеспечениеобработкиперфузионнойтомосцинтиграфии миокарда .................................................. 100п. 4.2.1 Программное обеспечение обработки перфузионнойтомосцинтиграфии миокарда левого желудочка ........... 101п. 4.2.2 Программное обеспечение обработки перфузионнойтомосцинтиграфии миокарда правого желудочка ........
109Заключение .......................................................................................................... 116Список литературы ............................................................................................. 1173ВведениеРабота посвящена математическому и компьютерному моделированию взадачах обработки радионуклидных кардиологических исследований. Одним изважнейших направлений использования методов радионуклидной диагностики(однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), позитронноэмиссионная томография (ПЭТ)) в мире является кардиология.
Сердечнососудистые заболевания являются одними из самых распространенных, а попоказателям смертности – самыми опасными. Это ставит задачу диагностикиработы сердца на одно из первых мест. Для решения такой задачи применяютсяультразвуковые, магнитно-резонансные и радионуклидные методы. Благодарясвоей высокой диагностической точности и надежности, радионуклидные методыдиагностики сердца получили большую значимость и распространенность. Однимиз преимуществ радионуклидных методов диагностики является тот факт, чторадиофармпрепараты, вводимые в кровь пациента во время проведенияисследования, непосредственно участвуют в обмене веществ в кардиомиоцитеили в других звеньях физиологических процессов, происходящих в сердце.Радионуклидные методы, являясь одними из самых современных методовфункциональнойдиагностикизаболеванийсердечно-сосудистойсистемы,требуют применения современных математических методов обработки и анализаданных, получаемых в ходе проведения исследования.
Математическая обработкаданных, полученных радионуклидными методами, позволяет из огромного набораданных выделить важную диагностическую информацию. Одними из самыхсовременныхрадионуклидныхметодовдиагностикисердцаявляютсяперфузионная томосцинтиграфия миокарда и томовентрикулография сердца.
Дляпроведениясоответствующихисследованийиспользуютсяоднофотонныеэмиссионные компьютерные томографы и позитронно-эмиссионные томографы.Вовремяпроведенияисследованияинформационныйсинхронизировано с сигналом электрокардиографа (ЭКГ).4сборпроводитсяПерфузионнаятомосцинтиграфиямиокардаиспользуетсядлядифференциальной диагностики ишемической болезни сердца, определениясостояния миокарда и полости правого и левого желудочков сердца, и для оценкирезультатов лекарственного, хирургического и реабилитационного лечения. Наоснове результатов исследований томовентрикулографии сердца определяютсяобъемы желудочков сердца, фракции выброса желудочков, гемодинамическиепараметры.
На основе данных томовентрикулографического исследования можносудить о глобальной и локальной сократимости желудочков сердца.Методы томовентрикулографии сердца и перфузионной томосцинтиграфиимиокарда активно развиваются и изучаются в мире. Ежегодно проходятмеждународные конгрессы и конференции по данной тематике. Однако, не такмного отечественных статей посвящено математическому моделированию иобработкеданных,полученныхнаосновеуказанныхрадионуклидныхтомографических методов.
Поэтому разработки в области математическогомоделирования иобработки данных радионуклидных методов диагностикисердца, направленные на повышение их качества и информативности являютсяактуальными.Цель диссертационной работыЦелью диссертационной работы является разработка математическихмоделей, алгоритмов и программного обеспечения для обработки данныхрадионуклидных кардиологических исследований.Научная новизна1. Разработан общий алгоритм обработки данных томовентрикулографиисердца и перфузионной томосцинтиграфии миокарда, синхронизированной сЭКГ;2. Разработаны математические модели и алгоритмы для построения контуровправого и левого желудочков сердца для исследований томовентрикулографиисердца и перфузионной томосцинтиграфии миокарда, синхронизированной сЭКГ;53.
Разработаны алгоритмы построения функциональных изображений правогои левого желудочка сердца с использованием вейвлет-анализа;4. Разработано программное обеспечение для обработки исследованийтомовентрикулографии сердца и перфузионной томосцинтиграфии миокарда,синхронизированной с ЭКГ.Апробация работыРезультаты диссертации были представлены на различных научныхконгрессах и конференциях: международная научная конференция «Процессыуправления и устойчивость» (Санкт-Петербург, 2012, 2013); 23-й международныйсеминар по ускорителям заряженных частиц (XXIII International workshop oncharged particle accelerators) (Алушта, 2013); Международная конференция покомпьютерным технологиями в физических и инженерных приложениях(International conference on computer technologies in physical and engineeringapplications) (Санкт-Петербург, 2014); 20-й Международный семинар по динамикепучков и оптимизации (XX International workshop on beam dynamics andoptimization)(Санкт-Петербург,научно-практическая2014);конференция"Радиационные технологии: достижения и перспективы.
Ядерная медицина"(Ялта, 2014); конгресс Российской ассоциации радиологов (Москва, 2014); IXВсероссийский национальный конгресс лучевых диагностов и терапевтов«Радиология – 2015» (Москва, 2015); 28-й Конгресс европейской ассоциацииядерной медицины (Гамбург, Германия, 2015).ПубликацииРезультаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах,из которых 4 – в статьях, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАКРФ для опубликования результатов диссертаций на соискание ученой степеникандидатанаук.Потемеисследованияполученогосударственной регистрации программ для ЭВМ.64свидетельстваоСтруктура и объем диссертацииДиссертационная работа содержит 127 страниц текста и состоит извведения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 100наименований.Основные положения, выносимые на защиту1.
Алгоритмобработкиданныхтомовентрикулографиисердцаиперфузионной томосцинтиграфии миокарда, синхронизированной с ЭКГ.2. Математические модели и алгоритмы оконтуривания правого и левогожелудочков сердца, на основе данных перфузионной томосцинтиграфии миокардаи томовентрикулографии сердца.3. Алгоритмы построения функциональных изображений на основе вейвлетанализа для визуализации асинхронии левого и правого желудочков.4. Программноеобеспечениедляобработкиданныхперфузионнойтомосцинтиграфии миокарда, синхронизированной с ЭКГ.5.
Программное обеспечение для обработки данных томовентрикулографиисердца.Основное содержание работыВо введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированыцели,научнаяновизна,практическаязначимостьиапробацияработы,представлены основные положения, выносимые на защиту, описана структура иобъем работы.
Также представлено краткое содержание диссертации.В первой главе приводятся основные характеристики и принципы работытаких устройств как гамма-камеры, гамма-томографа и позитронно-эмиссионноготомографа, даются основные понятия и определения. Указанные устройстваиспользуютсядляполученияинформацииораспределениирадиофармацевтического препарата (РФП) в исследуемой области.Также приводится описание таких радионуклидных томографическихисследований сердца как томовентрикулография сердца и перфузионнаятомосцинтиграфия миокарда, синхронизированная с ЭКГ. В основе указанныхметодов лежат понятия однофотонной эмиссионной компьютерной томографии7(ОФЭКТ) и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Для проведенияисследований ОФЭКТ и ПЭТ используются гамма-томографы и позитронноэмиссионные томографы.Во второй главе рассматриваются математические модели в задачахобработкиисследованийтомовентрикулографиисердцаиперфузионнойтомосцинтиграфии миокарда, синхронизированной с ЭКГ.Большое количество зарубежных статей посвящено обработке данныхтомовентрикулографии сердца и перфузионной томосцинтиграфии миокарда.
Всвязи с развитием медицинской аппаратуры и компьютерной техники развивалисьи алгоритмы сегментации левого и правого желудочков сердца, моделижелудочков становились все более сложными, от геометрических примитивов(например, левый желудочек представлялся в виде эллипсоида) к сложнымтрехмерным объектам, здесь можно выделить статьи [9, 10, 37, 38, 47, 63, 85].
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
