Page 64 - IFM_201304_vB 150 dpi

vol. 2 4/2013 Inżynier i Fizyk Medyczny
artykuł naukowy \ scientific paper
224
ultrasonografia \ ultrasound
czasu (np. porównuje się obraz skóry z blizną przed wykonaniem
zabiegu mającego na celu jej likwidację, po 4 tygodniach od wyko-
nania zabiegu oraz po zakończeniu terapii). Taki sposób analizy jest
poszukiwaniem wizualnych cech podobieństwa i cech różnicujących
pomiędzy obrazami ultrasonograficznymi w celu opisu ich właści-
wości. W aspekcie klasyfikacji obiektów w obrazie USG jest to pro-
ces określenia przynależności do dychotomicznych kategorii stanu
zmieniony/niezmieniony lub chory/zdrowy. Definicje tych stanów
dla różnych ekspertów czytających zdjęcia mogą się jednak czasem
różnić, ale powinny być to różnice niewielkie, które zasadniczo nie
powodują zmiany tych kategorii.
Drugim typem analizy obrazowej jest analiza ilościowa, w której
oceny zdjęć dokonuje się w oparciu o wartości liczbowe estymowanych
parametrów opisujących właściwości skóry wwizualizacji natężeniowej
zjawiska echogeniczności. Stąd też typowo przedmiotem zaintereso-
wania są następujące mierzone parametry: grubości echa od naskórka,
grubości skóry właściwiej, grubości warstwy SLEB, wartości pola po-
wierzchni obiektów, wartości echogeniczności skóry właściwej, przy
czym te dwa ostatnie wykonywane dla określonych przekrojów lub
obszarów.
Pomiary odległości warstw skóry, pola powierzchni charakterystycz-
nych zmian, objętości obszarów o różnych cechach to podstawowe na-
rzędzia diagnostyki ultrasonograficznej, które – oprócz wizualnej oceny
jakościowej – poprawiają pewność i obiektywizm diagnozy.
Podstawą obrazowania ultrasonograficznego jest zjawisko ech-
ogeniczności powstające w wyniku działania fal o długości poniżej
milimetra. Jest to zdolność badanej struktury biologicznej (tkanki) do
odbijania fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości. Wartość amplitu-
dy i opóźnienia odbitych fal tworzy obraz natężeniowy wizualizowany
jasnością obrazu USG. Obszary o obniżonej (tzw. hypoechogeniczny)
i o podwyższonej echogeniczności (hiperechogeniczny) tworzą obraz
ciemniejszy lub jaśniejszy od otoczenia struktury tkanki. Hypoechoge-
niczność pochodzi zwykle odmiękkich struktur, o zwiększonymukrwie-
niu, natomiast charakter hiperechogeniczny obrazu cechuje twarde
i zbite struktury o mniejszej zawartości wody, takie jak zwapnienia,
zrogowacenia, włókna kolagenu oraz tkanka kostna lub gazy. Obszary
zawierające płyny (różnego pochodzenia) dają obraz bezechowy.
Uzyskany z wizualizacji ultrasonograficznej obraz musimy potrak-
tować jako wynik pomiaru właściwości fizycznej (echogeniczności),
w którym poszczególne piksele obrazu mają przypisane wartości ze
skali jasności w zakresie 0-255 (gray level ). Aby obraz opisać lub scha-
rakteryzować, trzeba przejść na poziom jego opisu poprzez obiekty.
Rozpoznanie elementów tworzących wyodrębnione obiekty o cha-
rakterystycznych cechach wizualnych na tle ciemnego tła to proces
interpretacji obiektowej zbioru pikseli. Jest to proces kognitywny
wymagający przypisania znaczenia obiektom na wyższym poziomie
syntaktycznym opisu symbolicznego. Sposób, w jaki odbywa się ten
proces w ludzkim systemie widzenia, ciągle stanowi przedmiot badań.
Jego zrozumienie i wykorzystanie jako procedury prowadzi do tego,
że poszczególne czynności w tym procesie rozpoznawania mogą być
realizowane również w systemach maszynowego rozpoznawania ob-
razu według określonych algorytmów. Algorytmy opisujące działanie
szeregowych i równoległych procesów bazują w istocie na sposobach
zbliżonych do tych, które charakteryzują czynności kognitywne. Cała
ich złożoność obliczeniowa i hierarchiczność przetwarzania w celu
rozpoznawania i opisu parametrów obrazu może być przyspieszona
i zautomatyzowana.
Obraz skóry w projekcji USG cechuje się brakiem zgrupowań pikseli
o podobnych właściwościach (np. wartości jasności) tworzących wy-
raźne obiekty. Z uwagi na ich nieciągłości topologiczne nie tworzą się
spójne duże obiekty lubwarstwy, któremoglibyśmy rozpoznać poprzez
istnienie czytelnego brzegu rozgraniczającego obszary pomiędzy sobą
i wydzielającego z ciemnego tła. Nie tworzą się również ciągłe łańcu-
chy pikseli (o podobnych wartościach jasności) ułożonych stycznie
obok siebie, które można uznać za wyraźny brzeg obiektu/obiektów.
W sensie intuicyjnej interpretacji dostrzegamy jednak pewne zgrupo-
wania, które mogłyby być traktowane jako „małe obiekty” o właściwo-
ściach miękkich brzegów przy obserwowanym braku ich spójności. Te
„rozmyte obiekty”, widoczne w powiększeniu obrazu USG skóry, mają
wewnętrzne „dziury” złożone z ciemniejszych pikseli. Przyjęcie takich
założeń może prowadzić do opracowania sposobów wyodrębniania
obszarów zawierających „obiekty”, traktowane dalej jako zgrupowania
pikseli, o przeważających cechach jasności (w tym dużej jasności) i wy-
dzielenia (w procesie segmentacji) tych obiektów z ciemnego tła. Wpo-
dobny sposób w kolejnych operacjach można określić warstwy (obiekty
położone prawie równolegle tworzące warstwy lub obwiednie) o róż-
niących się jasnościach. Można dla nich określić obwiednie lokalizujące
te warstwy lub inne duże obiekty normoechogeniczne. Piksele obrazu
USGopisująwzględnewartości echogeniczności, pozwalającewyróżnić
różne struktury i warstwy skóry oraz wtrącenia bezechowe.
Pomiary grubości echa
od naskórka, skóry właściwej, SLEB
Pomiary liniowe odległości pomiędzy punktami na dwuwymiarowej re-
prezentacji uzyskanego pola echa pozwalają określić grubości warstw
i odległości pomiędzy charakterystycznymi punktami. Granice warstw
wyznaczane poprzez piksele w obrazie są przeliczone na odległość
w milimetrach, a wizualizowany obraz zawiera nałożone znaczniki mili-
metrowe. Przekształcenie przestrzeni pola echa nie jest równomierne
w obu kierunkach, wobec czego odległości znaczników są różne (Rys. 3).
Rys. 3 Ultrasonograficzny obraz skóry wysokich częstotliwości (Epi-
scan 50 MHz) z widocznymi, nierównomiernie rozłożonymi znacznikami
milimetrowymi
Zaletą takiego obrazu cyfrowego jest łatwość wykonania pomia-
ru odległości pikselowej pomiędzy punktami, co wymaga jednak