Оцифровка рентгеновских снимков для телемедицинских консультаций: собственные исследования и опыт коллег

Южный окружной медицинский центр (ЮОМЦ) это 12 филиалов в 5 субъектах Южного федерального округа: Астраханская, Волгоградская, Ростовская области, Краснодарский край, Республика Дагестан. Основная задача Центра предоставление жителям округа высокотехнологичных видов медицинской помощи (ВТМП). Консультативная медицинская помощь является одним из главных направлений в работе филиалов Центра, например все пациенты, направляемые на ВТМП в ЮОМЦ или специализированные медицинские центры, должны предварительно получить телмедицинскую консультацию (ТМК) по профилю основного заболевания. В целях максимально более полного охвата жителей ЮФО телеконсультациями в 2004 г. мы приступили к работе по формированию телемедицинской сети в филиалах Центра и субъектах округа. Главная цель телемедицинского проекта ФГУ «ЮОМЦ Росздрава» повышение качества предоставляемых услуг, снижение их себестоимости и совершенствование системы управления. Задачи по повышению качества предоставляемых медицинских услуг: 1) обеспечение полноты предоставляемой информации, 2) своевременное предоставление информации, 3) оперативная обработка данных, 4) проведение удаленных консультаций.

Основные телемедицинские задачи: 1) сбор обработка медицинской информации; 2) визуализация информации (оцифровка); 3) обмен информацией по телекоммуникационным сетям.
Функционирует телемедицинская сеть ЮОМЦ: созданы 3 телемедцентра в Клинических больницах №13 (РостовнаДону, Астрахань, Волгоград). В настоящее время проводится создание единого те
лемедицинского пространства, включающего в себя объединение всех территориально удаленных филиалов Центра путем организации связи через выделенные каналы или по технологии ADSL, для оказания консультативных услуг прикрепленному контингенту, жителям ЮФО и ближнего зарубежья (прежде всего Украины и Казахстана). Важнейшая задача интеграция в сеть наших филиалов на основе малозатратных технологий, используя возможности электронной почты и программного обеспечения (ПО) «SKYPE» (аудиовидеосвязь, передача данных, чат), как для проведения ТМК, так и с целью дистанционного обучения.

Для нормальной работы телемедицинского центра/пункта, кроме прочих условий, требуются средства (ПО и оборудование) для оцифровки медицинских изображений, и, в первую очередь рентгенограмм:
• компьютерное оборудование: обработка, визуализация, хранение и пересылка информации для ТМК в режимах offline и online и телелекций;
• сопрягающие устройства оцифровка и преобразование информации в электронный вид: сканер (просветный), цифровые фото и видеокамеры, в online режиме документкамера;
• средства мультимедиа: обмен разнородной, т.н. мультимедийной информацией как в реальном времени, так и в отложенном режиме;
• программное обеспечение;
• медицинские системы с цифровым выходом возможность работы с неискаженной медицинской информацией.

Передача изображений:
1) Оцифровка графических материалов, в т.ч. на прозрачных носителях: планшетный просветный сканер (желательно формат А3); цифровая камера для съемки с негатоскопа; передача изображений непосредственно с медицинского оборудования, имеющего цифровой выход и международный стандарт DICOM.
2) Передача графических (кадров полутоновых и цветных) изображений стандарт компрессии jpeg, оптимизирующий соотношение между степенью сжатия и качеством воспроизводимого изображения, или tiff, gif с разрешением не менее 300 dpi.

По широте применения сканеры один из наиболее универсальных приборов в телемедицине. Они применяются для преобразования различных изображений (рентгенограммы, сонограммы, компьютерные томограммы, ЭКГ и др.) в форму, пригодную для компьютерной обработки и передачи по цифровым линиям связи. Следует иметь возможность сканировать прозрачные оригиналы (просвет ные слайдмодули). Для подготовки информации для ТМК целесообразно применять полупрофессиональные и профессиональные сканеры. Цифровые фотокамеры являются незаменимым устройством для съемки различных объектов внешнего вида и кожных покровов пациентов, предметных стекол под микроскопом и т.п. Наиболее часто в работе ТМЦ применяют следующие устройства ввода: сканеры, цифровые фото и видеокамеры, документкамеры, платы видеооцифровки .

Телемедтехнологии обусловливают необходимость получения цифровых рентгенизображений. Внедрение цифровых рентгенаппаратов в медучреждениях отстает от потребностей телемедицины, чрезвычайно актуальным является вопрос оцифровки имеющихся на твердых прозрачных носителях «классических» рентгенограмм с негативным изображением (равно как и различных томограмм).

Основные способы получения цифрового изображения с твердого прозрачного носителя:
1) сканирование: сканер должен быть «просветным», что увеличивает его стоимость по сравнению с обычными моделями;
2) фотографирование на цифровой фотоаппарат (ЦФА), т.к. основной носитель рентгеновских изображений рентгеновская пленка, а визуализация происходит путем просвечивания на негатоскопе, указанный способ оцифровки имеют специфику: фотографирование должно вестись с помещением пленки на негатоскоп, что вызывает некоторые технические трудности, в частности связанные с появлением бликов.

Оптимально иметь в наличии и сканер и цифровую камеру, но в ряде случаев необходимо принять решение о выборе наиболее оптимального средства для осуществления малозатратных ТМК:.
просветный сканер А3 оптимален, но стоимость его чревычайно высока;
просветный сканер А4 более доступен, стоимость ниже, но цифровые изображения нуждаются в дополнительной программной обработке (рентгенограммы большего формата придется «резать» на фрагменты, «склеивать», следствие потеря времени и качества).

Каковы альтернативные возможности?
1. Диагностическое оборудование, медицинские системы с цифровым выходом распространены в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ) недостаточно широко, имеют высокую стоимость, стандарт DICOM (опционально в диагностическом оборудовании, но покупатель в большинстве случаев не информирован о наличии оного) подключается за дополнительную плату.
2. Локальные корпоративные сети есть далеко не во всех ЛПУ, что также снижает шансы подключить опцию «стандарт DICOM».
3. Даже при наличии диагностического оборудования с цифровым выходом и подключенным стандартом DICOM существует проблема оцифровки прозрачных носителей с результатами исследований, сделанных ранее и/или в других ЛПУ.

4. Вероятно, наиболее приемлемый вариант по шкале «ценакачество» цифровая камера
Мы провели работу по сравнению качества оцифровки различными методами и ряд телесеминаров с коллегами (Архангельск, Россия, Донецк, Украина): одни и те же исходные рентгенограммы были отредактированы специалистами трех ТМЦ.

Рассмотрим оцифровку рентгеновских снимков в телемедицинской практике.
В виду того, что врач-консультант при проведении телемедицинской консультации не имеет прямого контакта с пациентом, не может провести самостоятельно его объективное обследование, ему во многом приходится полагаться на данные, которые ему передает по электронным каналам лечащий врач пациента и те субъективные данные, что пациент рассказывает о себе сам во время видеоконференции. Самыми важными элементами переданных лечащим врачом данных являются подробная выписка из истории болезни и цифровые копии медицинских изображений на прозрачных и непрозрачных носителях, фотографии и видеоизображение внешнего вида и пораженных участков тела пациента.

В идеале специалист при подготовке заявки на телемедицинскую консультацию отправляет цифровые копии медицинских изображений (рентгенограммы, томограммы) в формате DICOM, чаще же приходится работать с оцифровкой копий медицинских изображений на прозрачных носителях, что породило множество вариантов решения этой проблемы. Вкратце перечислим рекомендации, которые нам дают коллеги в сети Интернет по этому поводу, которые у большинства наверно вызовут улыбку, но все же «опыт есть опыт»: сканирование производится при снятой крышке сканера, с использованием электролампы мощностью 300500 вт; надо установить электролампу над рентгенограммой на высоте 1520 см, добиваясь максимально ровного освещения снимка; рентгенограмму помещаем на сканер, включаем программу сканирования; при прохождении лампы сканера под рентгенограммой можно плавно проводить электролампой над снимком. Еще возможно: положить на обычный сканер зеркало, положить на обычный сканер включенный негато скоп, сканировать рентгенограмму формата A3 сканером формата A4 со слайдмодулем по частям, а затем объединять полученные изображения.

Недавно мы сами опробовали данные методики оцифровки прозрачных носителей, наиболее приемлемым нам показался только последний вариант.

Если обратится к опыту, который накопился в Архангельском областном центре телемедицины за более чем 10 летний опыт работы, скажем, что для оцифровки медицинских изображений на прозрачных носителях мы бы рекомендовали использовать специализированные сканеры со слайдмодулем формата A3. К сожалению, стоимость данных сканеров достаточно велика по сравнению со стандартными, так как они относятся к разряду профессиональных. Обеспечить все телемедицинские студии нашей областной сети данными сканерами у нас пока не получилось, поэтому основным вариантом оцифровки для наших специалистов стало фотографирование медицинских изображений на прозрачных носителях на негатоскопе цифровым фотоаппаратом.
Основые требования к цифровому фотоаппарату: производитель Canon, Sony, Nikon* и прочие компании, специализирующиеся на выпуске подобной техники, общее число пикселов 57 Мпикс, оптический зум, автофокусировка.

Для этих целей в нашем центре в последние годы мы используем Canon PowerShot S70*, результаты оцифровки высоко оцениваются как нашими рентгенологами, так и консультантами других лечебно-профилактических учреждений.

Алгоритм оцифровки: 1) прозрачный носитель фиксируется на негатоскопе; 2) фотоаппарат устанавливается на штативе; 3) максимально приближается изображение (Zoom); 4) отключается вспышка на фотоаппарате; 5) проводится серия снимков; 6) в графическом редакторе проводится обрезка неинформативных частей изображения, устанавливается черно-белый режим, уменьшается высота и ширина изображения.

Качество получаемого изображения во многом зависит от качества первоначальных снимков, но на это повлиять мы в большинстве случаев не сможем. «Маленькие снимки» (например флюрограммы) лучше сканировать сканером формата А4. На рисунке 1 представлена оцифрованная рентгенограмма после обработки графическим редактором. Далее рассмотрим оцифровку медицинской информации для формирования электронной истории болезни. Предмет телемедицины передача посредством телекоммуникаций и компьютерных технологий всех видов медицинской информации между отдаленными друг от друга пунктами. Одна из основных задач телемедицинской консультации предоставить отдаленному эксперту оцифрованную медицинскую информацию о пациенте с максимально высокой диагностической ценностью при минимальном физическом объеме. Следовательно, необходимо добиться как можно меньшего размера файла(ов) с минимальными потерями диагностической ценности.

Ранее определены следующие аспекты подготовки медицинских изображений к телеконсультированию. Оцифровка медицинской информации (цит. по [1]):
первоначальное получение результатов визуализирующих методов обследования в цифровом виде (используется компьютеризированная диагностическая аппаратура);
оцифровка результатов визуализирующих методов обследования с твердых носителей (бумага, фотопленка и т.д.).

Сканирование информации:
• с твердых непрозрачных носителей: текст и графические изображения на бумаге, фотографии и т.д.;
• на прозрачных носителях (пленка) с помощью слайдмодуля;
• на прозрачных носителях (пленка) в проходящем свете.

Цифровая фотосъемка:
• данных визуализирующих методов исследования (с бумажных, пленочных и иных видов носителей);
• locus morbi или общего вида пациента, в т.ч., возможно получение «серийных снимков» или немой низкокачественной видеозаписи движений, мимики, походки и т.д. пациента;
• лечебных и диагностических процедур и операций;
• медицинской документации для архивирования. Подготовка оцифрованной медицинской информации максимальная диагностическая ценность; минимальный физический объем.

Безопасность:
• анонимность (убираем личные данные о пациенте);
• устранение неинформативных разделов («обрезка неинформативной области снимка»);
• уменьшение объема без потери диагностической ценности;
• коррекция изображений без потери диагностической ценности: настройка "Режим цвета" серош кальный, Настройка "Яркость" Контрастность.

Что предпочтительнее для оцифровки, зависит от того, какие клинические задачи ставятся, какие виды информации преимущественно будут пересылаться. Если речь идет сугубо о телерадиологии тогда тактически сканер предпочтительнее. Но как быть при передаче цитологических изображений, вида места болезни (дерматология, раны, онкология)? По нашим данным, системы видеоконференц связи (ВКС) не позволяют качественно показать дерматологический locus morbi.
В идеале ТМЦ должен иметь все возможности, но финансовый барьер зачастую оказывается непреодолимым. Поэтому, нужно отталкиваться от конкретных клинических задач.
Фотосъемка рентгенограмм, томограмм на негатоскопе:
• наличие штатива не критично;
• при фотосъемке лучше использовать режим без вспышки;
• при фотосъемке лучше использовать режим макросъемки (в большинстве камер обозначается значком «цветок»);
• общее освещение оценивается каждый раз индивидуально.
Редактирование:
• чернобелый режим в ЦФА искать не надо, се рошкальная палитра изображения устанавливается в любом графическом редакторе (Adobe опция меню Image Mode Gray Scale; Corel PhotoPaint опция меню Image Convert to Grayscale);
• иногда требуется редактирование яркость контрастность (Adobe опция меню Image Adjust Brigtness/Contrast; Corel PhotoPaint опция меню Adjust Brigtness/Contrast/Intensity);
• размер изображения зависит от специальности
• в ортопедии достаточный размер 500х500 пикселей, во фтизиатрии минимум 1500х1500;
• установка размера изображения (Adobe опция меню Image Image Size (не забыть переключиться в пиксели справа выбор единицы измерений); Corel PhotoPaint опция меню Image Resample).

Нужно использовать:
• цифровые фотокамеры не менее 7 мегапикселей, с полноценным объективом, оптическим и цифровым зумом, макросъемкой, наличием ручных настроек (Canon, Samsung, Olympus * последние модели);
• обычные планшетные сканеры для бумаги;
• вебкамеры (любые) как средство для коммуникации (но не для диагноза!);
• при достаточном финансировании телемедицинские камеры (General Examination Camera PAL Format) AMD2500P* или KODAK* PointofCare CR 120/CR 140 для радиологии;
• в большинстве случаев врачейрадиологов качество цифровых снимков, полученных фотокамерой, устраивает;
• нужно сделать серию тестовых консультаций для уточнения взаимных требований и нюансов.

Камерами мы успешно пользуемся и в ортопедии (снимки «низкого» качества), и во фтизиатрии (снимки структурные, «высокого» качества). Камера позволяет оцифровывать locus morbi, причем если использовать вышеозначенные характеристики то можно работать и с дерматологией, и с онкологией, и с хирургией.

Рекомендации по подготовке (оцифровке) рентгеновских снимков для телемедицинских консультаций.
Проблемой остается человеческий фактор. Некоторые рентгенологи считают, что фото рентгени изображений «можно использоваться при диагностике несложных случаев» (но каковы критерии «сложного» и «не сложного» случая, как можно формализовать данные тезисы), а для «консультации заболеваний, требующих сложной дифференциальной диагностики, использование просветного сканера является оптимальным решением». Хотя зачастую отмечается, что после обработки в графическом редакторе фотографии выглядят «диагностически значимей». Проблемой остается восприятие рентгенограммы с дисплея компьютера.

Нами была проведена сравнительная оценка цифрового изображения рентгенограмм, полученных путем фотографирования на цифровые фотоаппараты PENTAX* Optio M10 с разрешением 6Мп и OLYMPUS* FE115 с разрешением 5Мп, а также путем сканирования просветным сканером Microtek* 9800XL. Для проведения оценки были отобраны ряд рентгенограмм хорошего качества, отражающих различные методы исследования, как контрастные, так и бесконтрастные. Затем была проведена обработка полученных изображений с помощью программы Adobe PhotoShop*.

Критерии качества выполненной рентгенограммы:
1. Четкость рентгенограммы. Для каждого из видов рентгенограмм существуют детали, по которым судят о четкости снимка, они должны быть четко очерчены. Например, для рентгенограммы органов грудной клетки (ОГК) показателем является четкость верхних контуров ребер и куполов диафрагмы. Для костной ткани (в норме) четкость структурных костных балок.
2. Контрастность рентгенограммы. Понятие субъективное и может быть переменным. Стандартно, для рентгенограммы ОГК срединная сердечнососудистая тень и тень печени должны быть почти белыми, ребра серыми, а легочные поля на участках, где нет ребер почти черными.

Способы получения цифрового рентгеновского изображения:
1. Использование цифровых рентгеновских аппаратов.
2. Сканирование просветным сканером.
3. Фотографирование ЦФА рентгенограмм с последующей обработкой в Adobe Photoshop.
Оценка цифрового изображения рентгенограмм, полученных:
фотографированием на ЦФА (PENTAX Optio M10 с разрешением 6mp, OLYMPUS FE115 с разрешением 5mp),
сканированием просветным сканером Microtek 9800 xl.
Сравнительная оценка цифрового изображения рентгенограмм.

Следует отметить, что изображения, полученные путем сканирования просветным сканером, не требуют программной обработки, отвечают всем требованиям к качеству рентгенограмм и имеют максимально возможную для данного исследования диагностическую ценность.

Изображения, полученные путем фотографирования рентгенограмм на негатоскопе, теряют один из важнейших критериев оценки качества рентгенограмм четкость, в меньшей степени ухудшается контрастность. Это происходит вследствие бликования светлых участков рентгенограммы, визуально «размывающего» контуры изображения, что наиболее сказывается на правильной интерпретации структуры и четкости контуров костной ткани, затемнений в легком, рельефа слизистой желудочно кишечного тракта, т.е. может негативно отразиться, например, на дифференциальной диагностике объемных образований. Однако, при обработке этих изображений с помощью программы Adobe PhotoShop, их информативность значительно повышалась, но, тем не менее, всетаки уступала информативности изображений, полученных с помощью про светного сканера, конкретно по параметру «четкость». Кроме того, с субъективной точки зрения врачарентгенолога, для различных видов рентгенограмм и, более того, для оценки различных параметров одной и той же рентгенограммы, те или иные режимы съемки фотоаппарата имеют разную пригодность, что обусловливает необходимость применения различных режимов съемки для каждой рентгенограммы, тем более, что выполнение этого условия практически не увеличивает экономических затрат.

Из всего вышесказанного нами сделан вывод: цифровые изображения, получаемые с помощью просветного сканера, являются наиболее качественными и диагностически ценными, что особенно важно для дистанционной консультации заболеваний, требующих сложной дифференциальной диагностики. Но, учитывая необходимость экономической целесообразности, можно допустить использование цифровых фотоаппаратов высокого разрешения.