A mellhártya betegségeinek diagnosztizálása és osztályozása az ultrahang csatorna adataival

Háttér és indoklás:

A mellhártya egy kétrétegű membrán, amely körülveszi a tüdőt. Anatómiailag zsigeri mellhártyára oszlik, amely a tüdő külső részéhez kapcsolódik, és a mellhártyához, amely a bordaív belső oldalához kapcsolódik. A mellhártyát érintő kóros folyamatok a „pleurális betegségek” néven szerepelnek, ideértve többek között a pneumothoraxot, a pleurális folyadékgyülemet és a különböző daganatokat. Ez a betegségcsoport viszonylag elterjedt, és bizonyítékként szolgál arra, hogy az irodalomban közölt előfordulási gyakoriság több mint 300-100 000 ember egy év alatt.

A pleurális betegség diagnosztizálása és értékelése különféle neuroimaging eszközök, például mellkas röntgenfelvételek, ultrahang, CT és MRI használatát foglalja magában. Leggyakrabban a mellkas röntgenfelvételét széles körben elfogadják a pleurális betegségek azonosításának első eszközeként, ahol az ultrahang, CT és MRI kiegészíti vagy szükség esetén diagnosztikai megerősítést jelent.

Az elmúlt néhány évben jelentős percepciós változás következett be a mellkasi ultrahang alkalmazásában a pleurális betegségek diagnosztizálására, mint a kialakuló és nem kialakuló helyzetek részeként. Az ultrahang kiváló képalkotó eszköznek bizonyult a pleurális betegségek felmérésére. Segédanyagként használják különféle klinikai helyzetekben, mint például a pneumothorax felismerése vészhelyzetekben, a pleurális folyadék egyszerű vagy összetett jellemzése, a mellhártya megvastagodása és a pleurális folyadék elhelyezkedése közötti különbségtétel stb. A diagnosztikai szempont mellett az ultrahang a mellkasi invazív műtétek elvégzésének eszközeként is szolgál. Növekszik a mellkas ultrahangos képalkotás alkalmazása, aminek következtében jelentősen javul a diagnózis minősége és csökken a különböző szövődmények gyakorisága.

Az ultrahangos vizsgálat hanghullámokat használ a különböző szervek szerkezetének és funkcióinak jellemzésére az egészség és a betegségek vonatkozásában. A vizsgálat nem jár ionizáló sugárzás alkalmazásával, így használata biztonságosabb, mint más technikák, például mellkasröntgen vagy CT-vizsgálat. Az ultrahang készülékben megszerzett és megtekintett képek valós idejűek, így a változások észlelhetők és kiértékelhetők, ami sok esetben befolyásolja a végső diagnózist. A teszt nem invazív, és nem igényli olyan kontrasztanyag használatát, amely allergiás reakciót vagy veseműködési károsodást okozhat. Ezen túlmenően a műszerek könnyebben használhatók az ágy melletti vizsgálatok során, és a legtöbb vizsgálat nem igényel különleges előkészületeket, kivéve néhány esetben akár 6 órás koplalást is.

A másik oldalon az ultrahangos vizsgálatnak vannak hátrányai is. A módszer nagymértékben függ a kezelő képességeitől, így a megfelelő minőségű információ előállításához és a pontos diagnózis felállításához nagy tapasztalat szükséges. Az ultrahang nem hatol át jól a csontokon, a vizsgálat minőségét rontja a transzducer és a vizsgált szerv vagy terület közötti levegő jelenléte. Emellett a teszt minősége nagymértékben függ az alany teszt közbeni együttműködésétől, például a testtartás megváltoztatásától és a mély légzéstől.

A szabványos 2D ultrahangkép létrehozásának standard technikáját most késleltetésnek és összegnek (DAS) hívják. A jelek továbbítása és vétele egy sor elemtől történik, és az egyes jelek megfelelő távolságával a jelkiolvasás a kívánt irányba és távolságra fókuszálható. A sok érzékelő szükségessége miatt jelentős mennyiségű adatra van szükség a kívánt 2D kép előállításához. Ez a tény erősebb processzorok használatának szükségességéhez vezet, ami magasabb energiafogyasztást, nagyobb és drágább operációs rendszereket eredményez. Ezért a szükséges minták számának csökkentése a jelek hatékony feldolgozása mellett lehetővé teszi a kiváló minőségű 2D kép létrehozását, miközben csökkenti a szükségtelen adatok terhét.

A Weizmann Intézet SAMPL Laboratóriuma ezt az adatfeldolgozási módszert ultrahangos vizsgálatokkal demonstrálta olyan helyhez kötött szerveken, mint a máj és a vese, ahol a jelfeldolgozáshoz szükséges elemek száma csökkenthető, hogy kisebb mennyiségű információval ultrahangképet tudjunk készíteni. , miközben nem tesz kompromisszumot a képminőségben.

Az orvosi kísérlet céljai:

A tanulmány célja a pleurális betegségek ultrahangos diagnózisának és jellemzésének javítása a Weizmann Intézet SAMPL laboratóriumában kifejlesztett új algoritmus segítségével. A cél egy olyan gyors és megbízható diagnosztikai eszköz létrehozása, amely összehasonlítható a ma használt ultrahangos képalkotással, miközben minimalizálja a mintavételi gyakoriságot és az információ mennyiségét.

Műszaki információk:

Az ultrahangos rendszer B-módú, M-módú és Doppler-működése lehetővé teszi a pleurális összetétel és dinamika térbeli, időbeli és mozgással kapcsolatos aspektusait. A kereskedelemben kapható orvosi ultrahangrendszerek által a B-módusú képalkotáshoz használt standard technika a késleltetés és az összegzés (DAS) sugárformálás. A DAS azonban gyakran korlátozott felbontású és kontrasztú képeket ad, amelyeket az ultrahang átalakító középfrekvenciája és rekesznyílása szabályoz. Az elemek nagy száma javítja a felbontást, ugyanakkor növeli az adatméretet és a rendszerköltséget az elemenként szükséges vevőelektronika miatt. Ezért nagyon fontos a vételi csatornák csökkentése a kiváló minőségű képek előállítása közben. A SAMPL-nél kifejlesztett módszerek és algoritmusok, mint például a Convolutional Beamforming Algorithm (COBA), használhatók az oldalirányú felbontás és kontraszt jelentős javítására. A COBA a gyors Fourier transzformációval is hatékonyan megvalósítható. Ezen koncepció alapján ritka sugárformálókat fejlesztettek ki, amelyek ugyanazt a sugármintát eredményezték, mint a DAS és a COBA, miközben sokkal kevesebb tömbelemet használtak. Az elemek számának optimalizálása közelítőleg négyzetgyök csökkenést mutat a szükséges elemekben a DAS-hoz képest. A javasolt módszerek teljesítményét szimulált adatokkal, fantomszkenneléssel és in vivo szívadatokkal tesztelték és validálták. A technika alkalmazható a mellhártyabetegségek kimutatására, ami lehetővé teszi a jobb képminőség és a képalkotáshoz felhasznált elemek számának csökkentését, és így végső soron megkönnyíti az olcsó, hordozható és vezeték nélküli ultrahangos képalkotást. Ezenkívül a SAMPL-en kifejlesztett módszerek olyan képalkotást eredményeznek, amely teljes mértékben a pleurális patológiák felmérésére irányul, lehetővé téve az egyszerű értelmezést még képzetlen klinikusok számára is. Közösen a vezeték nélküli, olcsó és hordozható tüdőképalkotás, valamint az egyszerű értelmezés rengeteg lehetőséget nyit meg a pneumothorax ambuláns (trauma) körülmények között történő gyors diagnosztizálásától, valamint a vidéki klinikákon és a fejlődő országokban.

Felszerelés:

A Verasonics Vantage ultrahangrendszer humán kutatási célra alkalmas ultrahangrendszer. Ez a rendszer lehetővé teszi a nyers hanghullámadatok lekérését ultrahang szkennelés végrehajtásakor.

Adatbiztonság:

Az önkénteseket a Haemek Medical Centerben szkennelik (a „Beavatkozás” részben részletezve), és az adatokat a Weizmann Intézet SAMPL laboratóriumában dolgozzák fel. A Weizmann Intézet laboratóriumába továbbított összes információt előzetesen kódolják, azaz eltávolítják az olyan azonosító információkat, mint a név, az azonosító szám, a cím és az egészségügyi központ által hozzárendelt sorozatszám, így a beteginformáció nem lesz elérhető a SAMPL számára. laboratórium.

A képalkotó tesztekből származó képek átvitele a tesztelt információk Excel fájlba való kódolása után történik. Csak az elsődleges nyomozó lesz kitéve a kódolás előtti információknak, amelyeket az elsődleges nyomozó egy erre a célra szolgáló számítógépen, jelszóval védve tárol. A kódolt információ folyamatosan kerül továbbításra a Weizmann Intézetbe, hogy biztosítva legyen a megbízható adatgyűjtés és a valós idejű visszacsatolás lehetősége a vezető kutatónak a jobb minőségű adatok érdekében, lehetővé téve az adatelemzést.