Способ контроля технического состояния магнитно-резонансного томографа по клиническим изображениям головного мозга Российский патент 2024 года по МПК G01N24/08 A61B5/55 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно, к средствам проведения контроля параметров качества изображений при магнитно-резонансной томографии.

Подходом к контролю качества магнитно-резонансного томографа (МРТ) является выполнение испытаний путем сканирования фантома (специального тест-объекта, содержащего структуры с заведомо известными характеристиками) и оценка точности, с которой аппарат может воспроизвести этот фантом на изображении. После сканирования, выполняют оценку изображения и определяют значения таких параметров как разрешающая способность, отношение сигнал/шум, неоднородность, нелинейность и др. [ГОСТ Р 59092-2020 Оборудование магнитно-резонансное для медицинской визуализации. Контроль качества изображений. Методы испытаний]. Оценку основных параметров качества изображений МРТ проводят в периодических испытаниях, а также при проведении испытаний на постоянство параметров в процессе эксплуатации оборудования.

Из уровня техники известен способ [Price R., Allison J., Clarke G. 2015 American College of Radiology MRI Quality Control Manual / R. Price, J. Allison, G. Clarke et al. 2015. 120 p.] для контроля качества MPT с использованием фантомов, выполненных из оргстекла и имеющие различные вставки для контроля основных параметров качества изображений (например, отношение сигнал-шум, неоднородность распределения яркости, нелинейность, толщина среза и др.). Испытания в рамках данного способа выполняются как на этапах периодических испытаний, так и в рамках испытаний на постоянство параметров, т.е. ежедневно, еженедельно или ежегодно. Недостатками данного технического решения является необходимость выполнения контроля качества путем сканирования фантомов, а также последующей обработки полученных изображений. Данное решение является затратным по времени и трудовым ресурсам, особенно, в случаях, когда возникает необходимость контроля нескольких аппаратов МРТ.

Известен также способ автоматизированного контроля качества в рамках испытаний на постоянство параметров, рекомендуемый производителями МРТ (например, PIQT от Philips [Wetscherek A. et al. Longitudinal Stability of MRI QA up to Two Years on Eight Clinical 1.5 T MR-Linacs. Frontiers in Physics. 2022, Vol. 10. https://doi.org/10.3389/fphy.2022.891600]). Признаком данного способа, в общем случае, является выполнение ежедневного или еженедельного сканирования однородного стандартизированного фантома, входящего в комплект поставки оборудования МРТ. На следующем этапе выполняется автоматизированный анализ изображений и расчет параметров качества с последующей оценкой соответствия полученных результатов установленным критериям. Основным недостатком данного способа является необходимость временных затрат на сканирование фантома. Кроме того, известны МРТ, для которых данные стандартизированные фантомы и специальное программное обеспечение для обработки изображений не поставляются. Другим недостатком является, отсутствие единого критерия для контроля качества, общего для всех производителей и моделей МРТ.

Наиболее близким к заявленному способу является метод оценки качества по предварительным изображениям, получаемым перед выполнением сканирования пациента [ Maier A. hardware failure prediction on unbalanced times series data: generation of artificial data using gaussian process and applying LSTMFCN to predict broken hardware. J Digit Imaging. 2021 Feb;34(1):182-189.]. Данное решение представляет собой метод классификации МРТ на имеющие признаки неисправного оборудования и качественные с использованием анализа предварительных изображений посредством выделения признаков и их анализа нейронной сетью. Недостатком данного метода является возможность его применения только на МРТ фирмы-производителя Siemens, что ограничивает его распространение на МРТ других фирм-производителей. Кроме того, выделение признаков наличия некачественного оборудования только по данным предварительных изображений может также выступать ограничением, мешающим выполнению контроля качества.

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в разработке способа контроля технического состояния магнитно-резонансного томографа по клиническим изображениям головного мозга.

Достигаемым техническим результатом является создание способа оценки качества магнитно-резонансного томографа с использованием изображений головного мозга пациентов, дающего возможность выполнять контроль качества не только в рамках периодических испытаний оборудования, но и в рамках испытаний на постоянство параметров, позволяя тем самым своевременно выявить факт неисправности оборудования, не ожидая очередной периодической проверки.

Заявляемый метод представляет способ контроля магнитно-резонансных томографов, выполняемый с применением клинических изображений головного мозга и не требующий сканирования фантомов или других тест-объектов.

Заявленный технический результат достигается за счет следующих существенных признаков, отличающих заявляемый способ от прототипов:

- контроль выполняется на этапе проведения испытаний на постоянство параметров магнитно-резонансного томографа с использованием способа автоматизированного анализа клинических изображений головного мозга;

- способ автоматического анализа клинических изображений головного мозга для контроля технического состояния магнитно-резонансного томографа содержит следующие этапы:

1) используют набор данных, содержащий изображения магнитно-резонансной томографии головного мозга и разметку с информацией о соответствии качеству, для обучения нейронной сети;

2) осуществляют подачу на вход алгоритма анализа клинических изображений магнитно-резонансной томографии головного мозга;

3) последовательно обрабатывают клинические изображения посредством алгоритма нейронных сетей для определения вероятности несоответствия качества изображения магнитно-резонансной томографии требованиям визуализации в зависимости от отклика нейронной сети;

4) выполняют анализ отклика нейронной сети в зависимости от установленного порогового значения и подготовку результатов для выдачи пользователю;

5) формируют результат и направляют его в журнал с результатами испытаний на постоянство параметров магнитно-резонансного томографа.

На Фиг. 1 схематически представлен алгоритм осуществления способа контроля технического состояния магнитно-резонансного томографа по клиническим изображениям головного мозга

На Фиг. 2 представлен пример клинического изображения магнитно-резонансной томографии головного мозга без признаков некачественных изображений На Фиг. 3 представлен пример клинического изображения магнитно-резонансной томографии головного мозга с признаками некачественных изображений

Способ осуществляется следующим образом:

1. Проверяют соответствие качества МРТ установленным требованиям по результатам выполненных ранее периодических испытаний. Соответствие качеству МРТ определяется согласно ГОСТ Р 59092-2020.

2. Выполняют формирование набора данных, содержащего клинические изображения МРТ головного мозга и разметку с информацией о соответствии качеству клинических изображений, для обучения и тестирования нейронной сети. Набор данных содержит примеры клинических изображений МРТ, соответствующие качеству, а также не соответствующие качеству. Информацию о разметке и отбор изображений выполняют эксперты, которые оценивают соответствие качества клинических МРТ головного мозга требованиям визуализации. Требования визуализации определяют согласно возможности использования медицинского изображения для качественной оценки наличия или отсутствия патологии [Морозов С.П. Оценка качества рентгенорадиологических исследований / С.П. Морозов, Н.Н. Ветшева, Н.В. Ледихова. - 2019.]. По результатам обучения и тестирования нейронной сети устанавливают пороговое значение вероятности несоответствия качеству.

3. Осуществляют подачу на вход алгоритма анализа клинические изображения МРТ томографии головного мозга. Выполняют автоматический анализ клинического МРТ изображения головного мозга путем получения отклика нейронной сети. Обрабатывают полученный результат путем сопоставления отклика нейронной сети, представляющей собой вероятность несоответствия качества изображения, и установленного порогового значения. В случае, если полученный отклик превышает пороговой значение, клиническое изображение классифицируется как не соответствующее качеству. В случае не превышения порогового значения клиническое изображение классифицируется как соответствующее качеству. Полученный вывод заносится в журнал с результатами испытаний на постоянство параметров МРТ.

3. В период эксплуатации между периодическими испытаниями выполняют ежедневный (еженедельный) анализ клинических МРТ изображений головного мозга с использованием нейронной сети с автоматическим фиксированием результатов в журнале.

4. В случае, если выявлен восходящий тренд вероятности наличия признаков несоответствия качества МРТ и/или данная вероятность превышает установленный при разработке нейронной сети пороговый уровень, выполняют следующее. Проводят внеочередные испытания на постоянство параметров с использованием фантома, входящего в комплект поставки. В случае несоответствия качества МРТ уведомляют технических специалистов об этом и проводят дополнительные проверки для выявления неисправленных деталей МРТ.

Нижеприведенные примеры использования заявляемого способа, подтверждающие его диагностическую эффективность.

Пример №1.

Выполнен анализ изображений магнитно-резонансной томографии головы с использованием разработанной нейронной сети. Изображений представлено на (Фиг. 2).

Результат анализа данного изображения с использованием нейронной сети продемонстрировал вероятность ниже порогового значения, т.е. отсутствие признаков некачественных изображений. В рамках испытаний на постоянство параметров данный результат был внесен, как подтверждающий соответствие качеству МРТ, т.е. не требующий выполнения каких-либо дополнительных действий.

Пример №2;

Выполнен анализ изображения магнитно-резонансной томографии головы с использованием разработанной нейронной сети. Изображений представлено на (Фиг. 3).

Результат анализа данного изображения с использованием нейронной сети продемонстрировал вероятность выше порогового значения, т.е. наличие признаков некачественных изображений. В рамках испытаний на постоянство параметров данный результат был внесен, как не подтверждающий соответствие качеству МРТ, т.е. было вынесено решение о необходимости выполнения повторного испытания на постоянство параметров с использованием фантомов, а также последующего проведения периодических испытаний, с использованием расширенного набора контролируемых параметров. Таким образом, предлагаемый способ контроля технического состояния магнитно-резонансного томографа по клиническим изображениям головного мозга позволил заблаговременно выявить наличие неисправности, не дожидаясь срока очередных периодических испытаний. Выполнение анализа с использованием клинических данных позволило выделить признаки некачественных изображений, которые не были выявлены с использованием однородных фантомов, т.к. применяются разные параметры сканирования.

Использование: для контроля технического состояния магнитно-резонансного томографа по данным клинических изображений головного мозга. Сущность изобретения заключается в том, что используют набор данных, содержащий изображения магнитно-резонансной томографии головного мозга и разметку с информацией о соответствии качеству, для обучения нейронной сети; осуществляют подачу на вход алгоритма анализа изображений магнитно-резонансной томографии головного мозга; последовательно обрабатывают клинические изображения посредством алгоритма нейронных сетей для определения вероятности несоответствия качества изображения магнитно-резонансной томографии требованиям визуализации в зависимости от отклика нейронной сети; выполняют анализ отклика нейронной сети в зависимости от установленного порогового значения и подготовку результатов для выдачи пользователю; формируют вывод и направляют его в журнал с результатами испытаний на постоянство параметров магнитно-резонансного томографа. Технический результат: обеспечение возможности выполнения испытаний на постоянство параметров получаемых результатов при магнитно-резонансной томографии, используя изображения головного мозга пациентов. 3 ил.

Способ контроля технического состояния магнитно-резонансного томографа по данным клинических изображений головного мозга, состоящий в том, что контроль качества выполняют на основании анализа изображений магнитно-резонансной томографии, которые собирают на проверяемом магнитно-резонансном томографе с определенной периодичностью, отличающийся тем, что

- контроль выполняется на этапе выполнения испытаний на постоянство параметров магнитно-резонансного томографа с использованием способа автоматизированного анализа клинических изображений головного мозга;

- способ автоматизированного анализа клинических изображений головного мозга для контроля технического состояния магнитно-резонансного томографа содержит следующие этапы:

1) используют набор данных, содержащий изображения магнитно-резонансной томографии головного мозга и разметку с информацией о соответствии качеству, для обучения нейронной сети;

2) осуществляют подачу на вход алгоритма анализа изображений магнитно-резонансной томографии головного мозга;

3) последовательно обрабатывают клинические изображения посредством алгоритма нейронных сетей для определения вероятности несоответствия качества изображения магнитно-резонансной томографии требованиям визуализации в зависимости от отклика нейронной сети;

4) выполняют анализ отклика нейронной сети в зависимости от установленного порогового значения и подготовку результатов для выдачи пользователю;

5) формируют вывод и направляют его в журнал с результатами испытаний на постоянство параметров магнитно-резонансного томографа.