文摘

一些医学图像的几何形状的组织,通过弹性成像和超声特征是复杂性等参数的分形维数(FD)。众所周知,在任何图像有非常微妙的细节,并不容易被人眼。然而,在许多情况下像医学影像诊断,这些细节是非常重要的,因为它们可能包含一些隐藏的信息可能存在的某些病理病变组织变性,炎症或肿瘤。因此,自动分析的方法可以是一个有利的工具,医生给一个完美的诊断。分形分析是非常重要的与“实时”弹性成像定量评价,过程被认为是运营商在当前临床实践的依赖。数学分析显示显著差异在正常和病理图像模式。我们工作的主要目的是演示这个过程的临床效用在超声波图像对应于颌下扩散病理学。

1。介绍

在最近的一些论文1- - - - - -4),在DNA核苷酸分布的分形性质调查为了分类和比较DNA序列和单核苷酸分布的一些特质,有时为了用作标记存在的某些病态(5- - - - - -9]。几乎所有这些论文的动机是分形维数的变化的假设可能是作为标记存在的病态,因为它是现在公认的生物活性和生物系统是基于一些分形性质的组织3,4,10- - - - - -13]。从数学的角度来看,这可以解释的交互的个体数量越大,相应的系统越复杂的交互。这些潜规则,导致这个复杂的分形拓扑可以一些简单的递归规则,典型的任何碎片形结构,这通常需要大量的递归为了填补空间。

近年来,许多论文(3- - - - - -6,9,14,15)调查了multi-fractality DNA等生物信号分形几何的和可能影响DNA的功能从生化的观点。几乎所有这些论文关于生物信号的分形是基于假设的功能和组织/细胞/ DNA的进化演变和测量相关的分形几何(复杂性),以便故障和病态与几何的简并在其进化时间5- - - - - -7,16- - - - - -18]。

从数学的角度,分形是一个几何对象主要以noninteger维度和自相似性,这样一个典型的模式重复在不同尺度的周期性。一个更复杂的分形的定义是基于四个属性:自相似性,精细结构,违规行为,和noninteger维度19]。的分形维数是一个参数措施之间的关系对象的几何un-smoothness及其潜在的度量空间。因为它是一个noninteger值,通常是作为衡量不畅,因此被不当相关程度的复杂性或障碍。呈不规则碎片形一直在观察和测量了几个领域的专业化生物学、病理学和癌症模型中类似[20.,21]。然而,只有最近做了一些尝试探讨结构的分形性质的重要性的DNA。在最近的一些论文,FD对应于高信息复杂性,从而进化对病理状态(3,4]。

在下面,我们将分析分形维数的特征集中在一些组织的病理方面,更具体的那些属于颌下腺。第一次的FD计算获得的图像elastographic成像的新技术集中在这唾腺。

2。材料和方法

2.1。材料

现年55岁的女人展示自己的急诊室Maxilo-Facial急性疼痛和手术部门扩大左颌下腺和被选中的超声评估。超声检查是执行使用ACUSON S2000(西门子)超声波设备,在ARFI(声辐射强迫冲动)和实时弹性成像技术实现的。ACUSON S2000是一个强大的、非侵入式的、基于超声波设备,提供非常准确的B模式和多普勒图像的组织。已经盈利用于分析腹部,胸部,心脏,产科和妇科成像和一小部分如甲状腺和血管成像。

病人被躺下来面对,而传感器被放置在与皮肤接触的面积右边然后左边颌下腺先后。剪切波速在右边和左边颌下腺薄壁组织确定为每个颌下腺(米/秒);颜色elastographic图像也收购了。颜色映射是用于硬组织编码在红色蓝色和软组织。这些图像进行了研究之后进行分形分析。

图1代表了一种2 d超声评价“灰度”模式,和图2代表一个结合二维超声和“色彩流动地图”(CFM,或“双超声”)。从第一次观看,我们可以很容易地探测、放大,腺体肿胀(图1(图)和恶性血管模式2),这两个的信息被高度提示炎症诊断。合并后的临床和超声评价是决定性的颌下腺的急性炎症。数据3和5(获得正确的唾腺肿胀)和数字4和6(左边获得正常腺)代表弹性成像定量模式(数据3和4),颜色模式(数据5和6)(ARFI组织成像映射颜色)。

2.2。方法

关于分形分析在这一节中,我们将总结一些定义在[3]。

2.3。参数分析的复杂性和分形几何

作为一个衡量的复杂性和分形几何,我们将只考虑分形维数和回归分析(香农信息熵、缺顶和succolarity将被认为是在即将发表的论文)。

让找到的概率值在这个职位分形维数是由(3,4,22] 为了计算FD,我们将利用滑动框方法转换成黑白图像。让是一个给定的黑白图像(BW)分别用1和0的信件,黑白像素,我们可以考虑一个滑翔盒长度,所以 中“1”的频率。相应的概率是 然后框移动到下一个位置这样我们得到的概率分布 这样我们就可以计算出频率框内的“1”。通过(FD等滑动框计算1)。

3所示。结果

3.1。分形维数为2 d超声和Elastographic图像

关于elastographic图像的分形维数,给出了(1),我们可以看到(表1),最高FD是图所示7由图和最低8。

8位的图像进行了分析使用图像J软件(工具盒计数)。

数据是指病人的颌下腺的急性炎症。

图1在灰度显示了一个2 d超声评价。图2显示了一个二维彩色流图评价(双超声)。数据3和4弹性成像ARFI-Siemens获得通过使用方法,他们显示定量信息。值的分形维数(FD)的数据3和4是相似的,不可能区分病理(图3(图)和正常4)状态。这些数据5和6通过弹性成像ARFI定性信息。分形盒子计数法的分析,我们注意到,Fd的价值较低(图1.650)5比图(病理条件)6(正常状态)。数据7(病理状态)8(正常状态)是通过实时弹性成像。

的计算,我们可以注意到,更高价值的Fd属于病理状态(1.907),这表明了Fd在病理学的发展增加(增加退化)。因此,从Fd、分析可以区分病理状态和正常状态实时组织弹性成像,因为它是更好的方法来区分Fd值在一个清晰,尖锐的方式。

4所示。讨论

弹性成像是一种超声技术赞赏组织刚度通过评估一个彩色地图(23,24)或量化的传播所产生的剪切波速声压到实质(ARFI技术)25- - - - - -27]。在第一个情况下,组织的可视化刚度暗示的“实时”表示颜色模式elastographic图像重叠在传统的灰度图像,每个值(从1到255)被连接到一个颜色。地图系统使用一种颜色(红绿蓝)硬组织在深蓝色的编码,在色调的绿色,中间产品柔软组织在黄色和红色的柔软,但颜色规模可能逆转与如何校准设备。根据颜色和特殊软件的帮助下,几个弹性评分与组织僵硬的程度可以计算(23]。众多临床应用程序使用这些过程引入常规练习,他们中的许多人被关注tumoral组织的检测在乳腺癌、甲状腺和前列腺癌。

在过去几年,一个新的elastographic方法,基于ARFI技术(声辐射强迫脉冲成像),是现代超声设备上可用。ARFI技术在于组织的机械刺激它适用于短时间内声波的传播(< 1 ms)在一个感兴趣的区域,由考官,垂直方向的压力波,和导致细微的规模“错位”的组织。因此,在与常规超声检查,其中声波有轴向取向,横波不直接与传感器交互。此外,横波衰减10.000的速度比传统的超声波,因此需要更高的灵敏度来衡量(25- - - - - -29日]。检测波,同时生成,强度远低于声压力波(1:1000)。时刻检测波与横波代表时间的流逝从产生的横波是直到他们交叉感兴趣的地区。横波是注册在不同的位置在不同的时刻,因此剪切波速是自动计算的,严厉的器官横波的速度就越高。因此,横波速度实际上是被认为是一个内在特性的组织25- - - - - -29日]。在目前的临床实践,使用相同的传感器产生声波的压力和注册组织位错。由于技术是超声波设备中实现通过软件更改,B型超声检查,彩色多普勒审讯和ARFI图像所有可能在同一台机器上(30.]。

目前,弹性成像被广泛研究与不同的临床应用:乳腺癌、甲状腺、肝癌、结肠癌和前列腺癌(29日,31日- - - - - -36]。应用程序在唾液腺病理异常被认为至少在我们的文献数据库。一些报道的效用弹性成像在更好地描述这些腺体的肿瘤。弥散性疾病上的应用程序很少虽然这种病理的重要性是很重要的!炎症的唾液腺发生在许多条件和发病率是显著的。需要准确的诊断、分期和预后。并发症的发生也是非常重要的!弹性成像是一个“虚拟”的触诊生殖方式和量化的可能性。

虽然有了一些改进,弹性成像的主要限制是依赖操作者的经验的过程。这个特点使得弹性成像脆弱elastographic很高数量的变化的结果和解释。更准确的分析elastographic图片基于精确评估分形分析是一个明显的进步。在我们的初步研究中,区分正常和病理颌下组织使用分形分析。因为很像弹性成像新技术可以在实践中,由于数学仪器可用分形分析的图片,我们鼓励相信超声过程可能成为运营商独立和微妙的诊断更有信心。然而,更多的图片来自不同扩散疾病患者需要不同的进化阶段。

5。结论

在这部作品中,multi-fractality 2 d和elastographic图像扩散的病理状态在颌下腺体被调查。相应的FD已经计算和显示图像最高的FD对应病理的存在。本研究的扩展与递增超声波图像的数量和病人需要演示这个过程的实际效用。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这项研究的有效性对一些可能的经济利益。