Научный руководитель: канд. физ-мат. наук, доц. С.А. Немнюгин
Санкт-Петербургский государственный университет, г. Санкт-Петербург

Эта работа была опубликована в cборнике материалов I Всероссийской научной студенческой конференции с международным участием «МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ», под редакцией проф., д-ра мед. наук С.И. Карася (г. Томск, 10-11 ноября 2011 года). 

Введение. В настоящее время одним из наиболее эффективных методов лечения онкологических заболеваний является метод адронной терапии, который заключается в бомбардировании пораженного участка тела пациента пучком высокоэнергетических элементарных частиц.
Однако при этом в результате лечения происходит повреждение здоровых тканей, находящихся на траектории движения пучка.
В то же время на кривой зависимости потери энергии частицы от глубины проникновения в вещество (т.н. "кривая Брэгга") существует пик ("пик Брэгга"), соответствующий резкому увеличению отдаваемой частицей энергии при относительно низких энергопотерях на остальных участках пути частицы. Соответственно, при использовании пика Брэгга для лечения раковых опухолей методом адронной терапии возможно значительное уменьшение повреждения других тканей и органов пациента.
Основная проблема, препятствующая применению данных технологий к методу адронной терапии, заключается в сложности определения положения пика Брэгга, теоретическую зависимость которого от параметров пучка установить не удалось. Вследствие этого, положение пика в зависимости от плотности и энергии пучка, а также параметров преодолеваемого биологического вещества, удается рассчитать только методами компьютерного моделирования поведения частиц.
Для возможности применения результатов компьютерного моделирования к реальным медицинским исследованиям для создания моделей необходимо использовать объемные модели органов наиболее приближенные к различным вариантам реальных человеческих тел. Для этих целей возможно использовать электронные результаты рентгеновских или томографических обследований реальных людей. Их результаты хранятся в медицинских учреждениях в индустриальном стандарте медицинских файлов DICOM 3.0 (Digital Imaging and Communications in Medicine) [1]. Данный стандарт использует собственные внутренние технологии хранения, в связи с чем возникает необходимость перевода одиночных и серийных изображений в общеупотребительные растровые графические форматы для использования изображений органов в моделировании.

Цель работы. Решение проблемы автоматизированного перевода изображений, получаемых при проведении медицинских обследований, в стандартные форматы растровых представлений изображений без применения сжатия и иных искажений.

Материал и методы. Для обеспечения платформенной независимости приложение разрабатывалось на языке высокого уровня C++ [2] без применения сторонних библиотек. В качестве выходного графического формата использовали стандарт растрового графического формата изображений BMP как наименее искажающий данные изображения.

Результаты и обсуждение. В результате анализа индустриального стандарта  DICOM   3.0   был   разработан  двухстадийный   алгоритм преобразования изображений из формата DICOM в графический формат BMP. На первой стадии для выделения в составе файла DICOM элементов данных (ЭД), требуемых для преобразования, входной файл разделяется на отдельные элементы, хранящиеся в односвязном списке. Каждый ЭД может иметь несколько данных, потому данные ЭД данных также хранятся в списке. Для уменьшения ресурсозатрат перевод данных производится только по необходимости.
После разделения входного файла на отдельные ЭД осуществляется преобразование данных графического характера из кодированного (согласно кодированию файла формата DICOM) в набор пиксельных массивов, отражающих представление каждого фрейма изображения в виде многоцветного, с глубиной изображения равной 3 и объемом пикселя каждого цветного плана равным 1 байту, набора пикселей стандартного цветового разложения RGB.
Программное обеспечение (ПО) разработано в виде 5 модулей формата h|/cpp и включает 9 файлов:
Main.cpp - главный файл программы, содержит модули ввода обрабатываемого файла и вызовов остальных программных модулей.
Definitions.h - библиотека структур для работы с файлом формата
DICOM.
Definitions.cpp - файл процедур к библиотеке Definitions.h.
Dicm.h - библиотека процедур выделения и характеризации элементов данных, входящих в файл формата DICOM.
Dicm.cpp - файл процедур к библиотеке Dicm.h.
Imageconvert.h - библиотека процедур для конвертирования изображения в формат bmp.
Imageconvert.cpp - файл процедур к библиотеке Imageconvert.h.
Bmpwork.h - библиотека процедур формирования графических файлов формата bmp.
Bmpwork.cpp - файл процедур к библиотеке Bmpwork.h.
Кроме разработанных библиотек при создании ПО использовали следующие стандартные библиотеки языка С++ [2]: cstdio, stdlib.h, stdint.h, cstring, math.h.
Отсутствие графического интерфейса пользователя позволяет использовать разработанное ПО как в виде самостоятельного программного продукта, так и в виде модуля для встраивания в специализированные программные пакеты моделирования физико-биологических процессов.
Для проверки работоспособности разработанного ПО был создан исполняемый файл, предназначенный для работы в операционной среде Linux (ArchLinux). Апробация ПО производилась на анонимизированных файлах формата DICOM с графической информацией различного типа, доступных в свободных источниках [3-5].

Выводы:
1.    Разработан алгоритм конвертирования фреймов графических изображений в составе файлов формата DICOM 3.0 в формат растрового представления изображений (bmp).
2.    Для обеспечения возможности кроссплатформенной реализации на языке C++ создано и на базе результатов компьютерного томографического сканирования пациентов апробировано ПО для преобразования изображения из индустриального формата хранения медицинских данных DICOM в стандартный растровый формат графических данных.

Работа выполнена при поддержке Правительства Санкт-Петербурга (грант 2.1/16-05/210-С, 2011 г.)

Список литературы:
1.    Страуструп Б. Язык программирования C++. - М.: Бином, 2007. - 1054 с.