Цифровая запись экранного изображения в эхокардиографии (ЭхоКГ)
Цифровая информация экранного изображения содержит кодировку цветной или серой шкалы изображения на мониторе прибора. У современных эхоаппаратов в основе изображения на мониторе уже лежат цифровые данные. Напротив, обычные видеокассеты сохраняют аналоговый видеосигнал. На видеовыходе всех эхокардиографических установок также выдается телевизионный сигнал в видеоформате (25 кадров/с для европейского стандарта PAL или 30 кадров/с для американского стандарта NTSC), например, для записи на видеомагнитофон.
В принципе, этот видеосигнал для сохранения на компьютере можно впоследствии «доцифровать» (при помощи так называемых программ-грабберов). Качество оцифрованных таким образом, исходно аналоговых «телевидео»-сигналов значительно снижено по сравнению с цифровым оригиналом (например, цифровой картинкой с монитора аппарата) по пространственному и временному разрешению, поэтому в дальнейшем этот подход специально упоминаться не будет.
а) Требования к объему памяти. Цифровое ультразвуковое изображение состоит из отдельных точек (пикселей) и на мониторе имеет, как правило, размер (разрешение) 640х480 пикселей. При кодировке в шкале оттенков серого 1 пиксель задается 8 битами (1 бит соответствует цифровой единице информации, поэтому количество битов определяет требуемый объем памяти для сохранения), т.е. 256 оттенками серого; цветная точка разлагается минимум на 3 компонента по 8 бит (16,7 миллионов цветов). Таким образом, при разрешении экрана 640x480 точек одно цветное изображение требует для сохранения 640x480x24 бит = 7 372 800 бит = 921 600 байт (1 байт = 8 бит).
Если последовательности кадров нужно сохранить с частотой 30 кадров/с, то требуется 921 600 байтх30/с = 28 мегабайт/с (1 мегабайт = 1 МБ = 1 000 000 байт). Хотя компьютерная индустрия постоянно предлагает все большие объемы памяти и все большие скорости обработки данных, на сегодняшний день такие потоки информации в несжатом виде еще невозможно записать в реальном времени на внешний носитель данных или считать с него. Поэтому необходимо сжатие данных.
P.S. Тут приводится позиция производителей устройств для хранения данных, тогда как в компьютерной архитектуре 1 МБ считается равным 1024 кБ, или 1 048 576 байт.
б) Сжатие данных при помощи выбора отдельных последовательностей кадров («петель»). Так называемое «клиническое сжатие» (clinical compression, 12) опирается на традиционную видеодокументацию и состоит в селективной регистрации отдельных сердечных циклов вместо практиковавшейся ранее непрерывной записи на видеопленку. Т.е. один цикл, сохраненный в виде бесконечной видеопетли, заменяет соответствующую запись на протяжении более длительного времени.
Если у пациента имеется регулярный синусовый ритм, то, действительно, во всех режимах исследования можно зарегистрировать репрезентативные циклы и затем прокручивать в виде петли. Однако при неритмичной сердечной деятельности, при панорамной регистрации или, например, при целенаправленной регистрации во время дыхательного маневра и в случае клинически значимых изменений в различные фазы дыхания, в зависимости от диагностической задачи и результатов исследования можно зарегистрировать несколько последовательных циклов. В любом случае для временной привязки сердечного цикла для всех цифровых записей обязательной является одновременная регистрация качественной электрокардиограммы.
в) Цифровое сжатие данных. Собственно технический процесс сжатия данных называется цифровой компрессией («digital compression»). Следует различать компрессию без потери качества («lossless») и связанную с потерей качества («lossy»).
1. Компрессия без потери качества. Сжатие данных эхокардиографических серий изображений без потерь может происходить, например, при использовании масок, обозначающих неизменяющиеся части картинки, так что сохраняется только собственно сектор ультразвукового сканирования. Наряду с этой компрессией через выбор участков изображения имеются и стандартизированные компьютерные программы, которые, используя особенный метод считывания, экономят дисковое пространство. Такие процессы сжатия/распаковки данных требуют дополнительного времени. Имеющиеся методы позволяют производить эквивалентное (без потерь) электронное сжатие данных с фактором 3/1, максимально до 7/1.
2. Компрессия с потерей качества. Процессы компрессии с потерей качества, т.е. методики, при которых качество исходного изображения уменьшается при его сохранении и не может быть снова восстановлено, позволяют достичь гораздо более высокой степени сжатия данных. Однако тогда пользователь должен в зависимости от исходного качества и диагностических потребностей установить, какая потеря качества допустима в каждом конкретном случае при сжатии данных, чтобы не потерять важную в диагностическом плане информацию. Чтобы проиллюстрировать несколько теоретическое для исследователя понятие о степени сжатия известным из практики примером, укажем, что запись исходного изображения с экрана аппарата на кассету S-VHS связана с потерей качества, сопоставимой с электронной «lossy»-компрессией с фактором приблизительно 26/1.
г) Носители данных длительного хранения:
1. Традиционными носителями данных являются магнитооптические диски (MOD), на которые через специальные, подключаемые к компьютеру дисководы можно на сегодняшний день записывать информацию в объеме до 9,6 гигабайт (1 гигабайт = 1 ГБ = 1000 МБ). Более новыми носителями являются CD (компакт-диски) и DVD (Digital Video Disc или Digital Versatile Disc). Компакт-диски обычно имеют емкость 650 МБ, DVD - 4,6 ГБ.
Каждый из носителей данных может вместить лишь ограниченное количество исследований (по нашему опыту, в среднем около 80 исследований на 9,6 ГБ MOD), их следует надлежащим образом архивировать и каталогизировать.
2. Накопители на жестких магнитных дисках. С тех пор как накопители на жестких магнитных дисках с соответствующей надежностью хранения данных (организованные в структуры RAID: redundant arrays of inexpensive discs = избыточные массивы недорогих жестких дисков) стали дешевле, чем магнитооптические диски (относительно объема хранимой информации), к сегодняшнему дню они представляют собой предпочтительный носитель для хранения информации даже для небольших эхокардиографических лабораторий. Они хранят все данные в режиме online, и при необходимости их легко расширить.
Использовавшиеся ранее предпочтительно для дополнительного сохранения (backup = двойная надежность, например, в случае сгорания, затопления или другого повреждения первичного места хранения) так называемые джукбоксы (дисководы с автоматической механической сменой кассет или дисков) также постепенно сменяются архивами на жестких дисках.
