TIỂU LUẬN môn xử lý ẢNH GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI TRONG CT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - TIỂU LUẬN MÔN XỬ LÝ ẢNH GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI TRONG CT CBHD: TS Hoàng Thị Kiều Trang Tên HV: Cao Minh Thông – 20C34019 Trần Văn Tiến TP.HCM, ngày 27 tháng 11 năm 2021 – 20C34021 NỘI DUNG BÁO CÁO CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Khái niệm  Giả ảnh kim loại (Metal Artifact) tượng gây vật liệu kim loại có người bệnh nhân thực chụp cắt lớp vi tính (CT), hình ảnh bị nhiễu có vùng sáng, tối hình ảnh cục gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng hình ảnh thu làm ảnh hưởng đến kết chẩn đốn Hình Ảnh nhiễu kim loại ảnh chụp cắt lớp CT vùng bụng với tâm thất trái cáy thiết bị hỗ trợ [2] CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Khái niệm  Hiệu ứng làm cứng chùm tia: lượng trung bình chùm tia tăng (“cứng”) photon lượng thấp bị hấp thụ bới vật liệu kim loại  Hiệu ứng tán xạ: suy giảm theo tán xạ Compton, làm thay đổi đường tia X làm cho photon truyền đập vào đầu đò ghi nhận (detector) lệch khỏi tâm tia tới  Hiệu ứng nhiễu: Thông lượng photon ghi nhận detetor CT theo phân bố Poisson, nên số đếm photon thấp dẫn đến sai số thống kê tương đối cao  Hiệu ứng thể tích cục phi tuyến tính (NLPV): cạnh vật thể kim loại nằm đường chiếu, gây biến thiên hệ số suy giảm tuyến tính vng góc với hướng truyền tia X 5 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.1 Tối ưu hoá vật liệu cấy ghép  Thay vật liệu cấy ghép bệnh nhân thành vật liệu cấy ghép khác trường hợp [2]  Nhựa, xi măng sinh học vật liệu Poly Methyl Methacrylate (PMMA)…  Nẹp cố định hay vít định hình nhà nghiên cứu bắt đầu tiếp cận với hướng kiểm tra đặc tính vật liệu kim loại khác titan, thép khơng gỉ, vitallium,… Hình Ảnh CT gắn thép không gỉ 5,5 mm (trái), titan 4,5 mm (giữa) vitallium 4,5 mm (phải) [1] CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.1 Tối ưu hố vật liệu cấy ghép Hình Ảnh CT thu từ nhóm nguyên cứu Weese quét phantom có chứa ghim phẫu thuật thép không gỉ (SS), tantalum (TA), titanium (Ti) nhựa (Pl) [6] CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.2 Cải thiện đầu vào 2.2.1 Thay đổi thơng số chụp  Thay đổi góc qt tư bệnh nhân phù hợp  Tăng cửa sổ lên giá trị cực đại, ví dụ 4000 HU lên 40000 HU  Giảm bề dày lát cắt  Tăng điện kVp Hình Ảnh CT chụp hộp sọ bệnh nhân sau trải qua cắt bỏ túi phình máu não với tư nghiêng đầu [7] CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.2 Cải thiện đầu vào 2.2.1 Thay đổi thông số chụp Bảng So sánh thay đổi thông số chụp [1] Điều chỉnh thông số Ưu điểm Nhược điểm Tăng lượng chùm photon (kVp) Giảm cứng chùm tia nhiễu Tăng liều cho bệnh nhân Tăng dịng bóng phát tia (mA) Giảm nhiễu Tăng liều cho bệnh nhân Điều chỉnh pitch thấp Giảm nhiễu Tăng liều cho bệnh nhân Giảm bề dày lát cắt Giảm phần giả ảnh Tăng nhiễu Mở rộng cửa sổ CT Tăng bề rộng mức độ cửa sổ Giảm độ phân giải tương phản CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.2 Cải thiện đầu vào 2.2.2 CT lượng kép  Dùng hệ số hấp thụ lấy từ hai nguồn lượng khác nhau, hình ảnh đơn tổng hợp thành ảnh ảo phổ đơn sắc Hình Giả ảnh kim loại giảm lượng photon tăng ảnh ảnh đơn ngoại suy lượng từ CT lượng kép [1] 10 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.2 Cải thiện đầu vào 2.2.3 CT đếm photon  CT đếm photon thêm vào để tăng thêm suất ghi nhận tương tác photon lượng thấp để tái tạo phổ lượng Hình Kết tái tạo phantom nha khoa chứa với miếng trám kim loại hình trịn [1] SPIR: Spectral-Driven Iterative Reconstruction IR: Iterative Reconstruction 11 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.3 Tiền xử lý dựa vật lý 2.3.1 Giảm nhiễu  Mơ hình hố nhiễu cục mơ hình thích ứng  Áp dụng lọc từ thực nghiệm vào lâm sàng  Các lộc nghiên cứu với phương pháp tiếp cận khác nhau: • ART (Algebraic Reconstruction Technique), • IFS (Iterative Frequency Split–Normalized), • LI-MAR (Linear Interpolation Metal Artifact Reduction) • … FBP FBP LI-MAR IFS Hình Ảnh thu bệnh nhân với giả ảnh bên khớp hang [8] 12 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.3 Tiền xử lý dựa vật lý 2.3.2 Hiệu chỉnh tán xạ cứng chùm tia  Mơ hình hố tán xạ cứng chùm tia với vật liệu kim loại khác với mô hình thích ứng  Hiệu chỉnh tán xạ cứng chùm tia tương thích với thực tế  Nội suy tuyến tính phép chiếu bị lỗi giả ảnh kim loại Hình Hình ảnh CT gốc qua hiệu chỉnh cứng chum tia bệnh nhân có cột sống cấy ghép vật liệu titan [1] 13 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.4 Chiếu ảnh hoàn chỉnh 2.4.1 Nội suy  Tạo nên liệu đồ thị Sinogram từ phép chiếu vùng lân cận mơ hình tốn học tương đương sau chiếu để giảm giả ảnh Hình Ảnh thuật toán kết minh hoạ thu [9] 14 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.4 Chiếu ảnh hoàn chỉnh 2.4.2 Chiếu lặp  Dùng liệu nghiên cứu trước để thay liệu ảnh bị mất, lỗi vật liệu kim loại 2.4.3 Chuẩn hoá  Dùng hệ số hiệu chỉnh sau chiếu giả lập để áp dụng chuẩn hoá cho biểu đồ Sinogram Hình 10 Ảnh so sánh ảnh gốc phương pháp giả ảnh [1] 15 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.5 Dựng cấu trúc ảnh 2.5.1 Loại bỏ vật thể  Loại bỏ phần giả ảnh, tạo vệt kim loại khỏi ảnh, dùng kỹ thuật bên để tái dựng ảnh hoàn chỉnh 2.5.2 Bù thống kê  Sử dụng hàm thống kê để giảm liệu ảnh tạo kim loại bù lại đưa vào trình tái tạo ảnh 2.5.3 Ứng dụng kiến thức  Ứng dụng nguồn liệu ảnh CT đa dạng vật thể kim loại phẫu thuật để mơ hình hố xác ảnh vật thể ước tính liệu ảnh chiếu 16 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.5 Dựng ảnh cấu trúc Hình 11 Ảnh minh hoạ phương pháp áp dụng cho đinh vít [1] 17 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.6 Hậu xử lý ảnh 2.6.1 Trực tiếp  Can thiệp chỉnh sửa nhiễu thang xám ảnh thông qua phần mềm nghiên cứu cải tiến 2.6.2 Hỗn hợp  Kết hợp phương pháp giảm giả ảnh kim loại với dựa điểm mạnh yếu phương pháp để tạo ảnh tốt nhất, có ý nghĩa mặt chẩn đốn lâm sàng Hình 12 Ảnh CT xương chậu có cấy ghép cobanchrome với phương pháp MAR khác [1] CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 18  Các hướng nghiên cứu MAR phân loại thành sáu nhóm kỹ thuật chính: tối ưu hóa vật liệu cấy ghép, cải thiện đầu vào, tiền xử lý dựa tác động vật lý, chiếu ảnh hoàn chỉnh, dựng ảnh cấu trúc hậu xử lý hình ảnh  Có nhiều trường hợp kỹ thuật MAR độc lập với có trường hợp kỹ thuật MAR hỗ trợ cho để đưa kết hình ảnh tốt nhất, đảm bảo chất lượng hình ảnh trạng thái rõ nét có giá trị mặt chẩn đoán lâm sàng  Vẫn tồn nhiều thách thức lớn cho kỹ thuật MAR vật liệu kim loại  Cần đặt hướng nghiên cứu để ứng dụng lâm sàng tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 Gjesteby, L., De Man, B., Jin, Y., Paganetti, H., Verburg, J., Giantsoudi, D., & Wang, G (2016) Metal artifact reduction in CT: where are we after four decades? Ieee Access, 4, 5826-5849 Katsura, Masaki, et al "Current and novel techniques for metal artifact reduction at CT: practical guide for radiologists." Radiographics 38.2 (2018): 450-461 Louw, D F., Asfora, W T., & Sutherland, G R (2001) A brief history of aneurysm clips Neurosurgical focus, 11(2), 1-4 Mizouni, A., Ammar, H., Said, M A., Harrabi, F., Farhat, W., Ghabry, L., & Ali, A B (2020) Surgical clip migration following laparoscopic cholecystectomy: A rare cause of acute cholangitis Annals of Medicine and Surgery, 59, 21-23 W A Gray, S Sekaran, J A Tanyi, and J M Holland, ‘‘Implications of dental artifacts on radiotherapy planning for head and neck cancer,’’ in Proc Multidisciplinary Head Neck Symp., 2012 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 J L Weese, M S Rosenthal, and H Gould, ‘‘Avoidance of artifacts on computerized tomograms by selection of appropriate surgical clips,’’ Amer J Surgery, vol 147, no 5, pp 684–687, May 1984 J H Brown, E S Lustrin, M H Lev, C S Ogilvy, and J M Taveras, ‘‘Reduction of aneurysm clip artifacts on CT angiograms: A technical note,’’ AJNR Amer J Neuroradiol., vol 20, no 4, pp 694–696, 1999 D Prell, Y Kyriakou, M Kachelrie, and W A Kalender, ‘‘Reducing metal artifacts in computed tomography caused by hip endoprostheses using a physicsbased approach,’’ Invest Radiol., vol 45, no 11, pp 747–754, 2010 W A Kalender, R Hebel, and J Ebersberger, ‘‘Reduction of CT artifacts caused 1987 by metallic implants,’’ Radiolgy, vol 164, no 2, pp 576–577, ... nhau, hình ảnh đơn tổng hợp thành ảnh ảo phổ đơn sắc Hình Giả ảnh kim loại giảm lượng photon tăng ảnh ảnh đơn ngoại suy lượng từ CT lượng kép [1] 10 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.2... liệu ảnh chiếu 16 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.5 Dựng ảnh cấu trúc Hình 11 Ảnh minh hoạ phương pháp áp dụng cho đinh vít [1] 17 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI 2.6 Hậu xử lý. .. THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Khái niệm  Giả ảnh kim loại (Metal Artifact) tượng gây vật liệu kim loại có người bệnh nhân thực chụp cắt lớp vi tính (CT) ,