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

 Giả ảnh kim loại Metal Artifact là hiện tượng gây ra bởi các vật liệu kim loại có trong người bệnh nhân khi thực hiện chụp cắt lớp vi tính CT, hình ảnh bị nhiễu có những vùng sáng, tối

GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI TRONG CT

TIỂU LUẬN MÔN XỬ LÝ ẢNH

CBHD: TS Hoàng Thị Kiều Trang Tên HV: Cao Minh Thông – 20C34019 Trần Văn Tiến – 20C34021

TP.HCM, ngày 27 tháng 11 năm 2021

- -1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

2

 Giả ảnh kim loại (Metal Artifact) là hiện tượng gây ra bởi các vật liệu kim loại có trong người bệnh nhân khi thực hiện chụp cắt lớp vi tính (CT), hình ảnh bị nhiễu có những vùng sáng, tối hoặc mất hình ảnh cục bộ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng hình ảnh thu được và làm ảnh hưởng đến kết quả chẩn đoán.

1 Khái niệm

Hình 1 Ảnh nhiễu kim loại trong ảnh chụp cắt lớp CT vùng bụng với tâm thất trái được cáy thiết bị hỗ trợ [2]

3

 Hiệu ứng làm cứng chùm tia: khi năng lượng trung bình của chùm tia tăng (“cứng”) bởi vì các photon năng lượng thấp bị hấp thụ bới vật liệu kim loại

 Hiệu ứng tán xạ: sự suy giảm theo tán xạ Compton, làm thay đổi đường đi của tia X và làm cho các photon truyền đi đập vào các đầu đò ghi nhận (detector) lệch khỏi tâm của tia tới

 Hiệu ứng nhiễu: Thông lượng photon được ghi nhận bởi các detetor của CT theo phân bố Poisson, nên các

số đếm photon thấp sẽ dẫn đến sai số thống kê tương đối cao

 Hiệu ứng thể tích cục bộ phi tuyến tính (NLPV): khi cạnh của một vật thể kim loại nằm giữa các đường chiếu, gây ra sự biến thiên hệ số suy giảm tuyến tính vuông góc với hướng truyền tia X

1 Khái niệm

4

 Thay thế các vật liệu cấy ghép trong bệnh nhân thành các vật liệu cấy ghép khác trong từng trường hợp [2].

 Nhựa, xi măng sinh học hoặc những vật liệu Poly Methyl Methacrylate (PMMA)…

 Nẹp cố định hay vít định hình thì các nhà nghiên cứu đã bắt đầu tiếp cận với hướng kiểm tra các đặc tính của các vật liệu kim loại khác nhau như titan, thép không gỉ, vitallium,…

2.1 Tối ưu hoá vật liệu cấy ghép

Hình 2 Ảnh CT được gắn các thanh thép không gỉ 5,5 mm (trái), titan 4,5 mm (giữa) và vitallium 4,5 mm (phải) [1]

5

2.1 Tối ưu hoá vật liệu cấy ghép

Hình 3 Ảnh CT thu được từ nhóm nguyên cứu của Weese khi quét phantom có chứa các ghim phẫu thuật lần lượt là thép không gỉ (SS), tantalum (TA), titanium (Ti) và nhựa (Pl) [6]

6

 Thay đổi góc quét và tư thế 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 thế kVp

2.2 Cải thiện đầu vào

Hình 4 Ảnh CT chụp hộp sọ bệnh nhân sau khi trải qua cắt bỏ túi phình máu não với tư thế nghiêng đầu [7]

2.2.1 Thay đổi thông số chụp

7

2.2 Cải thiện đầu vào

2.2.1 Thay đổi thông số chụp

8

Điều chỉnh thông số Ưu điểm Nhược điểm

Tăng năng lượng chùm photon (kVp) Giảm cứng chùm tia và nhiễu Tăng liều cho bệnh nhân

Tăng dòng 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 một phần giả ảnh Tăng nhiễu

Mở rộng cửa sổ CT Tăng bề rộng và mức độ của cửa sổ Giảm độ phân giải tương phản

Bảng 1 So sánh khi thay đổi thông số chụp [1]

 Dùng hệ số hấp thụ được lấy từ hai nguồn năng lượng khác nhau, hình ảnh đơn năng được tổng hợp thành ảnh ảo phổ đơn sắc

2.2 Cải thiện đầu vào

Hình 5 Giả ảnh do kim loại giảm khi năng lượng photon tăng trong ảnh trong ảnh đơn ngoại suy năng lượng từ CT năng lượng kép [1]

2.2.2 CT năng lượng kép

9

 CT đếm photon được thêm vào để tăng thêm năng suất ghi nhận tương tác của các photon năng lượng thấp để tái tạo phổ năng lượng.

2.2 Cải thiện đầu vào

Hình 6 Kết quả tái tạo của một phantom nha khoa chứa một răng với miếng trám kim loại hình tròn [1]

2.2.3 CT đếm photon

SPIR: Spectral-Driven Iterative Reconstruction

IR: Iterative Reconstruction

10

 Mô hình hoá nhiễu cục bộ bằng mô hình thích ứng.

 Áp dụng các bộ lọc từ thực nghiệm vào trong lâm sàng

 Các bộ lộc được nghiên cứu với các phương pháp tiếp cận khác nhau:

• ART (Algebraic Reconstruction Technique),

• IFS (Iterative Frequency Split–Normalized),

• LI-MAR (Linear Interpolation Metal Artifact Reduction)

11

 Mô hình hoá tán xạ và cứng chùm tia với các vật liệu kim loại khác nhau với mô hình thích ứng.

 Hiệu chỉnh tán xạ và cứng chùm tia tương thích với thực tế

 Nội suy tuyến tính các phép chiếu bị lỗi do giả ảnh kim loại

2.3 Tiền xử lý dựa trên vật lý

2.3.2 Hiệu chỉnh tán xạ và cứng chùm tia

Hình 8 Hình ảnh CT gốc và qua hiệu chỉnh cứng chum tia của một bệnh nhân có cột sống được cấy ghép vật liệu titan [1]

12

 Tạo nên bộ dữ liệu đồ thị Sinogram mới từ phép chiếu vùng lân cận hoặc mô hình toán học tương đương sau khi chiếu để giảm giả ảnh.

2.4 Chiếu ảnh hoàn chỉnh

2.4.1 Nội suy

Hình 9 Ảnh thuật toán và kết quả minh hoạ thu được [9]

13

 Dùng dữ liệu đã nghiên cứu trước để thay thế dữ liệu ảnh bị mất, lỗi do vật liệu kim loại

 Loại bỏ phần giả ảnh, tạo vệt của kim loại ra khỏi ảnh, dùng các kỹ thuật bên ngoài để tái dựng ảnh hoàn chỉnh

2.5 Dựng ảnh cấu trúc

16

Hình 11 Ảnh minh hoạ phương pháp áp dụng cho đinh vít [1]

 Can thiệp và chỉnh sửa nhiễu và thang xám trên ảnh thông qua phần mềm đã được nghiên cứu và cải tiến

 Kết hợp các phương pháp giảm giả ảnh kim loại với nhau dựa trên các điểm mạnh và yếu của từng phương pháp để tạo ảnh tốt nhất,

có ý nghĩa về mặt chẩn đoán lâm sàng

 Các hướng nghiên cứu về MAR được phân loại thành sáu nhóm kỹ thuật chính: tối ưu hóa các vật liệu cấy ghép, cải thiện đầu vào, tiền xử lý dựa trên tác động vật lý, chiếu ảnh hoàn chỉnh, dựng ảnh cấu trúc và hậu

xử lý hình ảnh

 Có nhiều trường hợp các kỹ thuật MAR độc lập với nhau hoặc cũng có những trường hợp các kỹ thuật MAR hỗ trợ cho nhau để có thể đưa ra một kết quả hình ảnh tốt nhất, đảm bảo chất lượng hình ảnh ở trạng thái rõ nét nhất và có giá trị về mặt chẩn đoán lâm sàng

 Vẫn còn tồn tại nhiều thách thức lớn cho kỹ thuật MAR trong vật liệu kim loại

 Cần đặt ra các hướng nghiên cứu mới để ứng dụng trong lâm sàng tốt hơn

18

1. 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.

2. Katsura, Masaki, et al "Current and novel techniques for metal artifact reduction at CT: practical guide for radiologists." Radiographics 38.2 (2018): 450-461.

3. Louw, D F., Asfora, W T., & Sutherland, G R (2001) A brief history of aneurysm clips Neurosurgical focus, 11(2), 1-4.

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.

5. 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.

19

6 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.

7 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.

8 D Prell, Y Kyriakou, M Kachelrie, and W A Kalender, ‘‘Reducing

metal artifacts in computed tomography caused by hip endoprostheses using a based approach,’’ Invest Radiol., vol 45, no 11,

physics-pp 747–754, 2010.

9 W A Kalender, R Hebel, and J Ebersberger, ‘‘Reduction of CT artifacts

caused by metallic implants,’’ Radiolgy, vol 164, no 2, pp 576–577,

1987.

20

CÁM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE