CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 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
Trang 1GIẢM 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
Trang 2NỘI DUNG BÁO CÁO
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN
2
Trang 3CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
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
Trang 4CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
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
Trang 5CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
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
Trang 6CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
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
Trang 7CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
2.2.1 Thay đổi thông số chụp
7
Trang 8CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
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]
Trang 9CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
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
Trang 10CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
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
Trang 11CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
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
Trang 12CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
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
Trang 13CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
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
Trang 14CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
Dùng dữ liệu đã nghiên cứu trước để thay thế dữ liệu ảnh bị mất, lỗi do vật
liệu kim loại
2.4 Chiếu ảnh hoàn chỉnh 2.4.2 Chiếu lặp
Trang 15CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH 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 cấu trúc ảnh 2.5.1 Loại bỏ vật thể
15
2.5.2 Bù thống kê
Sử dụng hàm thống kê để giảm dữ liệu ảnh tạo bởi kim loại nhưng bù lại
khi đưa vào quá trình tái tạo ảnh.
2.5.3 Ứng dụng kiến thức
Ứng dụng nguồn dữ liệu ảnh CT đa dạng về vật thể kim loại trong phẫu
thuật để mô hình hoá chính xác hơn ảnh vật thể và ước tính dữ liệu ảnh chiếu
Trang 16CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
16
Hình 11 Ảnh minh hoạ phương pháp áp dụng cho đinh vít [1]
Trang 17CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
Can thiệp và chỉnh sửa nhiễu và thang xám trên ảnh thông qua phần mềm
đã được nghiên cứu và cải tiến
2.6 Hậu xử lý ảnh 2.6.1 Trực tiếp
Hình 12 Ảnh CT xương chậu có cấy ghép coban- chrome với các phương pháp MAR khác nhau [1]
17
2.6.2 Hỗn hợp
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
Trang 18CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN
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
Trang 19TÀI LIỆU THAM KHẢO
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
Trang 20TÀI LIỆU THAM KHẢO
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 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
Trang 21CÁM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ
CHÚ Ý LẮNG NGHE
21