К какой группе данных относится изображение головного мозга на компьютерной томограмме
Обновлено: 21.11.2024
Задачей компьютерной томографии является отображение расщепления слоя интимы, отделяющего истинный просвет от ложного и расширения аорты.
Связанные термины:
Скачать в формате PDF
Об этой странице
Оборудование для доклинических ПЭТ и ОФЭКТ
Кэти Декстер, . Милош Петрик, справочный модуль по биомедицинским наукам, 2021 г.
ОФЭКТ для мелких животных
ОФЭКТ – это метод ядерной визуализации, позволяющий визуализировать биораспределение радиофармпрепаратов, введенных живым субъектам, в данном случае мелким животным (рис. 3). Подобно клиническим системам, системы ОФЭКТ для мелких животных используют (часто несколько) гамма-детекторов для получения 2D-изображений и реконструкции их в 3D-изображение распределения индикаторов. Базовая конструкция камеры SPECT для мелких животных состоит из детекторов, коллиматоров, считывающей электроники, блоков обработки изображений и аксессуаров, связанных с животными (например, обогрев животных, мониторинг (дыхание, температура) и анестезиологические установки). Компоненты камеры, связанные со сбором и обработкой сигналов радиоактивности, обсуждаются здесь, а темы обращения с животными обсуждаются более подробно в следующем разделе этой энциклопедии.
Рис. 3 . Схематическое изображение ОФЭКТ мелких животных, показывающее отдельные этапы, в результате которых получается изображение животного: приготовление радиофармпрепарата для ОФЭКТ, введение радиофармпрепарата животному, ОФЭКТ-изображение животного и пример ОФЭКТ-изображения мыши.
ОФЭКТ изначально был разработан для клиники, а затем адаптирован для использования в доклинических условиях. Высокое пространственное разрешение, возможность визуализации пептидов и антител и возможность измерения относительно медленных кинетических процессов (особенно по сравнению с изотопами ПЭТ) — вот лишь некоторые из преимуществ, которые может предложить визуализация ОФЭКТ (Meikle et al., 2005). Первые камеры ОФЭКТ для мелких животных включали коллиматоры-обскуры, прикрепленные к обычным вращающимся гамма-камерам (Jaszczak et al., 1994; Weber et al., 1994; Yukihiro et al., 1996; Ishizu et al., 1995; Hutton, 2014). Отсюда двумя основными направлениями развития стали адаптация клинических систем и разработка сканеров для мелких животных на основе компактных детекторов с высоким разрешением.
Доклинические инструменты ОФЭКТ могут достигать высокого пространственного разрешения (до ~ 0,25 мм) и в этом отношении регулярно превосходят доклинические системы ПЭТ (Khalil et al., 2011). Ограничение пространственного разрешения в ОФЭКТ не зависит от нижнего предела, обусловленного диапазоном позитронов, как в ПЭТ (Rahmim and Zaidi, 2008); разрешение в ОФЭКТ зависит от настройки камеры и коллиматора (а также в некоторой степени от выбора радионуклидов), и доступно множество различных настроек камеры ОФЭКТ (Meikle et al., 2005). Некоторые общие отличия: количество детекторов гамма-излучения, конструкция коллиматора и методы реконструкции. Они обсуждаются более подробно в следующих параграфах, а ссылки на веб-страницы имеющихся в продаже систем ОФЭКТ (и ПЭТ) приведены в таблице ниже ( Таблица 1 ).
Таблица 1 . Список поставщиков имеющихся в настоящее время в продаже устройств визуализации для ядерной медицины мелких животных.
Существует множество различных камер ОФЭКТ и коллиматоров, в том числе детекторы, установленные на гантри и вращающиеся вокруг объекта, стационарные гамма-камеры с вращающимися коллиматорами или, что становится все более распространенным, полностью стационарные детекторы и коллиматоры (рис. 4). Эти системы часто сочетаются с линейным или спиральным переводом субъекта для достижения адекватной выборки (Golestani et al., 2010; Peterson and Shokouhi, 2012). Стационарная многоканальная ОФЭКТ удобна, так как устраняет артефакты движения и позволяет получать динамические изображения. Количество детекторов также варьируется в зависимости от производителя, например, конструкция с четырьмя головками для nanoScan SPECT (Mediso), конструкция с тремя головками для U-SPECT (MILabs) или конструкция с двумя головками для гамма-глаза (Bioemtech ) и Albira SI (Bruker) ( Zanzonico, 2017b ).
Рис. 4 . Основной принцип прибора ОФЭКТ. Один или несколько коллимированных детекторов ОФЭКТ могут обнаруживать фотоны гамма-излучения в диапазоне энергий, движущиеся от источника излучения вдоль определяемой коллиматором линии отклика.
Поскольку обнаружение одиночного фотона дает очень мало информации о его происхождении, в ОФЭКТ требуются коллиматоры для определения линии отклика (Van Audenhaege et al., 2015).К сожалению, коллиматоры блокируют попадание многих фотонов на детектор, снижая чувствительность, которую можно реализовать при ОФЭКТ (эффективность обнаружения при ОФЭКТ находится в диапазоне ОФЭКТ 0,1–1% по сравнению с доклинической ПЭТ 1–10%) (франк. и др., 2008). Большинство современных доклинических систем ОФЭКТ теперь используют коллимацию с несколькими точечными отверстиями, что обеспечивает высокое пространственное разрешение с приемлемой чувствительностью. Количество точечных отверстий и тип коллиматора варьируются в зависимости от поставщика, например, MILabs использует цилиндрические коллиматоры, тогда как Mediso использует четыре плоских отверстия. В новой системе Molecubes, γ-cube, используются запатентованные лофтхолы вместо точечных отверстий с круглым отверстием и прямоугольным выходом с многообещающими значениями чувствительности, поскольку в коллиматоре требуется меньше экранирования (Deprez et al., 2013).
Производители предлагают несколько коллиматоров: основной набор для визуализации «общего назначения», некоторые предназначены для работы с высоким разрешением, а другие — для высокой чувствительности. Большинство из них будут поставлять коллиматоры общего назначения в стандартной комплектации, которые хорошо работают для большинства приложений, а затем продают более специфические коллиматоры отдельно. Коллиматоры обычно имеют маленькое отверстие, предназначенное для визуализации одной мыши, или большее отверстие, подходящее для визуализации одной крысы. Чтобы увеличить пропускную способность визуализации, были разработаны «отели для мышей», в которых одновременно можно визуализировать несколько мышей (Macholl et al., 2017). В них обычно есть место для трех или четырех мышей, которые могут поместиться в одноместной крысиной кровати, и они отображаются в коллиматорах размером с крысу. У этого метода есть недостатки, поскольку область интереса больше не находится в центре поля зрения, а чувствительность и разрешение большинства камер лучше всего работают в центре, а по краям снижаются (Vanhove et al., 2015). .
Компромисс между чувствительностью и разрешением является постоянным фактором рассмотрения в доклинической ОФЭКТ. Использование коллиматора с меньшими отверстиями увеличит пространственное разрешение изображения, но уменьшит чувствительность. Повышение чувствительности детекторов ОФЭКТ позволит снизить инжектируемую радиоактивность, увеличить производительность визуализации и проводить измерения динамических процессов с еще большим временным разрешением. В настоящее время доклинические приборы ОФЭКТ способны выполнять динамическую визуализацию с точностью до нескольких секунд с сфокусированным полем зрения ( Branderhorst et al., 2011 ).
К сожалению, не существует согласованного стандарта, по которому можно было бы сообщать о производительности камеры, и необходимо соблюдать осторожность при оценке всех соответствующих параметров для предполагаемого применения. Исследование Deleye et al. (2013) провели независимую оценку нескольких инструментов ОФЭКТ, которые были доступны на рынке в то время, сравнивая чувствительность точечного источника, пространственное разрешение, восстановление контрастности и однородность изображения. Однако это чрезвычайно сложно сделать с точки зрения логистики.
Авторы предупреждают читателя, что указанные значения чувствительности и разрешения, сообщаемые непосредственно производителем (и в публикациях в сотрудничестве с производителем), часто достигаются в идеальных условиях визуализации, которые не всегда легко воспроизвести. Кроме того, следует соблюдать осторожность, чтобы не перепутать измерения чувствительности и разрешения с разных коллиматоров, как упоминалось ранее, большинство производителей доклинических ОФЭКТ будут иметь несколько типов коллиматоров. Помимо значений чувствительности и разрешения потенциальные покупатели должны обратить внимание на поле зрения. Большее поле зрения позволит сканировать больший объем за тот же период времени и потребует меньше движений кровати для достижения того же объема сканирования. Сокращение времени сканирования полезно как для экспериментального дизайна, так и для благополучия животных.
Материал детектора оказывает существенное влияние на производительность и стоимость системы ОФЭКТ. Камеры ОФЭКТ имеют сцинтилляционный кристалл, соединенный с фотоумножителем (ФЭУ) и соответствующей электроникой. Многие доклинические системы в настоящее время используют сцинтилляционный кристалл йода натрия, легированного таллием (NaI(TI)), хотя также популярен йодид цезия, легированный натрием (CsI(Na)) (Khalil et al., 2011; Zanzonico, 2017b). Высокопроизводительные кремниевые фотоумножители (SiPM) являются привлекательной заменой ФЭУ, поскольку они преодолевают многие ограничения, такие как низкое напряжение смещения, высокий коэффициент усиления, нечувствительность к магнитным полям и компактны ( Gundacker and Heering, 2020 ).
Некоторые доклинические системы ОФЭКТ перешли на использование полупроводниковых материалов при комнатной температуре вместо сцинтилляционных кристаллов и ФЭУ (Kim et al., 2006; Prasad et al., 2010; Gu et al., 2011). Теллурид кадмия-цинка (CZT) напрямую преобразует гамма-лучи в электрический сигнал, что позволяет использовать более компактные приборы для ОФЭКТ. Помимо более компактных размеров, эти системы обеспечивают превосходное пространственное и энергетическое разрешение ( Kim et al., 2006 ).
В отличие от ПЭТ, с помощью ОФЭКТ можно визуализировать несколько радионуклидов одновременно, если можно выделить их фотопики (Lukas et al., 2020). Это позволяет одновременно изучать несколько биологических процессов in vivo (Thakur et al., 2018). Таким образом, диапазон энергий и энергетическое разрешение системы важны, если пользователь хочет получить многоизотопную визуализацию.
Для получения высококачественных изображений ОФЭКТ доступны различные алгоритмы реконструкции. Наиболее популярными, как и для ПЭТ, являются алгоритмы FBP, OSEM или MLEM. Как уже упоминалось, FBP является быстрым методом реконструкции, но часто приводит к плохому качеству изображения, поэтому чаще используются OSEM и MLEM. OSEM с аналогичным регулированием (SROSEM) — это новый метод итерационной реконструкции, который теперь широко используется в визуализации SPECT и в вычислительном отношении быстрее, чем MLEM ( Goorden et al., 2020 ).
Доклинические системы ОФЭКТ обычно сочетаются с КТ (обсуждается в следующем разделе, посвященном гибридным системам визуализации), чтобы выполнить коррекцию затухания, а также предоставить анатомическую карту животного для анализа.
Расслоение аорты: численное моделирование и виртуальная хирургия
3.2 Компьютерная томография
Компьютерная томография (КТ) — рентгенологический метод регистрации, в котором помимо рентгеновских лучей используется томография — метод, основанный на математической процедуре регистрации изображений с помощью современных компьютеров. Обычные устройства КТ (устройства первого поколения, грубые изображения и длительность сканирования около 30 минут) предоставляют для каждого цикла данные рентгеновской трубки, используемые для реконструкции аксиальных снимков, в то время как более новые версии, такие как спиновая КТ (устройства третьего поколения; более короткая процедура записи), имеют возможность одновременного перемещения стола, на котором лежит больной, и облучения рентгеновскими лучами. При использовании более новых версий КТ-аппаратов продолжительность сканирования значительно сокращается, так как можно получить изображение только за одну задержку воздуха. Этот метод диагностики наиболее часто используется у пациентов с подозрением на расслоение аорты. Трансаксиальные изображения могут отображаться в различных плоскостях — сагиттальной, коронарной и аксиальной. В обстреливаемую часть тела вводят со скоростью от 1 до 3 мл/с 120 мл низкомолекулярного контраста. Первая часть исследования охватывает грудную аорту, а вторая часть, также по той же методике, включает брюшную аорту и подвздошные ветви. Задачей компьютерной томографии является отображение расщепления слоя интимы, отделяющего истинный просвет от ложного и расширение аорты. Как и при предыдущей методике диагностики, в данном случае имеются определенные ограничения интерпретации – артефакты из-за наличия вен и смещения аорты. Артефакты из-за вен идентифицируются на основе их направления, которое варьируется от поперечного сечения к поперечным сечениям, и потому, что они пересекают границы стенки аорты, в то время как артефакты из-за движения аорты уменьшаются с помощью алгоритмов линейной интерполяции на 180 градусов. В начале 1990-х годов были проведены крупные исследования по анализу расслоения аорты с помощью КТ, и было установлено, что чувствительность этого метода составляет 83–94%, а специфичность — 87–100% (Erbel et al., 1989). . Сравнивая спиральную КТ с обычной, следует сказать, что спиральная КТ имеет преимущество по продолжительности исследования, а также позволяет лучше анализировать изображения. Чувствительность аппарата спиральной КТ составляет 93 %, а специфичность — 98 % (Sommer et al., 1996).
Регистрация в челюстно-лицевой хирургии
4.1 Различные модальности изображения в челюстно-лицевой хирургии и их применение
Компьютерная томография (КТ), КТ с контрастным усилением (CECT), магнитно-резонансная томография (МРТ), оптические изображения, цифровые 3D-точки или поверхности (сканер), 3D-фотография – это несколько наиболее часто используемых методов визуализации для диагностики заболеваний. планирование лечения и послеоперационное сопровождение в челюстно-лицевой хирургии. Кроме того, конусно-лучевая КТ (КЛКТ) как альтернатива многосрезовой спиральной КТ в последние годы стала неотъемлемой частью области ортодонтии, имплантологии и другой челюстно-лицевой хирургии. Кроме того, УЗИ, легко доступный, относительно недорогой и неинвазивный метод визуализации, часто используется для выявления различных патологий мягких тканей в орофациальной области или обнаружения лицевых дисморфизмов плода и черепно-лицевых пороков развития. Основываясь на полученной информации о метаболизме, функциональная визуализация (позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)) является полезным дополнением к черепно-челюстно-лицевым клиническим применениям, таким как диагностика и лечение аномального костного метаболизма, опухолей костей, и остеомиелит. Таблица 2.2 показаны основные методы визуализации, используемые в клинической хирургии полости рта и челюстно-лицевой хирургии, а также кратко изложены преимущества и недостатки каждого метода визуализации.
Таблица 2.2. Основные модальности изображений в челюстно-лицевой хирургии и их характеристики.
Источник: Тереза Уинслоу
Термин "компьютерная томография" или КТ относится к процедуре компьютерной рентгенографии, при которой узкий пучок рентгеновских лучей направляется на пациента и быстро вращается вокруг тела, создавая сигналы, которые обрабатываются компьютер машины для создания изображений поперечного сечения — или «срезов» — тела. Эти срезы называются томографическими изображениями и содержат более подробную информацию, чем обычные рентгеновские снимки. После того, как несколько последовательных срезов будут собраны компьютером аппарата, их можно сложить вместе в цифровом виде, чтобы сформировать трехмерное изображение пациента, которое упрощает идентификацию и расположение основных структур, а также возможных опухолей или аномалий.< /p>
В отличие от обычного рентгена, в котором используется фиксированная рентгеновская трубка, в КТ-сканере используется моторизованный источник рентгеновского излучения, который вращается вокруг круглого отверстия конструкции в форме пончика, называемой гентри. Во время компьютерной томографии пациент лежит на кровати, которая медленно перемещается через гентри, в то время как рентгеновская трубка вращается вокруг пациента, направляя узкие пучки рентгеновских лучей через тело. Вместо пленки в КТ-сканерах используются специальные цифровые детекторы рентгеновского излучения, которые располагаются прямо напротив источника рентгеновского излучения. Когда рентгеновские лучи покидают пациента, они улавливаются детекторами и передаются на компьютер.
Каждый раз, когда источник рентгеновского излучения совершает один полный оборот, компьютер КТ использует сложные математические методы для построения среза 2D-изображения пациента. Толщина ткани, представленной на каждом срезе изображения, может варьироваться в зависимости от используемого аппарата КТ, но обычно составляет от 1 до 10 миллиметров. Когда полный срез завершен, изображение сохраняется, и моторизованная кровать постепенно перемещается вперед в гентри. Затем процесс рентгеновского сканирования повторяется для получения другого среза изображения. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет собрано нужное количество фрагментов.
Срезы изображений могут отображаться по отдельности или совмещаться компьютером для создания трехмерного изображения пациента, на котором показаны скелет, органы и ткани, а также любые аномалии, которые врач пытается выявить. Этот метод имеет много преимуществ, включая возможность вращать 3D-изображение в пространстве или последовательно просматривать срезы, что упрощает поиск точного места, где может быть обнаружена проблема.
Переломы на КТ.
Источник: Джеймс Хейлман, доктор медицины, [CC-BY-SA-3.0]
Компьютерная томография может использоваться для выявления заболеваний или травм в различных частях тела. Например, КТ стала полезным инструментом скрининга для выявления возможных опухолей или поражений в брюшной полости. КТ сердца может быть назначена при подозрении на различные типы сердечных заболеваний или аномалий. КТ также можно использовать для визуализации головы с целью обнаружения травм, опухолей, сгустков крови, ведущих к инсульту, кровоизлияниям и другим состояниям. Он может визуализировать легкие, чтобы выявить наличие опухолей, легочной эмболии (сгустков крови), избытка жидкости и других состояний, таких как эмфизема или пневмония. КТ особенно полезна при визуализации сложных переломов костей, сильно разрушенных суставов или опухолей костей, поскольку она обычно дает больше деталей, чем при обычном рентгене.
Как и при любом рентгеновском снимке, плотные структуры тела, такие как кости, легко визуализируются, в то время как способность мягких тканей останавливать рентгеновские лучи различается, поэтому они могут быть тусклыми или трудноразличимыми. По этой причине были разработаны внутривенные (IV) контрастные вещества, которые хорошо видны на рентгеновском снимке или компьютерной томографии и безопасны для пациентов. Контрастные вещества содержат вещества, которые лучше останавливают рентгеновские лучи и, таким образом, более заметны на рентгеновском снимке.Например, для исследования системы кровообращения в кровоток вводят контрастное вещество на основе йода, помогающее осветить кровеносные сосуды. Этот тип теста используется для поиска возможных препятствий в кровеносных сосудах, в том числе в сердце. Пероральные контрастные вещества, такие как соединения на основе бария, используются для визуализации пищеварительной системы, включая пищевод, желудок и желудочно-кишечный тракт.
Компьютерная томография позволяет диагностировать потенциально опасные для жизни состояния, такие как кровотечение, образование тромбов или рак. Ранняя диагностика этих состояний потенциально может спасти жизнь. Однако при компьютерной томографии используются рентгеновские лучи, а все рентгеновские лучи производят ионизирующее излучение. Ионизирующее излучение может вызывать биологические эффекты в живых тканях. Это риск, который увеличивается с увеличением количества воздействий в течение жизни человека. Однако риск развития рака в результате радиационного облучения, как правило, невелик.
Компьютерная томография беременной женщины не представляет известного риска для ребенка, если область тела, на которой выполняется сканирование, не является брюшной полостью или тазом. Как правило, если требуется визуализация брюшной полости и таза, врачи предпочитают использовать обследования, не использующие радиацию, такие как МРТ или УЗИ. Однако, если ни один из этих методов не может дать необходимых ответов, или существует экстренная ситуация или другие временные ограничения, КТ может быть приемлемым альтернативным вариантом визуализации.
У некоторых пациентов контрастные вещества могут вызывать аллергические реакции или, в редких случаях, временную почечную недостаточность. Контрастные вещества внутривенно не следует вводить пациентам с нарушением функции почек, поскольку они могут вызвать дальнейшее снижение функции почек, которое иногда может стать необратимым.
Дети более чувствительны к ионизирующему излучению, у них более высокая ожидаемая продолжительность жизни и, следовательно, более высокий относительный риск развития рака, чем у взрослых. Родители могут спросить у лаборанта или врача, настроены ли их машины для детей.
Компьютерный томограф молочной железы.
Источник: Джон Бун, Калифорнийский университет в Дэвисе
Специальный КТ-сканер груди: NIBIB финансирует исследования по разработке специального КТ-сканера молочной железы, который позволяет визуализировать грудь в 3D и может помочь радиологам обнаруживать труднодоступные опухоли. Сканер производит дозу облучения, сравнимую со стандартной рентгеновской маммографией, и не требует компрессии груди. В этом КТ-сканере груди женщина лежит ничком на специально сконструированном большом столе, а ее грудь подвешена в специальном отверстии в сканирующей кровати. Сканер вращается вокруг груди, не проходя через грудную клетку, тем самым уменьшая излучение, которое было бы доставлено в грудную клетку при использовании обычного компьютерного томографа. Послушайте подкаст о сканере.
Сокращение радиационного излучения при рутинных компьютерных томографиях. NIBIB обратился к исследователям с призывом представить новаторские идеи, которые помогут радикально снизить количество радиации, используемой при компьютерных томографиях. Благодаря этой новой возможности финансирования в настоящее время реализуются пять новых проектов, представляющих творческие, инновационные междисциплинарные подходы, которые в противном случае не получили бы финансирования. Подробнее о них можно прочитать ниже:
Индивидуальная визуализация
Web Stayman, Университет Джонса Хопкинса
Количество радиации, необходимое для компьютерной томографии, зависит от ряда переменных, включая размер пациента, сканируемую часть тела, и поставленная диагностическая задача. Например, маленьким пациентам требуется меньше облучения, чем более крупным, а сканирование более плотной части тела, например мягких тканей возле таза, требует большего облучения, чем сканирование легких. Кроме того, диагностические задачи, требующие высокой четкости изображения, такие как обнаружение слабой опухоли, обычно требуют большего количества облучения. Цель этого проекта — изменить как аппаратное, так и программное обеспечение современных КТ-систем, чтобы устройство могло адаптировать форму, положение и интенсивность рентгеновского луча к конкретному сценарию визуализации. В исследовании используются анатомические модели для конкретных пациентов и математические модели визуализации, чтобы направлять рентгеновские лучи туда, где они необходимы, и, следовательно, избегать или ограничивать рентгеновское облучение там, где оно не требуется. Это поможет максимизировать эффективность визуализации для конкретных диагностических задач и свести к минимуму облучение.
Создание инструментов для исследователей
Синтия МакКоллоу, клиника Мэйо
Цель этой работы — разработка ресурсов, позволяющих исследовательскому сообществу легко создавать и сравнивать новые подходы к снижению дозы облучения при рутинных КТ без нарушение точности диагностики.До сих пор это повлекло за собой создание библиотеки необработанных данных КТ пациентов, которыми исследователи могут манипулировать для проверки новых подходов, и разработку компьютерных методов оценки новых подходов, чтобы исследователям не приходилось полагаться на рентгенологов, которые могут быть затратным и трудоемким. Используя эти активы, исследователи продемонстрировали, что существует значительный потенциал для снижения дозы облучения при КТ-исследованиях брюшной полости, которые являются одними из наиболее широко применяемых КТ-исследований в клинической практике.
Ускоренная обработка
Джеффри Фесслер, Мичиганский университет
Чтобы снизить уровень радиации и при этом получить качественные КТ-изображения, необходимы более сложные методы обработки необработанных данных, полученных с КТ-системы. Эти передовые методы, называемые алгоритмами реконструкции изображений, могут потребовать нежелательно длительного времени вычислений, поэтому в настоящее время их можно использовать только для некоторых пациентов. Целью этого проекта является разработка алгоритмов, достаточно быстрых, чтобы позволить использовать низкодозовую компьютерную томографию для каждого пациента.>
Комплексный подход
Норберт Пелк, Медицинская школа Стэнфорда
На каждом этапе разработки КТ-сканеров есть возможности для внесения изменений, снижающих дозу облучения. Поскольку эти изменения взаимосвязаны, целью этого проекта является использование комплексного подхода, изучение таких подходов, как модификация детектора подсчета фотонов (часть КТ-сканера, которая обнаруживает рентгеновские лучи), динамическое рентгеновское освещение (регулировка количество радиации, используемой на протяжении всего сканирования), и методы реконструкции изображения. Они будут протестированы с использованием настольной экспериментальной системы. Исследователи считают, что эти комбинированные стратегии могут привести к снижению дозы облучения на 80 % по сравнению с современными типичными системами, а также обеспечить получение изображений с более высоким разрешением.
SparseCT
Рикардо Отазо и Даниэль Содиксон, Медицинская школа Нью-Йоркского университета
Исследователи из Медицинской школы Нью-Йоркского университета, Бригама и женской больницы, а также Siemens Healthineers работают вместе над разработкой нового ультра- метод низкодозовой КТ, называемый SparseCT. Ключевая идея SparseCT состоит в том, чтобы заблокировать большинство рентгеновских лучей на КТ до того, как они достигнут пациента, но сделать это таким образом, чтобы сохранить всю важную информацию об изображении. Подход сочетает в себе новое устройство блокировки рентгеновских лучей с математикой сжатого зондирования, что позволяет реконструировать изображения из уменьшенных наборов данных. Распознавание сжатия можно сравнить со съемкой фильма на очень быструю камеру с малым количеством пикселей, а затем с помощью математических вычислений преобразовать изображение в качество высокой четкости.
КТ головного мозга – это неинвазивная процедура диагностической визуализации, в которой используются специальные рентгеновские измерения для получения горизонтальных или осевых изображений (часто называемых срезами) головного мозга. КТ головного мозга может предоставить более подробную информацию о тканях и структурах головного мозга, чем стандартные рентгеновские снимки головы, что позволяет получить больше данных о травмах и/или заболеваниях головного мозга.
Во время КТ головного мозга рентгеновский луч движется по кругу вокруг тела, что позволяет получить множество различных изображений мозга. Рентгеновская информация отправляется на компьютер, который интерпретирует рентгеновские данные и отображает их в двухмерном (2D) виде на мониторе.
Компьютерная томография головного мозга может выполняться как с контрастом, так и без него. Контраст относится к веществу, принимаемому внутрь или вводимому внутривенно (IV), которое позволяет более четко видеть конкретный исследуемый орган или ткань. Контрастные исследования могут потребовать от вас голодания в течение определенного периода времени перед процедурой. Ваш врач уведомит вас об этом перед процедурой.
Какова функция мозга?
Являясь частью центральной нервной системы (ЦНС), мозг является важным органом, который контролирует мышление, память, эмоции, осязание, двигательные навыки, зрение, дыхание, температуру, чувство голода и все процессы, регулирующие наше тело.
Каковы различные части мозга?
Мозг можно разделить на головной мозг, ствол мозга и мозжечок:
Мозг. Головной мозг (супратенториальный или передний мозг) состоит из правого и левого полушарий. К функциям головного мозга относятся: начало движения, координация движения, температура, осязание, зрение, слух, суждение, рассуждение, решение проблем, эмоции и обучение.
Ствол мозга. Ствол головного мозга (средняя линия или середина мозга) включает средний мозг, мост и продолговатый мозг. Функции этой области включают: движение глаз и рта, передачу сенсорных сообщений (жар, боль, громкость и т. д.), чувство голода, дыхание, сознание, работу сердца, температуру тела, непроизвольные движения мышц, чихание, кашель, рвоту и т. глотание.
Мозжечок. Мозжечок (инфратенториальный или задний мозг) расположен на затылке. Его функция заключается в координации произвольных движений мышц и поддержании осанки, баланса и равновесия.
В частности, к другим частям мозга относятся следующие:
Понс. Мост, глубокая часть мозга, расположенная в стволе мозга, содержит множество областей, контролирующих движения глаз и лица, мимические ощущения, слух и равновесие.
Продолговатый мозг. Продолговатый мозг, самая нижняя часть ствола головного мозга, является наиболее важной частью всего мозга и содержит важные центры управления сердцем и легкими.
Спинной мозг. Большой пучок нервных волокон, расположенный в спине и простирающийся от основания головного мозга до нижней части спины. Спинной мозг передает сообщения в головной мозг и остальные части тела и обратно.
Лобная доля. Самая большая часть мозга, расположенная в передней части головы, лобная доля, участвует в характеристиках личности и движениях.
Теменная доля. Средняя часть мозга, теменная доля, помогает человеку идентифицировать объекты и понимать пространственные отношения (где тело сравнивается с объектами вокруг человека). Теменная доля также участвует в интерпретации боли и прикосновения в теле.
Затылочная доля. Затылочная доля — это задняя часть мозга, отвечающая за зрение.
Височная доля. Стороны мозга, эти височные доли, участвуют в памяти, речи и обонянии.
Каковы причины проведения компьютерной томографии головного мозга?
Компьютерная томография головного мозга может быть выполнена для оценки головного мозга на наличие опухолей и других поражений, травм, внутричерепных кровотечений, структурных аномалий (например, гидроцефалии, инфекций, функции мозга или других состояний), особенно при другом типе обследования (например, , рентген или медицинский осмотр) не позволяют сделать окончательный вывод.
Компьютерная томография головного мозга также может использоваться для оценки воздействия лечения на опухоли головного мозга и для выявления тромбов в головном мозге, которые могут быть причиной инсультов. Еще одно применение КТ головного мозга — предоставление рекомендаций при операциях на головном мозге или при биопсии ткани головного мозга.
Ваш врач может порекомендовать КТ головного мозга по другим причинам.
Каковы риски компьютерной томографии головного мозга?
Возможно, вы захотите узнать у своего врача о дозе радиации, используемой во время процедуры КТ головного мозга, и о рисках, связанных с вашей конкретной ситуацией. Вы должны вести записи о своей прошлой истории радиационного облучения, например, о предыдущих компьютерных томограммах и других типах рентгеновских лучей, чтобы вы могли сообщить об этом своему врачу. Риски, связанные с радиационным облучением, могут быть связаны с совокупным количеством рентгенологических исследований и/или процедур в течение длительного периода времени.
Чтобы защитить свое здоровье, примите во внимание следующие меры предосторожности, прежде чем планировать КТ головного мозга:
Беременность. Если вы беременны или подозреваете, что можете быть беременны, сообщите об этом своему врачу. Радиационное облучение во время беременности может привести к врожденным дефектам. Если вам необходимо сделать КТ головного мозга, будут приняты особые меры предосторожности, чтобы свести к минимуму радиационное воздействие на плод. Контрастные вещества: если во время КТ головного мозга используются контрастные вещества, у пациента может развиться аллергическая реакция на эти средства. Некоторым пациентам не следует использовать контрастное вещество на основе йода. Пациенты с аллергией или чувствительностью к лекарствам должны уведомить об этом своего врача. Когда вы планируете КТ головного мозга, вы должны сообщить представителю центра доступа, если у вас была аллергическая реакция на какое-либо контрастное вещество или если у вас почечная недостаточность или другие проблемы с почками. Контрастное вещество внутривенно не будет вводиться, если в прошлом у вас была тяжелая или анафилактическая реакция на какое-либо контрастное вещество. Возможно, вам удастся провести сканирование без контрастного вещества или пройти альтернативное обследование с визуализацией. . Сообщаемая аллергия на морепродукты не считается противопоказанием для йодсодержащего контраста. Кормящим матерям может потребоваться подождать 24 часа после введения контрастного вещества, прежде чем возобновить грудное вскармливание.
Диабет. Пациенты, принимающие метформин (Глюкофаж) от диабета, должны предупредить своего врача перед внутривенной инъекцией контрастного вещества, так как это может вызвать редкое состояние, называемое метаболическим ацидозом. Если вы принимаете метформин, вас попросят прекратить прием на время процедуры и подождать 48 часов после процедуры, прежде чем возобновить прием этого лекарства. Прежде чем возобновить прием метформина, может потребоваться анализ крови для проверки функции почек.
В зависимости от вашего конкретного состояния здоровья могут быть и другие риски. Обязательно обсудите любые проблемы со своим врачом перед процедурой.
Как подготовиться к компьютерной томографии головного мозга?
Если вы проходите компьютерно-томографическую ангиографию (КТА), при записи на прием вам будут даны конкретные инструкции. Следующие инструкции помогут вам подготовиться к КТ головного мозга:
Одежда: вас могут попросить переодеться в халат пациента. Если это так, платье будет предоставлено для вас. Снимите все пирсинги и оставьте дома все украшения и ценные вещи.
Контрастное вещество. Вам будет предложено подписать форму согласия, в которой будут подробно описаны риски и побочные эффекты, связанные с введением контрастного вещества через небольшую трубку в вену, называемую внутривенной (IV) линией. Наиболее распространенным типом КТ головного мозга с контрастированием является исследование с двойным контрастированием, которое потребует от вас выпить контрастное вещество перед началом исследования в дополнение к внутривенному контрасту. Если в прошлом у вас были реакции легкой или средней степени тяжести, вам, вероятно, потребуется принять лекарство перед КТ головного мозга.
Еда и питье. Если ваш врач назначил компьютерную томографию головного мозга без контраста, вы можете есть, пить и принимать назначенные лекарства до обследования. Если ваш врач назначил КТ головного мозга с контрастом, ничего не ешьте за три часа до КТ головного мозга. Вам рекомендуется пить прозрачные жидкости.
Диабетикам: диабетикам следует съесть легкий завтрак или обед за три часа до запланированного сканирования. В зависимости от вашего перорального лекарства от диабета вас могут попросить прекратить прием лекарства в течение 48 часов после компьютерной томографии головного мозга. Если у вас есть компьютерная томография с рентгенологическим исследованием Джона Хопкинса, подробные инструкции будут даны после вашего обследования.
Лекарства: все пациенты могут принимать назначенные им лекарства как обычно, если не указано иное.
В зависимости от состояния вашего здоровья ваш врач может назначить дополнительные этапы подготовки к КТ головного мозга.
Что происходит во время компьютерной томографии головного мозга?
Компьютерная томография головного мозга может выполняться амбулаторно или во время пребывания в больнице. Процедуры могут различаться в зависимости от вашего состояния и практики вашего врача.
Как правило, КТ головного мозга включает следующие этапы:
Если вам предстоит процедура с контрастом, в руку или руку будет начата внутривенная линия для введения контрастного вещества. Для перорального контрастирования вам дадут жидкий контрастный препарат для проглатывания.
Вы будете лежать на столе для сканирования, который вдвигается в большое круглое отверстие сканирующего устройства. Можно использовать подушки и ремни, чтобы предотвратить движение во время процедуры.
Технолог будет в другой комнате, где расположены элементы управления сканером. Однако вы будете в постоянном поле зрения технолога через окно. Динамики внутри сканера обеспечат двустороннюю связь между лаборантом и пациентом. У вас может быть кнопка вызова, чтобы вы могли сообщить технологу, если у вас возникнут проблемы во время процедуры. Технолог все время будет наблюдать за вами и будет на связи.
Поскольку сканер начинает вращаться вокруг вас, рентгеновские лучи проходят через тело в течение короткого промежутка времени. Вы услышите щелчки, что является нормальным явлением.
Рентгеновские лучи, поглощаемые тканями тела, будут обнаружены сканером и переданы на компьютер. Компьютер преобразует информацию в изображение, которое рентгенолог интерпретирует.
Вы должны оставаться неподвижными во время процедуры. Вас могут попросить задержать дыхание в разное время во время процедуры.
Если для вашей процедуры используется контрастное вещество, вы можете почувствовать некоторые эффекты при введении этого вещества в капельницу. Эти эффекты включают ощущение покраснения, соленый или металлический привкус во рту, кратковременную головную боль или тошноту и/или рвоту. Эти эффекты обычно длятся несколько секунд.
Вы должны сообщить лаборанту, если у вас возникли проблемы с дыханием, потливость, онемение или учащенное сердцебиение.
Когда процедура будет завершена, вы будете удалены из сканера.
Если для введения контраста была установлена внутривенная линия, она будет удалена.
Хотя КТ головного мозга сама по себе не вызывает боли, необходимость лежать неподвижно на протяжении всей процедуры может вызвать некоторый дискомфорт или боль, особенно в случае недавней травмы или инвазивной процедуры (например, операции). Технолог применит все возможные меры комфорта и завершит процедуру как можно быстрее, чтобы свести к минимуму любой дискомфорт или боль.
Что происходит после КТ головного мозга?
Если во время компьютерной томографии головного мозга использовалось контрастное вещество, вы можете находиться под наблюдением в течение определенного периода времени, чтобы проверить наличие каких-либо побочных эффектов или реакций на контрастное вещество. Сообщите своему радиологу, если вы испытываете зуд, отек, сыпь или затрудненное дыхание. Если вы заметили какую-либо боль, покраснение и/или припухлость в месте внутривенного вливания после возвращения домой после процедуры, вам следует сообщить об этом своему врачу, так как это может указывать на инфекцию или другую реакцию.
В противном случае после КТ головного мозга не требуется особого ухода. Большинству пациентов разрешается возобновить свою обычную диету и деятельность. Ваш врач может предоставить дополнительные или альтернативные инструкции после процедуры, в зависимости от вашей конкретной ситуации.
Системы обработки и представления черепных компьютерных томограмм стали важным дополнением к использованию компьютеров в медицине, особенно в радиологии. В этой статье делается попытка обрисовать глобальный взгляд на некоторые важные технические возможности, которые такие системы могут предоставить с использованием методов обработки изображений, анализа изображений и компьютерной графики. Экспериментальные результаты проекта COMPACT представлены там, где это уместно. Дальнейшее рассмотрение также уделяется структуре, в которой может происходить обработка CT. Для обеспечения клинической эффективности обсуждается концепция медицинской рабочей станции как части распределенной вычислительной сети. Затем некоторое внимание уделяется возможным режимам работы врачей в такой системе.
ВВЕДЕНИЕ
В процессе медицинской диагностики и терапии информация обычно представляется с помощью письменного слова, изображений, графики и устной речи. Для конкретного пациента общая сумма этой информации может быть обозначена как медицинская карта (MR). В интересах системы здравоохранения, ориентированной на пациента, существует ряд важных, если не жизненно важных требований к тому, как информация в MR должна быть организована и использована, например. должно быть
доступ к информации в MR в нужном месте в нужное время нужными людьми,
максимальное использование информации в диагностических и терапевтических целях,
надежное объединение всей информации о пациенте в один МР.
Кроме того, существуют некоторые желательные функции представления и обработки данных для медицинского работника, например. должно быть
однородное, структурированное и простое для понимания представление данных MR,
легко расширяемые MR,
безопасные, защищенные и легкодоступные MR,
средства быстрого сбора статистических данных о MR,
и самое главное
гибкие средства для проведения конференций и консультаций с использованием MR и всех видов связи (т. е. словесное, графическое и голосовое общение).
В этой статье предполагается, что каждое из вышеперечисленных требований к управлению информацией и ее оценке может быть максимально удовлетворено за счет использования медицинских рабочих станций (MWS) в распределенной вычислительной сети.
Разработка такой системы в настоящее время ведется в Институте технической информатики Берлинского технического университета. MWS в основном применяется для лечения неврологических расстройств и включает систему компьютерного управления, обработки и анализа компьютерных томограмм (COMPACT).
Обработка и анализ компьютерных томограмм (КТ) в основном поддерживают требование b). Они рассматриваются в рамках обработки и анализа изображений и обсуждаются соответственно в главах 2 и 3 [Разделы, посвященные методам обработки изображений и методам анализа изображений].
Компьютеризированное управление КТ охватывает широкий спектр действий в поддержку всех вышеупомянутых требований и функций для обработки МРТ. Компьютерная графика особенно подходит для функции d) и будет обсуждаться в главе 4 [Раздел, посвященный компьютерной графике].
Наш подход к обеспечению функции h) будет описан в главе 5, то есть передаче CT в сети для связи и хранения.
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Методы цифровой обработки изображений, обычно направленные на преобразование одного изображения в модифицированное и улучшенное изображение, при применении к компьютерной томографии должны отвечать следующим требованиям: 1
улучшить изображение с точки зрения способности человеческого восприятия и/или
уменьшить шум и артефакты сканирования и движения и/или
получить более подходящее представление изображения для процесса сегментации.
Достижение наиболее подходящего представления компьютерных томограмм для врача является основным требованием для улучшения визуализации содержания анатомической и патологической картины. Для этого может потребоваться сглаживание шума, усиление краев и контраста, а также преобразование псевдоцвета. Когда предполагается автоматический анализ с помощью автономной или онлайновой компьютерной системы, требование c) может быть далее разделено на категории i) улучшение характеристик изображения, т.е. края и контрасты, а также ii) сокращение данных для ограничения размера матрицы изображения.
Характеристики компьютерной томограммы
Как правило, двухмерное представление изображения содержит искажения, зависящие от процесса формирования изображения. Деградации могут быть смоделированы с помощью функции свертки изображения и аддитивного компонента, шума. Для рентгеновской визуализации в компьютерной томографии может быть несколько источников деградации, например.как часть модуляционной передаточной функции сканера, вызванная рассеянием фотонов при обходе объекта и нелинейностью источника энергии и детекторов, так и влияние на качество изображения алгоритмов восстановления по проекциям. Кроме того, качество изображения зависит от нескольких параметров, в частности от энергии сканирования, количества проекций и пространственного разрешения.
Очевидно, что все параметры сильно зависят от сканера. Текущая работа, включенная в проект COMPACT, сосредоточена на компьютерных томограммах черепа, полученных с помощью сканера EMI CT1010 на кафедре компьютерной томографии Свободного университета Берлина. Компьютерные томограммы представляют собой цифровой двумерный массив с общим размером 160 × 160 элементов изображения (пикселей), каждому из которых соответствует числовое целочисленное значение в диапазоне -1000…1000 (значение HU), которое соответствует средняя плотность структур головного мозга в объемном элементе (вокселе) размером 1,5×1,5×10 мм 3 . Несмотря на двумерное представление компьютерной томограммы, реальная информация на пиксель имеет трехмерную природу.
Сокращение данных
Задачу сокращения данных можно определить как подавление ненужной информации во всей области изображения. В черепных компьютерных томограммах важным структурным содержанием для диагностических и терапевтических целей является распределение значений HU, описывающих коэффициенты затухания ткани головного мозга. Для целей компьютерной обработки полезно уменьшить большое количество битов на томограмму, чтобы обеспечить хранение только сегментов матричных строк, которые относятся к мозгу.
Модуль предварительной обработки для черепных компьютерных томограмм включает в себя сглаживание, обнаружение черепа, обнаружение сегментов линии мозга и вычисление нескольких статистических данных о пикселях мозга. Черепные компьютерные томограммы сохраняются на магнитных лентах процессором сканера EMI CT1010 и считываются ITEL AS-5 факультета компьютерных наук Берлинского технического университета. Полный набор матриц изображения передается на диски графической системы Adage AGT 130 по линии передачи данных 4800 бод. Алгоритмы предварительной обработки были разработаны для обработки в режиме сканирования через программный буфер, содержащий одновременно 5 строк томограммы. Последующая обработка была адаптирована к линейно-ориентированной структуре хранения томограмм на ленте и ограниченному размеру основного ядра системы ADAGE (32 КБ), что не позволяет постоянно хранить в ядре полную матрицу томограммы во время обработки.
Обнаружение черепа выполняется просто путем фиксированного порогового значения сглаженных пикселей в линейном буфере. Фиксированное пороговое значение обеспечивается тем фактом, что кость появляется в постоянном диапазоне значений HU на томограммах. После обнаружения черепа каждая строка, лежащая внутри черепа, проверяется на наличие кандидатов в мозг путем принятия решения о статистике значений HU пикселей в строке. С помощью этого простого и быстрого метода делается различие между мозгом и фоном. Как только сегмент линии мозга обнаружен, в линейном буфере выполняются несколько статистических вычислений:
среднее значение HU и стандартное отклонение значений HU мозга,
гистограмма пикселей мозга первого порядка
центр всей области мозга на томограмме по моментному анализу и
линия симметрии, которая может быть повернута в зависимости от положения пациента в гентри методом главной оси (подробности приведены в 2 ).
После предварительной обработки уменьшенные данные томограммы сохраняются в основном списке резидентов, и на них может ссылаться блок дескриптора строки, содержащий индексы строк и столбцов, за которыми следуют значения HU пикселей.
Предварительная обработка была протестирована на всей базе данных КТ, включая 120 черепных компьютерных томограмм. Результаты обнаружения черепа и подавления фона были очень точными. Предварительная обработка выполняется примерно за 60 секунд, включая доступ к диску и передачу данных с диска на основное ядро.
Улучшение изображения
Ухудшение уровня шума, присущее томограмме, сглаживается обычным оператором усреднения, определенным в окрестности 3 × 3. Поскольку оператор усреднения никоим образом не адаптирован к конкретному происхождению шума, края в пикселях мозга размыты, а качество изображения в целом ухудшается. 3 Разработка операторов сглаживания, адаптированных к шуму, требует тщательного анализа теоретических предпосылок происхождения и свойств шума в КТ-сканерах. 4
Однако для улучшения КТ-изображений важны не только методы сглаживания, но и методы улучшения КТ-изображений. 5 Они могут либо повысить резкость краев, либо сделать различия в низком контрасте видимыми для врача. Такая процедура может оказать существенную помощь врачу в диагностике низкоконтрастных массовых образований, для которых граница с окружающими тканями может быть нечетко видна.Кроме того, внутреннюю часть низкоконтрастных поражений можно более четко проанализировать после контрастирования или усиления краев.
Кроме того, преобразование псевдоцвета может улучшить видимость нейроанатомических и патологических структур. При выборе схемы преобразования значений серого в псевдоцвета необходимо учитывать, что диапазон цветов не перегружает способности восприятия врача.
Решения некоторых из обозначенных проблем являются частью непрерывного развития системы COMPACT.
МЕТОДЫ АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЯ
В целом существуют два различных подхода к компьютерному анализу структурного содержания компьютерных томограмм:
интерактивный и
подход к автоматизированному анализу КТ-изображений.
Для достижения оптимального синергизма в интерактивной среде между врачом и компьютерной системой важно тщательно спроектировать модуль связи человек-машина. За последние несколько лет опубликовано множество работ по интерактивному анализу компьютерных томограмм. Введение в вышеупомянутые проблемы дано в 6, обзор можно найти в. 7
Общим для интерактивного и автоматизированного анализа КТ-изображений является акцент на диагностической оценке желудочков головного мозга. Линейные измерения расстояния, полученные с помощью пневмоэнцефалографии, были адаптированы к КТ для описательного анализа атрофических заболеваний и детской гидроцефалии. Чтобы преодолеть их двумерный характер, а также столкнуться с трехмерным характером информации КТ, были предприняты попытки оценить объем желудочка на компьютерных томограммах.
Разработка методов автоматизированного анализа КТ-изображений желудочков головного мозга основана на трех требованиях:
для преодоления утомительной работы по выделению контуров желудочка в диапазоне до 12 срезов томограммы,
для получения точного параметризованного описания трехмерной морфологии желудочков и
чтобы облегчить реалистичную визуализацию сложной желудочковой структуры.
Легко заметить, что
подразумевает автоматическую сегментацию изображений и распознавание объектов,
означает автоматическое определение объема желудочка и
требуется трехмерное отображение с затенением, скрытым отображением и различными преобразованиями изображения, хорошо известными в компьютерной графике.
Сегментация
На выбор подходящей схемы сегментации для КТ черепа повлияли следующие требования к дизайну:
минимум вычислительных затрат и требований к хранилищу во время обработки,
быстрый и, следовательно, довольно «простой» подход,
оптимальная адаптация к линейно-ориентированной структуре хранения компьютерных томограмм.
Подход с динамическим определением порога был выбран (в отличие от подхода с фиксированным порогом в 8 ) и реализован на FORTRAN IV в графической системе ADAGE AGT 130.
Заполненные спинномозговой жидкостью полости, такие как желудочки, цистерны и субарахноидальное пространство, определяются на черепной компьютерной томограмме по характерному диапазону значений HU и хорошо контрастируют с окружающими значениями HU ткани головного мозга. Последняя функция обеспечивает пороговое значение матрицы изображения томограммы с автоматически выбранным диапазоном динамических пороговых значений (было обнаружено, что из-за вариаций диапазона спинномозговой жидкости, зависящих от среза, пациента и энергии сканирования, фиксированное пороговое значение дает неудовлетворительные результаты).
Некоторые соображения следует также уделить процессу создания CT. HU-значения пикселей в матрице двумерной томограммы являются результатом усреднения коэффициентов затухания трехмерного распределения плотности иногда более чем одного материала в пределах одного вокселя размером 1,5 × 1,5 × 10 мм 3 . Таким образом, воксели, определяющие границу мозга/желудочка, могут содержать мозговую ткань, а также спинномозговую жидкость, и поэтому им присваивается более высокое значение HU, чем вокселям, содержащим чисто спинномозговую жидкость (обычно называемые «феноменами частичного объема», количество, например, CSF в пределах одного вокселя называется «отношением частичного объема» pvr). Таким образом, верхняя граница диапазона ЦСЖ определяется максимальным значением HU пикселей, представляющих желудочковую систему.
Для анализа краев желудочка/мозга суммарный градиент вычисляется по всему мозгу на томограмме, и его величина коррелируется со значением HU при соответствующих индексах пикселей с помощью модифицированной двумерной (совместной) гистограммы, следующей за понятие в. 9 Проекция на все максимальные градиенты дает одномерную гистограмму значений HU возможных краевых пикселей. 7
Одна проблема, однако, требует более подробного обсуждения. В идеальном случае результирующая одномерная гистограмма является унимодальной, и ее максимум дает значение HU наиболее часто встречающихся пикселей на краю желудочка/мозга, связанных с максимальными градиентами.Однако желудочковый/мозговой край в целом имеет непостоянный краевой профиль из-за разного соотношения парциальных объемов вдоль края (анализ анатомии мозга показывает, что воксели на периферии лобных рогов должны содержать меньше ЦСЖ, чем на периферии третьего желудочка). В общем, гистограмма является бимодальной, относящейся к краевой части, связанной с минимумом, и одной, связанной с максимальным соотношением парциальных объемов. В случаях, когда присутствуют два сильных пика, в качестве порога выбирается впадина гистограммы. Ясно, что такой чисто глобальный анализ для определения порога приводит только к оценке верхней границы порога, поэтому влияние локального контраста игнорируется. Это означает, что в отношении распределения парциальных объемных отношений внутри среза хорошо сегментированы только желудочковая система или наружные ликворные пространства. Если внешние области, содержащие CSF, точно сегментированы, желудочки могут быть в целом слишком большими, и наоборот. Улучшенная версия схемы сегментации будет сочетать глобальную статистику по краям, присутствующим в томограмме, и локальные свойства контраста в определенной окрестности пикселей.
Нижняя граница диапазона ЦСЖ выбирается из первой ненулевой записи общей гистограммы мозга с минимальным значением HU. Результаты применения схемы сегментации к компьютерным томограммам на рис. 1a-1f, приведены на фиг. 2а-2е .
Компьютерные томограммы одного из 10 черепов (специально приготовленных для этого эксперимента из вскрытий).
Читайте также: