SZÁMÍTÁSTECHNIKA A NUKLEÁRIS MEDICINÁBAN

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "SZÁMÍTÁSTECHNIKA A NUKLEÁRIS MEDICINÁBAN"

Irma Soós
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 SZÁMÍTÁSTECHNIKA A NUKLEÁRIS MEDICINÁBAN Varga József Debreceni Egyetem Nukleáris Medicina Intézet, ECT nehézségei A képfeldolgozás céljai Fejlődési irányok Rekonstrukció és szűrés Elnyelés-korrekció, hibrid leképezés Kinetikai elemzés módszerei Leképezés céljai Kimutatás (jelen van-e?) Becslés (milyen mértékben?) Értenünk kell radioaktív bomlás sugárgyengítés szóródás detektorok jellemzői kamera képességei rekonstrukció képfeldolgozás térbeli illesztés kijelzés lehetőségei Advancing nuclear medicine through innovation. NAS, Példa: képminőséget lerontó tényezők Egységesítés, optimalizálás! 120 Eredeti Alacsony kontraszt Gyenge felbontás Administered activity (MBq) Age (years) Zaj Mindezek együtt Gyermekeknek beadott DMSA aktivitások Svédországban (Forrás: Mats Stenström) 3 4 Emissziós leképezés behatároló tényezői Begyűjtési mód korlátozott felbontás résztérfogat-hatás távolságfüggő! sugárgyengítés szórás a vizsgált szerven kívüli nagy aktivitás pl: szívvizsgálatnál a májban fiziológiás mozgás (légzés, szívdobogás) Statikus? Tomográfiás? Dinamikus? 5 6 Vizsgálat- és adattípusok Hol jelenik meg a képfeldolgozás? vetületi térbeli / metszeti statikus SPECT gamma-kamerás PET dinamikus - Dimenziók: vetületi térbeli / metszeti plan. γ SPECT PET statikus dinamikus 3-4 kapuzott vetületi térbeli / metszeti dinamikus statikus statikus dinamikus változások gamma-kamerás SPECT PET (szórás) paletták, normalizálás, küszöbök zajcsökkentés, felbontás-helyreállítás számszerű eredmények nyerése összekapcsolás (egésztest) 2D előszűrés rekonstrukció (metszetek) szórás, elnyelés változások elnyelés előkorrekció 7 8

2 2 500 beütés beütés Mátrixméret és zaj 64x64 mátrix 64x64-es mátrixban: Képelem zaja = = Zajtartalom = 100% = 1% x128-as mátrixban: Képelem zaja = = = Zajtartalom = 100% = 2% Számszerű eredmények nyerése az izotópdiagnosztikában részterületekből görbékből különbségek összevetés normál tartománnyal viszonyítás: beadott aktivitáshoz és testmérethez (SUV) vérbeli koncentrációhoz referencia-területhez 128x128 mátrix Alapelv: FWHM pixelméret Érdekes terület (Region of Interest, ROI) Információ dinamikus vizsgálatokból Részterületek idő-aktivitás görbéi Parametrikus képek Minden képelembıl képezzük az idı-aktivitás görbe egy paraméterét Tervezett Képelemekre osztott Körülrajzoljuk a kívánt terület(ek)et Idı-aktivitás görbéket képezünk belılük Képsorozat Színkódolva Színkódolt kijelezzük kijelzés Mire jó a parametrikus kép? Példa: üregrendszer kijelölése Változások elemzési módszerei Különbségkép Összeg Átl. áthaladási idő Görbeillesztés paraméterek Parametrikus kép részterületek átlaga Dekonvolúció után görbeillesztés Gamma-változós függvény Rekeszes kinetikai modell Grafikus módszerek Képek, képsorozatok összekapcsolása Térbeli eloszlás az izotópdiagnosztikában Forrás eredmény Kiszámolás: rekonstrukció Ábrázolás: trx. metszetek statikus képek hibrid leképező berendezések különálló vizsgálatok: azonos modalitás különböző modalitások illeszkedő vizsgálatok egésztest-kép SPECT/CT, PET/CT, PET/MR térbeli illesztés: regisztráció koregisztráció fúzió kivetítés: összeg maximum korrekciók: sugárgyengítés szórás felbontás attenuation scatter resolution recovery 3D pont metszetei 3D mozi browser cine MIP újraszeletelés reslicing metszetsorozatok térbeli illesztés registration fúzió 15 16

testmérethez (SUV) vérbeli koncentrációhoz referencia-területhez 128x128 mátrix Alapelv: FWHM pixelméret 3 9 10 Érdekes terület (Region of Interest, ROI) Információ dinamikus vizsgálatokból

3 Fejlődési irányok Vetület és sinogram Vetület: összeg egymással párhuzamos vetítési egyenesek mentén A leképező berendezés egyedi jellemzőinek beépítése a rekonstrukcióba ( resolution recovery ) Sinogram: egy metszet különböző irányú vetületei együtt Korrekciók (elnyelés, szórás, távolság) Másik modalitás (CT, MRI) hasznosítása a képfeldolgozásban és számszerűsítésben Kinetikai modellek a klinikai rutinban A szűrő szerepe döntő a visszavetítésnél Szűrt visszavetítés Visszavetítés szűrés nélkül szétkent kép Ramp (=emelkedő, rámpa) szűrés a sinogramon Helyreállító szűrők ( restoration ): >1 Szűrők Planáris gamma-kamerás kép spektruma Ablak-függvények Hanning Az ablak-függvény megadja, milyen frekvenciákat engedünk át. power spectrum jel zaj Metz 2 Fourier-térben: komponensenkénti szorzás 1.E+09 elnyomjuk a magas frekvenciákat Kép spektruma Sum Zaj spektruma Diff. 1.E+06 Hann, Hamming, Butterworth, SheppLogan, Parzen helyreállító szűrő: >1 lehet az ablak-fv. (Metz, Wiener) 1.5 Frekvencia (1/cm) 2.0 Rekonstrukciós szűrők RAM P Hanning Metz 2 1.E A ramp-szűrő csökkenti a szétmosódást, de felerősíti a ZAJT is 60 térfrekvencia (1/látómező) az ablak-függvénnyel szorozzuk 21 Példa: Butterworth-szűrő paraméterei 1.5 Frekvencia (1/cm) Helyreállítható a szétterjedés? Ábra: M. Nowak Lonsdale, Bispebjerg Hospital 23 24

klinikai rutinban 17 18 A szűrő szerepe döntő a visszavetítésnél Szűrt visszavetítés Visszavetítés szűrés nélkül szétkent kép Ramp (=emelkedő, rámpa) szűrés a sinogramon 19 20 Helyreállító szűrők (

4 Fokozatos közelítéses (iteratív) rekonstrukció SPECT: Hol szűrhetünk? SPECT Valódi eloszlás Rekonstrukció előtt: közben : után: Hol? Dimenzió? vetületi képeken 2 a szinogram sorain 1 a rekonstruált térfogaton 3 Mért vetületi adatok kivetítés Becsült kép Számolt vetület Összehasonlítás: konvergál? Rekonstruált kép Becslés pontosítása visszavetítés 25 Szűrő Lépések száma: szívizom-leképezés Cardiac Tc 26 Emory 1,2 MOSEM előszűrő nélk. Wiener S+BW +OSEM terh. SHA: nyug. terh. VLA nyug. terh. HLA Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. nyug Rekonstrukció felbontás-javítással Philips Precedence: Astonish A felbontás visszanyerése = resolution recovery A gamma-kamera felbontása a távolsággal gyorsan romlik A vetületi kép különböző mértékben összemosódó komponensekből tevődik össze rossz közelítés a vetület egységes szűrése javított Zeng GL & al., J Nuc Med 1998; 39: A távolabbról érkező jel kevésbé részletgazdag nem sokat veszítünk vele, ha erősebben megszűrjük. 29 A képet lerontó tényezők Ideális +szétterjedés +elnyelés 30 Elmozdulás hatása +szórás Ábra: B. Hutton, Westm ead Hospital, Sydney 31 32

Rekonstruált kép Becslés pontosítása visszavetítés 25 Szűrő Lépések száma: szívizom-leképezés Cardiac Tc 26 Emory 1,2 MOSEM előszűrő nélk. Wiener S+BW +OSEM terh. SHA: nyug. terh. VLA nyug. terh. HLA Ábra: J.

5 Elnyelés hatása homogén hengerre Chang-féle elnyeléskorrekció A mélyen levő képletek sugárzása jobban elnyelődik t: mélység (mm) µ: elnyelési együttható a hozzáadódó szórás miatt csökkentett elnyelési együtthatóval! C = 0 C e µ t A (test)felszín kiemelődik Korrekció?? Testkörvonal Ábra: M. Nowak Lonsdale, Bispebjerg Hospital 33 Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. 34 Az ellipszis elhelyezésének hatása Mellkasi (szív-) vizsgálatok: Hibás illesztés SPECT: a koponyacsont elnyelése kb. kétszeres kintebb kell húzni a körvonalat Ábra: PET Centrum, Turku Hibás átmérő 35 A Chang-módszer nem alkalmazható, mert különböző elnyelésű (sűrűségű) részek vannak egy keresztmetszetben Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. 36 Elnyelés-korrekció Példák: elnyelés-korrekció hatása Korrigálatlan (szűrt visszavetítés) Elnyelési térkép Korrigált (OSEM) Forrás: M. King et al PET: Lehetséges transzmissziós képek Energia-viszonyok Gamma-forrás áteresztési képe 511 kev-es fotonok koincidencia-detektálása Ge-68 / Ga-68 röntgen (~ kvp) röntgenforrás gammaforrás pozitronforrás magas zajszint leképezési idő kis torzítás alacsony kontraszt Forrás: P. Kinahan, University of Washington zajmentes 1 leképezési idő torzítás lehet magas kontraszt nagyobb dózis! 39 40

34 Az ellipszis elhelyezésének hatása Mellkasi (szív-) vizsgálatok: Hibás illesztés SPECT: a koponyacsont elnyelése kb.

6 Hibrid leképezés műtermékei Attenuation smear: A paradoxical increase in counts due to attenuation artifact. Hansen & al., Interntnl J Cardiac Imaging 2000; 16: Légzőmozgás Levágott látómező Kontrasztanyagok Nyalábkeményedés Az emlő sugárelnyelése megnövekedett aktivitást eredményezhet az első falon. A jelenség emlő-elnyelés nélkül nem jelentkezik. A műtermék EM rekonstrukciónál lényegesen kisebb energiaablakos szóráskorrekció imp.szám fotocsúcs 3D aktivitás-eloszlások összehasonlítása (Normál adatbázis létrehozása) korrigálatlan korrigált energia Probléma: különböző méret alak szögállás Nemlineáris 3D transzformáció atlasz : referencia 3D kép kijelölt területekkel Standard geometriába vetítés Képek: Tohru Shiga, Eur J Nucl Med (2002) 29: Szívizom: Ökörszem -kijelzés (polar mapping) Összehasonlítás normális adatbázissal: ökörszem 1. adatbázis: terheléses reverzibilis defektus 3. adatbázis: reverzibilitás 2. adatbázis: nyugalmi Életképes: ökörszem Kinetika: Rekeszes modell vagy grafikus módszerek Feltételezések: a rekeszeken belül tökéletes és gyors elkeveredés a rekeszek közt a koncentrációval arányos áramlás a rendszert a k sebességi állandók jellemzik Alapelv: a kötődés paraméterének visszavezetése (megfelelő transzformációval) egyenes meredekségére Sok paraméter csak nagy területekre A teljes eloszlási tér becslése receptor PET vizsgálatból 47 48

A műtermék EM rekonstrukciónál lényegesen kisebb. 41 42 3 energiaablakos szóráskorrekció imp.

7 Példák grafikus módszerekre FDG kinetikája Reverzibilis kötődésre: Logan-analízis A teljes eloszlási tér becslése receptor PET vizsgálatból Irreverzibilis kiválasztásra: Patlak-analízis A plazmatérfogatra normalizált GFR közvetlen becslése Kontroll Fenphen Patlak kép: K felvételi sebességi állandó meredekség ~ GFR/PV 50 ml/ml Nemlineáris egyszerűsített referenciaterületes modell (SRTM): Melyik módszert válasszuk? kínálat (perfúzió) Ha ismert és megbízható az artériás görbe: a kötés jellegétől függően Logan v. Patlak Ha nem, próbálhatjuk vénás mérésből v. a szöveti görbék alapján becsülni Parametrikus képekhez jók lehetnek a referencia-területen alapuló SRTM v. grafikus módszerek VOI-alapú pontos elemzés a rekeszes modellel végzendő. spec. kötés (receptorok) Nukleáris Medicina: segédanyagok Nukleáris Medicina (Szerk. Szilvási I.; Medicina, 2010) Biológiai izotóptechnika (Szerk.: Varga J.; DE Egyetemi Kiadó, 2011) Elektronikus tankönyv: Elektronikus segédanyagok:

(SRTM): Melyik módszert válasszuk? kínálat (perfúzió) Ha ismert és megbízható az artériás görbe: a kötés jellegétől függően Logan v. Patlak Ha nem, próbálhatjuk vénás mérésből v.

Hasonló dokumentumok

KÉPSZŐRİK A NUKLEÁRIS

KÉPSZŐRİK A NUKLEÁRIS MEDICINÁBAN Varga József Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Tanszék Emissziós leképezés behatároló tényezıi korlátozott felbontás résztérfogat-hatás távolságfüggı! sugárgyengítés