PET gyakorlati problémák. PET rekonstrukció



Hasonló dokumentumok
Képrekonstrukció 3. előadás

Rekonstrukciós eljárások. Orvosi képdiagnosztika 2017 ősz

minipet labor Klinikai PET-CT

Diagnosztikai röntgen képalkotás, CT

Morfológiai képalkotó eljárások CT, MRI, PET

A röntgendiagnosztika alapjai

Nem roncsoló tesztelés diszkrét tomográfiával

MRI áttekintés. Orvosi képdiagnosztika 3. ea ősz

A röntgendiagnosztika alapjai

Röntgendiagnosztikai alapok

Orvosi tomográkus képalkotás/ct technika alapja

Biofizika és orvostechnika alapjai

CT/MRI képalkotás alapjai. Prof. Bogner Péter

E(L)JÖVENDŐ. IKT kutatási eredmények a gazdaság és a társadalom szolgálatában. 1 Intelligens környezet és e-technológiák

Képrekonstrukció 4. előadás

Az Orvosi Fizika Szigorlat menete a 2012/2. tanévtől

A Nukleáris Medicina alapjai

4. A nukleá ris mediciná fizikái álápjái

A GYULLADÁSOS BÉLBETEGEK EURÓPAI NAPJA május 23. szombat Petıfi Sándor Mővelıdési Ház (1103 Budapest, Kada u )

24/04/ Röntgenabszorpciós CT

Rekonstrukciós eljárások. Orvosi képdiagnosztika 2017 ősz

Röntgendiagnosztika és CT

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Funkcionális konnektivitás vizsgálata fmri adatok alapján

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

3D számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

Gamma-kamera SPECT PET

Képrekonstrukció 2. előadás

Mágneses rezonanciás képalkotás AZ MRI elve, fizikai alapok

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

Képrekonstrukció 5. előadás

PET Pozitronemissziós tomográfia

Orvosi képdiagnosztika

Pozitron Emissziós Tomográfia

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

M N. a. Spin = saját impulzus momentum vektor: L L nagysága:

Képalkotó diagnosztikai eljárások. Krasznai Zoltán. DEOEC Biofizikai és Sejtbiológiai Intézete

Rekonstrukciós eljárások. Orvosi képdiagnosztika 2017 ősz

3D - geometriai modellezés, alakzatrekonstrukció, nyomtatás

Környezetgazdálkodás ban gépészmérnöki diplomát szerzett Dr. Horváth Márk ben ő lett az első Fizikai Nobel-díj tulajdonosa.

Hadházi Dániel.

Terápiás ablak. Ionizáló sugárzás. Sugárterápia. Röntgen sugárzás. Radioaktív izotópok

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

Transzmissziós és emissziós leképezés. SPECT vizsgálatok sajátosságai Sugárgyengítés-korrekció. Varga József

Pozitron Emissziós Tomográfia

Dekonvolúció a mikroszkópiában. Barna László MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Nikon-KOKI képalkotó Központ

Gamma-kamera SPECT PET

KÉPSZŐRİK A NUKLEÁRIS

Röntgendiagnosztika és CT

Izotópos méréstechnika, alkalmazási lehetőségek

Izotópok. Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai. diagnosztikai alkalmazásai. Képalkotó eljárásokkal nyerhető információ

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Új módszerek a nukleáris medicina képalkotó algoritmusainak és eljárásainak javítására

Bevezetés. Kató Zoltán. Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika tanszék SZTE (

TDK DOLGOZAT. Iteratív ML-EM CT képrekonstrukció GPU-ra. Molnár Balázs

Digitális képek. Zaj és tömörítés

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Alap-ötlet: Karl Friedrich Gauss ( ) valószínűségszámítási háttér: Andrej Markov ( )

Paritássértés FIZIKA BSC III. MAG- ÉS RÉSZECSKEFIZIKA SZEMINÁRIUM PARITÁSSÉRTÉS 1

3D számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Wavelet transzformáció

MTA DOKTORA PÁLYÁZAT DOKTORI ÉRTEKEZÉS KÉPALKOTÓ ÉS KÉPFELDOLGOZÓ ELJÁRÁSOK HATÉKONYSÁGÁNAK NÖVELÉSE AZ ORVOSINFORMATIKÁBAN.

SPECT képalkotása. Hesz Gábor február

Fejezetek a klinikai onkológiából

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

Miskolci Egyetem Egészségügyi Kar Klinikai Radiológiai Tanszék által a 2012 / 2013-as tanévre meghirdetésre leadott szakdolgozati és TDK témák

Képrekonstrukció 10. előadás. Balázs Péter Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék

Gamma sugárzás. Gamma-kamera SPECT PET. Tömeg-energia ekvivalencia. Nukleáris medicína. γ-sugárzás előállítása. γ-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

NEUROLÓGIAI DIAGNOSZTIKA: PhD Pécsi Tudományegyetem Neurológiai Klinika

Rekonstrukciós eljárások. Orvosi képdiagnosztika előadás 2016 ősz

Diszkrét tomográfiai és PACS képfeldolgozó rendszerek

COMPUTER- TOMOGRÁFIA. Weninger Cs. Pécsi Tudományegyetem, Klinika Központ, Radiológiai Klinika, Pécs RADIOLÓGIAI ALAPTANFOLYAM 2011.

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Töltött részecskék elnyelődése. Sugárzások és anyag kölcsönhatása. A sugárzások elnyelődése

Rekonstrukciós eljárások. Orvosi képdiagnosztika előadás 2015 ősz

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

Képszegmentáló eljárások. Orvosi képdiagnosztika 2018 ősz

Diszkréten mintavételezett függvények

Az NMR képalkotás alapjai. Bányai István Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék DE, TEK

3D-s számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

Times, október 9 MRI

Röntgen. W. C. Röntgen. Fizika-Biofizika

Miskolci Egyetem Egészségügyi Kar Klinikai Radiológiai Tanszék által a 2010/2011-es tanévre meghirdetésre leadott szakdolgozati és TDK témák

SZAKMAI ZÁRÓJELENTÉS. Optimális háromdimenziós rácson mintavételezett adatok interaktív térfogatvizualizációja

Röntgen kép és Komputer tomográf (CT) Bevezető. Ujfalusi Zoltán Március 8. PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Sajátértékek és sajátvektorok. mf1n1a06- mf1n2a06 Csabai István

A CERN és a gyógyítás. Ujvári Balázs Gamma Sugársebészeti Központ Debrecen ( )

Modern Fizika Labor. 21. PET (Pozitron Annihiláció vizsgálata) Fizika BSc. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: nov. 15.

BAGME11NNF Munkavédelmi mérnökasszisztens Galla Jánosné, 2011.

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Drug design Képalkotó eljárások a gyógyszerkutatásban Dr. Kengyel András GK, SPECT, PET, fmri, UH, CT, MRI Doppler UH

ELEKTROMÁGNESES REZGÉSEK. a 11. B-nek

Modern fizika laboratórium

In vivo szövetanalízis. Különös tekintettel a biolumineszcens és fluoreszcens képalkotási eljárásokra

Theory hungarian (Hungary)

Az elektromágneses spektrum

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Biofizika és orvostechnika alapjai

Arany-Tóth Attila. Sebészeti röntgenvizit: Általános radiológia - előadás

Átírás:

CT Computed Tomography 3D képalkotó eljárások Csébfalvi Balázs E-mail: cseb@iit.bme.hu Irányítástechnika és Informatika Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 2 / 26 CT Történeti áttekintés CT Mire használják? CT-én a röntgentomográfot értik, de léteznek más elven működő számítógépes tomográfiás módszerek is (pl. PET) 1967: Az alapötletért Godfrey Hounsfield Nobel-díjat kapott 1972: Első kereskedelmi forgalomban kapható CT (EMI) Diagnosztika Agytumor Csonttörés Érszűkület, érelmeszesedés, aneurizma Belső vérzés, vérömleny az agyban Sugárterápia tervezése Agyműtét előkészítése Protézis illesztése csontokhoz Belek virtuális endoszkópiája Preventív szűrés 3 / 26 4 / 26 CT Hogyan működik? Inverz Radon-transzformáció A CT vetületi képeket mér A pixelek a teljes elnyelődést reprezentálják a megfelelő sugarak mentén A vetületeket több irányból mérik A vetületekből számítógéppel rekonstruálják a belső pontok differenciális elnyelődési együtthatóját A rekonstrukciót egy 3D rács pontjaiban számolják ki Jelmagyarázat: Röntgen sugárforrás (T) Röntgen detektorok (D) Röntgen sugarak (X) Forgatható állvány (R) Radon transzformáció egy 2D kép integrálja különböző irányokból A CT a Radon-transzformáltat méri Az eredeti jel egy 2D szeletét egy inverz Radon transzformációval állítják elő 5 / 26 6 / 26 1

Sinogram Tomográfiás rekonstrukció A sinogram a Radon-transzformáció eredménye CT szelet fantom Sinogram 7 / 26 8 / 26 A vetületeken egy felüláteresztő jellegű szűrést végzünk Minden rekonstruálandó pontot rávetítünk az összes szűrt vetületre A vetületi pontokban interpoláljuk a szűrt értékeket Az interpolált értékeket minden vetületre összeadjuk 9 / 26 10 / 26 Iteratív rekonstrukció Iteratív megközelítés 1. Aktuális megoldás előrevetítése (forward projection) 2. Hiba számítása a tényleges vetületek alapján 3. Hiba visszaterjesztése (backward projection) 4. Korrekció, goto 1. ART Algebrai rekonstrukció A belső pontok értékét egy nagyméretű lineáris egyenletrendszer megoldásával számoljuk ismerjük a vetületi képek pixeleit ismeretlenek: a belső pontok értékei Gábor Hermann együtthatók: a geometriától függ egy belső pont vetítése milyen súllyal hat az egyes pixelekre Statisztikai módszerek EM Expectation Maximization Maximum Likelihood becslés 11 / 26 12 / 26 2

CT - parallel beam CT - fan beam 13 / 26 14 / 26 CT - cone beam Spirális CT A legyező nyaláb nem csak forog két felvétel között, hanem el is mozdul hosszanti irányban Egy felvételből tetszőleges számú szeletet lehet rekonstruálni 15 / 26 16 / 26 Kimeneti adatok formátuma DICOM formátum A tomográfiás rekonstrukciót egy 3D rács rácspontjaiban számolják ki A rektilineáris rács de facto standard az orvosi képalkotásban A lépésköz x és y irányban fix, míg z irányban változó lehet Voxelek (volume element) 3D tömbje folytonos jel diszkrét közelítése Adattagok: 8 16 bites egészek Hounsfield skála: µ µ HU: Hounsfield unit víz HU = K K = 1000 µ víz µ az adott képpont sugárgyengítési együtthatója µ víz a víz sugárgyengítési együtthatója 17 / 26 Digital Imaging and COmmunications in Medicine Definíció és hálózati protokoll Robusztus formátum lehetővé teszi különböző gyártóktól származó szkennerek, szerverek, munkaállomások és hálózati eszközök integrációját egyetlen archiváló és kommunikációs rendszerbe (PACS) Fejrész: szabványos és szabad felhasználású mező Képi információ: egy vagy több kép pixelei Tömörített formátumok: JPEG, LZW vagy RLE 18 / 26 3

MRI- Magnetic Resonace Imaging MRI működése Az MRI kifejlesztői Paul C. Lauterbur és Peter Mansfield 2003-ban A pácienst betolják egy homogén mágneses mezőbe A testben lévő dipólus molekulák beállnak a mágneses tér irányába A dipólus molekulákat rétegenként kitérítjük egy külső periodikusan változó elektromágneses mezővel A kitérés akkor a legnagyobb, amikor a külső jel frekvenciája megegyezik a dipólus saját rezgésének frekvenciájával A forrás és a detektor között a gerjesztő energia elnyelődését mérik mint a frekvencia függvényét Ez akkor a legnagyobb ha a dipólus saját rezgésének frekvenciáját elértük Fizikailag nem abszorpciót hanem emissziót mérnek, mivel a dipólusok az elnyelt energiát a gerjesztő impulzus után kisugározzák orvosi Nobel- díjat kaptak 19 / 26 20 / 26 MRI tulajdonságai PET-Positron-Emission Tomography Nincs ártalmas ionizáló hatás mint a CT esetében Magas kontraszt Lágyszöveti struktúrák jól kivehetők Viszonylag magas zaj/jel arány A becsült gradiensek pontatlanok Nem olyan koherens mint a CT különböző páciensek adataiban ugyanazt a szövetet nem ugyanaz az érték reprezentálja Globális jelfluktuáció egy MRI fájlon belül sem biztos, hogy ugyanazt a szövetet ugyanaz az érték reprezentálja A csont nem látszik rajta Az MRI és a CT előnyös tulajdonságai kiegészítik egymást 21 / 26 22 / 26 PET működési elve PET funkcionális információ A testbe pozitronkibocsátással bomló radioaktív izotópot tartalmazó anyagot (pl. cukrot) juttatnak Ha a pozitron elektronnal ütközik egy fotonpár keletkezik A fotonpárt gyűrű alakú detektorral érzékelik A bomló atom helyére a becsapódásokból lehet következtetni Hátrányok a radioaktív izotópok gyorsan elbomlanak közvetlenül a vizsgálat előtt kell őket előállítani egy ciklotronban a berendezés relatíve drága rossz felbontás a pozitron több millimétert is megtehet amíg egy elektronba ütközik A testben áramló cukrot nyomon lehet követni A daganatos sejtek anyagcseréje intenzívebb A kóros elváltozásokat lehet feltérképezni CT-vel kombinálva nemcsak funkcionális információt kapunk, hanem strukturális információt is 23 / 26 24 / 26 4

PET rekonstrukció PET gyakorlati problémák LOR: Line of Response Koincidencia esemény majdnem egyszerre érzékeljük egy detektorpárban a fotonok becsapódását Nyers adat: koincidencia események halmaza Rendszermátrix (vagy koincidencia mátrix) leírja, hogy egy voxel milyen mértékben hat egy LOR-ra 3D rekonstrukció: EM Expectation Maximization A gamma fotonok szóródnak, amit legtöbbször elhanyagolnak a gyakorlatban Egy iteráció lépései előrevetítés szimuláljuk a gamma fotonok becsapódását hibaszámítás az eredményt összevetjük a mért értékekkel visszavetítés: a hibát visszavetítjük 3D-be és korrigáljuk a voxelek értékét Az előrevetítésnél szimulálni kell a szóródást (pl. Monte Carlo módszerrel), ami anyagfüggő CT-vel kombinálva pontosabban tudjuk a többszörös szóródást modellezni 25 / 26 26 / 26 5