Orvosi képalkotó eljárások Dudásné Nagy Marianna Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék, SZTE 2003. Február 14. Szeged Eü menedzsment, O/GY- közgazdász III. szemeszter Képfeldolgozás Képi információ feldolgozása; Eljárások, problémák, amelyeknek az inputja, outputja is kép; Eljárások, problémák, amelyek az emberi interpretációkor a képek megjelenítésének a javításához ill. amelyek a képek önálló gépi feldolgozásához kapcsolódnak; képek analízise, javítása, rekonstrukciója.
Orvosi képfeldolgozás Olyan képfeldolgozás, amely az orvosi tevékenységgel kapcsolatos Orvosi tevékenység A betegség felismerése (diagnosztika) A betegség kezelése (terápia) Orvosi diagnosztika Diagnózis: (görög, dia= szét, gnosis =ismeret) szétválasztó megismerés, elkülönítő felismerés 1. olyan folyamat, amelyben az orvos a betegen mutatkozó számos jelenség megfigyelése és ezek összevetése alapján kiválasztja az észlelt és felismert jelenségek okaként szóbajövő betegségek közül azt, amely egyedül - vagy ha nem is egyedül, de legnagyobb valószínűséggel - alkalmas a jelenségek magyarázatára, 2. a fenti folyamat végeredménye
A diagnosztika lépései adatgyűjtés értékelés döntés előkészítése azonosítás Előzmények Tünetek Vizsgálati eredmények Tudás, tapasztalat Orvos Intuíció Diagnózis
Az orvosi vizsgálatok eredménye Szöveg (pl. pszichológiai vizsgálat) 95 kg Szám (pl. Vérnyomás mérése) 110/80 Hgmm Függvény-görbe (pl. EKG, EEG) Hang (pl. szívhang) Kép (2D, 3D, 4D) + a vizsgálat kiértékelését végző orvos véleménye Képalkotó diagnosztika 2003. Február 14. Szeged Eü menedzsment, O/GY- közgazdász III. szemeszter
Számítógépes képfelvételi diagnosztikus rendszerek nukleáris medicinai adatfeldolgozók, számítógépes tomográfok - CT, mágneses rezonancia - MR, Single-Photon Emission Computed Tomography - SPECT, Pozitron Emissziós Tomográfia PET Multimodális rendszerek Medical Imaging Modalities Computed Radiology Image Computed Tomographic Image Magnetic Resonance Image Nuclear Medicine Image UltraSound Image Secondary Captured Image Visible Light Endoscopic image Microscopic image Slide-Coordinates Microscopic image Photographic image? http://laxmi.nuc.ucla.edu:8248/m248_98/intro/history.html
A különböző elektromágneses sugárzások hosszúsága
Röntgen A testen áthaladó röntgen sugárzást mérjük (transzmissziós eljárás) Hagyományos radiológia (pl. arcüreg-rtg., mellkasfelvétel) Angiográfia időbeli képsorozat a keringési rsz. vizsgálatára - DSA. kétsíkú (metszeti képek előállítása 2 vetületből) CT (Computer Tomography) Rétegfelvétel készül a betegről, metszeti képek Alkalmazás: csontok, keményebb szövetek, kontrasztanyag Hagyományos röntgen felvétel
Angiográfia
? CT felvételek Feldolgozás után
Ultrahang (UH) A visszaverődött ultrahangot mérjük (reflexiós módszer) hangrezgés, ami terjed a közegben visszaverődés, elnyelődés a visszaverődés sebességének ismeretében kiszámítható, hol van a felület, ahonnan visszaverődött C víz =1440 m/s Alkalmazás: hasi szervek, magzat
Ultrahang kép 3D Ultrahang
Mágneses rezonancia (MR) Mágneses indukció elve részecskék beállnak a mágnenes erővonalak irányába ha indukcióval megváltoztatjuk a mágneses tér irányát, majd abbahagyjuk, a kicsiny részecskék önmaguk is áramot indukálnak ezt az indukciót mérjük Alkalmazás: anyagi minőséget tudunk meghatározni, lágy szövetek vizsgálatára használják MR képek Metszeti képek
Examples of medical images and their histograms: Figure 1. a) Original medical image, b) The same one with brightness increased and c) with auto-levels (contrast increased) w3.impa.br/~lhf/sib2003/p003/ Példa képalkotó diagnosztikára Máj-eperendszer-pancreas-lép diagnosztikája http://www.szote.u-szeged.hu/aok/eduh.htm
Röntgen: A-P irányú natív epetáji felvétel: Az elongált cholecysta vetületében számos apró mésztartalmú kõ látható, melyek valószínûleg teljesen kitöltik az epehólyagot. CT vizsgálat: Késõi kontrasztos, axiális síkú metszet: A kép közepén a normális nagyságú pancreas látható (nyilak). MR vizsgálat: Natív, T1 súlyozott axiális síkú metszet: A kép közepén a normális nagyságú pancreas látható (nyilak).
Ultrahang vizsgálat: 3 MHz-es vektor vizsgálófejjel készült B-módú ultrahang képek: A májkapu síkjában készített metszeten jól látható a szabályos tágasságú v. portae fõtörzs és a ductus choledochus (3,8 mm). Az intrahepaticus érágak is normális tágasságúak. (=> kép) A sagittalis síkú metszetképen a szabályos nagyságú máj jobb lebenyének határa nem haladja meg a jobb vese alsó pólusát. Az ép májszövet a veseparanchymánál minimálisan echodúsabb. Percutan transhepaticus cholangiográfia (PTC): A ductus hepaticus communis elzáródása következtében a Chiba tűn (nyilak) keresztül bejuttatott kontrasztanyag az extrém fokban tágult intrahepaticus epeútrendszert teljesen feltölti.
Endoszkópos retrográd cholangiográfia (ERC): A kontrasztanyag feltölti az egyenetlenül tágult intrahepaticus epeutakat és a közös epevezetéket, melyekben több telődési kiesés (epekövek) látható (nyilak). Intervenciós radiológiai módszerek
Termográfia Un. hőtérképet készítünk a vizsgált területről a kisugárzott hő alapján ritkán alkalmazott, nehéz megvalósítani Termokép méhecskéről Nukleáris medicinai képalkotás (NM) a betegnek beadott izotóptartalmú jelzőanyag ( radiofarmakon ) térképezése gamma-sugárzó detektálása gamma-kamerával planáris Single Photon Emission Computer Tomography (SPECT) pozitron sugárzó (PET kamera) Positron Emission Tomography (PET) emissziós módszer, digitális technika sugárzás gyöngülésének mértékét vizsgáljuk A vizsgált szerv funkcionális jellemzőit mutatja
NM képek SPECT NM képek PET
Arzheimer
Nukleáris medicina Nyílt radioaktív készítmények gyógyászati célú felhasználásával foglalkozó szakterület Létrejöttének alapja: a radioaktív nyomjelzési technika kidolgozása volt Nyílt radioaktív készítmény: Olyan radioaktív összetevőt tartalmazó készítmény, amely a felhasználáskor a környezetével elkeveredhet ill. kémiai reakcióban is részt vehet. Radioaktív nyomjelzési technika I Hevesy György magyar származású vegyész dolgozta ki 1943-ban kémiai Nobel-díjat kapott
Radioaktív nyomjelzési technika II Ha egy vegyület valamelyik atomját annak sugárzó izotópjával helyettesítjük, a kapott "radioaktívan jelzett" anyag kémiailag és biológiailag az eredeti, nem sugárzó vegyülettel azonosan viselkedik. A radioaktívan jelzett készítmények felhasználásával nyomon követhetjük egy adott vegyület (illetve származékai) mozgását, viselkedését kémiai reakciók során, vagy akár egy élő szervezetben is, külső sugárzás-érzékelők segítségével. Technique of the acquisition γ-ray emitted radiopharmaceutical is administrated into the human body It is distributed, accumulated in the organs The activity distribution is mapped by detection (counting) of γ-photons Gamma-camera detector
The Laboratory Gamma-cameras I
Gamma-cameras II Gamma-cameras III
Gamma-cameras IV SPECT Single Photon Emission Computer Tomography 1. Acquisition of projections 2. Reconstruction of the slices from their projections SPECT camera
Projections Epeút dinamikus vizsgálata Blood-pool SPECT 3D Rendered Brain SPECT Maximal activity Neighborhood rendering
ECG Gated Blood-Pool Cardiac SPECT Study Normal case Abnormal case Phase Amplitude Phase Amplitude A képalkotás korszakai Korszakok Képek Eszközök Alkalmazások röntgenfilm,átvilágító hagyományos 1895-1960 analóg radiológia 1960-1972 digitális szg.,a/d, képfeldolgozó rsz.-k nukleáris medicina 1972-1980 többdimenziós 1988- többmodalitású szg. részt vesz a felvételben szg.hálózat, PACS * szg.-s tomográfia, MRI,UH
Az orvosi képfeldolgozás története 1895 W.K. Röntgen felfedezi a később róla elnevezett sugárzást 1896 H. A Bequerel a (spontán) radioaktivitás felfedezése - M. és P. Curie 1917 Johann Radon megoldja a vetületekből történő függvényrekonstrukció matematikai problémáját röntgentechnika fejlődése (röntgencső,átvilágító ernyő, rétegfelvétel, angiográfia) 1950-es évek nukleáris medicina kialakulása: kollimátor, szcintillációs kristály és PMT összekapcsolása radioaktív sugárzás detektálása, pozitron sugárzók alkalmazásánál két egymással szemközt fordított szcintillációs számláló, rektilineáris szkenner Ultrahang vizsgálatok alkalmazása a diagnosztikában 1952 F. Bloch és M. Purcell fizikai Nobel-díjat kaptak a mágnesség pontos mérési módszereinek szerkesztéséért, és azok segítségével tett felfedezéseikért 1956 R.N. Bracewell a Nap felszínén mikrohullámú sugárzást kibocsátó területeket azonosított
1958 H.O. Anger (Lawrence Berkley Laboratory, Univ. Of California) elkészíti az első gammakamerát 1962 Az első pozitron emisszós tomográf (PET) elkészül a Brookhaven National Laboratóriumban 1963 Aa.M. Cormack rekonstrukciós algoritmust dolgozott ki és kísérleteket végzett a test vetületekből történő rekonstrukciójára. D.E. Kuhl, R.Q.Edwards elkészíti az első kísérleti emissziós computer tomográfokat (ECT). 1968 D.J. DeRosier, A. Klug mikrobiológiai struktúrák rekonstrukciója mikroszkópos felvételekből. 1970 R.Gordon, R.Bender, G.T. Herman publikálja az első algoritmust az algebrai rekonstrukciós technikák (ART) közül 1971.G.N.Ramachandan, A.V. Lakshiminayan publikálják az un. konvolúciós rekonstrukciós algoritmust 1972 EMI MArk I Head Scanner bevezetése fejvizsgálatokra 1973 P.C.Lauterbur nukleáris mágneses rezonancia (NMR) felhasználása a leképezéshez a gammakamerás ECT (SPECT) tökéletesítése: jobb kamerák, rekonstrukciós módszerek, korrelációs eljárások
1974 Számítógépes transzmisszós ultrahang tomográfia, PETT (positron emission transaxial tomograph) készült a Washingtoni Egyetemen 1976 az első NMR képek emberről 1977 az első számitógépes transzmissziós ultrahang tomográf felvételek emberről 1979 A:M. Cormack és G.N.Hounsfield orvosi Nobel-dij a szg-s tomográfia bevezetéséért G.T: Herman, J.Udupa: kidolgozzák a 3D képek megjelenítésének és feldolgozásának elméletét 1980 DISPLAY software 3D orvosi képekre 1988 az első kép-archiváló és átviteli rsz. (PACS) 1989 Analyze: software többdimenziós orvosi képek megj. 1993 3DVIEWNIX: adat, gép- és alkalmazás - független software többdimenziós és többmodalitású orvosi képek megjelenítésére, analízisére...