Page 26 - IFM 2 2013 - calosc - www

vol. 2 2/2013 Inżynier i Fizyk Medyczny
artykuł \ article radiologia \ radiology
74
w sytuacji, gdy wykonywane jest badanie z bardzo niską
dawką. Stanowi to bezpośrednią przyczynę pojawiania
się linii na obrazie (streaking artifact). Skutkiem logaryt-
micznego przetwarzania danych są również artefakty
typu bias , związane z przesunięciem uzyskanych wartości
HU (rozjaśnieniem) w centralnej części obrazu;
––wrażliwości na wszelkiego rodzaju błędne informacje
w danych surowych, wynikających np. z obecności obiek-
tów o bardzo wysokiej gęstości (np. implanty), czy też na
granicy tkanek o różnej gęstości. Skutkuje to artefaktami
linijnymi (streaking artifacts ) oraz poważnymi zniekształce-
niami obrazu w przypadku implantów, z całkowicie zaczer-
nionymi miejscami na obrazie w skrajnych przypadkach.
Postęp w dziedzinie informatyki przyczynił się do dyna-
micznego rozwoju metod rekonstrukcji. Rozwinięciem algo-
rytmu FBP były rekonstruktory dodatkowo stosujące filtry
obrazowe eliminujące szum. Ich działanie dotyczyło jedynie
przestrzeni zrekonstruowanych obrazów, przez co eliminacja
artefaktów wynikających z ograniczeń i wad algorytmu FBP
nie była możliwa. Poprawa jakości obrazowania polegała jedy-
nie na zmniejszeniu poziomu szumu bez możliwości uzyskania
dodatkowych informacji diagnostycznych. Z powodu różnic
w rozkładzie szumu, w stosunku do obrazów typowych dla to-
mografii, wygląd obrazów był sztuczny i znacznie odbiegający
od wyników standardowych rekonstrukcji FBP.
Przełomem w rekonstrukcji obrazów stało się zastosowanie
technik iteracyjnych. Opracowane jako pierwsze, uproszczone
algorytmy, wykorzystywały liniowe przetwarzanie danych su-
rowych. W przypadku wysokiego poziomu szumu dodatkowo
budowany był model szumu w przestrzeni danych obrazowych
(zrekonstruowanych). Tego typu rekonstruktory iteracyjne po-
zwalały na eliminację artefaktów typu streaking i na zmniejszenie
poziomu szumu na obrazach, ale jednocześnie ich stosowanie po-
wodowało spadek rozdzielczości przestrzennej. Nie były również
w stanie eliminować artefaktów typu bias, gdyż zmieniały charak-
terystykę szumuw stosunku do referencyjnych obrazówFBP.
Rys. 1 Po lewej obraz z rekonstrukcji FBP, w środku obraz z uproszczonej rekonstruk-
cji iteracyjnej. Ograniczono szum, ale pozostały artefakty. Po prawej stronie obraz
będący wynikiem zastosowania zaawansowanego rekonstruktora iDose4
Dopiero wprowadzenie rekonstruktorów iteracyjnych tak
zwanej czwartej generacji umożliwiło znaczącą poprawę ja-
kości obrazowania i realne ograniczenie dawki stosowanej
w badaniach CT (Rys. 1). W stosunku do wcześniejszych me-
tod rekonstrukcji wprowadzono kilka istotnych zmian. Przede
wszystkim proces iteracyjny pojawił się już na etapie obróbki
danych surowych. Tu bowiem błędy w odczytanych danych
przy niskim (niewystarczającym) poziomie promieniowania
są przyczyną powstawania artefaktów i szumu, a ich elimi-
nacja pozwala na poprawę rozdzielczości niskokontrastowej
i zwiększenie wartości diagnostycznej uzyskiwanych obrazów.
Kolejne zmiany, mające wpływ głównie na jakość pracy, to za-
pewnienie wyglądu obrazów identycznego z obrazami cha-
rakterystycznymi dla rekonstrukcji FBP oraz skrócenie czasu
rekonstrukcji, tak by algorytm zapewniający redukcję dawki
mógł być stosowany rutynowo dla wszystkich pacjentów.
Rys. 2 Rozkład NPS – niebieska linia odniesienia, charakterystyczna dla „tradycyj-
nych” obrazów z rekonstrukcji FBP, pokrywa się dokładnie z wykresem rozkładu NPS
dla rekonstruktora czwartej generacji
Ciekawą ilustracją jest prezentacja obrazu „Mona Lisa”
(Rys. 3). Obraz w środku, mimo że z szumem ograniczonym
w stosunku do oryginału, nie niesie ze sobą żadnych dodatko-
wych informacji, co więcej, wygląda nienaturalnie, a niektóre
szczegóły są trudniejsze do rozpoznania niż na oryginalnymob-
razie po lewej. Wynika to z przesunięcia spektrum szumu NPS
(Noise Power Spectrum). Obraz po prawej stronie ma również
Rys. 3 Ilustracja wpływu rozkładu NPS na prezentację obrazów tomograficznych