tk.pdf

SPOŁECZNA WY ņ SZA SZKOŁA

PRZEDSI Ħ BIORCZO ĺ CI I ZARZ ġ DZANIA

W ŁODZI

Nowoczesne techniki obrazowania w medycynie;

powstawanie obrazu w tomografii komputerowej

Praca dyplomowa in Ň ynierska

wykonana przez Michała Borowczyka

Łód Ņ 2007

Spis tre Ļ ci:

1. Wykaz symboli i oznacze ı ........................................................................................... 3

2. Wst ħ p ............................................................................................................................ 3

3. Cel i zakres pracy.......................................................................................................... 5

4. Historia odkrycia promieni „X”.................................................................................... 5

5. Konstrukcja i zasada działania tomografu komputerowego ......................................... 7

5.1 Typy skanerów RTK Rentgenowskiej Tomografii Komputerowej...................... 10

5.1.1 Skanery I generacji ........................................................................................ 11

5.1.2 skanery II generacji........................................................................................ 11

5.1.3 Skanery III generacji...................................................................................... 12

5.1.4 Skanery IV generacji ..................................................................................... 13

5.1.5 Skanery z wykorzystaniem detektorów wielorz ħ dowych.............................. 14

6. Standardy zapisu danych medycznych (DICOM) ...................................................... 14

7. Podstawy fizyczne tomografii komputerowej ............................................................ 15

8. Rekonstrukcje obrazów............................................................................................... 17

8.1 Metody algebraiczne (bezpo Ļ rednie) rekonstrukcji obrazów ............................... 18

8.2 Metody iteracyjne rekonstrukcji obrazów ........................................................... 19

8.3 Transformacja Fouriera......................................................................................... 23

8.4 Transformacja Radona .......................................................................................... 25

8.5 Projekcja wsteczna................................................................................................ 26

9. Analiza obrazu ............................................................................................................ 29

9.1 Wykrywanie kraw ħ dzi ...................................................................................... 29

9.2 Interpolacja ....................................................................................................... 31

10 Wizualizacja 3D..................................................................................................... 34

10.1 Metoda obrazowania obj ħ to Ļ ciowego VR (Volume Rendering). ................... 35

10.2 Metoda cieniowanego odwzorowania powierzchni SSD ............................... 37

10.3 Metoda projekcji najwi ħ kszej intensywno Ļ ci MIP ......................................... 40

11. Przedstawienie rekonstrukcji z obrazów tomograficznych ...................................... 41

12. Podsumowanie .......................................................................................................... 55

13. Bibliografia ............................................................................................................... 56

14. Spis rysunków:.......................................................................................................... 56

1. Wykaz symboli i oznacze ı

B - operator rzutu wstecznego

d(xcosf+ ysin f-t) - funkcja delta o warto Ļ ci ró Ň nej od zera

F(u) - widmowa g ħ sto Ļę sygnału (efekt działania transformacji),

F(u,v) - obraz w dziedzinie cz ħ stotliwo Ļ ci,

f(x) - sygnał wej Ļ ciowy,

f(x,y) - obraz cyfrowy w dziedzinie przestrzennej,

F r - oznacza jednowymiarow Ģ transformat ħ Fouriera,

f t (n) (x,y) - przybli Ň one warto Ļ ci funkcji szukanej w n-tym kroku iteracji,

f t (x,y) - warto Ļ ci funkcji szukanej wyst ħ puj Ģ ce na drodze promienia t,

I(t) - mierzone nat ħŇ enie promieniowania Rtg po przej Ļ ciu przez obiekt,

Io(t) - pocz Ģ tkowe nat ħŇ enie promieniowania Rtg (nat ħŇ enie Ņ ródła Rtg),

j - stała cz ħĻ ci urojonej, której kwadrat wynosi -1,

N - ilo Ļę próbek sygnału cyfrowego,

o( f ,t) - całkowita warto Ļę osłabienia promieniowania Rtg,

PE - pole powierzchni elementu (x,y),

P f (t) - warto Ļę skanu pomierzona ,

P f (n) (t) - warto Ļę skanu obliczona w n-tej iteracji,

Pp - pole powierzchni promienia t dla danej projekcji w obr ħ bie przyj ħ tego,

najmniejszego elementu (x,y),

r – promie ı ,

w f ,,t (x,y) - wagi okre Ļ laj Ģ ce wpływ elementu (x,y) na ka Ň dy promie ı t dla ka Ň dej

projekcji,

Ⱥ - liniowy współczynnik osłabienia,

χ - k Ģ t

2. Wst ħ p

Zadaniem tomografii komputerowej jest dostarczenie informacji

o niedost ħ pnym wn ħ trzu obiektu na podstawie pomiarów dokonywanych

z zewn Ģ trz. Tomografia komputerowa wykorzystuje ró Ň ne zjawiska fizyczne.

Dane pomiarowe po przetworzeniu przez system komputerowy daj Ģ obraz

b ħ d Ģ cy map Ģ rozkładu pewnych parametrów materiałowych, w zale Ň no Ļ ci od

zastosowanych czujników pomiarowych i no Ļ ników informacji, którymi

najcz ħĻ ciej s Ģ :

• Fotony

• Pola magnetyczne

• Pr Ģ dy elektryczne

• Promienie gamma

• Promienie X

• Ultrad Ņ wi ħ ki

• Wi Ģ zki elektronów

Pierwsze zastosowanie tomografii miało miejsce w latach pi ħę dziesi Ģ tych

dwudziestego wieku. Rekonstrukcja obrazu z projekcji stosowana była

w astrofizyce (Bracewell — rekonstrukcja pola elektromagnetycznego wokół

sło ı ca), radioastronomii oraz w mikrobiologii. Tomografi ħ mo Ň na podzieli ę na

nast ħ pne rodzaje:

• Elektryczn Ģ

• Mikrofalow Ģ

• Optyczn Ģ

• Rentgenowsk Ģ

• Akustyczn Ģ

• Fluorescencyjn Ģ [16].

Tomografia rentgenowska znalazła równie Ň szerokie zastosowanie

w nieniszcz Ģ cych badaniach technicznych. Obecnie rozwija si ħ technik ħ

mikrotomografii przeznaczon Ģ do badania małych próbek. Rozdzielczo Ļę obrazu

osi Ģ gana w tej technice zbli Ň a si ħ do wielko Ļ ci pojedynczego mikrometra dla

próbek wielko Ļ ci pojedynczych milimetrów. Dynamiczny rozwój technik

tomograficznych nast Ģ pił w latach siedemdziesi Ģ tych, kiedy tomografia

wkroczyła do medycyny [16]. Obrazy uzyskane metod Ģ tomografii pozwalaj Ģ

nieinwazyjnie zajrze ę w gł Ģ b ludzkiego ciała, znale Ņę anomalie, zaplanowa ę

najkorzystniejsz Ģ terapi ħ . Dzi ħ ki post ħ powi technicznemu mo Ň liwe stało si ħ

wykrywanie schorze ı zanim zaczn Ģ dawa ę objawy, co zwi ħ ksza szans ħ pacjenta

na szybki powrót do zdrowia, a nawet w wielu przypadkach ratuje mu Ň ycie.

3. Cel i zakres pracy

Celem pracy jest przegl Ģ d i analiza nowoczesnych technik przetwarzania

obrazów medycznych z uwzgl ħ dnieniem najnowszych sposobów wizualizacji

trójwymiarowej. Dodatkowo w pracy przedstawiono poszczególne etapy

powstawania oraz przetwarzania obrazów tomografii komputerowej stosowanej

w medycynie.

Praca w pierwszej cz ħĻ ci zawiera podstawowe informacje na temat budowy

i zasad działania tomografii komputerowej. Przedstawiono proces powstawania

promieniowania rentgenowskiego. Przybli Ň ono histori ħ powstania i rozwoju

tomografów komputerowych oraz przybli Ň ono sposób wykonywania bada ı .

W drugiej cz ħĻ ci zaprezentowano podstawy fizyczne tomografii komputerowej,

sposób zapisu danych medycznych, wybrane techniki otrzymywania obrazu oraz

tworzenia rekonstrukcji 2D i 3D.W cz ħĻ ci trzeciej przedstawiono rekonstrukcje

obrazów medycznych powstałe na potrzeby tej pracy. Przestrzenna prezentacja

wn ħ trza ciała ludzkiego ułatwia umiejscowienie i ocen ħ rozległo Ļ ci procesu

chorobowego oraz ułatwia planowanie zabiegu operacyjnego szczególnie

w neurochirurgii, ortopedii i chirurgii naczyniowej. Przedstawione w tej cz ħĻ ci

obrazy w istotny sposób przyczyniły si ħ do szybkiego postawienia diagnozy

i rozpocz ħ cia leczenia.

4. Historia odkrycia promieni „X”

Tomografia komputerowa jest badaniem słu ŇĢ cym do uwidocznienia

warstw ludzkiego ciała. Dzi ħ ki tomografii mo Ň emy otrzymywa ę poprzeczne

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: