TIỂU LUẬN môn xử lý ẢNH GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI TRONG CT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

TIỂU LUẬN MÔN XỬ LÝ ẢNH

GIẢM GIẢ ẢNH KIM LOẠI
TRONG CT
1

CBHD: TS. Hoàng Thị Kiều Trang
Tên HV: Cao Minh Thông – 20C34019
Trần Văn Tiến

– 20C34021

TP.HCM, ngày
27 tháng 11 năm 2021
TIEU LUAN MOI download
:
moi nhat


2

NỘI DUNG BÁO CÁO

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
3

1. Khái niệm
 Giả ảnh kim loại (Metal Artifact) là hiện tượng gây ra bởi
các vật liệu kim loại có trong người bệnh nhân khi thực
hiện chụp cắt lớp vi tính (CT), hình ảnh bị nhiễu có những
vùng sáng, tối hoặc mất hình ảnh cục bộ gây ảnh hưởng
nghiêm trọng đến chất lượng hình ảnh thu được và làm
ảnh hưởng đến kết quả chẩn đốn.

Hình 1. Ảnh nhiễu kim
loại trong ảnh chụp cắt
lớp CT vùng bụng với
tâm thất trái được cáy
thiết bị hỗ trợ [2].

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
4

1. Khái niệm

 Hiệu ứng làm cứng chùm tia: khi năng lượng trung bình của

chùm tia tăng (“cứng”) bởi vì các photon năng lượng thấp bị
hấp thụ bới vật liệu kim loại.
 Hiệu ứng tán xạ: sự suy giảm theo tán xạ Compton, làm thay
đổi đường đi của tia X và làm cho các photon truyền đi đập
vào các đầu đò ghi nhận (detector) lệch khỏi tâm của tia tới.
 Hiệu ứng nhiễu: Thông lượng photon được ghi nhận bởi các
detetor của CT theo phân bố Poisson, nên các số đếm photon
thấp sẽ dẫn đến sai số thống kê tương đối cao
 Hiệu ứng thể tích cục bộ phi tuyến tính (NLPV): khi cạnh của
một vật thể kim loại nằm giữa các đường chiếu, gây ra sự biến
thiên hệ số suy giảm tuyến tính vng góc với hướng truyền
tia X.
TIEU LUAN MOI download : moi nhat


5

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI

2.1 Tối ưu hoá vật liệu cấy ghép
 Thay thế các vật liệu cấy ghép trong bệnh nhân thành các vật
liệu cấy ghép khác trong từng trường hợp [2].
 Nhựa, xi măng sinh học hoặc những vật liệu Poly Methyl
Methacrylate (PMMA)…
 Nẹp cố định hay vít định hình thì các nhà nghiên cứu đã bắt
đầu tiếp cận với hướng kiểm tra các đặc tính của các vật liệu
kim loại khác nhau như titan, thép khơng gỉ, vitallium,…

Hình 2. Ảnh

CT được gắn
các
thanh
thép khơng gỉ
5,5 mm (trái),
titan 4,5 mm
(giữa)
và
vitallium 4,5
mm (phải) [1]
TIEU LUAN MOI download : moi nhat


6

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
2.1 Tối ưu hố vật liệu cấy ghép

Hình 3. Ảnh CT thu được từ nhóm nguyên cứu của Weese khi quét
phantom có chứa các ghim phẫu thuật lần lượt là thép không gỉ (SS),
tantalum (TA), titanium (Ti) và nhựa (Pl) [6]

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


7

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI

2.2 Cải thiện đầu vào

2.2.1 Thay đổi thơng số chụp

 Thay đổi góc quét và tư thế
bệnh nhân phù hợp.
 Tăng cửa sổ lên giá trị cực đại,
ví dụ 4000 HU lên 40000 HU
 Giảm bề dày lát cắt
 Tăng điện thế kVp
Hình 4. Ảnh CT chụp hộp sọ bệnh nhân
sau khi trải qua cắt bỏ túi phình máu
não với tư thế nghiêng
[7]
TIEU LUAN MOI download :
moiđầu
nhat


8

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
2.2 Cải thiện đầu vào

2.2.1 Thay đổi thông số chụp

Bảng 1 So sánh khi thay đổi thông số chụp [1]

Điều chỉnh thông số

Ưu điểm

Nhược điểm

Tăng năng lượng
chùm photon (kVp)

Giảm cứng chùm tia và
nhiễu

Tăng liều cho bệnh
nhân

Tăng dịng bóng phát
tia (mA)

Giảm nhiễu

Tăng liều cho bệnh
nhân

Điều chỉnh pitch thấp

Giảm nhiễu

Tăng liều cho bệnh
nhân

Giảm bề dày lát cắt

Giảm một phần giả ảnh

Tăng nhiễu

Mở rộng cửa sổ CT

Tăng bề rộng và mức độ
của cửa sổ

Giảm độ phân giải
tương phản

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


9

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
2.2 Cải thiện đầu vào

2.2.2 CT năng lượng kép
 Dùng hệ số hấp thụ được lấy từ hai nguồn năng lượng khác nhau,
hình ảnh đơn năng được tổng hợp thành ảnh ảo phổ đơn sắc

Hình 5. Giả ảnh do kim loại giảm
khi năng lượng photon tăng trong
ảnh trong ảnh đơn ngoại suy năng
lượng từ CT năng lượng kép [1]

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


10

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
2.2 Cải thiện đầu vào
2.2.3 CT đếm photon

 CT đếm photon được thêm vào để tăng thêm năng suất ghi nhận
tương tác của các photon năng lượng thấp để tái tạo phổ năng
lượng.

Hình 6. Kết quả tái tạo của một
phantom nha khoa chứa một răng
với miếng trám kim loại hình trịn
[1]

SPIR: Spectral-Driven Iterative Reconstruction
IR: Iterative Reconstruction

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


11

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI

2.3 Tiền xử lý dựa trên vật lý
2.3.1 Giảm nhiễu

 Mơ hình hố nhiễu cục bộ bằng mơ hình thích ứng.
 Áp dụng các bộ lọc từ thực nghiệm vào trong lâm sàng
 Các bộ lộc được nghiên cứu với các phương pháp tiếp cận khác nhau:
• ART (Algebraic Reconstruction Technique),
• IFS (Iterative Frequency Split–Normalized),
• LI-MAR (Linear Interpolation Metal Artifact Reduction)
• ..…
Hình 7. Ảnh thu
được ở một bệnh
nhân với giả ảnh
một bên khớp
hang [8]

LI-MAR
IFS
TIEU LUANFBP
MOI download
FBP : moi nhat


12

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
2.3 Tiền xử lý dựa trên vật lý

2.3.2 Hiệu chỉnh tán xạ và cứng chùm tia

 Mơ hình hố tán xạ và cứng chùm tia với các vật liệu kim loại khác
nhau với mơ hình thích ứng.
 Hiệu chỉnh tán xạ và cứng chùm tia tương thích với thực tế
 Nội suy tuyến tính các phép chiếu bị lỗi do giả ảnh kim loại

Hình 8. Hình ảnh CT gốc và qua hiệu chỉnh cứng chum tia của một
bệnh nhân có cột sống được cấy ghép vật liệu titan [1]

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


13

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
2.4 Chiếu ảnh hoàn chỉnh
2.4.1 Nội suy

 Tạo nên bộ dữ liệu đồ thị Sinogram mới từ phép chiếu vùng lân cận hoặc
mô hình tốn học tương đương sau khi chiếu để giảm giả ảnh.

Hình 9. Ảnh thuật tốn và kết quả minh hoạ thu được [9]

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


14

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI

2.4 Chiếu ảnh hoàn chỉnh
2.4.2 Chiếu lặp

 Dùng dữ liệu đã nghiên cứu trước để thay thế dữ liệu ảnh bị mất, lỗi do vật
liệu kim loại

2.4.3 Chuẩn hoá
 Dùng hệ số hiệu chỉnh sau khi chiếu giả lập để áp dụng chuẩn hố cho biểu
đồ Sinogram

TIEU LUAN
download
:
Hình MOI
10. Ảnh
so sánh ảnh
gốc và các phương pháp giả ảnhmoi
[1] nhat


15

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
2.5 Dựng cấu trúc ảnh
2.5.1 Loại bỏ vật thể

 Loại bỏ phần giả ảnh, tạo vệt của kim loại ra khỏi ảnh, dùng các kỹ thuật
bên ngoài để tái dựng ảnh hoàn chỉnh

2.5.2 Bù thống kê
 Sử dụng hàm thống kê để giảm dữ liệu ảnh tạo bởi kim loại nhưng bù lại
khi đưa vào quá trình tái tạo ảnh.

2.5.3 Ứng dụng kiến thức
 Ứng dụng nguồn dữ liệu ảnh CT đa dạng về vật thể kim loại trong phẫu
thuật để mơ hình hố chính xác hơn ảnh vật thể và ước tính dữ liệu ảnh
chiếu

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


16

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
2.5 Dựng ảnh cấu trúc

Hình
11. download
Ảnh minh hoạ
phương pháp áp dụng cho đinh moi
vít [1]nhat
TIEU LUAN
MOI
:


17

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẢM GIẢ ẢNH KIM
LOẠI
2.6 Hậu xử lý ảnh
2.6.1 Trực tiếp

 Can thiệp và chỉnh sửa nhiễu và thang xám trên ảnh thông qua phần mềm
đã được nghiên cứu và cải tiến

2.6.2 Hỗn hợp
 Kết hợp các phương pháp giảm giả ảnh kim loại với nhau dựa trên các điểm
mạnh và yếu của từng phương pháp để tạo ảnh tốt nhất, có ý nghĩa về mặt
chẩn đốn lâm sàng

Hình 12. Ảnh CT xương
chậu có cấy ghép cobanchrome với các phương
pháp MAR khác nhau [1]

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN
18

 Các hướng nghiên cứu về MAR được phân loại thành sáu
nhóm kỹ thuật chính: tối ưu hóa các vật liệu cấy ghép, cải
thiện đầu vào, tiền xử lý dựa trên tác động vật lý, chiếu ảnh
hoàn chỉnh, dựng ảnh cấu trúc và hậu xử lý hình ảnh.
 Có nhiều trường hợp các kỹ thuật MAR độc lập với nhau hoặc
cũng có những trường hợp các kỹ thuật MAR hỗ trợ cho nhau
để có thể đưa ra một kết quả hình ảnh tốt nhất, đảm bảo chất

lượng hình ảnh ở trạng thái rõ nét nhất và có giá trị về mặt
chẩn đốn lâm sàng.
 Vẫn cịn tồn tại nhiều thách thức lớn cho kỹ thuật MAR trong
vật liệu kim loại.
 Cần đặt ra các hướng nghiên cứu mới để ứng dụng trong lâm
sàng tốt hơn.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


TÀI LIỆU THAM KHẢO
19
1. Gjesteby, L., De Man, B., Jin, Y., Paganetti, H., Verburg, J., Giantsoudi, D., & Wang, G.
(2016). Metal artifact reduction in CT: where are we after four decades? Ieee Access, 4,
5826-5849.
2. Katsura, Masaki, et al. "Current and novel techniques for metal artifact reduction at CT:
practical guide for radiologists." Radiographics 38.2 (2018): 450-461.
3. Louw, D. F., Asfora, W. T., & Sutherland, G. R. (2001). A brief history of aneurysm clips.
Neurosurgical focus, 11(2), 1-4.
4. Mizouni, A., Ammar, H., Said, M. A., Harrabi, F., Farhat, W., Ghabry, L., ... & Ali, A. B.
(2020). Surgical clip migration following laparoscopic cholecystectomy: A rare cause of
acute cholangitis. Annals of Medicine and Surgery, 59, 21-23.
5. W. A. Gray, S. Sekaran, J. A. Tanyi, and J. M. Holland, ‘‘Implications of dental artifacts on
radiotherapy planning for head and neck cancer,’’ in Proc. Multidisciplinary Head Neck
Symp.,
2012.
TIEU
LUAN MOI download : moi nhat

TÀI LIỆU THAM KHẢO
20
6. J. L. Weese, M. S. Rosenthal, and H. Gould, ‘‘Avoidance of artifacts on computerized
tomograms by selection of appropriate surgical clips,’’ Amer. J. Surgery, vol. 147, no. 5,
pp. 684–687, May 1984.
7. J. H. Brown, E. S. Lustrin, M. H. Lev, C. S. Ogilvy, and J. M. Taveras,
‘‘Reduction

of

aneurysm

clip

artifacts

on

CT

angiograms:

A

technical

note,’’ AJNR. Amer. J. Neuroradiol., vol. 20, no. 4, pp. 694–696, 1999.
8. D.

Prell,

Y.

Kyriakou,

M.

Kachelrie,

and

W.

A.

Kalender,

‘‘Reducing

metal artifacts in computed tomography caused by hip endoprostheses using a physicsbased

approach,’’

Invest.

Radiol.,

vol.

45,

no.

11,

pp. 747–754, 2010.
9. W. A. Kalender, R. Hebel, and J. Ebersberger, ‘‘Reduction of CT artifacts
caused

by

metallic

implants,’’

Radiolgy,

vol.

164,

no.

2,

pp.

TIEU LUAN MOI download : moi nhat
1987.

576–577,


21

CÁM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ
CHÚ Ý LẮNG NGHE

TIEU LUAN MOI download : moi nhat