Артефакты и искажения при конусно-лучевой...

22

X-Ray Art №1 (01) сентябрь 2012

АРТЕФАКТЫ И ИСКАЖЕНИЯ ПРИ КОНУСНО-ЛУЧЕВОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ

ТОМОГРАФИИСердобинцев Е.В. – врач-рентгенолог, компания «Пикассо» (г. Санкт-Петербург)

[email protected]

На сегодняшний день ни для кого не секрет, что КТ за-нимает все большие позиции в таких специальностях ме-дицины как стоматология, отоларингология и челюстно-лицевая хирургия. Причины такой ситуации вполне оче-видны: КТ позволяет в несколько раз увеличить качество диагностики пациентов перед лечением и в его процес-се. В отличие от других методов рентгенодиагностики, КТ обладает таким неоспоримым преимуществом, как отсутствие проекционного искажения объекта, т.е. мас-штаб КТ-изображения и реальные размеры структур па-циента будут относиться друг к другу в масштабе один к одному. Это открывает уникальные возможности для врачей. Можно с уверенностью сказать, что КТ-диагностика в стоматологии, ЛОР-патологии и ЧЛХ в ско-ром времени станет золотым стандартом при подготов-ке пациента к лечению, а также в контроле его качества.

Но, как и любой диагностический метод, КТ име-ет свои особенности, которые необходимо учитывать при оценке изображения. Эти особенности вызывают определенные трудности не только у лечащих врачей, но и у врачей-рентгенологов, которые непосредствен-но занимаются интерпретацией КТ-изображения. Дан-ную особенность КТ-изображения принято называть артефактами или, что менее правильно, искажениями. В статье будут рассмотрены наиболее частые артефак-ты, встречающиеся в КТ-диагностике.

Артефакт (от лат. аrte factum – искусственно сделан-ное) – явление, предмет, появление которого в данных условиях по естественным причинам невозможно или маловероятно. Такое определение является общим для всех явлений, связанных будь то с КТ или с любыми дру-гими методами диагностики. Для лучшего понимания артефактов в компьютерной диагностике было разра-ботано несколько другое определение этого явления.

Артефактами изображений в компьютерной томогра-фии называют любые несоответствия между КТ-числами реконструктивного изображения и истинными коэффи-циентами ослабления объекта. Такой вариант определе-ния более полно выражает суть артефактов при КТ.

Что же можно считать причинами, которые приводят к возникновению артефактов? Условно их можно разде-лить на несколько групп.

1. Причины, связанные непосредственно с нару-шением работы компьютерного томографа.

Компьютерный томограф является сложным техниче-ским аппаратом, в работе которого, для качественного полу-чения изображения, важнейшую роль играет исправность всех составляющих частей. Основные части компьютерно-го томографа – лучевая трубка, принимающий изображе-ние детектор (для конусно-лучевой компьютерной томогра-

фии – матрица) и компьютер, обрабатывающий информа-цию, полученную с детектора, и выводящий изображения на экран монитора. Следовательно, выход из строя, хотя бы частично, любого из этих элементов приведет к появле-нию артефактов в КТ-изображении (Рис. 1).

Другая ситуация, приводящая к сбою работы ком-

пьютерного томографа, – блокировка вращения аппа-рата во время исследования посторонним предметом. Так как аппарат во время работы делает один или не-сколько оборотов (в зависимости от производителя) во-круг пациента, любая ситуация, приводящая к задерж-ке движения аппарата даже на долю секунды, обяза-тельно приведет к появлению либо минимального, либо серьезного искажения изображения, вплоть до невоз-можности интерпретации. Чаще всего такая ситуация связана с самим пациентом, который, по разным при-чинам (неправильное позиционирование пациента ла-борантом, слишком крупный пациент, не помещаю-щийся по диаметру вращения аппарата, непроизволь-ное движение пациента во время исследования), вызы-вает блокировку движущейся части аппарата (Рис. 2).

Рис. 1 Поломка принимающего сенсора – невозможность по-лучения изображения

Рис. 2 Пациент задел плечом компьютерный томограф во время исследования

23


Еще одна причина появления артефактов, связанная с компьютерным томографом, это сбой калибровки аппа-рата. Каждый компьютерный томограф, выпускающий-ся с завода, проходит первичную калибровку, которая осу-ществляется по стандартным принципам. Так как томограф является сложным техническим устройством, после уста-новки его на месте дальнейшей эксплуатации, необходи-мо дополнительно откалибровать аппарат специалистом-инженером, желательно вместе с врачом-рентгенологом, который будет работать с этим томографом, для получе-ния наиболее качественного КТ-изображения. Помимо это-го, компьютерный томограф во время работы хотя бы раз в год должен проходить диагностическую калибровку для выявления отклонений качества изображения. Только при выполнении всех этих требований можно уверенно го-ворить о качественной работе томографа. К сожалению, на данный момент в России далеко не всегда выполняются эти условия, что и приводит к появлению артефактов, свя-занных со сбоем калибровки (Рис. 3).

2. Наличие рентгеноконтрастного материала в зоне интереса.

Это одна из самых частых причин возникновения ар-тефактов КТ-изображения. Для правильной интерпрета-ции изображения в этой ситуации необходимо хорошо представлять, какой материал будет давать артефакты при КТ-диагностике. Ведущим материалом, который бу-дет вызывать искажения изображения, является металл. Металлокерамические конструкции, металлические пла-стины, анкерные штифты, пирсинг и дентальные имплан-таты – наиболее часто встречающиеся структуры, кото-рые врач может увидеть на КТ-изображении. Все они бу-дут давать интенсивные артефакты, мешающие грамот-ной оценке окружающих тканей (Рис. 4).

Другой причиной возникновения артефактов может быть рентгеноконтрастный пломбировочный материал. Любой пломбировочный материал, независимо от сво-их свойств, дает хотя бы минимальный артефакт. В дан-ной ситуации все зависит от знаний врача о самом ма-териале. Если раньше использовалось большое количе-ство различных материалов для пломбировки, начиная от гуттаперчи и заканчивая серебром, то сейчас круг мате-риалом значительно уменьшился. Следовательно, при ин-терпретации КТ-изображения, зная состав пломбировоч-ного материала, врач может заранее предугадать, какой по интенсивности артефакт он увидит на изображении. Это уменьшает количество диагностических ошибок.

Помимо рентгеноконтрастных материалов в сто-матологии используются и нерентгеноконтрастные, (например, стекловолокно), которые не будут видны на изображении, что также необходимо учитывать при оценки КТ-снимков.

3. Причины, связанные с пациентом.Пациент – живой человек, и в связи с этим с ним мо-

гут быть связаны причины, которые вызывают искаже-ния на КТ-изображении. Для любого человека проведе-ние каких-либо диагностических манипуляций являет-ся стрессом. Поэтому, даже если пациенту кажется, что он спокоен и не испытывает дискомфорта от прохожде-ния КТ процедуры, необходимо, в любом случае, соз-дать максимально благоприятные условия для выполне-ния снимка. Эта обязанность накладывается на рентге-нолаборанта. В его задачи входит максимально доступ-ным образом объяснить пациенту, в чем суть данной процедуры, что требуется от пациента во время иссле-дования и т.д. Основная обязанность пациента во вре-мя процесса работы аппарата сводится к тому, чтобы исключить какое-либо движение с его стороны. Тогда КТ-изображение будет идеальным. Если же происходит даже минимальное движение пациента, то это обяза-тельно отразится на изображении (Рис. 5).

Основные «ошибки» пациента во время исследования:- пациент делал глотательные движения во время

исследования – вроде бы ничего страшного в этом нет, но, на самом деле, это не так. Помимо глотатель-ного рефлекса всегда будут микродвижения зубами, что, естественно, приведет к артефактам;

- глубокое или форсированное дыхание – одна из основных ошибок, связанных с пациентом. Когда ла-борант объясняет пациенту, что во время исследова-ние дышать можно, необходимо обязательно уточнить, как дышать – спокойно и через нос. Тогда шансы на непроизвольное движение головы пациента уменьша-

Рис. 3 Аппарат не откалиброван

Рис. 4 Металлокерамические коронки в зоне интереса

Рис. 5 Дрожание пациента во время исследования

24


ются. Конечно, можно было попросить пациента совер-шенно не дышать, но, во-первых, это очень тяжело для некоторых категорий людей (пенсионного возраста, на-пример), а во-вторых, не каждый сможет не дышать от 30 до 60 секунд в зависимости от аппарата.

- психические и динамические нарушения – здесь необходимо спросить у пациента, есть ли у него такие заболевания, как клаустрофобия, тремор головы и так далее, для исключения ситуации, когда пациент физиче-ски не способен оставаться неподвижным на протяже-нии всего исследования (Рис. 6).

Нами были рассмотрены основные и самые част-ные причины, приводящие к появлению артефактов КТ-изображения. Теперь же рассмотрим классификацию артефактов.

К сожалению, т.к. метод конусно-лучевой компьютер-ной томографии относительно молодой, на данной мо-мент не существует единой классификации артефак-тов. Поэтому мы будем пользоваться одной из объек-тивных, на наш взгляд, классификаций, которая помо-жет разобраться в проблеме искажений изображения в КТ-диагностике. Помимо классификации мы постара-лись выделить основные особенности каждой группы артефактов, чтобы понять, в чем принципиальное отли-чие каждой из них.

КЛАССИФИКАЦИЯ АРТЕФАКТОВ.1. Аппаратные артефактыКак понятно из названия, это те артефакты, которые

связаны с поломкой компьютерного томографа (Рис. 7).

Аппаратные артефакты являются самой непредска-зуемой группой, которая не поддается какой-либо уни-

фикации. Они могут быть очень разнообразны: начи-ная от кольцевых теней (выпадение одного вокселя), полос (выпадение группы вокселей) и заканчивая пол-ным искажением изображения, что делает невозмож-ным его интерпретацию (Рис. 8, рис. 9).

2. Динамические искаженияДанная группа артефактов вытекает из причин, свя-

занных с движением пациента. Какие же свойства они имеют?

- двойные контуры − основной признак динамиче-ского искажения. Независимо от того, какое по ин-тенсивности было движение пациента во время ис-следования, практически всегда на КТ-изображении будет наблюдаться наличие удвоения контуров струк-тур пациента (Рис. 10, рис. 11).

Рис. 6 Резкое движение пациента

Рис. 7 Аппаратный артефакт

Рис. 8 Пример выпадения нескольких вокселей

Рис. 10 Удвоение контуров верхней и нижней челюсти пациента в области фронтальных зубов

Рис. 9 Выход из строя аппарата. Причина – неправильная обработка изображения компьютером

25


- размытие части или всего изображения. Если паци-ент во время исследование сделал однократное движе-ние головой, то мы видим появление двойных контуров. Но если пациент по каким-то причинам несколько раз двигался во время работы аппарата, это приводит к пол-ному либо частичному размытию изображения (Рис. 12).

- «линия перелома» по срединной линии нижней челю-

сти. Довольно специфический признак, который можно уви-деть нечасто. Проявляется только на аксиальном срезе в нижней трети нижней челюсти и на объемном изображе-нии 3D-модели. Часто является причиной неправильной ин-терпретации КТ изображения, когда врач-стоматолог может, не зная происхождения артефакта, ошибочно поставить ди-агноз перелома нижней челюсти (Рис. 13, рис. 14).

3. Зона повышенной контрастностиЗона повышенной контрастности и дефект наполне-

ния связаны с использованием в стоматологии матери-алов, обладающих высокой рентгеноконтрастностью. Данные материалы значительно усложняют оценку КТ-изображения, особенно если у пациента в анамнезе наличие мостовидных протезов, дентальных импланта-тов и большое количество запломбированных каналов.

Причина появления данных артефактов вытекает из свойств рентгеновских лучей. Известно, что при попада-нии рентгеновских лучей на объект с высокой плотностью, возникает эффект ослабления или поглощения лучей этим объектом. В связи с этим на КТ-изображении возникает тень (зона просветления) за объектом, например, денталь-ным имплантатом. Это приводит к появлению артефактов, которые и называются дефектами наполнения.

Помимо поглощения лучей, объект с высокой плотностью способен отражать и перераспределять направленное на него рентгеновское излучение. В результате чего и возникает явление зоны повы-шенной контрастности.

Свойства зоны повышенной контрастности:- в аксиальном срезе – чередование темных и свет-

лых полос, отходящих от объекта. Из-за того, что ком-пьютерный томограф делает вокруг пациента один или два оборота, основной признак зоны повышенной кон-трастности будет, в первую очередь, виден в горизон-тальной плоскости (аксиальном срезе) (Рис. 15).

Рис. 11 Чем интенсивнее было движение пациента, тем сильнее видно раздвоение контуров кости

Рис. 12 Мелкие движения пациента. Невозможно оценить состо-яние зубов

Рис. 13 «Псевдоперелом» нижней челюсти

Рис. 14 Сочетание нескольких признаков динамических искаже-ний – двойные контуры и «линия перелома»

Рис. 15 Чередование темных и светлых полос на аксиальном срезе

26


- другой особенностью распространения данного вида артефактов является наличие искажений только в тех срезах, где непосредственно располагается объект с высокой плотностью. Например, если посмотреть на КТ-изображение металлокерамической коронки, то мы будем наблюдать наличие зоны повышенного контрасти-рования на аксиальном срезе только по высоте коронки. Выше или ниже нее артефактов не будет (Рис. 16).

- в сагиттальном срезе – вертикальные светлые и темные полосы, идущие друг за другом. Появление этого признака зоны повышенного контрастирования бывает в тех случаях, когда рядом располагается не-сколько объектов с высокой плотностью (Рис. 17).

- На объемной модели – в виде заостренных игл.- MIP – проекция – горизонтальные полосы. Эти два

признака связаны с 3D-моделью пациента. Единственное между ними отличие – это использование на 3D-модели разных вариантов просмотра изображения: MIP и VR (объемная модель). Если артефакт есть на одном из вари-антов, он обязательно будет присутствовать и на другом. Чем больше металлоконструкций имеется у пациента, тем более интенсивными будут выражены «иглы» на объемной модели и полосы в MIP –проекции (Рис. 18a и 18b).

4. Дефект наполненияКак уже было сказано, артефакты дефекта на-

полнения и зоны повышенной контрастности связа-ны между собой и возникают только вокруг объектов с повышенной рентгеноконтрастностью. Но если зона повышенной контрастности является «безобид-ным» артефактом, мешающим только в интерпрета-ции изображения, то дефект наполнения достаточно часто симулирует патологические состояния, что мо-жет привести к гипердиагностике КТ.

- проявляются в виде зоны просветления. Это и при-водит к неправильному восприятию КТ-изображения (Рис. 19).

Рис. 16 Металлокерамические коронки

Рис. 17 Тот же пациент – сагиттальный срез

Рис. 18а

Рис. 19 Симуляция костных карманов и вторичного кариеса

Рис. 18b 3D-модель одного и того же пациента в разных вариан-тах просмотра – MIP

3D-модель одного и того же пациента в разных вариан-тах просмотра – VR

27


Если рядом находятся два объекта с высокой плотно-стью, это обязательно приведет к наличию между ними де-фектов наполнения, которые могут быть оценены как ка-риес или костный карман. При наличии такой ситуации не-обходимо грамотно интерпретировать КТ-изображение, сопоставляя его с клиническими данными пациента. Мож-но сказать, дефект наполнения является «головной болью» врачей терапевтов, т.к. именно им приходится постоянно сталкиваться с этим видом артефактов (Рис. 20).

Но природу и картину артефакта в виде дефекта напол-нения важно знать и понимать не только терапевтам, но и имплантологам. Дело в том, что всегда на КТ-изображении врач-имплантолог будет видеть зоны «разрежения» кост-ной ткани вокруг установленного дентального имплантата. Это приводит к неправильной оценке результатов даже хо-рошо проведенной имплантации. На самом деле, в боль-шинстве случаев никакого периимплантита у пациента не будет − это всего лишь влияние данного вида артефактов. К сожалению, КТ-диагностика не способна дать однознач-ный ответ на вопрос о качестве остеоинтеграции имплан-тата. Ни в коем случае нельзя оценивать состояние пери-имплантатной зоны по данным КТ-изображения! Золотой стандарт диагностики периимлантита - это визиографиче-ский снимок и клиническая ситуация.

Методы распознавания артефактов. Хотелось бы привести несколько способов, помогающих определить наличие артефактов. Для того чтобы врач мог чувство-вать себя уверенным пользователем КТ-диагностики, необходимо, во-первых, знание основ работы с КТ-изображением (правильная работа с осями коорди-нат, знание особенностей конкретной программы-прос-мотрщика, адаптация возможностей программ для сво-ей специальности), а во-вторых, понимание причин по-явления артефактов и умение их интерпретировать.

1. Изменение толщины среза – самый распростра-ненный способ нивелировать влияние артефактов на изо-бражение. Те программы-просмотрщики КТ, которые пре-доставляют врачу возможность не только просмотреть само изображение, но и имеют различные дополнитель-ные функции (трассировка канала, построение ОПТГ, мно-

госрезовый вид, виртуальные импланты и т.д.), обычно позволяют менять толщину среза в зависимости от поже-ланий оператора. Что приводит к исчезновению наибо-лее заметных артефактов (Рис. 21a и 21b).

Один из примеров – это оценка положения импланта-та. Как уже было сказано, на КТ невозможно с высокой долей вероятности сказать, есть ли явления периимланти-та вокруг имплантата или нет. Для этого используется ви-зиограф. Но оценить положение и размеры имплантата вполне возможно. Если при интерпретации установленно-го имплантата увечить толщину среза до диаметра имплан-тата, то мы сможем уверенно определить, как располага-ется данный имплантат в костной ткани, насколько близко он расположен к нижнечелюстному каналу или бухте гай-моровой пазухи. В том случае, если использовать толщину среза меньше диаметра имплантата, за счет наличия ар-тефактов вокруг нее невозможно будет оценить даже его размеры, т.к. визуально он будет казаться больше.

2. Сравнение разных проекций

Достаточно частая ошибка врачей заключается в том, что многие стараются акцентировать свое вни-мание на каком-то одном срезе. Это приводит к непра-вильной интерпретации изображения. Примером мо-жет являться определение наличия движения пациен-та во время исследования. Если врач по каким-либо причинам привык работать в основном только на ко-рональном (фронтальном) срезе, то он может не заме-тить, что на КТ-изображении есть признаки динамиче-ского артефакта, который проявляется чаще всего на аксиальном и сагиттальном срезе. Следовательно, это приведет и к неправильной оценке размеров структур

Рис. 20

Рис. 21a

Рис. 21bДефект наполнения симулирует периимплантит

Правильная оценка положения и размеров имплантатов

Рис. 22 Определение движения пациента

28


пациента, которые из-за движения пациента могут быть искажены (Рис. 22).

3. Знание физических свойств окружающих структур.

Для того чтобы правильно определить наличие или отсутствие артефакта, необходимо понимать, как себя ведут различные по плотности структуры на КТ-изображении. Так, например, вокруг анкерного штифта всегда будет определяться дефект наполнения, симули-рующий вторичный кариес. Чего может не быть при ис-пользовании другого материала (Рис. 23).

4. Использование фильтров подавления металла. Многие компьютерные томографы оборудованы спе-

циальной опцией, которая позволяет определенным обра-зом уменьшить влияние артефактов, возникающих от ме-талла. Поэтому, если у пациента имеется хотя бы один им-плантат или мостовидный протез, всегда необходимо ис-пользовать функцию подавления металла (Рис. 24a и 24b).

ЛИТЕРАТУРА: 1. Barrett J.F., Keat N. Artifacts in CT: Recognition and Avoidance //

Radio Graphics. – 2004. – Vol. 24. – P. 1679–1691. 2. Хофер М. Компьютерная томография. Базовое руководство. 2-е

издание, переработоное и дополненное: - М.: Мед.лит., 2008 - 224 с.:ил.

3. Матиас Прокоп, Михаэль Галански; Спиральная и многослойная компьютерная томография: Учебное пособие: В 2-х томах. - М. : МЕДпресс - информ, 2006.

4. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томогра-фии. Учебное пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. – 152 с.

5. Радиодиагностика челюстно-лицевой областию Конусно-лучевая компьютерная томография. Основы визуализации. - Львов: Гал-Дент, 2010. - 148 с., 235 илл.

Рис. 23 Справа – гуттаперча, слева – анкерный штифт. Видно, что вокруг штифта большее количество артефактов

Рис. 24a

Рис. 24b

Без фильтра подавления металла

С фильтром подавления металла

Артефакты и искажения при конусно-лучевой...

Documents

Transcript of Артефакты и искажения при конусно-лучевой...