τεχνήματα και σημεία παραπλάνησης γεωργακης λουτράκι...

Τεχνήματα και σημεία παραπλάνησης

(Artifact & Pitfalls) στην CMRI

Γεωργάκης ΑπόστολοςΤεχνολόγος-Ακτινολόγος

Απεικονίσεις ΙΑΣΩ General

e-mail: [email protected]

Τι συμβαίνει?• Όταν ο σαρωτής δεν συμπεριφέρεται όπως αναμένεται δημιουργείται ένα τεχνούργημα ή τέχνημα (Artifact)

• Τεχνούργημα είναι μία ψευδή ένδειξη που προκαλείται στην διαδικασία σχηματισμού της εικόνας. • Αυτή η ψευδής ένδειξη προβάλλεται στην αρχική αναμενόμενη εικόνα.

• Είναι αποτέλεσμα της κακής λειτουργίας της απεικόνισης: ή λόγο φυσικών διαδικασιών ή λόγο των ιδιοτήτων του ανθρώπινου σώματος ή από παραμέτρους που εισάγονται στο σύστημα από τον χρήστη.

• Είναι σημαντικό να είμαστε εξοικειωμένοι με την εμφάνιση των τεχνουργημάτων, διότι μπορεί να συγκαλύψουν και να μπερδέψουν μια παθολογία.

• Ως εκ τούτου, τα είδωλα ή τεχνήματα μπορεί να οδηγήσουν σε ψευδώς αρνητικά ή ψευδώς θετικά αποτελέσματα.

• Μπορεί να υπάρχει και συνδυασμός προβλημάτων για την δημιουργία τεχνημάτων.

Η δυνατότητα να προσδιοριστεί η πηγή ενός τεχνουργήματος έχει σχέση με την κατανόηση για την παραγωγή της εικόνας από τον χρήστη του μαγνητικού τομογράφου.

Τι συμβαίνει?

Κατανόηση για την παραγωγή της εικόνας

• Έχουμε τον κυρίως μαγνήτη που χρησιμοποιείται για να παράγει ένα εξωτερικό, ισχυρό και ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι ικανό να προκαλέσει μετρήσιμη μαγνήτιση στους ιστούς

• Τα μαγνητικά πεδία πρέπει να είναι όσο το δυνατόν περισσότερο ομοιογενή, γιατί αυτή η ομοιογένεια καθορίζει την συχνότητα Larmor*

Συχνότητα περιστροφής των πρωτονίων

Με λίγα λόγια:

• Η μαγνητική ροπή κάθε πρωτονίου είναι ένα διανυσματικό

μέγεθος.• Όσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο τόσο πιο γρήγορα

περιστρέφονται τα πρωτόνια• Διαφορετικοί πυρήνες υλικών εκτελούν μεταπτωτική

κίνηση με διαφορετική συχνότητα• Από αυτή την διαφορά της συχνότητας με την εξίσωση

Larmor * παράγεται η εικόνα


*Larmor Frequency : Η εξίσωση που περιγράφει την συχνότητα περιστροφής των πρωτονίων, ω=γ.Βο Όπου ω = η συχνότητα περιστροφής γ = ο γυρομαγνητικός λόγος ο οποίος είναι διαφορετικός για κάθε υλικό Βο = η ένταση του εξωτερικού βασικού μαγνητικού πεδίου

Gauss :Μονάδα μέτρησης της έντασης μαγνητικού πεδίου.1Tesla=10000Gauss.

«Μαγνητική Τομογραφία» Φυσικές αρχές – Ερμηνεία της εικόναςΑπόστολος Χ. Καραντάνας

• Έλλειψη ομοιογένειας του κυρίως Μαγνητικού πεδίου (Βο)

Οδηγεί σε μικρές διαφορές στην συχνότητα Larmor των πρωτονίων

• Οφείλεται σε:1. Κατασκευαστικές ατέλειες2. Παρουσία σιδηρομαγνητικού υλικού

Μπορεί να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας τα Shimming Coil (πηνία ομοιογένειας),μέσω μιας διαδικασίας η οποία ονομάζεται Shimming.


Τι χρειάζεται για την παραγωγή της εικόνας?

• Τα πηνία Βαθμίδας (Gradient Coils)

• Τα πηνία ραδιοσυχνότητας (Radiofrequency Coils)

• Την Λυχνία παραγωγής ραδιοσυχνοτήτων (RF)


• Δημιουργούν τα βαθμιδωτά μαγνητικά πεδία στους τρεις ορθογώνιους άξονες του χώρου (Χ,Ψ,Ζ) για το σχηματισμό της εικόνας

Πηνία Βαθμίδας (Gradient coils)


Πηνία Ραδιοσυχνότητας (RF coils) 1)πηνία Εκπομπής Χρησιμοποιούνται για να διεγείρουν τους ιστούς στέλνοντας μία

ραδιοσυχνότητα,στην συχνότητα Larmor

2)πηνία Λήψης Χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουν και συλλέξουν το σήμα το οποίο

εκπέμπεται από τους ιστούς.

3)πηνία Εκπομπής και Λήψης Πολλές φορές το ίδιο το πηνίο κάνει και την εκπομπή και την λήψη οπότε χαρακτηρίζεται σαν πηνίο εκπομπής-λήψης.

Συνήθως το πηνίο σώματος είναι ενσωματωμένο στο μηχάνημα, ενώ τα άλλα τοποθετούνται ανάλογα με την

περίσταση.


Λυχνία παραγωγής ραδιοσυχνοτήτων:

• παράγει τις συχνότητες που αποστέλλονται στα RF πηνία



• Τοποθέτηση του ασθενή μέσα στο άνοιγμα του μαγνήτη • Εκπέμπονται RF-παλμοί • Ενεργοποιούνται τα πηνία βαθμίδας για την γραμμική μεταβολή της

έντασης του πεδίου • Τα πρωτόνια αρχίζουν να περιστρέφονται και επιστρέφοντας στην αρχική

θέση ηρεμίας παράγουν σήμα. • Γίνεται η συλλογή των σημάτων και η κατά Fourier μετατροπή τους σε

ψηφιακή εικόνα


Μετασχηματισμός Fourier Ο μετασχηματισμός Fourier είναι μια μαθηματική διαδικασία που γίνεται διαχωρισμός μεταξύ των συχνοτήτων των συστατικών ενός σήματος σε συνάρτηση με τον χρόνο.

Η ανάλυση του μετασχηματισμού Fourier επιτρέπει να ανακατασκευαστούν οι χωρικές πληροφορίες από τα ανεπεξέργαστα δεδομένα .


http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=el&langpair=en%7Cel&u=http://www.mr-tip.com/serv1.php%3Ftype%3Ddb1%26dbs%3DFrequency&rurl=translate.google.gr&usg=ALkJrhhyjf5FmJ0EY8uFMzuQxZppk9jNqw

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=el&langpair=en%7Cel&u=http://www.mr-tip.com/serv1.php%3Ftype%3Ddb1%26dbs%3DRaw%2520Data&rurl=translate.google.gr&usg=ALkJrhgRDvzcLOys9mlALkH3wnS2t3-bCQ

Ο χώρος

• Στα πηνία βαθμίδας και τα πηνία ραδιοσυχνότητας οφείλεται η στενότητα του χώρου• Ένας τόσο στενός χώρος περιορίζεται ακόμα περισσότερο διότι μόνο στο κεντρικό σημείο του μαγνήτη υπάρχει πλήρη ομοιογένεια του μαγνητικού πεδίου• Αν σε έναν τέτοιο στενό χώρο καλούμαστε να πραγματοποιήσουμε μία CMRI σε εύσωμο ασθενή γνωρίζουμε εξ αρχής πως θα αντιμετωπίσουμε αρκετές δυσκολίες με την ποιότητα της εικόνας διότι το θέμα μας (καρδιά) θα βρίσκεται παράκεντρα λόγο σωματοδομής.

• Σε μία CMRI απαιτούνται ακολουθίες Τ1-SE με καρδιακό σκανδαλισμό

(Cardiac Triggering) και κράτημα αναπνοής.

• Απαιτείται μικρό πάχος τομής με αυξημένη χωρική διακριτική

ικανότητα• Στις ακολουθίες SE θα πρέπει να μειώσουμε το σήμα από το ρέον

αίμα για την μείωση των σφαλμάτων και τη ανάδειξη των αγγείων

Είναι χρήσιμη η εφαρμογή παλμών κορεσμού (saturation) εκατέρωθεν • Απαιτούνται πολυφασικές τεχνικές όπως η cine(πολλαπλές εικόνες σε

κάθε θέση τομής)• Ακολουθίες με τεχνική EPI (Echo-Planar Imaging) ταχείες ακολουθίες

παλμών και ακολουθίες GRE (Gradient Echo) παλμών βαθμιδωτής

ηχούς

Για όλες τις ανωτέρω λήψεις των ακολουθιών απαιτείται: Συνεργασία ασθενούς Μικρός χρόνος για κάθε ακολουθία (έως 20 sec ?) Ανεκτή ποιότητα εικόνας (μήτρα με pixel το λιγότερο 128Χ128)

Από τους περιορισμούς που έχουμε λόγο των συγκεκριμένων απαιτήσεων

των ακολουθιών σε μία CMRI ,τα τεχνήματα (artifact) αποτελούν δυστυχώς

συνηθισμένο φαινόμενο .

Τεχνήματα (Artifact)• Τα artifact στην Μαγνητική Τομογραφία είναι πολλά και η διαδικασία

παραγωγής τους είναι πολύπλοκη. • Όποιος ασχολείται με αυτήν την εξέταση πρέπει να τα γνωρίζει. Αυτό

κρίνεται απαραίτητο για δύο λόγους: Ο ένας είναι ότι πολλά απ' αυτά είναι συνδεδεμένα με την καλή λειτουργία

του μηχανήματος.

Οποιοδήποτε από αυτά τα artifact πρέπει να καταγράφεται προσεκτικά (αν είναι δυνατόν να φωτογραφίζεται) και να γίνεται λεπτομερείς αναφορά στους τεχνικούς

της εταιρίας που κάνει το service στο μηχάνημα.

Ο άλλος λόγος είναι ότι πολλές φορές αυτά τα artifacts δημιουργούν πρόβλημα στην διαγνωστική επάρκεια των εικόνων μας.

Αναγνωρίζοντας την διαδικασία παραγωγής τους έχουμε την δυνατότητα να

μεταβάλουμε κατάλληλα την εξέταση για να πετύχουμε διαγνωστικές εικόνες.

• Κάθε κίνηση με σχετικά μικρότερη περίοδο από τον χρόνο που απαιτείται για την διαδικασία δειγματοληψίας οδηγεί σε τέχνημα (artifact) .

• Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα η ανατομική δομή η οποία αντιστοιχεί στο συγκεκριμένο pixel να βρίσκεται σε διαφορετικές θέσεις κατά την διάρκεια του χρόνου δειγματοληψίας.

• Τα τεχνήματα (artifact) κίνησης μπορεί να προέρχονται από ακούσιες ή εκούσιες κινήσεις του εξεταζόμενου.

Τεχνήματα (Artifact) κίνησης

Ακούσια : Μη συνδεμένο σύστημα καρδιακού σκανδαλισμού (ECG trigger) Βλάβη στο ECG trigger

Τεχνήματα (Artifact) κίνησης Εκούσια: Συνδεμένο σύστημα καρδιακού σκανδαλισμού (ECG trigger) αλλά αδυναμία κρατήματος αναπνοής (breath hold).

Διόρθωση: Συνδεμένο σύστημα καρδιακού σκανδαλισμού (ECG trigger) και σωστό κράτημα της

αναπνοής (breath hold).

Τεχνήματα (Artifact) Ροής Από την ροή του αίματος

• Η κίνηση του αίματος μέσα στα αγγεία προκαλεί τεχνήματα. Η θέση των πρωτονίων του αίματος κατά την στιγμή της διέγερσής τους από τον ραδιοπαλμό (RF) είναι διαφορετική από την θέση τους κατά την δειγματοληψία

• Εξαιτίας των διαφορετικών ταχυτήτων που έχουν τα πρωτόνια μέσα σ' ένα αγγείο ,προκύπτει μία διαφορά στην δειγματοληψία κατά

τον άξονα της φάσης

• Αυτή η διαφορά παράγει και το γνωστό ghost artifact, το οποίο είναι ιδιαίτερα εμφανές.

Διόρθωση

• Η τεχνική που χρησιμοποιείται συνήθως για να ξεπεραστεί ή να ελαττωθεί αυτό το πρόβλημα είναι η χρήση ακολουθιών προκορεσμού (presaturation) .

• Η τεχνική αυτή είναι πιο αποτελεσματική σε εγκάρσιες τομές. Τοποθετούνται,συνήθως,δύο περιοχές προκορεσμού,μία πάνω και

μία κάτω από το επίπεδο τομής.

Σφάλματα κατά την διαδικασία των υπολογισμών και η δημιουργία τεχνημάτων

Αναδίπλωση -Wrap around

Σφάλμα ανεπαρκούς δειγματοληψίας –Aliasing ή

fold over

Χημική μετατόπιση (Chemical shift)

Αναδίπλωση -Wrap around

• Το artifact αυτό συμβαίνει όταν τμήματα της ανατομίας που απεικονίζεται ,επεκτείνονται και έξω από το πεδίο παρατήρησης(FOV)που χρησιμοποιούμε.

• Αυτά τα τμήματα της υπό εξέταση ανατομικής περιοχής αναδιπλώνονται και επιπροβάλουν μέσα στο πεδίο παρατήρησης(FOV).Μπορεί να συμβεί και κατά την κατεύθυνση της φάσης ΔιόρθωσηΣ’ αυτήν την τεχνική διπλασιάζεται το πεδίο παρατήρησης(FOV) Κατά την επεξεργασία της εικόνας απορρίπτεται το πρώτο και τελευταίο τέταρτο των δεδομένων.Αυτό που απομένει είναι τα δύο μεσαία τέταρτα τα οποία αντιστοιχούν στο FOV που επιλέξαμε.

Σφάλμα ανεπαρκούς δειγματοληψίας Aliasing ή fold over

• Το τεχνικό αυτό σφάλμα οφείλεται

σε ανεπαρκή συλλογή δεδομένων

στον άξονα κωδικοποίησης φάσης.

Στην CMRI παρουσιάζεται στις ακολουθίες

Ροής (Flow). Διόρθωση

Αντιμετωπίζεται με αύξηση των δεδομένων

ροής (αύξηση των βημάτων κωδικοποίησης

φάσης)

• Η μετατόπιση αυτή εμφανίζεται συνήθως σε περιοχές όπου υπάρχουν γειτονικές δομές

• Εμφανίζεται στην διαχωριστική επιφάνεια των δύο δομών σαν γραμμή υψηλής έντασης σήματος η οποία ακολουθεί τα όρια της μιας δομής και είναι κάθετη στον άξονα της συχνότητας.

Διόρθωση

• Ο τρόπος γιά να διακρίνουμε αν πρόκειται για παθολογία ή για τέχνημα, είναι να επαναλάβουμε την εξέταση αλλάζοντας την κατεύθυνση του άξονα της συχνότητας και της φάσης

Χημική μετατόπιση (Chemical shift)

Φαινόμενο του Gibbs

• Ο λόγος για τον οποίο συμβαίνει αυτό

το τέχνημα είναι η αδυναμία του

συστήματος ν’ ανιχνεύσει αλλαγές

στην ένταση του σήματος, εξαιτίας

ανεπαρκούς χρόνου δειγματοληψίας.

Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα ο

μετασχηματισμός Fourier των

πρωτογενών δεδομένων(raw data)

να μην μπορεί ν’ αναπαραστήσει

αυτές τις αλλαγές στην ένταση

του σήματος .

Ανομοιογένειες του Μαγνητικού Πεδίου

• Το τέχνημα αυτό έχει να κάνει με ανομοιογένειες στο κυρίως Βο στατικό μαγνητικό πεδίο

• Το εύρος των ραδιοπαλμών δεν είναι το ίδιο σ’ όλο την έκταση του πεδίου παρατήρησης(FOV),τότε κάποια τμήματα του εξεταζόμενου σώματος θα δέχονται ραδιοπαλμούς που δεν θα είναι ακριβώς 90 ή 180 μοιρών.

Μαγνητική Δεκτικότητα

(Magnetic Susceptibily) • Η Μαγνητική Δεκτικότητα(Magnetic Susceptibily) ενός υλικού είναι ένα μέτρο για το πόσο αυτό το υλικό μαγνητίζεται. • Για μη μαγνητικά υλικά η τιμή είναι ίση με μηδέν, για παραμαγνητικά και σιδηρομαγνητικά υλικά η τιμή είναι μεγαλύτερη από το μηδέν • Ο λόγος για την εμφάνισή του είναι οι τοπικές μεταβολές στο μαγνητικό πεδίο • Το τέχνημα αυτό συμβαίνει, συνήθως, σε περιοχές του σώματος στις οποίες υπάρχουν προσθετικά παραμαγνητικά ή σιδηρομαγνητικά υλικά.

Εξωτερικές Ραδιοσυχνότητες

• Ο χώρος μέσα στον οποίο βρίσκεται ο Μαγνητικός Τομογράφος (Scan Room) είναι μονωμένος όσον αφορά τις διάφορες ραδιοσυχνότητες που μπορεί να προέρχονται από το εξωτερικό περιβάλλον.

• Αν παρ’ όλα αυτά περάσουν μέσα ραδιοσυχνότητες εμφανίζονται στην εικόνα παράσιτα.

Τεχνήματα σχετιζόμενα με την Ραδιοσυχνότητα(RF) και τα Πηνία Βαθμίδας

(Gradients coils)

• συνδεδεμένα με την καλή λειτουργία

του μηχανήματος.

…..στην πράξη…..

• Περιορισμοί για την βελτίωση της εικόνας:

• Λόγο κρατήματος αναπνοής δεν μπορούμε να υπερβούμε τα 20sec.

• Δεν μπορούμε να αυξήσουμε την επαναληψημότητα (averaging)

• Δεν μπορούμε να αυξήσουμε την μήτρα των Pixel (phase resolution)

• Δεν μπορούμε να αυξήσουμε τομές• Δεν μπορούμε να αυξήσουμε τη υπερδειγματοληψία

(phase oversampling)


Μπορούμε όμως για την βελτίωση της εικόνας:

• Να μειώσουμε έως και 20% τα στοιχεία της δειγματοληψίας (base resolution).• Να αυξήσουμε το πεδίο παρατήρησης (FOV)• Να μειώσουμε την μήτρα των Pixel (phase resolution)• Να πάρουμε έως και τα 6/8 των δεδομένων του μετασχηματισμού Fourier• Να αυξήσουμε τη υπερδειγματοληψία (phase oversampling)• Να βάλουμε φίλτρο (image filter)

Σε μη συνεργάσιμους ασθενείς ή σε απρόβλεπτες συνθήκεςέχουμε βελτιωμένη παραγωγή εικόνας και σημαντική μείωση

του χρόνου παραγωγής της


Αύξηση πεδίου παρατήρησης (FOV)

Αύξηση πεδίου παρατήρησης (FOV)


Προσοχή στην αύξηση του FOVΌταν αυξάνουμε μόνο το FOV δεν αυξάνουμε και την

μήτρα των Pixel (Phase resolution)

Μειωμένη λεπτομέρεια


……………με ακολουθίες κορεσμού


……………με χρήση φίλτρου (image filter)

Προσοχή στην χρήση του φίλτρου (image filter)Έχουμε μείωση της χωρικής διακριτικής ικανότητας

Μειωμένη λεπτομέρεια


μήτρα 320 (breath hold 20 sec) μήτρα 256 (breath hold 12 sec)

……………με μείωση των pixel της μήτρας -Phase resolution.

Αισθητή μείωση της προσπάθειας κρατήματος αναπνοήςμε αποδεκτό αποτέλεσμα στην καθαρότητα στην

πληροφορία της παραγόμενης εικόνας


……………με αλλαγή φοράς της φάσης (Gradient coil x,y,z) .

από A-P (y coils) σε R-L (x coils)

από R-L (x coils) σε H-F (z coils)

…..στην πράξη…..τέχνημα ροής

……………με αλλαγή φοράς της φάσης (Gradient coil x,y,z) .

από H-F (z coils) σε A-P (y coils)

από R-L (x coils) σε H-F (z coils)

…..στην πράξη…..τέχνημα μαγνητικής δεκτικότητας

…..στην πράξη….. …με συνδυασμούς όλων των ανωτέρω για διόρθωση των τεχνημάτων.

• Μείωση των Pixel της

μήτρας

Εφαρμογή φίλτρου

Μείωση των δεδομένων Fourier

Αισθητή μείωση του χρόνου


Μη γνώση και εφαρμογή των ανωτέρω για διόρθωση των τεχνημάτων μπορεί να μας οδηγήσει σε πλήρη αποτυχία και λάθος αποτέλεσμα .

ΠροσοχήΌχι στη αλόγιστη χρήση όλων των ανωτέρω .


Οι ακολουθίες είναι φτιαγμένες από τον κατασκευαστή για βέλτιστη παραγωγή εικόνας

Κάθε παρέμβαση του χρήστη σε αυτές διαταράσσει τις ισορροπίες

Πρέπει να κάνουμε αλλαγές με σύνεση

Κάθε παρέμβαση δική μας για βελτίωση της εικόνας και μείωση των τεχνημάτων αλλά και ακόμα οι συνθήκες για την παραγωγή τεχνημάτων έχουν άμεση σχέση με τον χώρο όπου συντελούνται oι συνθήκες του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) τον κ-χώρο (k-space)

Electronics Engineering Departament, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera, ES-46022, Valencia, Spain.Moratal D, Vallés-Luch A, Martí-Bonmatí L, Brummer ME, k-Space tutorial: an MRI educational tool for a better understanding of k-

space, Biomed Imaging Interv J 2008; 4(1):e15

Φιλτράρισμα-Image Filter .

High - pass φίλτρο για το k-χώρο

Low - pass φίλτρο για το k-χώρο Χωρίς φίλτρο για το k-χώρο

•Λιγότερα δεδομένα•Μειωμένη χωρική διακριτική ικανότητα•Χωρίς περιγράμματα

Αναδίπλωση (Ghosting) .

Μειωμένος μετασχηματισμός (5/8 Fourier) .





Μη συνεργάσιμος ασθενής – κίνηση .

Παρεμβολές από εξωτερικές πηγές .

Μειωμένη δειγματοληψία (base resolution) .



•Λιγότερα δεδομένα ~1/3 του δείγματος•Ανεπαρκή στοιχεία

Η κατανόηση του κ-χώρου(k-Space) μπορεί να βοηθήσει στην επίτευξηυψηλού επιπέδου παραγωγής εικόνας με μειωμένα τεχνήματα (Artifacts) και όσο

το δυνατόν περισσότερα στοιχεία .

e-mail: [email protected]

τεχνήματα και σημεία παραπλάνησης γεωργακης λουτράκι...

Health & Medicine

Transcript of τεχνήματα και σημεία παραπλάνησης γεωργακης λουτράκι...