1

2003. Február 14. Szeged Eü menedzsment, O/GY- közgazdász III. szemeszter

Orvosi képalkotó eljárások

Dudásné Nagy Marianna

Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék, SZTE

Képfeldolgozás

• Képi információ feldolgozása;• Eljárások, problémák, amelyeknek az

inputja, outputja is kép;• Eljárások, problémák, amelyek az emberi

interpretációkor a képek megjelenítésének a javításához ill. amelyek a képek önálló gépi feldolgozásához kapcsolódnak;

• képek analízise, javítása, rekonstrukciója.

2

Orvosi képfeldolgozás • Olyan képfeldolgozás, amely az orvosi

tevékenységgel kapcsolatos

• Orvosi tevékenység

A betegség felismerése(diagnosztika)

A betegség kezelése(terápia)

Orvosi diagnosztika• Diagnózis: (görög, dia= szét, gnosis =ismeret)

szétválasztó megismerés, elkülönítő felismerés1. olyan folyamat, amelyben az orvos a betegen mutatkozó

számos jelenség megfigyelése és ezek összevetése alapján kiválasztja az észlelt és felismert jelenségek okaként szóbajövő betegségek közül azt, amely egyedül - vagy ha nem is egyedül, de legnagyobb valószínűséggel - alkalmas a jelenségek magyarázatára,

2. a fenti folyamat végeredménye

3

A diagnosztika lépései

• adatgyűjtés• értékelés• döntés előkészítése• azonosítás

Előzmények Tünetek

IntuícióTudás,

tapasztalat

Vizsgálati eredmények

Diagnózis

Orvos

4

Az orvosi vizsgálatok eredménye

– Szöveg (pl. pszichológiai vizsgálat)– Szám (pl. Vérnyomás mérése)– Függvény-görbe (pl. EKG, EEG)– Hang (pl. szívhang)– Kép (2D, 3D, 4D)

+ a vizsgálat kiértékelését végző orvos véleménye

95 kg

110/80 Hgmm

2003. Február 14. Szeged Eü menedzsment, O/GY- közgazdász III. szemeszter

Képalkotó diagnosztika

5

Számítógépes képfelvételi diagnosztikus rendszerek

• nukleáris medicinai adatfeldolgozók,• számítógépes tomográfok - CT, • mágneses rezonancia - MR, • Single-Photon Emission Computed Tomography -

SPECT, • Pozitron Emissziós Tomográfia – PET

• Multimodális rendszerek

Medical Imaging Modalities• Computed Radiology Image• Computed Tomographic Image• Magnetic Resonance Image• Nuclear Medicine Image• UltraSound Image• Secondary Captured Image• Visible Light

– Endoscopic image– Microscopic image– Slide-Coordinates

Microscopic image– Photographic image

• … ?http://laxmi.nuc.ucla.edu:8248/M248_98/intro/history.html

6

A különböző elektromágneses sugárzások hosszúsága

7

Röntgen• A testen áthaladó röntgen sugárzást mérjük

(transzmissziós eljárás)• Hagyományos radiológia

– (pl. arcüreg-rtg., mellkasfelvétel)• Angiográfia

– időbeli képsorozat a keringési rsz. vizsgálatára - DSA.– kétsíkú (metszeti képek előállítása 2 vetületből)

• CT (Computer Tomography)– „Rétegfelvétel” készül a betegről, metszeti képek

Alkalmazás: csontok, keményebb szövetek, kontrasztanyag

Hagyományos röntgen felvétel

8

Angiográfia

9

?

CT felvételek

Feldolgozás után

10

Ultrahang (UH)

• A visszaverődött ultrahangot mérjük (reflexiós módszer)

• hangrezgés, ami terjed a közegben• visszaverődés, elnyelődés• a visszaverődés sebességének ismeretében

kiszámítható, hol van a felület, ahonnan visszaverődött Cvíz=1440 m/s

Alkalmazás: hasi szervek, magzat

11

Ultrahang kép

3D Ultrahang

12

13

Mágneses rezonancia (MR)

• Mágneses indukció elve • részecskék beállnak a mágnenes erővonalak

irányába• ha indukcióval megváltoztatjuk a mágneses tér

irányát, majd abbahagyjuk, a kicsiny részecskék önmaguk is áramot indukálnak

• ezt az indukciót mérjük

Alkalmazás: anyagi minőséget tudunk meghatározni,lágy szövetek vizsgálatára használják

MR képek

Metszeti képek

14

Examples of medical images and their histograms:

Figure 1. a) Original medical image, b) The same one with brightness increased and c) with auto-levels (contrast increased)

w3.impa.br/~lhf/sib2003/p003/

Példa képalkotó diagnosztikára

• Máj-eperendszer-pancreas-lép diagnosztikája

http://www.szote.u-szeged.hu/aok/eduh.htm

15

Röntgen:A-P irányú natív epetáji felvétel: Az elongált cholecysta vetületében számos apró mésztartalmú kõ látható, melyek valószínûleg teljesen kitöltik az epehólyagot.

CT vizsgálat: Késõi kontrasztos, axiális síkú metszet: A kép közepén a normális nagyságú pancreas látható (nyilak).MR vizsgálat: Natív, T1 súlyozott axiális síkú metszet: A kép közepén anormális nagyságú pancreas látható (nyilak).

16

Ultrahang vizsgálat:3 MHz-es vektor vizsgálófejjel készült B-módú ultrahang képek: A májkapu síkjában készített metszeten jól látható a szabályos tágasságú v. portae fõtörzs és aductus choledochus (3,8 mm). Az intrahepaticus érágak is normális tágasságúak. (=> kép)

A sagittalis síkú metszetképen aszabályos nagyságú máj jobb lebenyének határa nem haladjameg a jobb vese alsó pólusát. Az ép májszövet a veseparanchymánál minimálisan echodúsabb.

Percutan transhepaticus cholangiográfia (PTC): Aductus hepaticus communis elzáródása következtében a Chiba tűn (nyilak)keresztül bejuttatott kontrasztanyag az extrém fokban tágult intrahepaticus epeútrendszert teljesen feltölti.

17

Endoszkópos retrográd cholangiográfia (ERC): Akontrasztanyag feltölti az egyenetlenül tágult intrahepaticus epeutakat és a közös epevezetéket,melyekben több telődési kiesés(epekövek) látható (nyilak).

Intervenciós radiológiai módszerek

18

Termográfia

• Un. hőtérképet készítünk a vizsgált területről a kisugárzott hő alapján

• ritkán alkalmazott, nehéz megvalósítani

Termokép méhecskéről

Nukleáris medicinai képalkotás (NM)

• a betegnek beadott izotóptartalmú jelzőanyag (´radiofarmakon´) térképezése – gamma-sugárzó detektálása gamma-kamerával

· planáris · Single Photon Emission Computer Tomography (SPECT)

– pozitron sugárzó (PET kamera)· Positron Emission Tomography (PET)

• emissziós módszer, digitális technika• sugárzás gyöngülésének mértékét vizsgáljuk

A vizsgált szerv funkcionális jellemzőit mutatja

19

NM képek

NM képek SPECT PET

20

Arzheimer

21

Nukleáris medicina

• Nyílt radioaktív készítmények gyógyászati célú felhasználásával foglalkozó szakterület

• Létrejöttének alapja: a radioaktív nyomjelzési technika kidolgozása volt

• Nyílt radioaktív készítmény: Olyan radioaktív összetevőt tartalmazó készítmény, amely a felhasználáskor a környezetével elkeveredhet ill. kémiai reakcióban is részt vehet.

Radioaktív nyomjelzési technika I

• Hevesy György magyar származású vegyész dolgozta ki

• 1943-ban kémiai Nobel-díjat kapott

22

Radioaktív nyomjelzési technika II

• Ha egy vegyület valamelyik atomját annak sugárzó izotópjával helyettesítjük, a kapott "radioaktívan jelzett" anyag kémiailag és biológiailag az eredeti, nem sugárzó vegyülettel azonosan viselkedik.

• A radioaktívan jelzett készítmények felhasználásával nyomon követhetjük egy adott vegyület (illetve származékai) mozgását, viselkedését kémiai reakciók során, vagy akár egy élő szervezetben is, külső sugárzás-érzékelők segítségével.

Technique of the acquisition

• γ-ray emitted radiopharmaceutical is administrated into the human body

• It is distributed, accumulated in the organs• The activity distribution is mapped

by detection (counting) of γ-photons

• Gamma-camera detector

23

The Laboratory

Gamma-cameras I

24

Gamma-cameras II

Gamma-cameras III

25

Gamma-cameras IV

SPECT

Single Photon Emission Computer Tomography

1. Acquisition of projections2. Reconstruction of the slices

from their projections

SPECT camera

26

Projections

Epeút dinamikus vizsgálata

Blood-pool SPECT

3D RenderedBrain SPECT

Maximal activityNeighborhood

rendering

27

ECG Gated Blood-Pool CardiacSPECT Study

Normal case

Abnormalcase

Phase Amplitude Phase Amplitude

A képalkotás korszakaiKorszakok Képek Eszközök Alkalmazások

1895-1960 analógröntgenfilm,átvi-lágító

hagyományos radiológia

1960-1972 digitális

szg.,A/D, képfeldolgozó rsz.-k

nukleáris medicina

1972-1980 többdimenziósszg. részt vesz a felvételben

szg.-s tomográfia, MRI,UH

1988- többmodalitásúszg.hálózat, PACS *

28

Az orvosi képfeldolgozás története

1895 W.K. Röntgen felfedezi a később róla elnevezett sugárzást

1896 H. A Bequerel a (spontán) radioaktivitás felfedezése - M. és P. Curie

1917 Johann Radon megoldja a vetületekből történő függvényrekonstrukció matematikai problémáját

röntgentechnika fejlődése (röntgencső,átvilágító ernyő, rétegfelvétel, angiográfia)

1950-es évek nukleáris medicina kialakulása: kollimátor, szcintillációs kristály és PMT összekapcsolása radioaktív sugárzás detektálása, pozitron sugárzók alkalmazásánál két egymással szemközt fordított szcintillációs számláló, rektilineáris szkenner

Ultrahang vizsgálatok alkalmazása a diagnosztikában1952 F. Bloch és M. Purcell fizikai Nobel-díjat

kaptak a „mágnesség pontos mérési módszereinek szerkesztéséért, és azok segítségével tett felfedezéseikért”

1956 R.N. Bracewell a Nap felszínén mikrohullámú sugárzást kibocsátó területeket azonosított

29

1958 H.O. Anger (Lawrence Berkley Laboratory, Univ. Of California) elkészíti az első gammakamerát

1962 Az első pozitron emisszós tomográf (PET) elkészül a Brookhaven National Laboratóriumban

1963 Aa.M. Cormack rekonstrukciós algoritmust dolgozott ki és kísérleteket végzett a test vetületekből történő rekonstrukciójára.

D.E. Kuhl, R.Q.Edwards elkészíti az első kísérleti emissziós computer tomográfokat (ECT).

1968 D.J. DeRosier, A. Klug mikrobiológiai struktúrák rekonstrukciója mikroszkópos felvételekből.

1970 R.Gordon, R.Bender, G.T. Herman publikálja az első algoritmust az algebrai rekonstrukciós technikák (ART) közül

1971.G.N.Ramachandan, A.V. Lakshiminayan publikálják az un. konvolúciós rekonstrukciós algoritmust

1972 EMI MArk I Head Scanner bevezetése fej-vizsgálatokra

1973 P.C.Lauterbur nukleáris mágneses rezonancia(NMR) felhasználása a leképezéshez

a gammakamerás ECT (SPECT) tökéletesítése: jobb kamerák, rekonstrukciós módszerek, korrelációs eljárások

30

1974 Számítógépes transzmisszós ultrahang tomográfia, PETT (positron emission transaxial tomograph) készült a Washingtoni Egyetemen

1976 az első NMR képek emberről1977 az első számitógépes transzmissziós ultrahang

tomográf felvételek emberről1979 A:M. Cormack és G.N.Hounsfield orvosi Nobel-dij

a szg-s tomográfia bevezetéséértG.T: Herman, J.Udupa: kidolgozzák a 3D képek

megjelenítésének és feldolgozásának elméletét1980 DISPLAY software 3D orvosi képekre1988 az első kép-archiváló és átviteli rsz. (PACS)

1989 Analyze: software többdimenziós orvosi képek megj.

1993 3DVIEWNIX: adat, gép- és alkalmazás -független software többdimenziós és többmodalitású orvosi képek megjelenítésére, analízisére

...