Analýza časového vývoje 3D dat v nukleární medicíně

Transkript

1 Diplomová práce Analýza časového vývoje 3D dat v nukleární medicíně Jan Kratochvíla Prezentováno Seminář lékařských aplikací 12. prosince 2008 Vedoucí: Mgr. Jiří Boldyš, PhD., ÚTIA AV ČR Konzultant: Ing. Josef Blažej, PhD., FJFI ČVUT v Praze

2 Úvod do tématu Předmětem zájmu jsou 3D medicínská data z MRI, PET a SPECT scannerů. Často je užitečné porovnat dva objemy dat, např. jeden při normálním stavu pacienta a druhý při epileptickém záchvatu. Cílem práce je seznámit se s metodami využívanými v literatuře a vyvinout metodu pro nalezení a vizualizaci rozdílů v těchto datech. Tato metoda musí být svou náročností na obsluhu použitelná pro lékaře bez speciálních technických znalostí. MRI SPECT

3 Motivace Lokalizace ložiska epileptických záchvatů provede se snímek pacienta při epileptickém záchvatu (SPECT) druhý snímek se provede v klidu bez záchvatu (SPECT) oblasti, kde vzniká záchvat, budou mít vyšší intenzitu pouhým okem je těžké zvýšenou intenzitu pozorovat je třeba počítačová metoda Cascino et al.: Ictal SPECT in Nonlesional Extratemporal Epilepsy Analýza časového vývoje 3D dat v nukleární medicíně, Jan Kratochvíla, prosinec 2008

4 Motivace Lokalizace ložiska epileptických záchvatů výsledný rozdílový obrázek se zregistruje s podrobnými daty z MRI, které ukáží anatomické umístění ložiska Cascino et al.: Ictal SPECT in Nonlesional Extratemporal Epilepsy

5 Zobrazovací metody SPECT Single Photon Emission Computed Tomography Používá se na zobrazování při epileptickém záchvatu pacienta Radiofarmakum se aplikuje nitrožilně krátce po začátku záchvatu, během krátkého okamžiku dojde k jeho vstřebání do mozku Pacient se snímkuje po hodině od aplikace radiofarmaka Malé rozlišení 128 x 128 pixelů, velikost pixelu 2,5 mm Zobrazuje funkci

6 Zobrazovací metody MRI Magnetic resonance imaging Používá se na zobrazování anatomie mozku s vysokým rozlišením a kontrastem Využívá silné magnetické pole k natočení atomů vodíku ve vodě Velikost pixelu 0,9 mm

7 Cíle práce seznámit se s metodami pro hledání a vizualizaci rozdílů v 3D obrazových datech v medicíně diskutovat rozdíly mezi používanými metodami z hlediska přesnosti a uživatelského komfortu na základě kritické analýzy uvedených metod modifikovat některou ze stávajících metod, nebo navrhnout metodu novou výslednou metodu testovat na úloze nalezení rozdílu v PET / SPECT datech získaných v různých časech výsledek vizualizovat při použití MR / CT dat (koregistrovaných)

8 Postup práce Krok 1 Krok 2 Krok 3 Krok 4 Registrace dvou snímků pořízených v odlišných časech Porovnání zregistrovaných snímků, vytvoření rozdílového snímku (odečtení) Registrace a fúze rozdílového obrázku do MRI nebo CT dat pro anatomickou lokalizaci Vytvoření uživatelsky přijatelné aplikace pro použití lékaři

9 Vyhledání rozdílů v obrazech Po zregistrovaní dvou časově odlišných snímků je potřeba nějakým způsobem najít jejich rozdíly V této části by měl ležet přínos diplomové práce Podle dosavadního průzkumu literatury se v oblasti lokalizace epileptických záchvatů používá buď odečtení, nebo SPM (Statistical Parametric Mapping) Odečtení Používá metoda SISCOM Před odečtením je třeba odfiltrovat chybový signál v obrázku, který je mimo oblast mozku Oba obrázky je třeba normalizovat různá dávka radiofarmaka, rozdílné vstřebání do tkáně, rozdílný čas snímkování po podání radiofarmaka Po odečtení se berou v úvahu jen rozdíly větší než dvě směrodatné odchylky rozdílových dat PROBLÉM: pokud není přesná registrace, vznikají velké chybové signály na okrajích oblastí

10 Používané nástroje ITK Insight Segmentation and Registration Toolkit Používáme pro algoritmy na registraci obrazu Je to volně šiřitelný open-source balík kódu v C++, jehož knihovny se dají připojit k vlastnímu programu Vyvíjen pod hlavičkou American National Library ve spolupráci s univerzitami i komerčními firmami speciálně pro medicínské využití C++, Matlab

11 Provedená práce ITK Insight Segmentation and Registration Toolkit přeloženo, nainstalováno, seznámil jsem se s principy fungování balíku vytvořeny funkční programy pro 3D registraci objemů dat pomocí metody vzájemné informace (Mutual Information) a nejmenších čtverců (Mean Squares) Rešerše o metodách na porovnávání obrazů pro epilepsii provedena analýza používaných metod pro lokalizaci epileptických záchvatů DICOM formát seznámil jsem se s prací s formátem DICOM, který se používá pro ukládání a zpracování medicínských dat (ze scannerů) PET, SPECT, MRI zobrazovací metody seznámil jsem se s principy fungování a přednostmi i nevýhodami jednotlivých zobrazovacích metod

12 Registrace Mutual Information Entropie H obrázku A: p je hustota pravděpodobnosti intenzit i Vzájemná informace: Originál Výstup: 14,98 pix Registrace MI Posun 15 pixelu v osach x a y Ztransformovany posunuty obrazek Analýza časového vývoje 3D dat v nukleární medicíně, Jan Kratochvíla, prosinec 2008

13 Děkuji Děkuji vám za pozornost Kontakt: