![Page 1: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/1.jpg)
Képrekonstrukció 5. előadás
Balázs Péter Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék
Szegedi Tudományegyetem
![Page 2: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/2.jpg)
Képalkotási hibák
zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra)
nyalábkeményedés szóródás
![Page 3: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/3.jpg)
Mintavétel
![Page 4: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/4.jpg)
Detektorok száma
![Page 5: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/5.jpg)
Vetületek száma
![Page 6: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/6.jpg)
Túl kevés vetítősugár
![Page 7: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/7.jpg)
Túl kevés vetület
![Page 8: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/8.jpg)
Hiányzó szög (missing wedge)
https://sites.google.com/site/benoitrecur/research/tomography/missing-wedge-effect
![Page 9: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/9.jpg)
Parciális térfogat hatás • Egy voxel több különböző szövetet tartalmazhat az
elnyelési együtthatók súlyozott átlaga lesz a pixel értéke homályosodás
• Vékonyabb CT szeletekkel vagy helikális geometriával csökkenthető
Julia F. Barrett and Nicholas Keat:Artifacts in CT: Recognition and Avoidance
Három akril rúd levegővel körülvéve. A rudak részben (balra) majd teljesen (jobbra) belenyúlnak a vizsgált szelet vastagságába.
![Page 10: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/10.jpg)
Nyalábkeményedés (Beam Hardening)
• A kisebb energiájú fotonok jobban elnyelődnek, ezért a polikromatikus röntgensugár spektruma a nagyobb energiák felé tolódik el (átlagos energiája növekszik).
• megoldás: előkeményítés (filtering), szoftveres vagy hardveres monokromatizálás
![Page 11: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/11.jpg)
Beam hardening artifakt
![Page 12: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/12.jpg)
Csíkhatás (Streak Artifact)
• Nagy elnyelési együtthatójú anyagok (pl. fém) szóródás
Boas FE. (2007) "Method and apparatus for reducing artifacts in computed tomography images." U.S. Patent Application.
![Page 13: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/13.jpg)
Atom struktúra
• Egyetemes atommodell:
• Atomszám Z: (#protonok) Tömegszám A: (#protonok + #neutronok)
• Izotóp: Atom ugyanolyan Z-vel, de különböző A-val (pl. C-14), nuklidok lehetnek stabilak vagy instabilak (radioaktív izotóp)
• Radioaktív átalakulás: az atommag átrendeződése a stabilitás elérése érdekében
![Page 14: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/14.jpg)
Radioaktív izotóp és ionizáló sugárzás
• Radioaktív átrendeződés (bomlás) energia felszabadulás
• Négy fő mód:
– Alfa bomlás (2 proton, 1 neutron)
– Béta bomlás (elektron)
– Pozitron bomlás (antianyag elektron)
– Gamma sugár kibocsátása
Részecske
sugárzás
EM sugárzás
PET SPECT
![Page 15: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/15.jpg)
Nukleáris medicina
• Injektálással, lenyeléssel, inhalálással radioaktív izotópokat (nyomjelző) juttatnak a szervezetbe
• A test által kibocsátott sugárzást (fotonok vagy pozitronok) detektáljuk Emissziós tomográfia
• A koncentráció folyamatos csökkenésével funkcionális jellemzők állapíthatók meg az adott szervről
• Anatómiai információt alig szolgáltatnak
• SPECT, PET
![Page 16: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/16.jpg)
Két fő modalitás
• Single-Photon Emission Computed Tomograpy (SPECT): radioaktív atom bomlása egy szimpla gamma sugárzást eredményez
• Positron Emission Tomography (PET): két gamma foton nagyjából ellenkező irányban távozik
![Page 17: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/17.jpg)
SPECT képalkotása
![Page 18: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/18.jpg)
Kamera-alapú SPECT rendszerek
![Page 19: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/19.jpg)
SPECT példa
Szív SPECT
Anger cameras
![Page 20: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/20.jpg)
Képrekonstrukció
• Klasszikus eljárások (FBP, ART, stb.)
• Kompenzációs eljárásokkal csökkentik a szórás, gyengülés, és a kollimátor okozta hatásokat
eredeti
fantom FBP FBP +
kompenzáció
(szórás,
gyengülés)
további
kompenzáció
(kollimátor)
iteratív
rekonstrukció
![Page 21: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/21.jpg)
SPECT – További részletek
• Gyenge felbontás
• Leggyakrabban használt izotóp: Tc-99m
(Molybdenum-99-ből, felezési idő: 67h,
bioinkompatibilis)
![Page 22: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/22.jpg)
PET (Positron Emission Tomography)
• F, O, N, C izotópok
• Bomlás során pozitron keletkezik, elektronnal találkozva megsemmisül (annihiláció) két (majdnem) ellentétes irányban távozó gamma fotont (511 keV) detektálunk
![Page 23: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/23.jpg)
PET képalkotás
![Page 24: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/24.jpg)
PET képalkotás
Object Emitting
Positrons
Scintillation
Detector Arrays
Point of Positron
Emission
Point of Positron
Annihilation
Position Dependent
Photomultiplier Tubes
Coincidence
Detection
System
Computer
Display
Detector
Ring
![Page 25: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/25.jpg)
PET (Positron Emission Tomography)
• Radioizotópok: C-11 (hl: 20 m), N-13 (hl: 10 m), O-15 (hl: 2 m), F-18 (hl:110 m)
• Ciklotron (költséges)
![Page 26: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/26.jpg)
FDG PET példa
Radiotracer: Fluorodeoxyglucose (FDG)
![Page 27: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/27.jpg)
PET-SPECT összehasonlítás
• Mindkettő tomográfia képalkotó technika
• PET felbontása jobb, a két gamma sugár egyidejű észlelése miatt
• PET könnyebben előállítható izotópokat használ
• PET rövidebb felezési idejű izotópokat használ költségesebb
![Page 28: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/28.jpg)
Nukleáris medicina képalkotása
• Gyenge felbontás anatómiai információ
alig van
• az emisszió forrása bizonytalan lehet
• szóródás, abszorpció
• Foton energiája a test elhagyásához megfelelően
nagy kell, hogy legyen (25 keV – 10 MeV)
• Radioaktív tracerek változatosan tervezhetők az
adott szerv vizsgálatához
• Rövid kinyerési idő (30 min – pár óra)
• Anatómiához nehezen köthető az eredmény
(Mozgás hatása tovább rontja a kép minőségét)
![Page 29: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/29.jpg)
MR képalkotás
![Page 30: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/30.jpg)
MRI elve
• Hidrogén atommag (proton) mágneses dipólusként, „iránytűként” viselkedik
• Külső mágneses tér hatására beáll a tér irányába
• Ebből kimozdítani csak energiaközléssel (rádióhullámokkal) lehet
• Rádióhullámok kikapcsolásakor visszarendeződés rádióhullámok érzékelése
![Page 31: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/31.jpg)
MR képek
![Page 32: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/32.jpg)
Ultrahang terjedése
• Fakorhadás vizsgálata (P. Divós, F. Divós)
Hullámfront terjedése 20 μs-onként
![Page 33: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/33.jpg)
Diffrakciós tomográfia
• Akusztikus, elektromágneses hullámok (ha a radioaktív, vagy röntgen sugárzás elfogadhatatlanul magas lenne)
• A hullámok nem egyenes irányban terjednek (diffrakció)
• Optikai tomográfia: fény eltérülése
![Page 34: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/34.jpg)
Fourier diffrakciós tétel
![Page 35: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/35.jpg)
Kapcsolat a vetület-szelet tétellel
• Hullámhossz esetén: k0=2π/λ
![Page 36: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/36.jpg)
Adatgyűjtés
• Változtatható a frekvencia és az irány is
![Page 37: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/37.jpg)
Geotomográfia
![Page 38: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/38.jpg)
Folytonos képrekonstrukció alkalmazásai
• Biztonságtechnikai vizsgálatok: – A repülőterek biztonsági csomagvizsgálatait végezhetik hagyományos
Röntgen-átvilágítás helyett CT berendezéssel is, így pontosabb képet kapva a csomagok belsejéről. Az eljárás alkalmazható olyan esetben is, amikor felmerül a gyanú, hogy bizonyos személyek például kábítószert tartalmazó csomagokat nyeltek le.
• Állattenyészeti alkalmazások: – A CT segítségével drasztikus beavatkozás nélkül lehetővé válik haszonállatok
izom- és zsírszöveteiről információt nyerni, mely a takarmányozás megtervezésében lehet segítségünkre.
• Faipari, erdészeti alkalmazások: – Ultrahang, CT és MRI eszközök segítségével információt nyerhetünk az élő
vagy kivágott fa belső szerkezetéről, feltérképezhetjük a fa esetleges belső korhadtságát vagy betegségeit. Az élő fa vizsgálata az erdőgazdálkodásban jut szerephez, segítségével eldönthető, hogy egy fát ki kell-e vágni vagy sem. Az élettelen fa vizsgálata pedig többek között az faiparban anyagminőség megállapítására és minőségellenőrzésre ad lehetőséget.
![Page 39: Képrekonstrukció 5. előadás - inf.u-szeged.hupbalazs/teaching/Ea5.pdf · Képalkotási hibák zaj, túl kevés detektor, túl kevés vetület, mozgás (balról jobbra) nyalábkeményedés](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022040703/5dd07b62d6be591ccb6132ed/html5/thumbnails/39.jpg)
Folytonos képrekonstrukció alkalmazásai
• Régészeti, őslénytani vizsgálatok: – A CT segítségünkre lehet régészeti leletek nemroncsoló elemzésében is,
például múmiák tanulmányozásában, szobrok falvastagságának megállapításában, vagy kőzeten belüli leletek vizsgálatában.
• Geológiai vizsgálatok: – Röntgen vagy hanghullámok segítségével kőzetrétegek összetétele is
megállapítható, az eljárás alkalmas a különböző szerkezeti vagy anyagi összetételű kőzetek, ásványi anyagok elkülönítésére.
• Ipari nemroncsoló tesztelés: – Az ultrahangos és CT vizsgálatok segítségével műszaki létesítmények és
szerkezetek (épületek, hidak, energiaszállító vezetékek, járművek, stb.) belsejének állapotát mérhetjük fel úgy, hogy közben magát az objektumot nem károsítjuk. A vizsgálat választ adhat arra, hogy kell-e és ha igen, akkor milyen beavatkozást kell végrehajtani az adott objektum élettartamának megnöveléséhez, vagy hogy éppenséggel az adott objektum alkalmas-e még egyáltalán funkciójának betöltésére.