Устранение неполадок в Ct-сканах: практические методы и решения

Понимание артефактов сканирования КТ: всеобъемлющий обзор

Артефакты значительно ухудшили качество компьютерной томографии (КТ) изображений, в той степени, что сделали их непригодными для диагностики. Эти систематические расхождения между числами КТ в реконструированных изображениях и истинными коэффициентами затухания сканируемых объектов представляют собой одну из самых постоянных проблем в современной медицинской визуализации. Артефакты обычно встречаются в клинической КТ и могут затушевывать или имитировать патологию. Понимание природы, причин и решений для КТ артефактов имеет важное значение для радиологических технологов, радиологов и медицинских работников, которые полагаются на точную визуализацию для диагностики и планирования лечения пациентов.

КТ-артефакты могут возникать из нескольких источников и проявляться в различных формах, каждая из которых имеет различные характеристики и последствия для качества изображения. Термин «Артефакт» относится к любому систематическому расхождению между числами КТ в реконструированном изображении и истинными коэффициентами затухания объекта. КТ-артефакты обычно делятся на три категории: Артефакты на основе физики, Артефакты на основе пациентов и Артефакты на основе сканера. Эта комплексная категоризация помогает клиницистам и технологам выявлять первопричину деградации изображения и применять соответствующие корректирующие меры.

Распространенность артефактов в клинической практике существенна. Различные виды артефактов в КТ-изображениях довольно распространены в клинической практике. По нашему опыту они обнаруживаются более чем в четверти всех КТ-сканирований, поэтому очень важно их идентифицировать и своевременно вносить необходимые исправления. Эта высокая частота подчеркивает критическую необходимость эффективных стратегий устранения неполадок и методов сокращения артефактов в повседневных клинических рабочих процессах.

Типы и категории артефактов КТ

Артефакты на основе физики

Артефакты на основе физики: Артефакты, которые возникают в результате физических процессов, связанных с получением изображения. Примеры включают артефакт затвердевания луча, артефакт частичного объема, проекционное/видовое псевдонимирование, артефакт фотонного голодания и артефакт конусного луча. Эти артефакты проистекают из фундаментальных ограничений в том, как рентгеновские лучи взаимодействуют с веществом и как КТ-сканеры получают и обрабатывают данные.

Существует множество различных типов КТ-артефактов, включая шум, закалку пучка, рассеяние, псевдоусиление, движение, конус-луч, спиральный, кольцевой и металлический артефакты. Каждый тип представляет собой уникальные проблемы и требует конкретных подходов к смягчению и коррекции.

Артефакты Beam Hardening

Упрочнение луча представляет собой один из наиболее распространенных артефактов на основе физики, встречающихся в КТ-изображении. Плотные объекты удаляют более низкоэнергетические фотоны из рентгеновского луча, оставляя более высокий средний энергетический луч. Более высокая средняя энергия падающего луча интерпретируется как проходящая через структуру, которая вызывает меньшее затухание луча и представлена как таковая на изображении (т.е. черные полосы) Куппинг: вариация упрочнения луча, которая происходит в сферических объектах.

Упрочнение луча является одним из наиболее частых физических типов артефактов. По некоторым источникам этот артефакт составлял около 21% повторных КТ-сканирований. Этот высокий показатель повторных сканирований из-за упрочнения луча артефактов представляет собой значительную нагрузку с точки зрения радиационного воздействия, стоимости и эффективности рабочего процесса. Артефакт купирования, специфическое проявление упрочнения луча, происходит, когда центр объекта кажется темнее, чем его периферия из-за дифференциального упрочнения луча по толщине объекта.

Фотонные артефакты голодания

Физика на основе артефакта, который является результатом недостаточного количества фотонов, достигающих детектора, известен как фотонное голодание. Результат этого вызывает статистическую вариацию количества фотонов, которая становится доминирующим источником контраста на изображении. Это явление обычно происходит, когда рентгеновский луч должен проходить особенно плотные или толстые области тела, такие как плечи или таз, где значительное затухание уменьшает количество фотонов, достигающих массива детектора.

В проекциях, которые должны проходить через большее количество материала, например, через плечи, когда рентгеновский луч проходит через большее количество рентгеновских фотонов, поглощается и удаляется из луча. Это приводит к меньшей доле сигнала, достигающего детектора, и, следовательно, к большей доле шума. Проливы обусловлены повышенным шумом, поэтому они происходят в направлении самой широкой части сканируемого объекта.

Артефакты Cone Beam

По мере увеличения количества ломтиков, приобретаемых за вращение, луч становится конусообразным, а не веерной формы. Расхождение луча этого широкого конуса может вызывать при отборе проб (сбор данных под слишком малыми углами) для объектов, находящихся далеко от центральной оси сканера. Это фундаментальное недосборка является причиной конусного луча артефакта, который появляется как нерегулярная деформация объекта. Современные многодетекторные КТ-сканеры с широкими детекторными массивами особенно восприимчивы к этому артефакту, особенно при визуализации структур, расположенных на периферии поля зрения.

Артефакты на основе пациентов

Артефакты на основе пациента: Артефакты, вызванные факторами, связанными с пациентом во время сканирования. Примеры включают артефакт движения и металлический артефакт. Эти артефакты возникают из-за специфических для пациента факторов, которые часто можно контролировать или минимизировать путем правильной подготовки пациента, позиционирования и связи.

Артефакты движения

Наиболее распространенным артефактом, используемым в отделах КТ, был артефакт движения в КТ мозга (73%), и лучшим методом снижения артефакта движения была подготовка пациента (87%). Наиболее распространенным показанным артефактом в этом исследовании был артефакт движения, и общей причиной был артефакт на основе пациента. Артефакты движения представляют собой единственный наиболее распространенный тип артефакта, встречающийся в клинической КТ-визуализации, особенно в чрезвычайных ситуациях, где сотрудничество пациентов может быть ограничено.

Движение пациента, которое порождает конфликты в пределах разработанных проекционных данных, является основной причиной артефактов в клинической рентгеновской компьютерной томографии (КТ). Полученные артефакты обычно появляются как полоскание, размытие или призрак в реконструированных изображениях, потенциально заслоняя критическую диагностическую информацию. Движение пациента во время сканирования может привести к неправильной регистрации данных луча. Обычно это проявляется как направленное затенение или полоскание в реконструированном изображении.

Анализ показал 29,9% артефактов, представленных в исследованиях КТ головного мозга, 24,3% - грудного, 16,6% - спинного, 5,8% - тазового и 2,0% - брюшного. Мы считаем, что высокая частота артефактов при КТ головы, как правило, связана с тем, что голова более заметна для движения; пациенту легче случайно перемещать голову во время КТ-сканирования. Эта схема распределения подчеркивает важность целевых стратегий снижения движения для различных анатомических областей.

Металлические артефакты

В компьютерной томографии (КТ) металлические артефакты происходят из-за возникновения сильно ослабляющих материалов, то есть протезов и зубных пломб, в сканирующей области зрения. Естественно, тяжелые полосатые артефакты среди плотных объектов видны после реконструкции изображения. Металлические артефакты представляют собой одну из самых сложных проблем в КТ-визуализации из-за сложных физических взаимодействий между материалами высокой плотности и рентгеновскими лучами.

Крайне распространены металлические прожилочные артефакты: 21 % сканов в одной серии. Они вызваны множеством механизмов, некоторые из которых связаны с самим металлом, а некоторые из них связаны с металлическими краями. Сам металл вызывает затвердевание луча, эффекты рассеяния и шум Пуассона, о которых говорилось выше. Многофакторный характер металлических артефактов делает их особенно трудными для полного устранения, хотя современные методы редукции добились значительного прогресса.

Присутствие металла в поле зрения выходит за пределы нормального диапазона плотностей, обрабатываемых сканером. Это приводит к тяжелым стрейкинговым артефактам, проецирующимся из металла. Кроме того, металл может насыщать сканер, в результате чего отображаемое КТ-число равно максимальному (часто +1024). Этот эффект насыщения может привести к искажению плотности тканей и осложнить точную диагностику.

Артефакты на основе сканера

Артефакты на основе сканера: Артефакты, являющиеся результатом несовершенства функции сканера. Примеры включают кольцевой артефакт и артефакт колебания. Эти артефакты происходят из-за неисправностей оборудования, ошибок калибровки или механических несовершенств в самом компьютерном томографе.

Кольцевые артефакты

Когда один из детекторов не калибруется в вращающемся детекторном сканере, детектор будет вызывать системную ошибку в своем положении для каждой проекции. При реконструкции это приводит к тому, что кольцо накладывается на изображение. Артефакты кольца появляются как круговые или полукруглые узоры, сосредоточенные на оси вращения и обычно вызваны неисправными или неправильно калиброванными элементами детектора.

Причина: Неисправность элементов детектора или несогласованная чувствительность по всему массиву детектора. Избегание: Регулярная калибровка и обслуживание КТ-сканера. Использование методов постобработки для исправления кольцевых артефактов. Регулярные процедуры обеспечения качества и профилактическое обслуживание необходимы для минимизации артефактов на основе сканера.

Комплексные стратегии устранения неполадок для артефактов КТ

Предварительное сканирование и позиционирование пациента

Эффективное уменьшение артефактов начинается до начала сканирования. Правильная подготовка и позиционирование пациента представляют собой первую линию защиты от многих распространенных артефактов. Перед рассмотрением любой техники уменьшения металлических артефактов металлические артефакты должны быть смягчены путем удаления металлического объекта из поля зрения сканера, путем перепозиционирования пациента или удаления внешнего металла, когда это возможно. Этот простой, но часто игнорируемый шаг может устранить или значительно уменьшить артефакты, не требуя передовых технологических вмешательств.

Для минимизации артефактов движения критически важны общение и сотрудничество пациентов. Лучшим методом снижения артефакта движения была подготовка пациента (87%). Четкие инструкции о важности сохранения покоя, правильные инструкции по дыханию для грудного и брюшного сканирования и обеспечение комфорта пациента могут значительно уменьшить артефакты, связанные с движением. Для педиатрических пациентов или пациентов с когнитивными нарушениями могут потребоваться дополнительные меры, такие как седативные или иммобилизационные устройства.

Важно разместить интересующий объект вблизи центра поля зрения. Правильное центрирование уменьшает различные артефакты, в том числе конусные и спиральные артефакты, которые более заметны на периферии поля сканирования. Этот принцип применяется во всех КТ-исследованиях и должен быть стандартной практикой в протоколах позиционирования пациента.

Шум также может быть уменьшен путем перемещения рук из сканируемого объема для брюшной КТ. Если руки не могут быть перемещены из сканируемого объема, размещение их на верхней части живота должно уменьшить шум относительно размещения их по бокам. Аналогично, большая грудь должна быть ограничена в передней части грудной клетки, а не с обеих сторон в грудной и сердечной КТ. Эти стратегии позиционирования уменьшают площадь поперечного сечения, которую должны пересекать рентгеновские лучи, тем самым уменьшая фотонное голодание и связанные с ним шумовые артефакты.

Оптимизация параметров сканирования

Корректировка параметров поглощения представляет собой фундаментальный подход к уменьшению артефакта, который может быть реализован на любом КТ-сканере без специализированного программного обеспечения. Что касается параметров приобретения, то увеличение тока трубки и напряжения трубки являются основными подходами к уменьшению металлических артефактов. Увеличение тока трубки приводит к увеличению количества фотонов, которые достигают детектора, и увеличение напряжения трубки приводит к увеличению средней энергии фотонов рентгеновского спектра, что приводит к лучшему проникновению.

Шум Пуассона можно уменьшить за счет увеличения mAs. Современные сканеры могут выполнять модуляцию тока трубки, выборочно увеличивая дозу при получении проекции с высоким затуханием. Системы автоматической модуляции тока трубки (ATCM) регулируют рентгеновский выход на основе размера и характеристик затухания, оптимизируя качество изображения при управлении дозой излучения. mA модуляция: ток трубки (mA) может изменяться с поворотом козлятвы. HIgher mA (большой сигнал) используются для более затухающих проекций для уменьшения эффекта фотонного голодания. Требуемый mA может быть рассчитан либо заранее с разведочного вида, либо во время сканирования из системы обратной связи детектора.

Сканирование при более высоком кВ приводит к более жесткому рентгеновскому лучу и, следовательно, к меньшему упрочнению луча артефактов. Кроме того, металл более «прозрачен» для фотонов с более высокой энергией, что делает его менее склонным блокировать все фотоны, тем самым уменьшая артефакты рассеяния. Однако существует компромисс, который следует учитывать. Сканирование при более высоком кВ приводит к более жесткому рентгеновскому лучу и, следовательно, меньшему затвердеванию луча КТ артефактов. Однако компромисс заключается в том, что при высоком кВ меньше контраст ткани.

Балансировка уменьшения артефакта с диагностическим качеством изображения требует тщательного рассмотрения клинической показанности и анатомической области, которая сканируется.

Существует компромисс между шумом и разрешением, поэтому шум также можно уменьшить, увеличив толщину среза, используя более мягкое ядро реконструкции (ядро мягкой ткани вместо костного ядра) или размыв изображение.Выбор ядра реконструкции значительно влияет как на уровень шума, так и на пространственное разрешение, требуя оптимизации на основе конкретной диагностической задачи.

Для конусных лучевых артефактов могут быть полезны конкретные регулировки параметров. Конусный лучевой артефакт может быть уменьшен за счет уменьшения шага или иным образом увеличения выборки. Более низкие значения шага увеличивают перекрытие между последовательными вращениями, обеспечивая более полную выборку данных и уменьшая артефакты, связанные с спиральным приобретением.

Методы снижения движений

Минимизация движения пациента требует многогранного подхода, сочетающего подготовку пациента, иммобилизацию и соответствующие протоколы сканирования. Артефакт движения может быть уменьшен за счет улучшения иммобилизации пациента, коучинга пациента или увеличения скорости сканирования. Каждая из этих стратегий решает различные аспекты проблемы движения и может быть объединена для достижения оптимальных результатов.

Самый простой способ исправить для артефактов движения образца - лучше обезопасить образец, чтобы минимизировать движение во время сбора данных КТ. В случаях, когда это невозможно, попробуйте собрать быстрые сканы. В приведенном выше примере сокращение общего времени эксперимента с 57 до 4 минут было достаточным для устранения артефактов движения образца в этих данных. Современные КТ-сканеры с более быстрым временем вращения и более широкими массивами детекторов могут получать изображения за секунды, а не минуты, что значительно снижает возможность движения пациента.

Для пациентов, которые не могут оставаться неподвижными из-за боли, тревоги или медицинских состояний, могут использоваться различные устройства иммобилизации. Держатели головы, ремни, пенопластовые накладки и вакуумные подушки могут помочь стабилизировать пациентов во время сканирования. В педиатрической визуализации или для пациентов с тяжелыми двигательными расстройствами может потребоваться седативное лечение или общая анестезия, хотя это вводит дополнительные риски и сложности, которые должны быть тщательно взвешены с учетом диагностических преимуществ.

Сердечно-дыхательное движение представляет особые проблемы при грудной и брюшной визуализации. ЭКГ-образование при сердечной КТ и дыхательной абдоминальной визуализации может эффективно замораживать физиологическое движение. Следующие по величине численные артефакты были обнаружены при выполнении торакальной и спинальной КТ-сканирования. Нашими глазами они также связаны с движением пациента и возникают из-за пульсации сердца и сосудов магистрали, а также неконтролируемого движения дыхательной грудной клетки. Правильные инструкции по дыханию и практика задержки дыхания перед сканированием могут значительно улучшить качество изображения в этих регионах.

Передовые технологии сокращения артефактов

Итеративные алгоритмы реконструкции

Шум можно уменьшить с помощью итеративной реконструкции или путем объединения данных от нескольких сканирований. Это позволяет снизить дозу излучения и более высокое разрешение сканирования. Металлические артефакты также можно уменьшить с помощью итеративной реконструкции, что приводит к более точному диагнозу. Итеративная реконструкция представляет собой сдвиг парадигмы от традиционных методов фильтрованной обратной проекции (FBP), предлагая превосходные возможности снижения шума и подавления артефактов.

Это можно решить с помощью итеративной реконструкции. Для артефактов упрочнения пучка, вызванных металлическими имплантатами, алгоритмы итеративной реконструкции могут обнаруживать материалы высокой плотности и применять индивидуальные поправки. Это можно решить с помощью итеративной реконструкции. Первая итерация реконструируется с использованием некорректированных данных проекции. Металл и кость затем обнаруживаются с помощью отсечки HU, и они проецируются вперед, чтобы определить, сколько кости и металла присутствует в каждом измерении детектора.

Эта информация затем используется для выполнения индивидуальной коррекции уплотнения пучка для каждого элемента детектора.

Преимущества итеративной реконструкции выходят за рамки сокращения артефактов. Итеративная реконструкция: это продвинутый алгоритмический подход, который реконструирует данные визуализации несколько раз для повышения точности. Каждая итерация улучшает изображение, уменьшая шум и компенсируя недостающие или искаженные данные, в том числе те, которые затронуты металлическими объектами. Эта возможность делает итеративную реконструкцию особенно ценной в сложных сценариях визуализации, где одновременно могут присутствовать несколько источников артефактов.

Программное обеспечение для уменьшения металлических артефактов (MAR)

Металлические артефакты ухудшают качество изображения КТ, затрудняя клиническую оценку. Для улучшения качества изображения КТ с металлическими имплантатами доступны многочисленные методы уменьшения металлических артефактов. Выделенные алгоритмы MAR стали коммерчески доступными у всех основных производителей КТ, каждый из которых использует сложные методы для идентификации и исправления артефактов, вызванных металлом.

Алгоритмы уменьшения металлических артефактов на основе проекции (MAR) действуют в проекционном пространстве и заменяют поврежденные проекции, вызванные металлом, интерполяцией из соседних некоррумпированных проекций. Этот подход работает путем идентификации данных проекции, затронутых металлом, и замены их оценочными значениями, полученными из окружающих некоррумпированных данных, а затем реконструирует изображение с использованием этого исправленного набора проекций.

Крупные производители разработали методы сокращения металлических артефактов на основе проекций, основанные на методах интерполяции, NMAR или FSMAR, или путем объединения этих методов: ортопедический MAR от Philips (O-MAR), итеративный MAR от Siemens Healthineers (iMAR), одноэнергетический MAR (SEMAR) от Canon и Smart-MAR или MARS от GE Healthcare. Хотя эти коммерческие реализации различаются по своим конкретным алгоритмам и подходам, все они направлены на сокращение металлических артефактов при сохранении анатомических деталей и диагностической информации.

Три изученных алгоритма MAR подразумевали общее снижение шума (до 67%, 74% и 77%) и улучшение точности числа КТ как в областях, близких к протезам, так и между двумя протезами. Эти существенные улучшения качества изображения могут превратить ранее недиагностические изображения в клинически полезные исследования, уменьшая необходимость повторного сканирования или альтернативных методов визуализации.

Программное обеспечение для уменьшения металлических артефактов (MAR): это программное обеспечение специально нацелено и корректирует искажения, вызванные металлическими объектами при компьютерной томографии. Он корректирует измененные рентгеновские пути, которые происходят вокруг металлических имплантатов, тем самым улучшая ясность окружающей ткани на изображениях. Способность визуализировать мягкие ткани, прилегающие к металлическим имплантатам, открыла новые возможности для послеоперационной визуализации и оценки осложнений, таких как инфекция, рыхление или перипротезные переломы.

Двухэнергетические КТ (DECT) методы

Двух- и многоэнергетический (фотонный подсчет) КТ может уменьшить затвердевание пучка и обеспечить лучший контраст ткани. Двухэнергетический КТ получает данные на двух разных уровнях энергии рентгеновского излучения, используя энергетически зависимые характеристики затухания различных материалов для улучшения качества изображения и обеспечения разложения материала.

Двухэнергетическая КТ (ДЭКТ): Этот метод использует два разных уровня энергии рентгеновского излучения во время сканирования. Различные скорости поглощения металлических и мягких тканей при этих энергиях позволяют системе более эффективно различать эти материалы, что помогает уменьшить артефакты и повысить четкость изображения. Эта способность дифференцировки материала особенно ценна для различения различных типов тканей и уменьшения артефактов затвердевания пучка.

Двойная энергия КТ уменьшает эффект затвердевания луча при сканировании на двух разных энергиях. Эту информацию можно использовать для получения виртуальных монохроматических изображений, которые не страдают от эффектов затвердевания луча. Виртуальные монохроматические изображения имитируют то, что было бы получено, если бы рентгеновский луч состоял из фотонов одного энергетического уровня, устраняя полихроматический затвердевание луча, вызывающее множество артефактов.

Виртуальная монохроматическая визуализация уменьшает затвердевающие лучом артефакты, где программное обеспечение для уменьшения металлических артефактов эффективно уменьшает артефакты, вызванные обширным фотонным голоданием. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки, и комбинация обоих методов часто, но не всегда, является лучшим решением в отношении уменьшения металлических артефактов. Синергетическое использование виртуальной монохроматической визуализации DECT и выделенных алгоритмов MAR может обеспечить превосходное сокращение артефактов по сравнению с любой из этих технологий.

Однако ДЭТК имеет ограничения. Однако виртуальные монохроматические изображения, создаваемые КТ с двойной энергией, предполагают, что спектр поглощения рентгеновского излучения имеет идеализированную форму, без К-краев, что явно является лишь приближением. Кроме того, КТ с двойной энергией не исправляет рассеяние, что является важным фактором при многих сканированиях, особенно если металл блокирует почти все фотоны. Понимание этих ограничений помогает клиницистам выбрать наиболее подходящую стратегию уменьшения артефактов для конкретных клинических сценариев.

Новые технологии: фотонно-счетная КТ и искусственный интеллект

Кроме того, обсуждаются дополнительные преимущества и проблемы новых методов сокращения металлических артефактов, которые были введены за последние годы, таких как подсчет фотонов CT (PCCT) и методы сокращения металлических артефактов на основе глубокого обучения. Эти передовые технологии представляют будущее сокращения артефактов в КТ-изображении, предлагая возможности, которые превосходят современные клинические системы.

Будущее сокращения артефактов в медицинской визуализации является многообещающим, особенно с развитием КТ с подсчетом фотонов (PCCT). Эта передовая технология оснащена детекторами, которые точно подсчитывают отдельные фотоны рентгеновской энергии, повышая энергетическое разрешение. Это улучшение позволяет проводить превосходную дифференциацию между металлами и окружающими тканями, значительно уменьшая металлические артефакты при одновременном повышении общего качества изображения. Улучшенная детализация и контрастность, обеспечиваемые ПККТ, обеспечивают улучшенную идентификацию тонких аномалий, улучшая диагностическую точность.

Методы реконструкции, основанные на искусственном интеллекте, также способны улучшить коррекцию изображений металлических артефактов. Алгоритмы глубокого обучения, обученные на больших наборах данных изображений, испорченных артефактами, и без артефактов, могут изучать сложные шаблоны и отношения, которые позволяют лучше идентифицировать и корректировать артефакты. Эти подходы, основанные на ИИ, показывают особую перспективу для обработки сложных многофакторных артефактов, которые бросают вызов традиционным алгоритмическим методам.

С появлением искусственного интеллекта (ИИ) и подсчета фотонов КТ (ПККТ) были сделаны новые разработки для сокращения металлических артефактов. По мере того, как эти технологии созревают и становятся более широко доступными, ожидается, что они будут дополнительно улучшать диагностическое качество КТ-изображения в сложных сценариях, связанных с металлическими имплантатами, движением пациента и другими источниками артефактов.

Конкретные решения для распространенных типов артефактов

Обращение к металлическим артефактам в клинической практике

Для эффективного восстановления металлических артефактов требуется комплексный, многоплановый подход. На всех этих этапах можно проводить манипуляции для улучшения качества изображения и уменьшения металлических артефактов. Методы уменьшения металлических артефактов (MAR) направлены на решение этих проблем либо путем минимизации физического происхождения артефакта, либо путем исправления артефактов в данных изображения или данных проекции.

Первым шагом всегда должно быть минимизация металла в поле сканирования, когда это возможно. Удалите внешние металлические предметы, такие как ювелирные изделия, слуховые аппараты, съемные стоматологические приборы и одежду с металлическими креплениями. Для пациентов с постоянными металлическими имплантатами подумайте, можно ли сфотографировать интересующую область без включения металла в поле зрения посредством тщательного позиционирования или альтернативных плоскостей визуализации.

Когда металл должен быть включен в сканирование, оптимизируйте параметры приобретения. Металлический артефакт можно уменьшить за счет увеличения kVp при мегавольтных КТ (MVCT), что дает значительное сокращение артефакта. Кроме того, для уменьшения металлического артефакта доступны несколько алгоритмов коммерческой реконструкции. Более высокие настройки kVp увеличивают проникновение пучка через металл, уменьшая фотонное голодание и связанные с ним артефакты, хотя это должно быть сбалансировано с необходимостью адекватного контраста мягких тканей.

Применять выделенное ПО MAR при наличии. Было обнаружено, что изображение kV-CT с SEMAR путем одноэнергетической реконструкции существенно уменьшает металлический артефакт. Современные алгоритмы MAR могут значительно улучшить визуализацию тканей, прилегающих к металлическим имплантатам, что позволяет оценить такие осложнения, как инфекция, рыхление или перипротезные переломы, которые будут затемнены артефактами на обычных изображениях.

Для достижения оптимальных результатов рассмотрим возможность объединения нескольких методов. Известно, что металлические артефакты можно уменьшить путем модификации стандартных данных о приобретении и реконструкции, путем модификации проекционных данных и/или данных изображения и с помощью виртуальной монохроматической визуализации, извлеченной из двухэнергетической КТ. Сочетание оптимизированных параметров получения, программного обеспечения MAR и виртуальной монохроматической визуализации DECT часто обеспечивает превосходное сокращение артефактов по сравнению с любой отдельной техникой.

Предоставление конкретной информации о имплантатах перед сканированием важно для того, чтобы скорректировать подход к уменьшению металлических артефактов, минимизировать артефакты и оптимизировать качество изображения и диагностическую ценность КТ. Знание типа, размера и состава металлических имплантатов позволяет технологам выбирать наиболее подходящие протоколы сканирования и стратегии сокращения артефактов, повышая эффективность и качество изображения.

Управление шумом и фотонным голодом

Шумовые артефакты, особенно вызванные фотонным голоданием, требуют стратегий, ориентированных на увеличение числа фотонов, достигающих детектора. Наиболее прямой подход заключается в увеличении тока трубки (mAs), что пропорционально увеличивает количество генерируемых рентгеновских фотонов. Современные сканеры могут выполнять модуляцию тока трубки, выборочно увеличивая дозу при приобретении проекции с высоким затуханием. Также обычно используют фильтры Bowtie, которые обеспечивают более высокую дозу в направлении центра поля зрения по сравнению с периферией.

Алгоритмы итеративной реконструкции предлагают мощные возможности снижения шума без увеличения дозы облучения. Шум можно уменьшить с помощью итеративной реконструкции или путем объединения данных с нескольких сканирований. Это позволяет снизить дозу облучения и сканирование с более высоким разрешением. Эта способность особенно ценна в педиатрической визуализации и других сценариях, где снижение дозы облучения является приоритетом.

Позиционирование пациента играет решающую роль в минимизации фотонного голодания. Обеспечить, чтобы интересующая область была сосредоточена в поле сканирования и чтобы руки были расположены надлежащим образом для сканирования тела, чтобы минимизировать площадь поперечного сечения, которую должны пройти рентгеновские лучи. Адаптивная фильтрация: области, в которых затухание превышает заданный уровень, сглаживаются перед прохождением обратной проекции. Эта техника постобработки может уменьшить шум в областях с высоким затуханием, сохраняя детали в других областях.

Коррекция закаливания луча и закалки артефактов

Современные сканеры выполняют простую коррекцию затвердевания луча, которая предполагает среднее количество затвердевания луча, учитывая измеренное затухание. Однако материалы с более высоким атомным номером, такие как металл, вызывают более высокое, чем среднее количество затвердевания луча и, таким образом, не будут полностью исправлены. В то время как стандартные коррекции затвердевания луча справляются с типичным затуханием мягких тканей и костей, они могут быть недостаточными для материалов высокой плотности.

Это можно исправить с помощью алгоритма коррекции затвердевания луча. Большинство современных КТ-сканеров включают алгоритмы автоматической коррекции затвердевания луча, которые применяются во время реконструкции. Эти поправки, как правило, эффективны для типичных анатомических структур, но могут потребовать дополнения алгоритмами MAR или методами DECT, когда присутствует металл.

Для купирования артефактов в больших однородных объектах, убедитесь, что коррекция затвердевания пучка включена и правильно откалибрована. Фильтр предварительного пациента: Это поглощает мягкие рентгеновские лучи и минимизирует артефакт затвердевания пучка. Фильтры Bowtie и другие устройства формирования пучка помогают предварительно затвердеть пучок до того, как он достигнет пациента, уменьшая тяжесть эффектов затвердевания пучка.

Минимизация артефактов на основе сканеров

Артефакты на основе сканера требуют различных подходов, ориентированных на техническое обслуживание и калибровку оборудования, а не на модификации техники сканирования. Артефакт кольца обычно может быть восстановлен путем перекалибровки матрицы детектора или выключения неисправного элемента обнаружения. Регулярные процедуры обеспечения качества, включая ежедневные воздушные калибровки и периодические фантомные сканирования, помогают выявлять проблемы детектора, прежде чем они значительно повлияют на клинические изображения.

Избегание: Регулярно калибровать и обслуживать КТ-сканер. Использовать методы постобработки для исправления кольцевых артефактов. Следует строго соблюдать графики профилактического обслуживания, а о любых проблемах с качеством изображения следует оперативно сообщать сервисным инженерам. Многие современные сканеры включают автоматизированные системы контроля качества, которые контролируют производительность детектора и предупреждают операторов о потенциальных проблемах.

Для артефактов полосы, вызванных неисправными детекторами или экстремальным затуханием, избегание: Используйте антирассеивающие сетки, коллиматоры или программные алгоритмы рассеяния и коррекции полос. Используйте соответствующую коллимацию и коллиматоры пучка. Регулярное обслуживание сканера и калибровка необходимы. Правильная коллимация не только снижает излучение рассеяния, но и улучшает качество изображения, ограничивая рентгеновский луч в интересующей области.

Интеграция рабочих процессов и обеспечение качества

Разработка стандартизированных протоколов

Эффективное управление артефактами требует стандартизированных протоколов, которые включают стратегии сокращения артефактов в рутинные клинические рабочие процессы. Разработка протоколов, специфичных для обследования, которые включают соответствующие инструкции по позиционированию пациента, оптимизированные параметры сканирования и методы уменьшения артефактов, адаптированные к общим клиническим сценариям. Например, протоколы для визуализации пациентов с протезами тазобедренного сустава должны включать конкретные инструкции по активации программного обеспечения MAR, оптимальные настройки kVp и руководящие принципы позиционирования.

Создавайте деревья решений или блок-схемы, которые помогут технологам выбрать соответствующие стратегии сокращения артефактов, основанные на характеристиках пациентов и клинических показаниях. Эти инструменты должны учитывать общие сценарии, такие как пациенты с зубным оборудованием, проходящие КТ головы, пациенты с ортопедическими имплантатами и сложные ситуации с привычкой к телу, которые могут вызвать фотонное голодание.

Методы уменьшения артефактов, используемые для каждого исследования в разделе технических параметров радиологического отчета. Эта информация помогает радиологам правильно интерпретировать изображения и обеспечивает ценную обратную связь для оптимизации протокола. Она также обеспечивает непрерывность ухода, если необходимы последующие обследования, что позволяет использовать последовательные методы визуализации в последовательных исследованиях.

Подготовка кадров и образование

Комплексные программы подготовки радиологов-технологов должны включать подробную инструкцию по распознаванию артефактов, причинам и стратегиям их сокращения. Важно распознавать эти артефакты в соответствии с базовым пониманием их происхождения, особенно тех, которые имитируют патологию, поскольку они могут привести к неправильной диагностике и вызвать серьезные последствия для здоровья пациента. Понимание физики, лежащей в основе различных типов артефактов, позволяет технологам выбирать соответствующие корректирующие меры и эффективно общаться с радиологами о проблемах качества изображения.

На регулярных учебных сессиях следует проводить обзор новых технологий сокращения числа артефактов по мере их появления и обмениваться передовым опытом в отношении сложных сценариев формирования изображений.

Радиологи также должны пройти обучение распознаванию артефактов и пониманию возможностей и ограничений различных методов уменьшения артефактов. Это знание позволяет более точно интерпретировать изображения и помогает избежать неправильной диагностики артефактов как патологии или отсутствующей истинной патологии, затененной артефактами.

Программы обеспечения качества

Внедрить систематические программы обеспечения качества для мониторинга распространенности артефактов и эффективности стратегий сокращения. Отслеживать частоту различных типов артефактов, повторять частоты сканирования из-за артефактов и успех различных методов сокращения. Эти данные могут определить области для улучшения протокола и потребностей в обучении.

Регулярное фантомное сканирование стандартизированными тестовыми объектами помогает обнаружить проблемы с производительностью сканера, прежде чем они значительно повлияют на клинические изображения.Фантомы, содержащие металлические вставки, высококонтрастные объекты и однородные области, могут оценить эффективность снижения металлических артефактов, пространственное разрешение, характеристики шума и эффективность коррекции затвердевания пучка.

Создать механизмы обратной связи между радиологами и технологами для общения о проблемах качества изображения и проблемах артефактов. Регулярные встречи по улучшению качества могут рассматривать сложные случаи, обсуждать стратегии сокращения артефактов и разрабатывать решения для повторяющихся проблем. Этот совместный подход обеспечивает постоянное улучшение качества изображения и диагностической точности.

Клинические применения и тематические соображения

Ортопедическая визуализация

Ортопедическая КТ-визуализация представляет уникальные проблемы из-за распространенности металлических имплантатов, включая протезы суставов, аппаратное обеспечение для фиксации переломов и спинномозговые приборы. С нынешними подходами к уменьшению металлических артефактов началась совершенно новая эра протезной визуализации, поскольку мы можем видеть интерфейс между металлической поверхностью и костной тканью. Эта способность трансформировала послеоперационную визуализацию, что позволило обнаружить осложнения, такие как рыхление, инфекция и перипротезные переломы, которые ранее было трудно или невозможно визуализировать.

Для пациентов с полной артропластикой тазобедренного или коленного сустава, комбинируйте программное обеспечение MAR с оптимизированными параметрами сканирования. Рассмотрите возможность использования DECT с виртуальной монохроматической визуализацией на более высоких уровнях энергии (120-140 кэВ) для уменьшения затвердевания пучка при сохранении адекватного контраста мягких тканей. Поместите пациента в центр интересующей области и убедитесь, что имплантат выровнен с продольной осью сканера, когда это возможно, чтобы минимизировать эффекты частичного объема.

Спинальное оборудование представляет особые проблемы из-за близости критических нейронных структур и необходимости оценки положения аппаратного обеспечения, состояния слияния и потенциальных осложнений. Используйте тонкосрезные приобретения с костными и мягкими тканями реконструкции ядер, применяя алгоритмы MAR к обоим наборам данных. Многоплановые реформации в плоскости аппаратного обеспечения могут помочь отличить истинную патологию от остаточных артефактов.

Голова и шея изображения

Зубное оборудование представляет собой один из наиболее распространенных источников металлических артефактов в КТ головы. Амальгамные пломбы, коронки, мосты и зубные имплантаты могут создавать тяжелые режущие артефакты, которые затемняют основание черепа, заднюю ямку и шейный отдел позвоночника. Это особенно распространено в задней ямке на КТ головы из-за плотных гнойных костей. Сочетание плотной кости и зубного металла создает особенно сложные рисунки артефактов.

Для КТ головы с зубным оборудованием поместите пациента с козлиным углом, чтобы минимизировать количество зубного металла в плоскости сканирования при визуализации задней ямки или шейного отдела позвоночника. Примените алгоритмы MAR, специально разработанные для стоматологического оборудования, которые доступны на большинстве современных сканеров. Рассмотрите DECT с виртуальной монохроматической визуализацией, если она доступна, так как это может значительно уменьшить артефакты из стоматологических материалов.

При онкологической визуализации для планирования лучевой терапии критически важно точное разграничение тканей вблизи металлических имплантатов. Используйте самые агрессивные методы восстановления артефактов, включая программное обеспечение MAR, DECT и итеративную реконструкцию. Документируйте остаточные артефакты, чтобы радиационные онкологи могли объяснить неопределенности в планировании лечения.

Кардиологическая и торакальная визуализация

КардиоКТ представляет уникальные проблемы с движением из-за непрерывного движения сердца в течение всего сердечного цикла. ЭКГ-показания необходимы для диагностики сердечной КТ, синхронизации получения изображения с конкретными фазами сердечного цикла для замораживания сердечного движения. Обеспечить правильное размещение ЭКГ-повода и проверить адекватное качество сигнала перед сканированием. Для пациентов с аритмией рассмотрите возможность использования проспективного запуска с более широкими окнами приобретения или ретроспективного показания с модуляцией дозы.

Дыхательные движения в грудной визуализации можно управлять с помощью методов задержки дыхания. Обеспечить четкие, простые инструкции по дыханию и позволить пациентам практиковаться перед сканированием. Для пациентов, неспособных адекватно задерживать дыхание, использовать самую быструю доступную скорость сканирования и рассмотреть методы дыхательного жевания, если они доступны. Коучинг пациентов дышать поверхностно во время сканирования может уменьшить артефакты движения по сравнению со свободным дыханием.

Пейсмейкеры и имплантируемые кардиовертер-дефибрилляторы (ICD) создают металлические артефакты, которые могут заслонять смежные сердечные и средостенные структуры. Используйте алгоритмы MAR и рассмотрите виртуальную монохроматичную визуализацию DECT, чтобы уменьшить эти артефакты. Поместите пациента, чтобы отодвинуть устройство от основной области интереса, когда это возможно, хотя это может быть неосуществимо для сердечной визуализации.

Педиатрическая визуализация

Детская КТ-визуализация требует особого внимания как к уменьшению артефактов, так и к управлению дозой облучения. Дети более восприимчивы к артефактам движения из-за трудностей с неподвижностью, тревоги и отсутствия сотрудничества. Используйте соответствующие возрасту методы коммуникации, чтобы объяснить процедуру и важность удержания. Рассмотрите специалистов по детской жизни или родительское присутствие, чтобы уменьшить беспокойство.

Для маленьких детей или неспособных к сотрудничеству может потребоваться седативное лечение или общая анестезия для получения диагностических изображений. Однако это сопряжено с дополнительными рисками и должно быть зарезервировано для случаев, когда диагностическое изображение не может быть получено иначе. При использовании седации обеспечиваются соответствующие средства мониторинга и восстановления.

Оптимизировать параметры сканирования для педиатрических пациентов с помощью оценок доз и соответствующих возрасту протоколов. Особенно ценны в педиатрической визуализации алгоритмы итеративной реконструкции, позволяющие существенно снизить дозу при сохранении качества диагностического изображения. Возможности снижения шума итеративной реконструкции могут компенсировать более низкие настройки тока трубки, снижая радиационное воздействие без ущерба для точности диагностики.

Будущие направления и новые технологии

Область сокращения КТ-артефактов продолжает быстро развиваться, появляются новые технологии и методы, которые обещают дальнейшее улучшение качества изображения. Основные технологические достижения были сделаны с момента введения КТ в 1970-х годах, постоянно приводя к улучшению качества изображения. Металлические имплантаты всегда были проблемой, поскольку металлические имплантаты вводят металлические артефакты, которые могут серьезно ухудшить качество изображения. Несмотря на десятилетия прогресса, сокращение артефактов остается активной областью исследований и разработок.

Детектор фотонного учета CT представляет собой фундаментальный технологический прогресс, который касается многих источников артефактов на аппаратном уровне. В отличие от обычных энергоинтегрирующих детекторов, детекторы фотонного учета непосредственно подсчитывают отдельные рентгеновские фотоны и измеряют их энергию, обеспечивая превосходное энергетическое разрешение и обеспечивая более эффективное разложение материала. Эта технология показывает особую перспективу для уменьшения металлического артефакта и улучшения характеристик ткани.

Искусственный интеллект и подходы к глубокому обучению разрабатываются для различных аспектов сокращения артефактов. Нейронные сети могут быть обучены распознавать и исправлять артефакты способами, которые могут превосходить традиционные алгоритмические подходы. Эти методы на основе ИИ показывают перспективность для обработки сложных, многофакторных артефактов и могут в конечном итоге обеспечить коррекцию артефакта в реальном времени во время получения изображения.

Продвинутые алгоритмы реконструкции продолжают развиваться, с модельной итеративной реконструкцией, включающей все более сложные физические модели рентгеновских взаимодействий, геометрию сканера и шумовые характеристики.Эти алгоритмы могут потенциально корректировать для нескольких источников артефактов одновременно, оптимизируя показатели качества изображения, такие как пространственное разрешение, контраст и шум.

Интеграция нескольких методов восстановления артефактов в единые рабочие процессы представляет собой еще одно важное направление развития.Вместо последовательного применения отдельных методов будущие системы могут оптимизировать комбинации параметров приобретения, алгоритмов реконструкции и методов постобработки для достижения оптимального качества изображения для конкретных клинических сценариев.

Контрольный список практических мер по осуществлению

Для эффективного внедрения стратегий сокращения артефактов в клиническую практику рассмотрим следующий всеобъемлющий контрольный список, организованный этапом рабочего процесса:

Предварительная подготовка к сканированию

Позиционирование пациента

Оптимизация параметров сканирования

Реконструкция изображений и постпроцессинг

Контроль качества

Заключение

КТ-артефакты представляют собой постоянную проблему в медицинской визуализации, которая может значительно повлиять на точность диагностики и уход за пациентами. Важно понимать, почему объекты происходят и как их можно предотвратить или подавить для улучшения качества изображения. Благодаря систематическому применению соответствующих методов устранения неполадок, оптимизации параметров сканирования и использованию передовых технологий сокращения артефактов влияние артефактов может быть существенно сведено к минимуму.

Эффективное управление артефактами требует комплексного подхода, который начинается с надлежащей подготовки и позиционирования пациента, продолжается за счет оптимизированного сканирования и распространяется на передовые методы реконструкции и постобработки. Понимание физических принципов, лежащих в основе различных типов артефактов, позволяет осуществлять осознанный выбор соответствующих стратегий сокращения для конкретных клинических сценариев.

Современные технологии сокращения артефактов, включая итеративную реконструкцию, специализированное программное обеспечение MAR и двухэнергетическую КТ, значительно улучшили нашу способность получать диагностические изображения в сложных ситуациях.Появление методов КТ с подсчетом фотонов и искусственного интеллекта обещает дальнейшие достижения в ближайшие годы, потенциально обращаясь к источникам артефактов, которые остаются проблематичными с современной технологией.

Успешное осуществление стратегий сокращения артефактов требует не только технологических возможностей, но и хорошо подготовленного персонала, стандартизированных протоколов и систематических программ обеспечения качества.Непрерывное образование, регулярный обзор протоколов и совместное решение проблем между технологами и радиологами необходимы для поддержания высоких стандартов качества изображения.

По мере развития технологии КТ и расширения клинических применений, сокращение артефактов останется критической областью внимания. Оставаясь в курсе новых разработок, поддерживая оборудование должным образом и применяя методы сокращения артефактов на основе фактических данных, отделы визуализации могут оптимизировать качество диагностического изображения при минимизации радиационного воздействия и необходимости повторных обследований. Для получения дополнительной информации о передовой практике КТ, посетите ресурс обучения пациентов RadiologyInfo.org или обратитесь в Американский колледж радиологии для профессиональных руководящих принципов и стандартов.