Діагностичні возможности мультимодальних зображення (огляд літератури)
В Останні 20 РОКІВ Було досягнуть значного прогресу у дослідженні біологічного субстратудеяки захворювань головного мозку, Що дозволило внести корективи в процес їх Лікування. У сучасного діагностічному процесі поряд Із звичних для радіолога магнітно-резонансної томографією (М Т) та комп'ютерною томографією (КТ) набуваються все більшої популярностіпозитронно-емісійна томографія (ПЕТ) та однофотонна емісійна томографія (ОФЕКТ). Методи ПЕТ та ОФЕКТ ма ють скроню чутлівість та спеціфічність для "in vivo" досліджень патологічніх процесів у тканина мозку на молекулярному рівні, дозволяють Отримати Цінні дані дляфундаментального Вивчення нейробіології патологічніх процесів. Смороду стали Надзвичайно плідною Ланкою досліджень головного мозку у хвороби з функціональнімі розладамі, такими як перехідне Порушення мозкового кровообігу, хворобою Альцгеймера, шізофренією та інш. отрутадосліджень підтверджує Переваги ПЕТ та ОФЕКТ порівняно з КТ и М Т у діагностіці ряду різноманітніх органічніх захворювань. Велика кількість робіт присвяч дослідженню ефектівності методів діагностікі пухлина різної локалізації: спеціфічність ПЕТ досягає 98%,чутлівість - 84-95%, точність - 97% (у М Т відповідно 94%, 43% та 72%, у КТ - 58%, 66%, 58%).
Одним Із аспектів, де візуалізуючі методики відіграють Важливим роль, є злоякісні пухлини. На нативних М - та КТ-зображення іноді складно віявіті поодінокій дрібній метастаз черезнизько контрастну різніцю Між пухлини та оточуючімі тканина. На ОФЕКТ-зображення можлива Отримати скроню контрастність осередка та чітко відокреміті йо від оточуючіх тканин. Pai M. Із співавт., досліджуючі інформатівність М Т і ПЕТ для діагностікі метастазів улімфатічні вузлі голову та шії, віддають Переваги ПЕТ, особливо на етапі Виявлення резідуальної Тканини пухлини в процесі Лікування. Такий же Висновок роблять Nowark B. Із співавт. Автори кож відмічають, Що КТ та М Т віявляють локалізацію осередка, тоді Як ПЕТ, віявляючіметаболічні Зміни, Дає уявленням про фізіологічну картину, Яка співпадає з данімі гістологічного Дослідження. Накопичення радіоактівної глюкози (18-FDG) свідчіть про локалізацію пухлини, її класіфікацію, ступінь злоякісності.
Hustinx R. Із співавт. вказує наможлівість діференційної діагностікі Між злоякісною пухлини та запальним процесом за допомога серії ПЕТ досліджень за Умови наявності інтервалу Між серіямі Дослідження 30 хвилини. Пухлини продовжують накопічуваті ізотоп, тоді Як при запальному процесіспостерігається зниженя йо Накопичення.
У тієї ж годину, на зображення, Отримання при ОФЕКТ та ПЕТ, осередок, Який візуалізується, складно локалізуваті в зв'язку з відсутністю на зображення анатомічних структур. Окрім цього, радіонуклідні томограм інодімістять артефакти, пов'язані, зокрема, спектр поліграфічних проходження радіофармацевтічніх препаратів по судинно руслу. ішенням цієї проблеми стала комбінація зображення різноманітніх модальностей, Яка Дає можлівість компенсуваті їх недолікі шляхом взаємодоповнення. Отриманнябімодальніх зображення за допомога їх суміщення Дає велику кількість Нової необхідної інформації, альо віднімає Багато часу та зусіль, Що перешкоджає використанн Такої методики для рутинного Дослідження. Автори розглядають Створення бімодальніх інтегруючіхзображення систем Як новий та необхідній елемент сучасного діагностічного процесу.
озвиток технологій Поєднання анатомічних и функціональніх зображення Йде за двома основними напрямами. Перший - ції Створення мультимодальних систем, об'єднуючіх в собі Різнідіагностичні Пристрої. І, незважаючі на тій факт, Що Перший ПЕТ /КТ з'явився Тільки в 1999 році, СЬОГОДНІ Вже відомі 6 комерційно доступних діагностичних систем, Що випускають Siemens, Philips и General Electric. Ефективність Використання ціх апаратів привела до того, Що Вже в Наші Днікількість ПЕТ /КТ-систем у поточному продажу ПЕТ займає Більше 65% и найближче рокамі передбачається збільшення цієї Частки до 95%. Швідше за все, Такі ж Тенденції Будуть властіві и розвитку ОФЕКТ /КТ. На жаль, комбінація М Т /ПЕТ и М Т /ОФЕКТ ускладнено конструктивнимиособливостях діагностичних модулів, протей, в Сейчас годину робляться Спроба Створення Першого ПЕТ /М - томографа.
Другий напря заснован на отріманні об'єднаних зображення спектр поліграфічних одержаних раніше при роздільному проведенні томографічніх досліджень. Цей шлях НЕобмежується конструктивними особливостях діагностічного устаткування и дозволяє вікорістовуваті зображення з різніх архівів. Окрім цього, ВІН Дає змогу комбінуваті ВСІ можліві СЬОГОДНІ технології: КТ, М Т, ОФЕКТ, ПЕТ та Інші. Такий підхід представляється ДужеВажливим, Наприклад, для діагностікі епілептогенніх осередків з Метою хірургічного Лікування резистентних форм епілепсії.
Метод Поєднання зображення ставши необхідною Ланкою, Що покращує ранню діагностіку пухлина та інших захворювань, пропонує ДодатковіВажливі дані, які дозволяють досліднікам знаходіті відповіді на Багато нерозв'язаніх харчування, одночасного оцінюваті фізіологічну та анатомічну інформації. Schwartz D.L. Із співавт. при досліджені м'яких тканин шії у пацієнтів з плоскоклітіннім раком з'ясували, Що чутлівістьта спеціфічність бімодальніх зображення (КТ та ПЕТ) Була 96% та 985% відповідно. Крім того, у двох пацієнтів булі віявлені осередки карциноми, які при КТ-дослідженні НЕ візуалізуваліся. Schoder H. Із співавт. стверджують, Що точність бімодальніх зображення у діагностіці злоякісніхпухлина Була 96% порівняно з 90%, отриманого при вікорістанні ізольованіх ПЕТ-зображення. Віявлені осередки на таких зображення дозволили Изменить лікувальну тактику у 18% віпадків. Norbert Hosten спектр поліграфічних співавт., Досліджуючі групу пацієнтів з метастазами у паренхіму печінкі післялазерної термотерапії, відзначалі візуалізацію осередків на нативних Т2-зваження та Отримання після внутрішньовенного контастування Т1-зваження зображення. Діференційна діагностика Між резидуальною тканин пухлини та зоною некрозу після променевої терапії сталаможлива Лише Завдяк суміщенню М-зображення спектр поліграфічних зображення, отриманого при ПЕТ, які, в свою черга, віявляють осередки Посилення метаболізму глюкози. Зона резідуальної Тканини пухлини Була чітко локалізована, Що Було підтверджено данімі біопсії, та підлягалаподальшій термотерапії. Syed R. Із співавт., досліджуючі пухлини голову та шії за допомога ПЕТ та КТ, кож відзначілі Переваги комбінованіх зображення, чутлівість та спеціфічність якіх булі істотно віщімі за мономодальні.
Багато авторів вікорістовувалімультимодальні зображення для планування доз променевої терапії при лікуванні пухлина мозку. Автори відмічають, Що анатомічна ІНФОРМАЦІЯ, отримали при КТ та М Т, доповнювалася інформацією про метаболізм осередка, Що Була Отримай при ПЕТ. Використання суміщеніхзображення дозволило плануваті об'єм та дозування променевої терапії, відокреміті зону пухлини, набряк та неушкодженої мозкової речовіні з високо точністю. В результаті, ціну дозволило мінімізуваті дозу на здорові Тканини та Збільшити її у зону інтересу.
Дуже Важливим в діагностічному аспекті є застосування радіофармацевтічніх препаратів спектр поліграфічних спеціфічнімі характеристиками для діагностікі апоптозу, тканінної гіпоксії, клітінної проліферації і т.п. Наприклад, при вікорістанні 131I-TM-601 пептиду, Що складається з 36 різніхамінокіслот, Що селективно зв'язується з клітінамі гліальніх пухлина. Застосування комбінованіх Зображення з Використання таких радіофармпрепаратів дозволяє чіткіше візначіті розповсюдження пухлина в мозкові структури и діференціюваті пухлини, Що активно зростанні, відфіброзної або некротічної Тканини.
Визначення точної локалізації ділянкі пухлини, Що підлягає біопсії кож є Дуже Важливим безпосередньо Використання комбінованіх зображення. Відомо, Що біопсія пухлини в Сейчас годину є Стандартним дослідженням у нейроонкологічніхпацієнтів, а точність проведення цієї процедури Може відіграваті вірішальну роль у віборі тактики Лікування и візначенні подальшої долі пацієнта. Протей, мозкові пухлини, звичайна, є гетерогенними утвореннями, які складаються з тканин у стадії різного ступеню мітотічноїактівності, а кож зон Загибла клітін, некрозу, запалений и вираженості набряк. Всі ці складові пухлини осередку часто Присутні в М-зображенні и можут вплінуті на оцінку новоутворення. Стереотаксичної корегістрація ОФЕКТ и М Т дозволяє візуалізуваті ділянкіпухлини, які найбільш інтенсівно поглінають радіофармпрепарат, Що візначається їх Посилення проліфератівною актівністю. Виявлення таких ділянок дозволяє провести стереотаксичної біопсію максимально точно.
Процес Отримання мультимодальних зображеннявключає три пункти: Отримання Загальної точної інформації, визначення возможности трансформації параметрів отріманої інформації, Трансформація параметрів за допомога математичної ціфрової ОБРОБКИ та Використання ціх параметрів для підрахунку трасформуваннякоординат базових зображення.
Зображення отримуються під видом групи зрізів з певно товщина та розподільною здатністю. Суміщення зображення дозволяє одночасного візуалізацію різноманітніх зображення тієї ж самої структури, кожне з якіх подання у своїйколірній гамі та Несе визначеня, відмінну від інших, інформацію. Мультимодальні зображенння дають графічну інформацію про функціональну актівність у контексті анатомічної картини. Отримані дані про метаболічну актівність або про ціркуляцію крові накладаються нанаявні анатомічні зображення даного об'єкту.
Суміщення спрощує розділення кольорів в окремому колірному режімі, де Кожний з них представляє Рівень однієї модальності. Палітра дісплею має кольорова або чорно-білу шкалу картування об'єкту. Більшістьанатомічних зображення, звичайна, представлена ??у сірій шкалі. Функціональні зображення ма ють контрастну кольорова палітру. Інтенсівність кольори звичайна асоціюється з інтенсівністю змін. Холодні кольори відповідають низько рівню актівності, теплі - скроню.Можлива Індивідуальна корекція кольори та яскравості для Досягнення оптимального контрасту Між анатомічнімі та функціональнімі зображення.
На системах, оснащення спеціальнім Програмне забезпечення, можливості Отримати об'ємне зображення головногомозку та, відповідно, зображення функціональніх зон кору мозку. Таким чином, потенційна Перевага мультимодального зображення включає: віділення осередків актівності, Що не визначаються одним ізольованім методом, виявлення загострення процесу, Оцінка резідуальноїактівності після хірургічного втручання, встановлення фізіологічної ролі сумнівніх на анатомічних зображення об'єктів.
Проблеми Отримання мультимодальних зображення можна розділіті на три групи: а) проблеми, які відносяться до структури файла, трансферута архівації, б) суміщення та в) візуалізація мультимодальних зображення.
Головною проблемою у ціфровій обробці зображення, Отримання за допомога різніх методів досліджень, є необхідність Поєднання невідоміх або різнорідніх файлових структурзображення. ізноманітні Пристрої ма ють Різні шляхи запису даніх про пацієнта, які складаються з паспортних даніх, розмірів матріці зображення та їх технічних характеристик, Коментарів фахівца та дати Дослідження. Бінарні зображення, звичайна, складають один файл. Надеяки прибудують реєстрація даніх пацієнта Різна. Сейчас годину розроблюється єдиний стандарт для зображення, Отримання за допомога різноманітніх методів Дослідження зображення.
Перший Крок суміщення зображення Отримання на різніхдіагностичних прибудують є нівелювання відмінностей параметрів, таких Як розмірі пікселів та вокселів, матріці зображення. озмірі матріці ОФЕКТ зображення 64х64 а М та КТ-зображення 256х256 або 512х512. Для Збереження ЯКОСТІ зображення, збільшеніх до цього ступеня, має бутіВикористана відповідна інтерполяція. Головним чином, в реєстрації медичних зображення вікорістовують білінійну та В-сплайн інтерполяції.
Процес Поєднання зображення базується на перетворенні зображення однієї модальності до зображення іншої модальностішляхом нанесення кожної точки одного зображення на відповідну точку іншого. Цей процес є ізотропнім. Передбачається, Що асіметрічність, а кож подушкоподібні та бочкоподібні вікрівлення для кожної модальності є незначна. Таким чином, вікорістовуються лінійніперетворювання типу обертання, масштабування, відбіття та зміщення. На додаток до лінійного перетворювання, можут буті вікорістані аффінні перетворення, Що містять однорідне та неоднорідне маштабування та зрушення. При неспівпаданні геометричних структур Міжзображення, Наприклад вікрівлення М-зображення через неоднорідність магнітного поля, можут буті вікорістані нелінійні перетворювання, відомі Як деформування.
Є Чотири Основні шляхи Вирішення Проблеми суміщення: суміщення по контрольним точкам,суміщення на Основі моменту, суміщення по контуру, оптимізація розмірів схожих елементів.
Метод суміщення по контрольним точкам базується на віборі деяки характерних для даного зображення контрольних точок. Звичайна Це або геометрічні точки, абохарактерні для зображення анатомічні орієнтірі. Вибір таких контрольних точок повинен Забезпечити точність у процесі перетворення зображення. Такі орієнтірі можут буті Зовнішні, Такі Як маркерів у стереотаксичної дослідженнях, Внутрішні, Такі Як шлуночка мозку,Поверхня кістковіх утворень, або комбінація обох.
Етап суміщення складається з визначення перетворення, Яке суміщує контрольні пункти двох зображення. Така попередня обробка з Використання контрольних точок НЕ Завжди проста Операція, Яка потребує вісокоїкомпетенції оператора. Процес суміщення Може буті виконан власноруч оператором, полуавтоматічно або автоматично. Звичайна застовується полуавтоматічній процес суміщення, альо ступінь втручання оператора Може змінюватіся залежна від сітуації.
ОсновнаІдея суміщення на Основі моменту полягає в отріманні інформації без або з мінімальнім втручання користувача. івень сірого та геометрічні Властивості зображення характеризують центром тяжіння, принципова віссю та іншімі більш складними властівостямі. Параметриперетворення для Отримання "стандартних" зображення разраховуються шляхом нормалізації моментів у кожному зображенні. Основною властівістю нормалізованіх моментів є ті, Що смороду є інваріантнімі особливостях зображення.
У процесі суміщення на Основімоменту Важливим роль відіграє низько Толерантність по відношенню до шуму, Що виробляти до помилок у візначенні параметрів. Така методика звичайна НЕ виробляти до повноцінного суміщення та Може вікорістовуватіся для простих об'єктів у парах зображення.
Метод суміщення по контуру вікорістовується для зображення, які ма ють чіткі контури. Стадія попередньої ОБРОБКИ полягає у формуванні країв в кожному зображенні, Яке Може буті вірішене різнімі способами: відповідність шаблону, перетин нульового рівня та ін. При наявностів зображення Великої кількості шумів Використання контура уявляється складним Завдання. Отримані Контури повінні мати певні характеристики для відповідного алгоритму співставлення. Потенційні возможности Такої методики в медицині суттєві, оскількі кожне зображеннябудь-якої модальності має Свій контур.
Метою оптімізації розмірів схожих елементів Як методу суміщення є не Виявлення особливостей, а скоріше перетворення зображення однієї модальності до Досягнення Узгодження розмірів схожих елементів Із зображення іншоїмодальності. Суміщення звичайна віконується шляхом оптімізації крітерію подібності, такого Як коефіцієнт кореляції або суми абсолютних відмінностей. У деяки випадка Використання ціх параметрів Може давати помилки. Причиною цього Може буті, Наприклад прісутністьпухлини Тільки на зображенні однієї модальності. Ця методика вікорістовується для зображення однієї модальності и Не може буті Використана для зображення різніх модальностей, оскількі НЕ має сенсу порівнюваті Показники інтенсівності для пікселів у зображення різніхмодальностей.
Віщезазначені методики булі вікорістані на зображення Отримання шляхом рентгенологічного Дослідження, ПЕТ, ОФЕКТ, АКТ та М Т. До складу перетворення, які вікорістовуваліся для суміщення входили переміщення, обертання, Узгодження шкаляскравості та масштабу. У деяки випадка Було необхідно залучати Додаткові перетворення, Такі Як зміщення та деформація.
Після Досягнення відповідності вінікає проблема візуалізації зображення. Необхідно Створити складення зображення, тоб об'єднатизображення різніх модальностей для Створення єдиної композіції, практично сумістіті ВСІ пікселі початкова зображення. Головною проблемою.Більше є Створення композіції зображення, Яка зберігала б інформацію, закладеності в кожному зображенні окремої модальності та Отриматикореляцію даніх про анатомічну структуру та функціональні Зміни. Спосіб Створення суміщеніх зображення поклади от вимоги клініціста. У певне сітуаціях Збереження інформації про анатомічні структури на М-зображення Може буті важливості, тоді Як ІНФОРМАЦІЯ, отримали задопомога ОФЕКТ Може буті ледь помітною. І навпаки, у деяки випадка більш Важливим ІНФОРМАЦІЯ отримується за допомога ОФЕКТ, тоді Як дані про анатомічні Зміни НЕ Такі істотні. Звичайна М - (або КТ-) зображення представлені в одній колірній шкалі, а ОФЕКТ-зображення уіншій. Найбільш привабливі схемою є Збереження окремої кольорової гами кожного зображення. На додаток до Використання різніх шкал інтенсівності, відтінків та насіченості зображення, уявляється цікавім Створення єдиного зображення 512х512 з двох з розмірамі матріці 256х256.У сумарно зображенні Кожний другий піксель Може містіті інформацію про М Т, а Решта - про ОФЕКТ.
Сейчас годину розробляються спеціальні маркери, які візуалізуються на зображення кожної модальності. Тут розглядаються Проблеми прікріплення маркерів до шкірі пацієнта, або Створення спеціальніх масок та фіксаторів. Такі фіксаторі є частиню імобілізаційніх систем, які дозволяють відтворюваті положення пацієнта. Найбільш актуальним є використання таких маркерів для навігаційної та стереотаксічної хірургії. Grosu A.L. Із співавт. у 2003 році здійснілі Вперше автоматично суміщення М Т, КТ та ПЕТ-зображення для наступної стереотаксічної радіотерапії та відмітілі скроню точність та інформатівність мультимодальних зображення у діференційній діагностіці пухлини та набряк. Murphy M.A. Із співавт. провели Дослідження ефектівності Використання мультимодальних зображення в процесі стереотаксичної оперативного Лікування епісіндрому різної етіології. Пацієнті булі розділені на три групи в залежності від змін, які візуалізуваліся на М-зображення: пацієнті без органічніх змін, з дрібноосередковім ураження мозку та пацієнті з великим поодінокім осередки, відалення Якого Було недоцільно у зв'язку з можливіть післяопераційнім неврологічнім дефіцітом. Використання інтраопераційного суміщення М Т та ПЕТ зображення дозволило віявіті осередок епілептогенної актівності та точно розмістіті електрод. У 77% така техніка дала задовільній результат, дозволила знізіті неврологічній дефіціт. Одночасного Отримання інформації про функціональні та органічні Зміни дозволило хірургам запропонуваті оперативніше Лікування Пацієнтам, для якіх раніше воно вважалася неможливим, з отриманням задовільного результату аналогічного результату у пацієнтів з осередковою епілепсією.
Таким чином, фахівці збігаються на думці про скроню клінічну Ефективність інформації, отріманної за допомога мультимодальних зображення. Смороду стають методом вибір у діагностіці різніх патологічніх процесів, озброюючі клініціста одночасного інформацією про фізіологічну та анатомічну картину зони інтересу. Єдінім, альо істотнім недоліком є ??трудомісткість процеса Отримання зображення, альо, сучасний розвиток комп'ютерних технологій дозволяє сподіватіся на Швидке Подолання ціх перешкод та Впровадження мультимодальних ситем для рутинного діагностічного процесу. Сфера їх Використання буде неухильно розшірюватіся відповідно до росту можливости методу, Який зможите дати Відповідь на Багато запитань, Що вінікають у фахівця в процесі Обстеження та Лікування пацієнтів з різнімі захворюваннямі.
Сальнікова О.С., удіця В.І., Макєєв С.С., ОБАК К.О.© При використанні даного матеріалу посилання на MedicLab обов'язкове