артефакты и искажения при конусно-лучевой

22
АРТЕФАКТЫ И ИСКАЖЕНИЯ ПРИ
КОНУСНО-ЛУЧЕВОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ
ТОМОГРАФИИ
Сердобинцев Е.В. – врач-рентгенолог, компания «Пикассо» (г. Санкт-Петербург)
picasso.serdobincev@gmail.com
На сегодняшний день ни для кого не секрет, что КТ занимает все большие позиции в таких специальностях медицины как стоматология, отоларингология и челюстнолицевая хирургия. Причины такой ситуации вполне очевидны: КТ позволяет в несколько раз увеличить качество
диагностики пациентов перед лечением и в его процессе. В отличие от других методов рентгенодиагностики,
КТ обладает таким неоспоримым преимуществом, как
отсутствие проекционного искажения объекта, т.е. масштаб КТ-изображения и реальные размеры структур пациента будут относиться друг к другу в масштабе один
к одному. Это открывает уникальные возможности
для врачей. Можно с уверенностью сказать, что КТдиагностика в стоматологии, ЛОР-патологии и ЧЛХ в скором времени станет золотым стандартом при подготовке пациента к лечению, а также в контроле его качества.
Но, как и любой диагностический метод, КТ имеет свои особенности, которые необходимо учитывать
при оценке изображения. Эти особенности вызывают
определенные трудности не только у лечащих врачей,
но и у врачей-рентгенологов, которые непосредственно занимаются интерпретацией КТ-изображения. Данную особенность КТ-изображения принято называть
артефактами или, что менее правильно, искажениями.
В статье будут рассмотрены наиболее частые артефакты, встречающиеся в КТ-диагностике.
Артефакт (от лат. аrte factum – искусственно сделанное) – явление, предмет, появление которого в данных
условиях по естественным причинам невозможно или
маловероятно. Такое определение является общим для
всех явлений, связанных будь то с КТ или с любыми другими методами диагностики. Для лучшего понимания
артефактов в компьютерной диагностике было разработано несколько другое определение этого явления.
Артефактами изображений в компьютерной томографии называют любые несоответствия между КТ-числами
реконструктивного изображения и истинными коэффициентами ослабления объекта. Такой вариант определения более полно выражает суть артефактов при КТ.
Что же можно считать причинами, которые приводят
к возникновению артефактов? Условно их можно разделить на несколько групп.
1. Причины, связанные непосредственно с нарушением работы компьютерного томографа.
Компьютерный томограф является сложным техническим аппаратом, в работе которого, для качественного получения изображения, важнейшую роль играет исправность
всех составляющих частей. Основные части компьютерного томографа – лучевая трубка, принимающий изображение детектор (для конусно-лучевой компьютерной томограX-Ray Art №1 (01) сентябрь 2012
фии – матрица) и компьютер, обрабатывающий информацию, полученную с детектора, и выводящий изображения
на экран монитора. Следовательно, выход из строя, хотя
бы частично, любого из этих элементов приведет к появлению артефактов в КТ-изображении (Рис. 1).
Рис. 1
Поломка принимающего сенсора – невозможность получения изображения
Другая ситуация, приводящая к сбою работы компьютерного томографа, – блокировка вращения аппарата во время исследования посторонним предметом.
Так как аппарат во время работы делает один или несколько оборотов (в зависимости от производителя) вокруг пациента, любая ситуация, приводящая к задержке движения аппарата даже на долю секунды, обязательно приведет к появлению либо минимального, либо
серьезного искажения изображения, вплоть до невозможности интерпретации. Чаще всего такая ситуация
связана с самим пациентом, который, по разным причинам (неправильное позиционирование пациента лаборантом, слишком крупный пациент, не помещающийся по диаметру вращения аппарата, непроизвольное движение пациента во время исследования), вызывает блокировку движущейся части аппарата (Рис. 2).
Рис. 2
Пациент задел плечом компьютерный томограф
во время исследования
23
Еще одна причина появления артефактов, связанная
с компьютерным томографом, это сбой калибровки аппарата. Каждый компьютерный томограф, выпускающийся с завода, проходит первичную калибровку, которая осуществляется по стандартным принципам. Так как томограф
является сложным техническим устройством, после установки его на месте дальнейшей эксплуатации, необходимо дополнительно откалибровать аппарат специалистоминженером, желательно вместе с врачом-рентгенологом,
который будет работать с этим томографом, для получения наиболее качественного КТ-изображения. Помимо этого, компьютерный томограф во время работы хотя бы раз
в год должен проходить диагностическую калибровку для
выявления отклонений качества изображения. Только при
выполнении всех этих требований можно уверенно говорить о качественной работе томографа. К сожалению,
на данный момент в России далеко не всегда выполняются
эти условия, что и приводит к появлению артефактов, связанных со сбоем калибровки (Рис. 3).
Рис. 3
Аппарат не откалиброван
2. Наличие рентгеноконтрастного материала
в зоне интереса.
Это одна из самых частых причин возникновения артефактов КТ-изображения. Для правильной интерпретации изображения в этой ситуации необходимо хорошо
представлять, какой материал будет давать артефакты
при КТ-диагностике. Ведущим материалом, который будет вызывать искажения изображения, является металл.
Металлокерамические конструкции, металлические пластины, анкерные штифты, пирсинг и дентальные имплантаты – наиболее часто встречающиеся структуры, которые врач может увидеть на КТ-изображении. Все они будут давать интенсивные артефакты, мешающие грамотной оценке окружающих тканей (Рис. 4).
Другой причиной возникновения артефактов может
быть рентгеноконтрастный пломбировочный материал.
Любой пломбировочный материал, независимо от своих свойств, дает хотя бы минимальный артефакт. В данной ситуации все зависит от знаний врача о самом материале. Если раньше использовалось большое количество различных материалов для пломбировки, начиная от
гуттаперчи и заканчивая серебром, то сейчас круг материалом значительно уменьшился. Следовательно, при интерпретации КТ-изображения, зная состав пломбировочного материала, врач может заранее предугадать, какой
по интенсивности артефакт он увидит на изображении.
Это уменьшает количество диагностических ошибок.
Помимо рентгеноконтрастных материалов в стоматологии используются и нерентгеноконтрастные,
(например, стекловолокно), которые не будут видны
на изображении, что также необходимо учитывать
при оценки КТ-снимков.
3. Причины, связанные с пациентом.
Пациент – живой человек, и в связи с этим с ним могут быть связаны причины, которые вызывают искажения на КТ-изображении. Для любого человека проведение каких-либо диагностических манипуляций является стрессом. Поэтому, даже если пациенту кажется, что
он спокоен и не испытывает дискомфорта от прохождения КТ процедуры, необходимо, в любом случае, создать максимально благоприятные условия для выполнения снимка. Эта обязанность накладывается на рентгенолаборанта. В его задачи входит максимально доступным образом объяснить пациенту, в чем суть данной
процедуры, что требуется от пациента во время исследования и т.д. Основная обязанность пациента во время процесса работы аппарата сводится к тому, чтобы
исключить какое-либо движение с его стороны. Тогда
КТ-изображение будет идеальным. Если же происходит
даже минимальное движение пациента, то это обязательно отразится на изображении (Рис. 5).
Рис. 5
Рис. 4
Металлокерамические коронки в зоне интереса
Дрожание пациента во время исследования
Основные «ошибки» пациента во время исследования:
- пациент делал глотательные движения во время
исследования – вроде бы ничего страшного в этом
нет, но, на самом деле, это не так. Помимо глотательного рефлекса всегда будут микродвижения зубами,
что, естественно, приведет к артефактам;
- глубокое или форсированное дыхание – одна из
основных ошибок, связанных с пациентом. Когда лаборант объясняет пациенту, что во время исследование дышать можно, необходимо обязательно уточнить,
как дышать – спокойно и через нос. Тогда шансы на
непроизвольное движение головы пациента уменьшаX-Ray Art №1 (01) сентябрь 2012
24
ются. Конечно, можно было попросить пациента совершенно не дышать, но, во-первых, это очень тяжело для
некоторых категорий людей (пенсионного возраста, например), а во-вторых, не каждый сможет не дышать от
30 до 60 секунд в зависимости от аппарата.
- психические и динамические нарушения – здесь
необходимо спросить у пациента, есть ли у него такие
заболевания, как клаустрофобия, тремор головы и так
далее, для исключения ситуации, когда пациент физически не способен оставаться неподвижным на протяжении всего исследования (Рис. 6).
Рис. 6
Рис. 8
Пример выпадения нескольких вокселей
Рис. 9
Выход из строя аппарата. Причина – неправильная
обработка изображения компьютером
Резкое движение пациента
Нами были рассмотрены основные и самые частные причины, приводящие к появлению артефактов КТизображения. Теперь же рассмотрим классификацию
артефактов.
К сожалению, т.к. метод конусно-лучевой компьютерной томографии относительно молодой, на данной момент не существует единой классификации артефактов. Поэтому мы будем пользоваться одной из объективных, на наш взгляд, классификаций, которая поможет разобраться в проблеме искажений изображения
в КТ-диагностике. Помимо классификации мы постарались выделить основные особенности каждой группы
артефактов, чтобы понять, в чем принципиальное отличие каждой из них.
КЛАССИФИКАЦИЯ АРТЕФАКТОВ.
1. Аппаратные артефакты
Как понятно из названия, это те артефакты, которые
связаны с поломкой компьютерного томографа (Рис. 7).
Рис. 7
фикации. Они могут быть очень разнообразны: начиная от кольцевых теней (выпадение одного вокселя),
полос (выпадение группы вокселей) и заканчивая полным искажением изображения, что делает невозможным его интерпретацию (Рис. 8, рис. 9).
2. Динамические искажения
Данная группа артефактов вытекает из причин, связанных с движением пациента. Какие же свойства они
имеют?
- двойные контуры − основной признак динамического искажения. Независимо от того, какое по интенсивности было движение пациента во время исследования, практически всегда на КТ-изображении
будет наблюдаться наличие удвоения контуров структур пациента (Рис. 10, рис. 11).
Аппаратный артефакт
Аппаратные артефакты являются самой непредсказуемой группой, которая не поддается какой-либо униX-Ray Art №1 (01) сентябрь 2012
контуров верхней и нижней челюсти пациента
Рис. 10 Удвоение
в области фронтальных зубов
25
интенсивнее было движение пациента, тем сильнее
Рис. 11 Чем
видно раздвоение контуров кости
- размытие части или всего изображения. Если пациент во время исследование сделал однократное движение головой, то мы видим появление двойных контуров.
Но если пациент по каким-то причинам несколько раз
двигался во время работы аппарата, это приводит к полному либо частичному размытию изображения (Рис. 12).
движения пациента. Невозможно оценить состоРис. 12 Мелкие
яние зубов
- «линия перелома» по срединной линии нижней челюсти. Довольно специфический признак, который можно увидеть нечасто. Проявляется только на аксиальном срезе в
нижней трети нижней челюсти и на объемном изображении 3D-модели. Часто является причиной неправильной интерпретации КТ изображения, когда врач-стоматолог может,
не зная происхождения артефакта, ошибочно поставить диагноз перелома нижней челюсти (Рис. 13, рис. 14).
Рис. 13 «Псевдоперелом» нижней челюсти
нескольких признаков динамических искажеРис. 14 Сочетание
ний – двойные контуры и «линия перелома»
3. Зона повышенной контрастности
Зона повышенной контрастности и дефект наполнения связаны с использованием в стоматологии материалов, обладающих высокой рентгеноконтрастностью.
Данные материалы значительно усложняют оценку КТизображения, особенно если у пациента в анамнезе
наличие мостовидных протезов, дентальных имплантатов и большое количество запломбированных каналов.
Причина появления данных артефактов вытекает из
свойств рентгеновских лучей. Известно, что при попадании рентгеновских лучей на объект с высокой плотностью,
возникает эффект ослабления или поглощения лучей этим
объектом. В связи с этим на КТ-изображении возникает
тень (зона просветления) за объектом, например, дентальным имплантатом. Это приводит к появлению артефактов,
которые и называются дефектами наполнения.
Помимо поглощения лучей, объект с высокой
плотностью способен отражать и перераспределять
направленное на него рентгеновское излучение.
В результате чего и возникает явление зоны повышенной контрастности.
Свойства зоны повышенной контрастности:
- в аксиальном срезе – чередование темных и светлых полос, отходящих от объекта. Из-за того, что компьютерный томограф делает вокруг пациента один или
два оборота, основной признак зоны повышенной контрастности будет, в первую очередь, виден в горизонтальной плоскости (аксиальном срезе) (Рис. 15).
темных и светлых полос на аксиальном
Рис. 15 Чередование
срезе
X-Ray Art №1 (01) сентябрь 2012
26
- другой особенностью распространения данного
вида артефактов является наличие искажений только
в тех срезах, где непосредственно располагается объект
с высокой плотностью. Например, если посмотреть на
КТ-изображение металлокерамической коронки, то мы
будем наблюдать наличие зоны повышенного контрастирования на аксиальном срезе только по высоте коронки.
Выше или ниже нее артефактов не будет (Рис. 16).
одного и того же пациента в разных варианРис. 18а 3D-модель
тах просмотра – VR
Рис. 16 Металлокерамические коронки
- в сагиттальном срезе – вертикальные светлые
и темные полосы, идущие друг за другом. Появление
этого признака зоны повышенного контрастирования
бывает в тех случаях, когда рядом располагается несколько объектов с высокой плотностью (Рис. 17).
Рис. 18b 3D-модель одного и того же пациента в разных вариантах просмотра – MIP
4. Дефект наполнения
Как уже было сказано, артефакты дефекта наполнения и зоны повышенной контрастности связаны между собой и возникают только вокруг объектов
с повышенной рентгеноконтрастностью. Но если
зона повышенной контрастности является «безобидным» артефактом, мешающим только в интерпретации изображения, то дефект наполнения достаточно
часто симулирует патологические состояния, что может привести к гипердиагностике КТ.
- проявляются в виде зоны просветления. Это и приводит к неправильному восприятию КТ-изображения
(Рис. 19).
Рис. 17 Тот же пациент – сагиттальный срез
- На объемной модели – в виде заостренных игл.
- MIP – проекция – горизонтальные полосы. Эти два
признака связаны с 3D-моделью пациента. Единственное
между ними отличие – это использование на 3D-модели
разных вариантов просмотра изображения: MIP и VR
(объемная модель). Если артефакт есть на одном из вариантов, он обязательно будет присутствовать и на другом.
Чем больше металлоконструкций имеется у пациента, тем
более интенсивными будут выражены «иглы» на объемной
модели и полосы в MIP –проекции (Рис. 18a и 18b).
X-Ray Art №1 (01) сентябрь 2012
Рис. 19 Симуляция костных карманов и вторичного кариеса
27
Если рядом находятся два объекта с высокой плотностью, это обязательно приведет к наличию между ними дефектов наполнения, которые могут быть оценены как кариес или костный карман. При наличии такой ситуации необходимо грамотно интерпретировать КТ-изображение,
сопоставляя его с клиническими данными пациента. Можно сказать, дефект наполнения является «головной болью»
врачей терапевтов, т.к. именно им приходится постоянно
сталкиваться с этим видом артефактов (Рис. 20).
госрезовый вид, виртуальные импланты и т.д.), обычно
позволяют менять толщину среза в зависимости от пожеланий оператора. Что приводит к исчезновению наиболее заметных артефактов (Рис. 21a и 21b).
Рис. 20 Дефект наполнения симулирует периимплантит
Но природу и картину артефакта в виде дефекта наполнения важно знать и понимать не только терапевтам, но и
имплантологам. Дело в том, что всегда на КТ-изображении
врач-имплантолог будет видеть зоны «разрежения» костной ткани вокруг установленного дентального имплантата.
Это приводит к неправильной оценке результатов даже хорошо проведенной имплантации. На самом деле, в большинстве случаев никакого периимплантита у пациента не
будет − это всего лишь влияние данного вида артефактов.
К сожалению, КТ-диагностика не способна дать однозначный ответ на вопрос о качестве остеоинтеграции имплантата. Ни в коем случае нельзя оценивать состояние периимплантатной зоны по данным КТ-изображения! Золотой
стандарт диагностики периимлантита - это визиографический снимок и клиническая ситуация.
Методы распознавания артефактов. Хотелось бы
привести несколько способов, помогающих определить
наличие артефактов. Для того чтобы врач мог чувствовать себя уверенным пользователем КТ-диагностики,
необходимо, во-первых, знание основ работы с КТизображением (правильная работа с осями координат, знание особенностей конкретной программы-просмотрщика, адаптация возможностей программ для своей специальности), а во-вторых, понимание причин появления артефактов и умение их интерпретировать.
1. Изменение толщины среза – самый распространенный способ нивелировать влияние артефактов на изображение. Те программы-просмотрщики КТ, которые предоставляют врачу возможность не только просмотреть
само изображение, но и имеют различные дополнительные функции (трассировка канала, построение ОПТГ, мно-
Рис. 21a
Рис. 21b Правильная оценка положения и размеров имплантатов
Один из примеров – это оценка положения имплантата. Как уже было сказано, на КТ невозможно с высокой
долей вероятности сказать, есть ли явления периимлантита вокруг имплантата или нет. Для этого используется визиограф. Но оценить положение и размеры имплантата
вполне возможно. Если при интерпретации установленного имплантата увечить толщину среза до диаметра имплантата, то мы сможем уверенно определить, как располагается данный имплантат в костной ткани, насколько близко
он расположен к нижнечелюстному каналу или бухте гайморовой пазухи. В том случае, если использовать толщину
среза меньше диаметра имплантата, за счет наличия артефактов вокруг нее невозможно будет оценить даже его
размеры, т.к. визуально он будет казаться больше.
2. Сравнение разных проекций
Рис. 22 Определение движения пациента
Достаточно частая ошибка врачей заключается
в том, что многие стараются акцентировать свое внимание на каком-то одном срезе. Это приводит к неправильной интерпретации изображения. Примером может являться определение наличия движения пациента во время исследования. Если врач по каким-либо
причинам привык работать в основном только на корональном (фронтальном) срезе, то он может не заметить, что на КТ-изображении есть признаки динамического артефакта, который проявляется чаще всего на
аксиальном и сагиттальном срезе. Следовательно, это
приведет и к неправильной оценке размеров структур
X-Ray Art №1 (01) сентябрь 2012
28
пациента, которые из-за движения пациента могут быть
искажены (Рис. 22).
3. Знание физических свойств окружающих
структур.
Для того чтобы правильно определить наличие
или отсутствие артефакта, необходимо понимать, как
себя ведут различные по плотности структуры на КТизображении. Так, например, вокруг анкерного штифта
всегда будет определяться дефект наполнения, симулирующий вторичный кариес. Чего может не быть при использовании другого материала (Рис. 23).
Рис. 24b
С фильтром подавления металла
– гуттаперча, слева – анкерный штифт. Видно,
Рис. 23 Справа
что вокруг штифта большее количество артефактов
4. Использование фильтров подавления металла.
Многие компьютерные томографы оборудованы специальной опцией, которая позволяет определенным образом уменьшить влияние артефактов, возникающих от металла. Поэтому, если у пациента имеется хотя бы один имплантат или мостовидный протез, всегда необходимо использовать функцию подавления металла (Рис. 24a и 24b).
ЛИТЕРАТУРА:
1.Barrett J.F., Keat N. Artifacts in CT: Recognition and Avoidance //
Radio Graphics. – 2004. – Vol. 24. – P. 1679–1691.
2.Хофер М. Компьютерная томография. Базовое руководство. 2-е
издание, переработоное и дополненное: - М.: Мед.лит., 2008 224 с.:ил.
3.Матиас Прокоп, Михаэль Галански; Спиральная и многослойная
компьютерная томография: Учебное пособие: В 2-х томах. - М. :
МЕДпресс - информ, 2006.
4.Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. Учебное пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. – 152 с.
Рис. 24a
Без фильтра подавления металла
X-Ray Art №1 (01) сентябрь 2012
5.Радиодиагностика челюстно-лицевой областию Конусно-лучевая
компьютерная томография. Основы визуализации. - Львов: ГалДент, 2010. - 148 с., 235 илл.