بخشی از مقاله
چکیده
به وجود آمدن آرتیفکت در تصاویر سی تی دارای عوامل مختلفی است و روش های متفاوتی برای کاهش آن، ارائه شده است. تصاویر سی تی استخوان، در مقایسه با تصاویر CBCT دندان، در شیوه پرتوتابی متفاوت هستند. در این مقاله با پیاده سازی یکی از روشهای کاهش آرتیفکت تصاویر سی تی، بر روی تصاویر CBCT به بررسی میزان کاهش آرتیفکت در تصاویر CBCT پرداخته میشود.
در روش پیشنهادی، با استفاده از تبدیل رادون یا همان فضای سینوگرام تصویر، آرتیفکتهای آن کاهش داده شده است. در طی مراحل الگوریتم از سینوگرام قسمت های فلز تصویر، و درون یابی سینوگرامها در مراحل مختلف، استفاده میشود.. تاثیر کاهش آرتیفکت در تصویر نهایی خروجی الگوریتم، با بررسی واریانس و انحراف معیار آن، نسبت به تصویر ورودی نشان داده میشود.
مقدمه
پردازش تصویر امروزه بیشتر به موضوع پردازش تصویر دیجیتال گفته میشود که شاخهای از دانش رایانه است، که با پردازش سیگنال دیجیتال که نماینده تصاویر برداشته شده با دوربین دیجیتال یا پویش شده توسط پویشگر هستند سر و کار دارد . پردازش تصاویر دارای دو شاخه عمدهی بهبود تصاویر و بینایی ماشین است. بهبود تصاویر دربرگیرندهی روشهایی چون استفاده از فیلتر محوکننده و افزایش تضاد برای بهتر کردن کیفیت دیداری تصاویر و اطمینان از نمایش درست آنها در محیط مقصد - مانند چاپگر یا نمایشگر رایانه - است، در حالی که بینایی ماشین به روشهایی میپردازد که به کمک آنها میتوان معنی و محتوای تصاویر را درک کرد تا از آنها در کارهایی چون رباتیک و محور تصاویر استفاده شود.
در معنای خاص آن پردازش تصویر عبارتست از هر نوع پردازش سیگنال که ورودی یک تصویر است مثل عکس یا صحنهای از یک فیلم. خروجی پردازشگر تصویر میتواند یک تصویر یا یک مجموعه از نشان های ویژه یا متغیرهای مربوط به تصویر باشد. اغلب تکنیکهای پردازش تصویر شامل برخورد با تصویر به عنوان یک سیگنال دو بعدی و به کار بستن تکنیکهای استاندارد پردازش سیگنال روی آنها میشود . پردازش تصویر اغلب به پردازش دیجیتالی تصویر اشاره میکند ولی پردازش نوری و آنالوگ تصویر هم وجود دارند. با وجود پیشرفتهای زیاد آرتیفکت تصویر به صورت یک معضل همچنان پابرجاست و کیفیت تصاویر CT را تحت تاثیر قرار می دهند که گاهی این بهم ریختگی چنان وسیع است که نمی توان از تصویر بدست آمده برای مقاصد تشخیصی استفاده کرد و نیاز به تکرار آزمون است، که این امر مستلزم پرتوتابی غیر ضروری به بیمار می باشد و این امر مغایر با اصول حفاظت بیمار است.
این وظیفه تمام پرتوکاران است که با شناخت انواع آرتیفکت ها و یادگیری راه کارهای موثر برای به حداقل رساندن این اثرات رسالت خود را به عنوان اولین خط دفاعی افراد جامعه در مقابل پرتوگیری غیرضروری بیمار به انجام رسانند و تصاویری با حداکثر اطلاعات تشخیص تهیه کنند. آرتیفکت عبارت است از بهم ریختگی و یا ثبت اعداد اشتباه در تصویر .CT هنگامی که از این اعداد برای مشخص کردن نوع بافت مورد مطالعه، استفاده می شود این مطلب از اهمیت بسزایی برخوردار است.
آرتیفکت ها می توانند به صورت محو شدگی، ثبت خطوط مستقیم در تصویر - Streak Artifact - و یا آرتیفکتهای ستاره ای شکل در تصاویر CT مشاهده شوند. علت بوجود آمدن آرتیفکت ها در CT به طور معمول حرکات بیمار، وجود اشیاء فلزی به همراه یا در بدن بیمار و تعدد بافتها در یک پیکسل می باشد. آرتیفکتهای فلزی در اثر وجود مواد فلزی به همراه بیمار یا درون بدن بیمار بوجود می آید . وجود موادی مثل پروتزهای فلزی، مواد پرکننده دندان، گیره های جراحی و ضربان ساز قلب داخل بدن بیمار، باعث به وجود آمدن این آرتیفکت میشود. این نوع آرتیفکت به صورت خطهای سفید که گاهی به شکل ستاره ای در اطراف جسم فلزی است، دیده میشود .
دلیل بوجود آمدن این نوع آرتیفکت جسم فلزیی جلوی رسیدن اشعه به شناساگر را می گیرد و چون بالاترین تضعیف در بدن مربوط به استخوان است به تمام پیکسل های موجود در مسیر این پرتو عدد 1000 که مربوط به استخوان است اختصاص می یابد و با چرخش تیوب در مجموع این خطوط به شکل ستاره ای دیده می شود . برای برطرف کردن این نوع آرتیفکت باید مواد فلزی را که خارج از بدن بیمار قرار دارند را برداشت همچنین میتوان با استفاده از نرم افزارهای کامپیوتری و بازسازی مجدد تصویر این آرتیفکت را حذف کرد
ادامه مقاله به صورت زیر سازماندهی میشود. در بخش 2 تفاوت تصاویر CT و CBCT بررسی میشود. مروری اجمالی بر کارهای مرتبط در بخش 3 پرداخته شده است. روش پیشنهادی و چگونه عملکردش در بخش 4 بیان میشود؛ سپس نتایج تجربی در بخش 5 ارزیابی میشوند و در نهایت به نتیجهگیری و جمع بندی از مطالب پرداخته میشود.
1-1 کاهش آرتیفکت در تصاویر 1CBCT
رادیوگرافی دندان با تشخیص و درمان بیماریهای دندان به طور انکار ناپذیری تلفیق شده است، حتی به جرات می توان گفت: انجام درمان مطلوب ریشه بدون داشتن رادیوگرافی مناسب ممکن نیست. پیشرفت تکنیکهای رادیوگرافی مانند ابداع روشهای موازی و نسلهای مختلف سی تی باعث ارتقای کیفیت درمان ریشه دندان شده است
روشهای معمول رادیوگرافی به دلایل مختلف از جمله ماهیت دو بعدی بودن آن، در بسیاری از موارد باعث ابهام در تشخیص و درمان میشود.CBCT تکنیک سه بعدی جدیدی است که در مقایسه با سی تی معمولی نیاز به تابش دوز کمتر، دقت بیشتر، رزولوشن بالاتر و زمان Scan کمتری دارد. این تکنیک ابزار کمکی سودمندی برای متخصصین درمان ریشه در کنترل مشکلات پیچیده اندودنتیکس، تشخیص شکستگیهای عمودی ریشه ، طرح درمان ایمپلنتها و برخی دیگر از مشکلات دندانی محسوب میگردد.
CBCT در تحلیلهای خارجی و داخلی دندان از ارزش بیشتری نسبت به رادیوگرافی معمولی برخوردار میباشد. وجود عناصر فلزی مانند پروتزها، ایمپلنتها و حتی دندانهای پر شده در ناحیه تصویر برداری به دلیل چگالی و ضریب تضعیف بالای عناصر فلزی و همچنین الگوریتمهای بازسازی تصویر در اکثر تجهیزات تصویر برداری سه بعدی مثل , MRI, سی تی، منجر به بروز نویزهای شدید، آشفتگی، پخش شدگی اشعه و تخریب برخی از نواحی تصویر میشوند که به آرتیفکت فلزی مشهور است.
آرتیفکتها غالبا پزشکان را در تشخیص صحیح با مشکلاتی مواجه میکنند. غلبه بر آرتیفکت به روشهای سخت افزاری و نرم افزاری صورت میگیرد. در ادامه بحث نسلهای مختلف سی تی، انواع آرتیفکت، روشهای بازسازی تصویر و روشهای مقابله با آرتیفکت مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته، سپس الگوریتم جدیدی برای کاهش آرتیفکت فلزی ارائه گردیده است. از انباشته شدن اطلاعات اکتسابی از تجهیزات CBCT، تصویر جدیدی به نام سینوگرام تشکیل میگردد. تصاویر قابل استفاده کاربران، از بازسازی سینوگرامها حاصل میگردد.
این بازسازی به صورت online همزمان با تصویر برداری صورت میگیرد. اکثر الگوریتمهای ارائه شده offline، ابتدا سینوگرام را از تصاویر موجود محاسبه کرده، سپس با اعمال تغییرات بر روی سینوگرامها و درونیابی اقدام به بازسازی تصاویر میکنند. روشهای مقابله با آرتیفکت در سه فاز پیش پردازش، پردازش سینوگرام و پردازش پسین پیاده سازی شدهاند. کاهش نویز و قطعه بندی بر روی تصاویر دوبعدی و تهیه سینوگرام در فاز اول صورت میگیرد. فاز دوم بازسازی مبتنی بر سینوگرام توام با درونیابی با اپراتور2FBP شکل میگیرد.
1-2 روش درونیابی اولیه برای کاهش آرتیفکت های فلزی در تصاویر توموگرافی
این الگوریتم شامل روشی جدید برای سگمنتبندی تصویر است که تا حدود زیادی آرتیفکتها را در تصویر نتیجه از بین برده و درجه تشخیص تصاویر توموگرافی را بالا میبرد. این الگوریتم در مرحله اول، یک فیلتر تشخیص لبه برای جداسازی قسمتهای آرتیفکت، در تصویر خام اولیه به کار میبرد. پیکسلهای فلز در تصویر با الگوریتم 3SRG سگمنتبندی میشوند. روش SRG سگمنت بندی خود را از یک نقطه ی دلخواه آغاز کرده و نقاطی را که از لحاظ روشنایی یا دیگر مشخصه ها به نقطه شروع مان نزدیک است، در یک بلوک قرار می دهد. نقطهی آغاز میتواند به صورت دستی یا تصادفی تعیین شود. در این روش، فاصلهی بین پیکسلها توسط روش اقلیدسی محاسبه میشود.
در مرحلهی دوم قسمتهای مربوط به بافت زمینه و استخوانها محاسبه میشود. در بخشهایی از دندان که آرتیفکتها نیز حضور یافتهاند، حذف نواحی روشن آرتیفکت سبب از بین رفتن اطلاعات استخوان نیز میشود. در نتیجه برای داشتن دندان ها از تکنیک گرفتن حد آستانه استفاده شده و سپس نواحی مربوط به آرتیفکتها به روش SRG شناسایی میشود.
در نتیجه در انتهای مرحله دوم، تصویر اولیهای به دست آمده است که بخشهای مربوط به دندان، بافت، و آرتیفکت در آن جدا شدهاند. در مرحلهی سوم از تصویر به دست آمده سینوگرام گرفته و با استفاده از فرمول - 1-1 - پیشنهادی زیر رد پای فلز در سینوگرام برداشته میشود. تصویر نهایی را با استفاده از روش تبدیل رادون معکوس به دست آورده و قطعات فلز را به درون آن بازمیگردانیم. در این روش برای قسمتهایی که آرتیفکتها وارد قسمتهای بافت دندان شدهاند نمیتوان سگمنتبندی دقیقی را انجام داد در نتیجه در تصویر نهایی حذف کامل آرتیفکتها را نخواهیم داشت.
1-1درونیابی اولیه برای کاهش آرتیفکت های فلزی
در فرمول - 1-1 - ، Pmetal نشان دهندهی تبدیل رادون قسمت فلزی است که از تصویر اولیه جدا میشود، ~Pmetal نشان دهندهی معکوس ماتریس Pmetal ، تیدیل رادون تصویر اولیه Pfp ، تبدیل رادون اولیه از تصویر، و Ptrans، تفاضل سینوگرام اصلی و سینوگرام smooth شده از تصویر اولیه است. Pfp نیز همان سینوگرام smooth شده است.
