m
FOV
r
z
y
y
y
x
x
x
,
,
,
где r
x
и r
y
– разрешение по осям x и y для аксиального среза; r
z
– разрешение по оси z.
Динамический диапазон изображения отражает интервал значений [0, L
max
] яркостей
пикселов МР-изображения и зависит от импульсной последовательности (режима). В
зависимости от положения среза динамический диапазон отдельных изображений в серии
Альманах научных работ молодых ученых
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1
188
может отличаться в 1,5–2 раза. Гистограммы яркости для одного среза, полученного в
разных режимах, также будут отличаться по количеству и расположению пиков, и можно
предположить влияние этих факторов на фрактальную размерность изображения.
Для оценки симметрии структур головного мозга и обнаружения изменений служит
фрактальная размерность D, принимающая нецелые значения для самоподобных объектов с
сильно изрезанной формой. Для двумерного случая расчет может выполняться box-counting
методом в случае МР-изображения, заключающимся в разбиении на клетки со стороной
R→0 так, чтобы каждая точка объекта попадала в ту или иную клетку. Изменение числа
ячеек N(R) будет происходить по степенному закону:
D
R
R
N
)
(
.
При уменьшении размера клетки некоторое их количество будет попадать в область за
границами объекта, содержащими только шум. Однако исследования, посвященные
фильтрации шумов на изображении [8], показали, что для гауссова шума порядок
фильтрации (винеровским методом) не существенен, тогда как порядок фильтрации
импульсного шума (медианным фильтром) влияет на значение фрактальной размерности [9]
и других оценок [6, 8].
В работе исследовалось влияние условий сканирования (протокола) на рассчитанное
значение фрактальной размерности. Анализировались серии из 20 изображений аксиальных
срезов головного мозга, полученные в наиболее распространенных режимах (рис. 1):
‒ быстрое спин-эхо с высоким сигналом от жидкости T2 FSE (режим K1);
‒ с подавлением сигнала от движущейся жидкости T2 Flair (режим K2);
‒ градиентное эхо, чувствительное к магнитной восприимчивости T2×GRE (режим K3);
‒ спин-эхо с низким сигналом от жидкости T1 SE (режим K4).
а
б
в
г
Рис. 1. Изображения среза головного мозга, полученные в режимах:
T2 FSE
(а); T2 Flair (б); T2×GRE (в); T1 SE (г)
Анализируемые изображения здоровых добровольцев получены на МР-томографе HDxt
(GE) с полем 3Тл с использованием 8-канальной катушки для головного мозга. На первом
этапе сканирование выполнялось во всех режимах с параметрами: FOV=240 мм, th=5 мм,
sp=1 мм,
матрица 288
288 интерполированная до 512
512, что обеспечивало
пространственное разрешение r
x
=r
y
=0,83 мм.
Затем в базовом протоколе для
последовательности T2 FSE матрица изменялась на стандартную 480
480 (разрешение
0,5
0,5 мм), а в режиме T2 Flair – на 352
224 (разрешение 0,68
1,07 мм). По оси z во всех
случаях разрешение оставалось постоянным (6 мм). Оценка влияния алгоритма заполнения k-
пространства на фрактальную размерность оценивалось для режима T2 FSE для быстрого
построчного заполнения (FSE), параллельного заполнения с многократным перекрытием
низкочастотной области (Propeller) и одновременным заполнением всех строк (EPI FSE).
Таким образом, для одного пациента необходимо было получить 8 серий из n 20
изображений (сверху вниз, рис. 2, а) с общей продолжительностью сканирования 23 минуты.
Фрактальная размерность рассчитана в пакете MATLAB, показавшим хороший
результат для выявления структурных отличий по фрагментам изображения [10]. Анализ
выполнялся box-методом для интерполированных изображений 512
512, размер ячейки
Альманах научных работ молодых ученых
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1
189
изменялся от 1/16 до 1/256 (так как размер матрицы МР-изображения кратен 16) для
нормализованных данных и 100 итераций. Регрессия выполнена методом наименьших
квадратов.
Результат для базового протокола показывает, что во всех случаях для верхних срезов,
где доля заполнения объектом матрицы меньше, и для нижних срезов, включающих больше
типов тканей, наблюдается увеличение фрактальной размерности (рис. 2, б). Для режимов
K2–K4 фрактальная размерность имеет близкие значения в диапазоне 1,79–1,82, что может
объясняться низкой контрастностью тканей и меньшим динамическим диапазоном. В
режиме K1 фрактальная размерность меньше (1,715) при большем динамическом диапазоне.
а
б
Рис. 2. Положение срезов (а) и рассчитанная фрактальная размерность (б)
Необходимость анализа влияния пространственного разрешения на фрактальную
размерность вызвана отсутствием стандартной матрицы и частыми случаями уменьшения
пользователем матрицы в фазовом направлении для сокращения времени исследования. При
этом поле FOV меняется крайне редко и составляет 240 мм как в базовом протоколе
исследования, что позволяет говорить о зависимости разрешения от выбранной матрицы.
Анализ выполнен для наиболее используемых серий T2 FSE и T2 Flair со стандартной для
каждой серии матрицей (480
480 и 352
224 соответственно) и выбранной для базового
протокола (288
288). Изменение фрактальной размерности для срезов различного положения
аналогично описанному выше – для верхних и нижних срезов значение выше (рис. 3).
а
б
Рис. 3. Зависимость фрактальной размерности от матрицы для T2 FSE (а), T2 Flair (б)
Для серии T2 FSE уменьшение пространственного разрешения почти в 2 раза привело к
незначительному уменьшению фрактальной размерности с 1,754 до 1,715. Изменение
разрешения не сказалось на фрактальной размерности T2 Flair изображений. Несмотря на
меньшее, чем в предыдущем случае, изменение матрицы, можно считать полученную
размерность D=1,79 характерной для данного режима, так как большая матрица используется
крайне редко из-за существенного увеличения времени исследования, а меньшая – также
редко из-за размытия изображения.
Влияние алгоритма сбора данных для серии T2 FSE оказалось невозможно
проанализировать для случая быстрого одновременного заполнения всех строк EPI FSE
(рис. 4, а), что связано с высокой чувствительностью алгоритма к неоднородностям поля.
Как и в предыдущих случаях характерно увеличение фрактальной размерности для верхних
и нижних срезов. Выбор алгоритма построчного или параллельного сбора данных меняет
значение D на 0,035.
Альманах научных работ молодых ученых
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1
190
а
б
Рис. 4. Зависимость фрактальной размерности от алгоритма (а) и возраста пациента (б)
Отдельный интерес представляет анализ влияния возрастных изменений МР-сигналов
на фрактальную размерность изображения. Для анализируемой выборки видно, что для
любых срезов фрактальная размерность у детей выше, чем у взрослых (рис. 4, б). Однако для
расчета норм D в различных возрастных группах требуется отдельное исследование.
Анализ значений фрактальной размерности для серий МР-изображений, полученных в
различных режимах, показывает зависимость результата от положения среза и контрастности
составляющих его тканей. Изображения, на которых объект занимает малую часть площади,
характеризуются резко увеличенным значением D→2. Пространственное разрешение не
влияет на фрактальную размерность, в то время как выбранный режим (импульсная
последовательность) может изменять размерность D изображения при достижении высокой
контрастности тканей (1,715 для T2 FSE). Это позволяет сделать вывод, что наличие
структурных изменений, контрастных по отношению к здоровым тканям, также приведет к
существенному изменению фрактальной размерности, что требует отдельных исследований
для различных клинических случаев. Для анализируемой выборки отмечено, что
фрактальная размерность у детей выше, чем у взрослых, на 0,1–0,15.
Do'stlaringiz bilan baham: |