Veronika Kováčová
Objemové dáta
Objemové dáta
Trojrozmerný (objemový) dátový záznam
objektu vo forme/ reprezentovaný série
digitálnych 2D snímok (obsahujúcich
základné informácie o skene)
3
Formáty:
•DICOM (Digital Imaging and Communications in
Medicine) – najvyužívanejší, obsiahly set štandardov pre
manipuláciu, ukladanie a prenos informácií
•TIFF (Tagged Image File Format)
•BMP, JPEG
Základná stavebná jednotka - voxel
4
Najmenšia objemová jednotka, určená x,y,z
súradnicami a hodnotou šedi (obvykle škála
256 alebo 4096 stupňov šedi),
charakterizujúcou materiál v tomto objeme
Izotropický vs. anizotropický
Scarfe, Farman 2008www.exxim-cc.com
Záznamové technológie (metódy)
Sériové fotografie fyzických
rezov/výbrusov
(napr. The Visible Human Project)
- Časová náročnosť
- Deštruktívnosť
5
Pokročilé zobrazovacie metódy:
• MRI
• CT
• PET, SPECT
- Cena
- Dostupnosť (zariadenia sú
neprenosné)
- Potreba vyškoleného personálu
MRI
Neinvazívna zobrazovacia metóda
Skúmaný objekt je vložený do silného
homogénneho magnetického poľa a vystavený
krátkemu rádiofrekvenčnému impulzu, ktorého
výsledkom je slabý elektromagnetický signál
Bežné rozlíšenie okolo 1 mm
Najlepšie rozlíšenie pre tkanivá s obsahom vody
a/lebo tuku
Vhodné predovšetkým na vyšetrovanie mäkkých
tkanív a neporušených tiel
6
- Malý kontrast pre dehydratované
a suché tkanivá
- Množstvo artefaktov
- Silný magnet
- Dlhý čas vyšetrenia
Výpočtová tomografia - princíp
Rádiologická vyšetrovacia metóda
využívajúca rentgenové žiarenie
Neinvazívna zobrazovacia metóda
Postupné meranie pracovného poľa
pomocou RTG paprskov z rôznych
uhlov (360°)
Zdroj (rentgenka, rentgenová trubica)
+ detektor
Využitie absorpčného kontrastu –
rôzne pohlcovanie žiarenia v
závislosti na hrúbke a materiáli
vyšetrovaného objektu
7
www.radiologykey.com
Výpočtová tomografia - princíp
Výsledok merania - sada 2D projekcií z rôznych pozícií (uhlov
natočenia), ktoré sú následne rekonštruované pomocou
matematických algoritmov (napr. Filtered Backprojection Algorithm)
do 3D dát (predstavujúcich objemovú mapu hustoty objektu)
8www.tvc.utah.edu
Výpočtová tomografia
1979 – Allan M. Cormack a Godfrey N.
Hounsfield – NC za vývoj
počítačovej tomografie
Dobrý kontrast pre kostné tkanivo (aj
fosílie, múmie, spálené kosti)
So zvyšujúcim sa rozlíšením sa
zmenšuje veľkosť pracovného
(vyšetrovaného) poľa
Rozlíšenie celotelových tomografov od
cca 0,5 mm
Krátky čas vyšetrenia
Rôzne „typy“ – iCAT, mikro- a nano-CT,
synchrotronová mikrotomografia
9
- Ionizujúce žiarenie (potenciálne
nebezpečné)
- Zlý kontrast pre mäkké tkanivá
- Artefakty skenovania
- Nevhodné pre výskum žijúcich
populácií
iCAT
Dentálne CT, primárne vyšetrenie
orofaciálnej oblasti
Antropologie:
- Výskum zubov, čeľustí, prípadne
vyšetrenie menších štruktúr,
napr. vnútroušného labyrintu
10
Rozlíšenie niekde medzi konvenčným CT a mikroCT
(v desatinách mm)
Väčšie pracovné pole než mikroCT
Krátky čas vyšetrenia, menšia dávka žiarenia než
konvenčné CT
mikroCT, nanoCT
Rovnaký princíp ako klinická výpočtová tomografia
Rozlíšenie v ráde mikrometrov (mikroCT) alebo nanometrov
(nanoCT), ale malé pracovné pole
Zobrazenie štruktúr na mikroskopickej úrovni – „virtuálna
histológia“
Rotuje objekt, nie záznamový systém
11
Laboratoř počítačové tomografie | CEITEC
VUT
O'Sullivan et al. 2017
Využitie
Výskum vnútorných a dutých štruktúr:
vnútroušný labyrint, prínosové dutiny, endokranium, dreňové
dutiny a kanáliky v zuboch, dreňové dutiny dlhých kostí
12
Neinvazívne vyšetrenie cenných nálezov:
mumifikované pozostatky, fosílie
Výskum mikroskopických štruktúr v 3D:
osteóny, Haversovské kanáliky, nanoCT –
dokonca lakuny po osteocytoch
Vizualizácia a analýza 3D tvaru a
rozloženia/umiestnenia analyzovaných
znakov/štruktúr (napr. zranenia na kostre)
3D – výrazné zlepšenie možností
kvantitatívnych i kvalitatívnych analýz
Spracovávanie objemových dát
- Vizualizácia a segmentácia datasetov, tvorba a úprava 3D modelov,
analýza pôvodných (raw dát) i vygenerovaných modelov
Komerčný software:
Amira (používaný u nás v laboratóriu), Avizo, Mimics, VGStudio
- Vysoká cena, vysoké nároky na výkonnosť PC
- Obrovské možnosti spracovávania a analýzy dát
Voľne dostupný:
InVesalius – redukcia dát pri importe (v závislosti na výkonnosti PC),
malé množstvo editačných nástrojov
3D Slicer – často počas práce „padá“
13
Vizualizácia objemových dát
Multiplanar reconstruction
- Najjednoduchšia forma zobrazenia
- Možnosť zobrazenia 3 na seba
kolmých snímok cez jeden bod
(obvykle v 3 hlavných prednastavených
rovinách)
- Možnosť vytvoriť rezy datasetom i v
nových, určených rovinách
14
Volume rendering
- Trojrozmerné zobrazenie
dát (zobrazenie rozdielov
hustoty)
- Len vizualizácia, tento mód
neumožňuje spracovávanie
a analýzu dát
Segmentácia
Automatická
- Určením globálneho thresholdu v
histograme
- Možné využiť len v prípade
jednoznačných a jasných hraníc danej
štruktúry v dátach (tzn. pri dostatočne
rozdielnej radiodenzite požadovanej
štruktúry a jej okolia)
Manuálna
- Vyznačovanie požadovaných oblastí
ručne pomocou rôznych segmentačných
nástrojov a ich kombinácií
- Časovo náročná
15
"vymedzenie" požadovaných štruktúr z celkového objemu dát určením ich
hranice vo všetkých jednotlivých snímkach