Rozszerzona wizualizacja osiowa kręgosłupa

Wizualizacja osiowa kręgosłupa jest metodą analityczną służącą do oceny zaawanso-wania skoliozy idiopatycznej. Skolioza jest schorzeniem w którym kręgi piersiowe lub lędźwiowe są przemieszczone i zdeformowane w trzech płaszczyznach [95, 189]. Do-kładne położenie kręgów wyznaczyć można na podstawie badania Tomografii Kom-puterowej (ang. Computed Tomography), zadanie to jest jednak czasochłonne, więc w praktyce klinicznej położenie kręgów wyznacza się na podstawie dwóch, wyko-nywanych w pozycji stojącej, radiogramów: przedniego i bocznego [109, 113, 116].

Metoda rozszerzonej wizualizacji osiowej kręgosłupa oparta została na wykorzystaniu Radiogramów Cyfrowo Zrekonstruowanych z Tomografii Komputerowej, pozwalając na szybkie wyznaczenie położenia kręgów w pozycji leżącej.

Procedura wykreślania Projekcji Osiowej Kręgosłupa, z technicznego punktu wi-dzenia, opiera się na rzutowaniu z góry położenia geometrycznych środków trzonów kręgów (Rys. 5-10, 5-11) na płaszczyznę z wykorzystaniem radiogramów wykonanych w kierunkach czołowym (ang. coronal ) i strzałkowym (ang. sagittal ) oraz dokładnej

Rysunek 5-10: Przykład wyznaczenia położenia geometrycznego środka trzonu kręgu na pod-stawie Tomografii Komputerowej. Lewa strona: obraz Tomografii Komputerowej w trzech płaszczyznach. Prawa strona: model 3D kręgu z przykładowym punktem środkowym trzonu kręgu.

Rysunek 5-11: Przykład wyznaczenia położenia geometrycznego środka trzonu kręgu na podstawie Cyfrowo Zrekonstruowanego Radiogramu. Lewa strona: Cyfrowo Zrekonstruowa-ny Radiogram. Prawa strona: wyznaczone przykładowe punkty środkowe trzonów kręgów.

analizie krzywizny kręgosłupa na podstawie otrzymanych rezultatów [84](Rys. 5-12).

Rozwiniętą wraz z Kliniką Chorób Kręgosłupa i Ortopedii Dziecięcej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu metodę wizualizacji kręgosłupa w płaszczyźnie osiowej oceniono poprzez analizę wyników Projekcji Osiowej Kręgosłu-pa (ang. Spine Axial Presentation) [84], wykonanej na podstawie Cyfrowo Zrekonstru-owanych Radiogramów (ang. Digitally Reconstructed Radiograph)(Rozdz. 5.2.1)[73] z badań metodą Tomografii Komputerowej (ang. Computed Tomography).

Cyfrowo Rekonstruowany Radiogram

Standardowa Radiografia zastępowana jest aktualnie przez jej współczesną wersję -Radiografię Komputerową (ang. Computed Radiography) [52, 166, 184]. Radiogra-fia wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie do wizualizacji wewnętrznych

struk-Rysunek 5-12: Przykład Rozszerzonej Prezentacji Osiowej Kręgosłupa wykonanej na podsta-wie dwóch Radiogramów Komputerowych. Lewa strona: radiogramy komputerowe przedsta-wiające skoliozę idiopatyczną wykonane w płaszczyźnie czołowej i strzałkowej. Prawa strona:

Rozszerzona Wizualizacja Osiowa Kręgosłupa.

tur ciała ludzkiego. Podczas badania dawka promieniowania wysyłana jest w kierun-ku obiektu, określona wartość promieniowania, zależna od gęstości i składu obiektu, jest absorbowana przez obiekt, natomiast pozostałe promieniowanie absorbowane jest przez cyfrowy detektor tworząc dwuwymiarowy obraz struktur.

Inną metodą wykorzystującą promieniowanie rentgenowskie do diagnostyki me-dycznej jest Tomografia Komputerowa (ang. Computed Tomography) [29, 107]. Me-toda ta podobnie do Radiografii analizuje zanik promieniowania wywołany absorbo-waniem go przez badany obiekt. Tomografia Komputerowa dostarcza trójwymiarowej informacji o obiekcie w postaci zestawów dwuwymiarowych obrazów będących wy-nikiem skanowania dookoła osi głównej obiektu, jest jednak badaniem inwazyjnym, narażającym pacjenta na wielokrotnie większą dawkę promieniowania jonizującego w stosunku do standardowego badania radiologicznego [27, 183].

Porównując działanie Radiografii i Tomografii komputerowej zauważyć można, iż obie metody wykorzystują do analizy spadek promieniowania, lecz różnią się kierun-kiem badania. Tomografia Komputerowa pozyskuje trójwymiarową informację po-przez spiralny ruch naokoło osi głównej badanego obiektu, natomiast Radiografia Komputerowa uśrednia trójwymiarową informację poprzez badanie obiektu w

kierun-ku prostopadłym do jego osi głównej i rzutowanie wyników na przeciwległą płaszczy-znę. Radiogram Komputerowy zdefiniować można więc jako kierunkowo uśrednioną informację przenoszoną przez Tomografię Komputerową.

Do poprawnej analizy i ewaluacji Rozszerzonej Wizualizacji Osiowej Kręgosłu-pa wykorzystano Cyfrowo Zrekonstruowane Radiogramy. Rozwiązanie takie pozwoli-ło ograniczyć ilość inwazyjnych badań wykonywanych pacjentowi, a co za tym idzie przyjętą przez pacjenta dawkę promieniowania jonizującego. Co więcej Radiogramy Zrekonstruowane Cyfrowo na podstawie Tomografii Komputerowej przedstawiają pa-cjenta w pozycji leżącej, bliższej warunkom operacyjnym, niż standardowe Radiogra-my Komputerowe wykonywane w pozycji stojącej.

Opracowana efektywna metoda szybkiego tworzenia Cyfrowo Zrekonstruowanych Radiogramów (ang. Digitally Reconstructed Radiograph) [73] (Rys. 5-13 i 5-14) dla po-trzeb przedoperacyjnej oceny kręgosłupa, dzięki wykorzystaniu podstawowych sche-matów obliczeniowych, cechuje się wysoką wydajnością. Na początku wczytywane są obrazy w formacie DICOM. Obrazy te poddawane są filtracji wstępnej polegającej na manualnym ustaleniu kontrastu i jasności. Tak przygotowane obrazy konwertowane są do formatu PNG. Następnie wartości poszczególnych pikseli kolejnych obrazów wczy-tywane są do trójwymiarowej macierzy. Dla każdej kolumny i wiersza macierzy liczona jest wartość średnia, a wyniki zapisywane są do dwuwymiarowych macierzy będących wstępnymi odpowiednikami Radiogramów Komputerowych w płaszczyznach: czoło-wej, strzałkowej i poprzecznej. Na bazie średnich macierzy oraz określonych przez użytkownika parametrów granicznych wyznaczane są granice ważności określające za-kresy skali szarości odpowiadające wizualizowanym tkankom. Piksele, których war-tości znajdują się wewnątrz zakresów ważności, wykorzystywane są do budowy osta-tecznych Cyfrowo Zrekonstruowanych Radiogramów. Wartości pikseli, które znajdują się poza granicami ważności, przekształcane są w taki sposób, aby przedstawiać tło.

Ostatecznie na podstawie zmodyfikowanej trójwymiarowej macierzy pikseli, poprzez uśrednianie wartości w odpowiednich kierunkach, tworzone są nowe, finalne Cyfrowo Zrekonstruowane Radiogramy.

Dane wejściowe każdej kolumny i każdego wiersza

Utworzenie dwuwymiarowych macierzy wartości średnich

odpowiedników wstępnych Cyfrowo Zrekonstruowanych Radiogramów

Wyznaczenie granic ważności na bazie macierzy średnich oraz określonych

przez użytkownika parametrów granicznych Zmodyfikuj intensywność

pikseli do poziomu tła

Utworzenie

Rysunek 5-13: Schemat blokowy budowy Cyfrowo Zrekonstruowanego Radiogramu z danych uzyskanych metodą Tomografii Komputerowej.

Rysunek 5-14: Schemat budowy Cyfrowo Zrekonstruowanego Radiogramu z danych