Bättre bilder med lägre stråldos

Genom att utnyttja beräkningskapaciteten i vanliga grafikkort kan läkare nu på några minuter få tillgång till en tydlig filmsekvens av ett slående hjärta.

Idag är de flesta läkare hänvisade till bilder i två dimensioner för att försöka se och ställa diagnos på hjärtfel. Men tekniken att ta fram 3D-bilder finns, en konkret produkt släpptes ut på marknaden i april 2009 av LiU avknoppningen ContextVision.

Men en forskargrupp under ledning av professor Hans Knutsson på institutionen för medicinsk teknik på LiU, i samarbete med CMIV, Centrum för medicinsk visualisering, har fortsatt arbetet och har nu gjort det möjligt att få fram klara och tydliga bilder på slående hjärtan i fyra dimensioner, och det på bara några få minuter.

- Vi vill ju kunna få fram så bra bilder som möjligt med så låg stråldos som möjligt. Det är ju speciellt viktigt när det handlar om undersökningar av små barn, säger Hans Knutsson.

Ju högre stråldos man använder, desto bättre blir bilderna. Ju lägre stråldos, desto mer brus - det vill säga signaler som kommer från annat än det dunkande hjärtat. Knepet är att filtrera bort så mycket som möjligt av bruset.

- Vi tar bilder i fyra dimensioner och har också filter i alla fyra dimensionerna, berättar Mats Andersson, förste forskningsingenjör på avdelningen för medicinsk informatik.

Hjärtat delas upp i delar där varje del filtreras för sig: en hjärtvägg kan ses som ett plan som rör sig. Vet man bara i vilken riktning rörelsen sker kan man filtrera bort signalen i de andra riktningarna. Ett blodkärl har två dimensioner, alltså kan man filtrera bort allt onödigt i de två andra dimensionerna.

Ofta använder man lite högre stråldos när hjärtat står nästan stilla och en lägre när hjärtat rör sig, ytterligare ett sätt att få så bra bilder så möjligt, men ändå hålla stråldosen nere. En stor fördel med den metod som forskargruppen har utvecklat är att den kan hantera de olikheter i brusnivån som blir följden av att stråldosen varierar.

För att filtrera bruset och få tydliga bilder är det enorma mängder beräkningar som krävs. Dels går det åt beräkningskraft att analysera och beskriva signalen, att bestämma hjärtväggens orientering i rymden och i vilken riktning den rör sig. Dels går det åt beräkningskraft att filtrera bort bruset i övriga riktningar. Varje liten punkt i volymen, voxel, ska analyseras. Filtren, som används i varje bildpunkt, innehåller cirka 10 000 värden. Volymerna har 512 punkters upplösning i bredd, höjd och djupled och kameran tar 20 bilder per hjärtslag. Det innebär att det är närmare en peta (en etta med 15 nollor) beräkningar som behöver utföras för varje hjärtslag.

- Tidigare tog det en hel natt att beräkna och det gör att tekniken inte varit kliniskt och praktiskt användbar, säger Mats Andersson. (till vänster på bilden ovan, Anders Eklund och Hans Knutsson till höger)

Anders Eklund, som nyligen försvarat sin doktorsavhandling i medicinsk informatik, har i samband med sitt avhandlingsarbete använt vanliga kommersiella grafikkort för att effektivisera beräkningarna av bilder tagna i magnetkamera. Samma metod har han använt här.

- Det går att programmera grafikkort så att de beräknar flera voxlar parallellt och beräkningstiden har nu minskat från åtta timmar till åtta minuter, berättar han.

Det gör att filtreringstekniken också blir praktiskt användbar.

- Men det är också viktigt att vi inte filtrerar bort för mycket, för att bilderna ska vara kliniskt användbara måste läkarna kunna utnyttja sin erfarenhet från de vanliga ofiltrerade bilderna, säger Hans Knutsson.

På videon nedan syns tydligt hur bruset i den vänstra bilden nästan helt försvunnit i den högra, filtrerade.

 

 

Forskningsprojektet, Adaptive Filtering of 4D Heart for Image Denoising and Patient Safety, är finansierat av Vetenskapsrådet. En del av projektet drivs även inom den regionala medicintekniksatsningen NovaMedTech och förhoppningen är att även bildbehandlingen i 4D ska leda till en kommersiell produkt i samarbetet med ContextVision.

- 3D tekniken finns och används, nästa steg är att införa 4D. I en arbetsstation kan man ju också vrida och vända på bilderna om det är något man vill titta närmare på, säger Mats Andersson.

Den annorlunda användningen av vanliga kommersiella grafikkort, utvecklade för dataspelsbranschen, har väckt stort internationellt intresse. Anders Eklund åker inom kort på en stor konferens om grafikkort i San José i Kalifornien, där han ska beskriva forskargruppens arbete.

Relaterade länkar
Adaptive Filtering of 4D Heart for Image Denoising and Patient Safety
Anders Eklunds avhandling; Kameran fångar våra tankar
Avdelningen för Medicinsk Informatik
NovaMedTech
Läs mer om NovaMedTech på LiUnytt

 

Monica Westman Svenselius 2012-05-11