Analyse von Artefakten bei der virtuellen endoskopischen Darstellung auf Basis von Spiral-CT-Daten

Zusammenfassung.

Ziel: Qualitative Analyse der Morphologie und Ursache von Artefakten bei der virtuellen endoskopischen Visualisierung von Spiral-CT-Daten. Material und Methoden: Eine gerade Plexiglasröhre mit einem Durchmesser von 20 mm wurde in drei unterschiedlichen Positionen mit 10 Spiral-CT Protokollen untersucht, die sich in Tischvorschub, Rekonstruktionsinkrement, Kernel und Hintergrundrauschen unterschieden (Tomoscan AVE, Philips). Die resultierenden 30 Datensätze wurden auf einer medizinischen Bildverarbeitungsworkstation in Form einer virtuellen Endoskopie (VE) mit 10 unterschiedlichen Visualisierungsprotokollen dargestellt (Easy Vision 4.2, Philips). Zur Unterscheidung von Scan- und Visualisierungsartefakten wurde ein rechnergeneriertes Röhrenmodell herangezogen. Ergebnisse: Bei der Auswertung der 300 VE-Darstellungen wurden 5 unterschiedliche Artefaktarten differenziert. Spiralförmige Artefakte und kabbelwellenförmige Unebenheiten in der visualisierten Lumenoberfläche variierten mit den gewählten Scanparametern und waren somit der Datenakquisition zuzurechnen. Eine zu kleine Bildmatrix bei der Objektvisualisierung erzeugte Moiré Artefakte. Bei der Wahl eines großen Blickwinkels führten Verzerrungen zu einer Fehleinschätzung der Orientierung und der anatomischen Proportionen. Diese Artefakte waren somit ausschließlich der speziellen Visualisierungsmethode zuzurechnen. Das Auftreten von Pseudoforamina in der Röhrenwand hing sowohl von den gewählten Scan- als auch von den Visualisierungsparametern ab. Schlussfolgerung: Die Kenntnis der bei der virtuellen CT-Endoskopie auftretenden Artefaktarten und der zugrundeliegenden Ursachen ist die Voraussetzung zur Interpretation und indikationsbezogenen Optimierung dieser Visualisierungsform.

Analysis of Artifacts Found in Endographic Visualization of Spiral CT Scans.

Purpose: Analysis of patterns and causes of artifacts found in endographic visualization of spiral CT data. Materials and methods: A straight perspex tube with a diameter of 20 mm was scanned in three different positions with ten scan protocols of varying table feed, increment, kernel, and signal to noise ratio (Tomoscan AVE, Philips). The resulting 30 CT datasets were visualized as a virtual endoscopy (VE) with ten different visualization protocols (Easy Vision 4.2, Philips) of varying threshold, resolution, and perspective angle. 300 VE datasets were analyzed by two radiologists and compared with the visualization of a software-generated tube in order to differentiate scanning and software artifacts. Results: Five different classes of artifacts have been identified. Two of them result from the scanning process and two from the specific visualization method. Spiral patterns and the unevenness of the tube wall vary with the scanning parameter. Moiré-like patterns are caused by the VE software and depend on the visualization matrix. A high perspective angle distorts the size and form of the tube and makes it difficult for the observer to locate his position within the tube. The appearance of pseudoforamina depends on both the scanning and the visualization parameters. Conclusion: The knowledge of the patterns and potential causes of artifacts in endographic visualization of spiral CT scans are the basis for interpretation and optimization of this visualization method.

Schlüsselwörter:

CT - 3D-Rekonstruktion - Virtuelle Endoskopie - Artefakte - Phantom

Key words:

CT - three-dimensional - Image processing - Artifact - Phantoms

Literatur

• 1 Bachmann G, Bauer T, Jürgensen I, Schwab J, Weimar B, Rau W S. Diagnostische Sicherheit und therapeutische Relevanz von CT-Arthrographie und MR-Arthrogrpahie der Schulter.  Fortschr Röntgenstr. 1998;  168 149-156
• 2 Rubin G D, Beaulieu C F, Argiro V, Ringl H, Norbash A M, Feller J F, Dake M D, Jeffrey R B. Perspective volume rendering of CT and MR images: applications for endoscopic imaging.  Radiology. 1996;  199 321-330
• 3 Jansen O, Braks E, Hähnel S, Schramm T, Sartor K. CT-Angiographie zur Größenbestimmung intrakranieller Aneurysmen vor GDC-Therapie.  Fortschr Röntgenstr. 1998;  169 175-181
• 4 Ferretti G R, Vining D J, Knoplioch J, Coulomb M. Tracheobronchial tree: three-dimensional spiral CT with bronchoscopic perspective.  J Comput Assist Tomogr. 1996;  20 777-781
• 5 Rogalla P, Werner Rustner M, Huitema A, van Est A, Meiri N, Hamm B. Virtual endoscopy of the small bowel: phantom study and preliminary clinical results.  Eur Radiol. 1998;  8 563-567
• 6 Freund M, Wesner F, Reibe F, Emde L, Hutzelmann A, Heller M. Spiral CT angiography for preoperative planning in patients with epigastric tumors: comparison with arteriography.  J Comput Assist Tomogr. 1996;  20 786-791
• 7 Frölich J J, Alfke M, Hoppe M, Vogt S, Vannucchi A, Moosdorf R, Klose K J. Postoperative Darstellung von synthetischen Koronararterien-Basses mittels CT-Angiographie.  Fortschr Röntgenstr. 1998;  169 115-120
• 8 Kopp A F, Georg C, Claussen C D. Multidetektor-CT-Angiografie des Oberbauches. Stenose der Arteria mesenterica superior.  Fortschr Röntgenstr. 2000;  172 M1
• 9 Neumann K, Winterer J, Kimmig M, Burger D, Einert A, Allmann K H, Hauer M, Langer M. Real-time interactive virtual endoscopy of the tracheo-bronchial system: influence of CT imaging protocols and observer ability.  Eur J Radiol. 2000;  33 50-54
• 10 Luboldt W, Weber R, Seemann M, Desantis M, Reiser M. Influence of helical CT parameters on spatial resolution in CT angiography performed with a subsecond scanner.  Invest Radiol. 1999;  34 421-426
• 11 Wang G, Vannier M W. Optimal pitch in spiral computed tomography.  Med Phys. 1997;  24 1635-1639
• 12 Ney D R, Fishman E K, Magid D, Robertson D D, Kawashima A. Three-dimensional volumetric display of CT data: effect of scan parameters upon image quality.  J Comput Assist Tomogr. 1991;  15 875-885
• 13 Rieker O, Mildenberger P, Neufang A, von Zitzewitz H, Schweden F, Thelen M. CT-Angiographie bei arterieller Verschlußkrankheit: Vergleich von 3 Rekonstruktionsverfahren.  Fortschr Röntgenstr. 1997;  167 361-370
• 14 Rieker O, Mildenberger P, Rudig L, Schweden F, Thelen M. CT von Frakturen: Vergleich von Volumen- und Oberflächenrekonstruktionen.  Fortschr Röntgenstr. 1998;  169 490-494
• 15 Rieker O, Mildenberger P, Thelen M. Farbkodierte Volumen-Rekonstruktionen zur dreidimensionalen Darstellung von CT-Daten.  Fortschr Röntgenstr. 1999;  170 109-111
• 16 Wang G, Vannier M W. Stair-step artifacts in three-dimensional helical CT: an experimental study.  Radiology. 1994;  191 79-83
• 17 Wilting J E, Timmer J. Artefacts in spiral-CT images and their relation to pitch and subject morphology.  European Radiology. 1998;  9 (2) 317-322
• 18 Schorn C, Obenauer S, Funke M, Hermann K P, Kopka L, Grabbe E. Schichtempfindlichkeitsprofile und Bildpunktrauschen einer Mehrschicht Spiral-CT im Vergleich zu einer Einschicht Spiral-CT.  Fortschr Röntgenstr. 1999;  171 219-225
• 19 Drebin R A, Magid D, Robertson D D, Fishman E K. Fidelity of three-dimensional CT imaging for detecting fracture gaps.  J Comput Assist Tomogr. 1989;  13 487-489
• 20 Howard J D, Elster A D, May J S. Temporal bone: three-dimensional CT. Part I. Normal anatomy, techniques, and limitations.  Radiology. 1990;  177 421-425
• 21 Kalender W A, Polacin A, Suss C. A comparison of conventional and spiral CT: an experimental study on the detection of spherical lesions.  J Comput Assist Tomogr. 1994;  18 167-176
• 22 Wittenberg G, Lenk G, Jenett M, Elsner H, Kaiser W A, Kellner M, Hahn D. In-vitro-Versuche zur Stenosegradbestimmung mit der Spiral-CT-Angiographie.  Fortschr Röntgenstr. 1999;  168 (6) 557-561
• 23 Beilicke M, Kloppel R, Lieberenz S. In-vitro-Untersuchungen zum Nachweis vaskulärer Stenosen mit der Spiral-CT-Angiographie.  Fortschr Röntgenstr. 1998;  168 217-221
• 24 Lehmann T, Oberschelp W, Pelikan E, Repges R. Bildverarbeitung für die Medizin. Springer 1995
• 25 Kopp A F, Ohnesorge B, Flohr T, Georg C, Schroder S, Kuttner A, Martensen J, Claussen C D. Multidetektor CT des Herzens: Erste Klinische Anwendung einer retrospektiv EKG-gesteuerten Spirale mit optimierter zeitlicher und örtlicher Auflösung zur Darstellung der Herzkranzgefäße.  Fortschr Röntgenstr. 2000;  172 (5) 429-435