CT Data Analysis

Software načte CT snímky ve formátu DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) a umožňuje uživateli vyexportovat data pro tvorbu modelu materiálu kostních tkání. Data jsou exportována jako 2D matice v textovém formátu (*.txt) a je možné s nimi dále pracovat například v MKP systémech.

Software vznikl jako součást řešení projektu specifického vysokoškolského výzkumu na VUT v Brně FSI-J-10-70 a metodicky komentovaný help jako součást řešení projektu rozvoje vysokých škol FRVŠ 1403/2010/G1.

CT Data Analysis HELP

Software je napsán v programovém prostředí Matlab a ke svému spuštění vyžaduje jeho knihovny. K dispozici je verze CT Data Analysis, pro prostředí Matlabu 2009 B a 64bitový operační system.

1. Popis pracovního prostředí

Pracovní plocha programu je rozdělena do šesti částí (obr 1.1).

Obr 1.1 Pracovní prostředí programu CT Data Analysis
1 - pracovní plocha, 2 – panel pro definování oblastí kostní tkáně
3 – export dat, 4 – změna barev, 5 – načtené DICOM soubory, 6 – informace o snímku

2. Načtení snímků

Menu > File > Load CT (Ctrl + L)

Načte DICOM soubory s příponou *.dcm z vybraného adresáře. Průběh načítání databáze je možné sledovat na obrazovce (obr 2.1) a po úspěšném načtení dat se objeví zpráva o počtu snímků.

Obr 2.1 Průběh načítání snímků

3. Uložení databáze

Menu > File > Save as… (Ctrl + D)

Program uloží Vámi vytvořené definované oblasti (ROI), včetně všech snímků. Formát uložení je *.mat.

4. Otevření databáze

Menu > File > Open file… (Ctrl + O)

Program načte předchozí uloženou databázi ve formátu *.mat, aniž by došlo ke ztrátě předchozích definovaných ROI oblastí.

5. Nastavení

Menu > File > Preferences (Ctrl + N)

Nastaví počet barev (obr. 5.1), doporučená hodnota je 100. Toto nastavení se projeví při změně barev viz kap. 8.

Obr 5.1 Nastavení barev

6. Lupa a posun

Nástroje umožňují "zoomovat" a pohybovat s načteným snímkem. Před definováním ROI oblastí je nutné, aby byly tyto nástroje deaktivovány.

7. Přesun mezi snímky

Mezi jednotlivými CT snímky je možné se přepínat v okně na obr 7.1. Každý snímek obsahuje informace důležité k identifikaci pacienta, zařízení a pracoviště. Umístění snímku na PC je zapsáno pod hlavní pracovní plochou. Je možnost vypnout zobrazování informací (Info of slices), čímž se zrychlí přechod mezi jednotlivými snímky.

Obr 7.1 Název snímků a info

8. Změna barev

Program umožňuje změnit stupně šedi do pseudo barev a nebo do teplých barev, což umožňuje zvýraznění jednotlivých tkání (obr 8.1).

Obr 8.1 Zobrazení snímku v různých barvách

9. Segmentace oblasti - definování ROI (Region of Interest)

V panelu Define/Delete ROI jsou tlačítka pomocí nichž uživatel definuje oblast spongiózní a kortikální kosti. Jedná se o ruční segmentaci kostních tkání. Pomocí tlačítka „Define Cortical bone“ si uživatel vybere oblast pomocí polygonu a uzavře jej buď dvojklikem (obr. 9.1-2), nebo kliknutím na první vytvořený bod. S takto definovanou oblastí je možné pohybovat a přesouvat ji a měnit polohu jednotlivých bodů. Oblast se definitivně potvrdí dalším dvojklikem (obr 9.1-3), čímž změní barvu. Vytvořené oblasti je možné i mazat, a to v opačném pořadí než byly vytvořeny.

Stejným způsobem je možné určit oblast spongiózní kostní tkáně, případně ji mazat.

Obr 9.1 Segmentace kostní tkáně - kortikální kosti

Na obr 9.2 je vidět přiklad segmentace pánevní kosti. Jedná se o výběr diskrétních dat, se kterými je možné dále pracovat. V každém snímku je možné vytvořit libovolný počet oblastí (doporučujeme definovat každou kost zvlášť a pro segmentaci jiné kosti vytvořit nový projekt).

Obr 9.2 Segmentace pánve

10. Export dat

Data jsou exportována do textového formátu *.txt. Každý soubor obsahuje matici čísel (512 řádků, 512 sloupců, včetně označení řádků a sloupců). Před exportem je důležité provést nastavení "Export settings" (obr 10.1). Zde je možné vybrat snímek od kterého, po který chceme exportovat, nastavit jméno souborů (číslo je k nim přidáno automaticky) a také přiřadit hodnotě 0 v definované oblasti jinou hodnotu z intervalu 4096 - 9999, aby byla její pozdější identifikace, například v MKP, snadnější (okolní data mimo oblast ROI jsou nastavena na 0).

Obr 10.1 Nastavení exportu dat

Pro grafickou kontrolu vybraných dat slouží tlačítko Preview control kdy se zobrazi vybrané oblasti (obr 10.2).

Obr 10.2 Zobrazeni vybraných dat: spongióza zeleně, kortikális - červeně

Na obr 10.3 jsou uvedena vyexportovaná data ROI oblasti, kde 0 označuje nevybranou oblast. Data reprezentují hodnotu útlumu rentgenových paprsků procházejících objektem při CT vyšetření. Je možné je přepočítat pomocí aproximačních vztahů podle různých autorů na modul pružnosti kostní tkáně.

Obr 10.3 Data načtená v Microsoft Office Excel

11. Příklad využití dat

Využití dat vysegmentovaných řezů k zobrazení kortikální a spongiózní kostní tkáně femuru kyčelní kost (obr 11.1, 11.2) v programu Matlab.

Obr 11.1 Kortikální a spongiózní kostní tkáň femuru

Obr 11.2 Vyhlazený kyčel

12. Tvorba modelu materiálu

Získaná data je možné pomocí korelačních vztahů převést na konkrétní hodnoty materiálových charakteristik. Řada studií potvrzuje korelaci mezi HU a Youngovým modulem pružnosti, což je velmi důležité při tvorbě modelu materiálu a do jisté míry i při tvorbě modelu geometrie analyzované kosti. Pro různé kosti existují korelační vztahy mezi modulem pružnosti E a Hounsfieldovými jednotkami HU.