Joel Larsson - Svår balans mellan tydligare röntgenbilder och att minimera stråldosen till patienten

Länk till avhandlingen

Den här avhandlingen understryker vikten att studera förvrängningseffekten när ickelinjära algoritmer, avsedda att minska synligt brus, används för att minska stråldosen vid datortomografiska undersökningar.

Svår balans mellan tydligare röntgenbilder och att minimera stråldosen till patienten

Bild

Allt fler vanliga röntgenundersökningar har blivit ersatta av skiktröntgenundersökningar utförda med datortomografer. En orsak är att en datortomograf till skillnad från ett vanligt röntgensystem avbildar skivor av kroppen, vilket gör att organen i mindre grad riskerar att skymma eventuell sjukdom. Men att använda datortomografiska bilder är inte helt oproblematiskt, då stråldosen oftast är mycket högre vid datortomografi jämfört med vanliga röntgenundersökningar.

– Eftersom röntgenstrålning kan medföra risker för patienten så vill man använda så lite strålning som möjligt vid röntgenundersökningarna. Men när strålningen minskas så uppstår istället ett oönskat brus i röntgenbilden, bilden blir alltså inte lika tydlig som man önskar, säger Joel Larsson, sjukhusfysiker, verksam bland annat som strålningsfysikalisk ledningsfunktion för röntgenundersökningar vid Bild- och funktionsmedicin i NU-sjukvården.

Bruset i en datortomografibild kan minskas med hjälp av en matematisk algoritm

Det traditionella sättet att minska brus är att använda en linjär matematisk algoritm som viktar bildinnehållet på ett sådant sätt att kontrast till brusförhållandet i bilden ökas. Detta leder samtidigt till att skarpa kanter i bilden smetas ut (upplösningen blir lägre) och brusminskningen blir då beroende på vilken upplösning som krävs för att svara på den specifika sjukdomsfrågeställningen.

– Utöver dessa linjära algoritmer, så finns det ickelinjära algoritmer avsedda att minska bruset medan upplösningen ökas eller förblir opåverkad. Kvaliteten på en bild framställd med en sådan algoritm blir dock beroende på vad som avbildats samt på brusnivån, det vill säga upplösningen kan bli lägre för strukturer med lägre kontrast samt lägre då bruset ökas. Detta leder till att bildkvaliteten i en patient blir svårare att förutse än för en linjär algoritm vilken inte har detta beroende. Intrycket av bildinnehållet kan också möjligen ändras vid en ickelinjär brusminskning, vilket kan försvåra bedömningen av en sjukdomsfrågeställning.

Hans forskning handlar om att utveckla och utvärdera metoder som i sin tur skall kunna utvärdera skiktröntgenbilder som blivit framtagna med ickelinjära algoritmer, vilka är avsedda att sänka bruset i bilderna.

Ny metod kan kartlägga och utvärdera ickelinjära brusminskande algoritmer

I avhandlingen framkommer att utvärderingarna som gjordes av röntgenläkare visade på att synbarheten vid huvud- och magundersökningar bedömdes bli bättre upp till en viss grad av brusminskning med en ickelinjär algoritm. Vid högre brusminskning försämrades däremot synbarheten av vissa strukturer och organ.

– Mina forskningsresultat visar att denna försämring kan beskrivas med hjälp av begreppet distorsion (förvrängning), det vill säga att när en ickelinjär algoritm tar bort bruset så kan bilden förvrängas på ett sådant sätt så att vissa av de avbildade organen slätas ut och blir suddiga.

En ny metod utvecklades för att visa var i bilden förvrängningen ägt rum. Den nya metoden visade inte bara att de avbildade organen kunde förvrängas av bruset utan att även bruset kunde förvrängas av det som avbildades.

– Genom att förvrängningen nu kan kartläggas med den nya metoden så skulle en utvärdering av en ickelinjär brusminskande algoritm kunna förbättras. Således kan den framtagna metoden vara ett stöd i optimeringen av bildkvalitet, så att strålningen till patienterna kan minskas på ett säkert sätt då dessa algoritmer används. Möjligen skulle metoden även kunna hjälpa till att konstruera nya bättre brusminskande algoritmer som skapar så lite förvrängning som möjligt.

Illustrationen ovan är från avhandlingens kappa figur 10:
a) visar ett exempel på en typisk datortomografibild med den brusminskning som redan användes vid studiens start
b) visar samma bild men utan brusminskning
c) visar samma bild men med den högsta möjliga brusminskningen med den undersökta algoritmen
d) visar samma bild men med den i studien funna optimala brusminskningen.

Text: Susanne Lj Westergren