Evaluation of the Application of Orthopedic Metal Artifact Reduction and Iterative Reconstruction Algorithms in CT Imaging of Hip Prostheses

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

The CT imaging of metal hip prosthesis causes metal-related artifacts reducing the overall image quality and clinical value of CT. This study aims to an evaluation of using orthopedic metal artifact reduction (O-MAR) technique and iterative model-based reconstruction (IMR) in CT imaging of bilateral total hip prostheses in a pelvis phantom. The fabricated pelvis phantom has four major components, pelvis bones, muscle, fat, and vascular structures, and was made using different concentrations of respectively calcium sulfate, bee wax, agarose powder, and Iohexol. Two types of hip prosthesis were used total hip and Austen Moore prosthesis. Different types of algorithms, filtered back projection (FBP), iDose4, and IMR with different Kilo-Voltage peak (kVps) settings at 80, 100, 120, and 140, combined with O-MAR were applied on this phantom. The image quality criteria were CT number, noise, and signal to noise ratio (SNR) and were analyzed by five regions of interest (ROIs), while regions R1 and R5 were the primary focusing. The five RIOs representing the following anatomy (right common iliac artery, left common iliac artery, right gluteus medius muscle, fat, and urinary bladder) respectively from R1 – R5. Without the prosthesis, results showed that IMR resulted in lower CT number, noise values, and increased SNRs relative to FBP and iDose4 for regions R1- R5. With the prosthesis, O-MAR improved CT-number precision for region R1 by 49% and 83% for FBP and IMR (p<0.05), relative to iDose4 by 57% without any significant changes at (p<0.05). For region R5, O-MAR improved CT-number precision by 81%, 89%, and 92% towards baseline values for respectively FBP, iDose4, and IMR (p<0.05). Also, O-MAR was most efficient in minimizing noise when integrated with IMR with corrections in the noise in R5 with 79 %, 90 %, and 92 % for respectively FBP, iDose4, and IMR (p<0.05). . Additionally, O-MAR was most effective in correcting SNR deviations when integrated with IMR with absolute SNR corrections in region R5 with 29 ± 1 and 43 ± 4 for FBP and IMR (p<0.05), compared to iDose4 by 37 ± 7without any significant changes (p>0.05). For region R1, O-MAR improves SNR corrections by 5 ± 1, 23 ± 5, and 42 ± 9 for respectively FBP, iDose4, and IMR (p<0.05). O-MAR paired with IMR revealed an HU correction for region R5 of 90%, 90%, 93%, and 93% for respectively 80, 100, 120, and 140-kVp results. Noise was corrected for with 92%, 91%, 92% and 92% for respectively 80, 100, 120 and 140-kVp results. SNR corrections were 37%, iv38%, 46% and 52% for respectively 80, 100, 120 and 140-kVp results. For region R1, O-MAR combined with IMR showed an average HU correction of 90%, 68%, 81%, and 93% for respectively 80, 100, 120, and 140-kVp results. Noise was corrected with 89%, 88%, 90% and 89% for respectively 80, 100, 120 and 140-kVp results. SNR corrections were 55%, 42%, 38% and 34% for respectively 80, 100, 120 and 140-kVp results. In conclusion, O-MAR decreases the appearance of metal artifacts using iDose4and is most efficient in severe artifacts when used in combination with 140-kVp and IMR. CT imaging of a bilateral total hip prosthesis phantom, using IMR together with O-MAR increases image quality by significantly minimizing metal artifacts, reducing noise, and enhancing CT number and SNR

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

f473ba57-d841-4f47-bd76-8a89a83e1fcd

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

945238_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

تقييم تطبيق خوارزميات الحد من التشويه الناتج عن الزرعات المعدنية العظمية وإعادة البناء التكراري في التصوير المقطعي المحوسب للأطراف الاصطناعية للورك

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"Hjouj Mohammad","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Omarah Naser Saed AbdAlqader","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Evaluation of the Application of Orthopedic Metal Artifact Reduction and Iterative Reconstruction Algorithms in CT Imaging of Hip Prostheses

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

يتسبب تصوير CT للأطراف الاصطناعية للورك المعدني في حدوث عيوب بالصورة تقلل من جودة الصورة الإجمالية والقيمة التشخيصية لجهاز CT. الهدف من هذه الدراسة هو التقييم الكمي لاستخدام خوارزميات الحد من التشويش الناتج عن الزرعات المعدنية العظمية (O-MAR) وإعادة البناء التكراري المستند إلى النموذج (IMR) في CT للأطراف الاصطناعية للورك في مجسم الحوض. مجسم الحوض يحتوي على أربع مكونات تمثل العظم، العضلات، الدهن والشرايين، وتم عملها باستخدام تراكيز مختلفة من كبريتات الكالسيوم، شمع العسل، مسحوق الأغاروز والإيواكسول. تم استخدام نوعين من الزرعات المعدنية تشمل الحوض الكلي وطرف أوستن مور. تم تطبيق أنواع مختلفة من الخوارزميات على المجسم تضمنت الإسقاط الخلفي المفلتر (FBP)، وإعادة الإعمار التكراري الهجين من الجيل الرابع (4iDose) و(IMR) مع استخدام طاقات فولطية ذرية مختلفة (kVps) عند 80 و100 و120 و140 بالتزامن مع تطبيق O-MAR. تم تقييم جودة الصور باستخدام الإعدادات الرقمية التي تتمثل في قيمة Hounsfield unit (HU)، والتشويش، ونسبة الإشارة إلى التشويش، ومن ثم تحليلها بواسطة خمس مناطق في مقطع عرضي واحد. حيث كانت المناطق R1 وR2 هي مناطق التركيز الأساسي، وتمثل هذه المناطق التشريحية التالية: الشريان الحرقفي المشترك الأيمن، الشريان الحرقفي الأيسر المشترك، العضلة الألوية المتوسطة اليمنى، الدهن، والمثانة البولية على التوالي من R1 إلى R5. أظهرت النتائج أن IMR أدى إلى تقليل قيمة HU، ونسبة التشويش، وزيادة في SNRs مقارنة مع FBP وiDose4 لجميع المناطق في حال عدم وجود الطرف الصناعي. مع وجود الطرف الصناعي، حسنت خوارزمية O-MAR قيمة HU في المنطقة R1 بنسبة 49٪ و83٪ على التوالي لكل من FBP وIMR والقيمة الاحتمالية <0.001، مقارنة مع 4iDose بنسبة 57٪. أما في المنطقة R5، تحسنت قيمة HU بنسبة 81٪ و89٪ و92٪ نحو قيم المرجع لكل من FBP وiDose4 وIMR على التوالي والقيمة الاحتمالية 50.0. أيضًا، كان O-MAR أكثر فاعلية في تقليل التشويش عند دمجه مع IMR في المنطقة R5 بنسبة تصحيح 79٪ و90٪ و92٪ على التوالي لكل من FBP و4iDose وIMR والقيمة الاحتمالية 0.05. بالمقارنة في المنطقة R1، قلت قيم التشويش بنسبة 71٪ و89٪ على التوالي لكل من FBP وIMR والقيمة الاحتمالية 0.05، مقارنة مع 4iDose بنسبة 84٪. وكان O-MAR أكثر فاعلية في تصحيح انحرافات نسبة الإشارة إلى التشويش عند دمجه مع IMR في المنطقة R5 بنسبة 29±1 و43±4 على التوالي لكل من FBP وIMR والقيمة الاحتمالية 0.05، مقارنة مع 4iDose بنسبة 37±7. وفي المنطقة R1 كانت 5±1 و23±5 و42±9 على التوالي لكل من FBP و4iDose وIMR والقيمة الاحتمالية 0.05. أثبت O-MAR فاعلية أكبر في تصحيح قيم HU عند دمجه مع IMR، وكانت نتائج 140 kVp في المنطقة R5 بنسبة 90٪ و90٪ و93٪ و93٪ لنتائج 80 و100 و120 و140 كيلوفولت على التوالي. وتم تصحيح التشويش بنسبة 92٪ و91٪ و92٪ و92٪ على التوالي لنتائج 80 و100 و120 و140 كيلوفولت على التوالي، وكانت تصحيحات نسبة الإشارة إلى التشويش بنسبة 37٪ و38٪ و46٪ و52٪ لنتائج 80 و100 و120 و140 كيلوفولت على التوالي. أما بالنسبة للمنطقة R1، أظهرت كفاءة O-MAR عند دمجها مع IMR اختلافًا طفيفًا بين نتائج 80 و140 كيلوفولت، حيث كان متوسط تصحيح HU بنسبة 90٪ و68٪ و81٪ و93٪ لنتائج 80 و100 و120 و140 كيلوفولت على التوالي، وتصحيح التشويش بنسبة 89٪ و88٪ و90٪ و89٪ على التوالي، وكانت تصحيحات نسبة الإشارة إلى التشويش بنسبة 55٪ و42٪ و38٪ و34٪ لنتائج 80 و100 و120 و140 كيلوفولت على التوالي. في الختام، يقلل O-MAR من ظهور العيوب المعدنية باستخدام 4iDose ويكون أكثر فاعلية عند استخدامه مع 140 kVp وIMR. كما يعمل CT للأطراف الاصطناعية باستخدام IMR مع O-MAR على زيادة جودة الصورة عن طريق تقليل التشويش، وتحسين HU ونسبة SNRs.

كلمات الباحثين

Computed Tomography (CT), hip prosthesis, metallic implants, O-MAR, IMR, image quality, noise, Hounsfield Unit (HU), signal-to-noise ratio (SNR)

إشراف وإعداد

الإشراف

Hjouj Mohammad

الإعداد

Omarah Naser Saed AbdAlqader

الاقتباسات الببليوغرافية