Clinical Application of K-means Clustering Algorithm for Metal Artifact Reduction in Computed Tomography Simulation Images for Intracavitary Brachytherapy

Brachytherapy applicators can create metal artifacts in Computed Tomography (CT) images of patients, for example, cervical cancer. Artifacts can obscure tumors or organs at risk and reduce the efficiency of treatment planning in radiotherapy management. The purpose of this study was to examine a metal artifact reduction algorithm using the k-means clustering segmentation technique. The sinogram completion method was applied to uncorrected images to reduce the metal artifacts. To test the effectiveness of the algorithm on the CT images, ten patients with cervical cancer were examined. The regions of interest were placed on two hypodense and hyperdense streak areas which were close to the applicator, to determine the mean CT number and the standard deviation. Both uncorrected and corrected images were measured. The percentage difference of the CT number between the corrected and uncorrected images was calculated, together with the standard deviation. The corrected images showed that the algorithm reduced the metal artifacts in both the hypodense and hyperdense streak areas. The CT number of hypodense and hyperdense streak areas were close to that of the neighboring tissue. The standard deviation of hypodense streak was significantly reduced. The percentage difference of the standard deviation was 86.77%. The mean difference of the standard deviation of the uncorrected and corrected images were significantly different (p<0.05). The results of the study indicate that the metal artifact reduction algorithm can be effectively applied to CT images of brachytherapy patients for reducing metal artifacts in the CT image that affect the treatment planning process. การประยกตใชเค-มนคลสเตอรงอลกอรทมทางคลนกเพอลดสงแปลกปลอมโลหะในภาพเอกซเรยคอมพวเตอรจำลองการรกษาสำหรบการสอดใสแรในงานรงสรกษาระยะใกล วมลมาศ ทองงาม1, ฐตพงศ แกวเหลก2, จรศกด คำฟองเครอ3, นนทวฒน อด1,2* 1สาขาวชาฟสกสการแพทย ภาควชารงสเทคนค 2ภาควชารงสเทคนค คณะสหเวชศาสตร มหาวทยาลยนเรศวร อ.เมอง จ.พษณโลก 65000 บทคดยอ สงแปลกปลอมโลหะทเกดจากอปกรณสอดใสแรในภาพเอกซเรยคอมพวเตอรของผปวยมะเรงปากมดลกสงผลใหกอนมะเรงหรออวยวะทสำคญถกบดบง ซงทำใหลดประสทธภาพของการวางแผนการรกษาในงานทางรงสรกษาได การศกษาวจยครงนไดทำการศกษาอลกอรทมลดสงแปลกปลอมโลหะในภาพเอกซเรยคอมพวเตอรดวยเทคนคการคดแยกโลหะแบบเค-มน คลสเตอรง โดยใชวธการปรบปรงใหขอมลไซโนแกรมมความสมบรณเพอลดสงแปลกปลอมโลหะทปรากฏบนภาพเอกซเรยคอมพวเตอร เมอทำการทดสอบอลกอรทมโดยใชภาพเอกซเรยคอมพวเตอรจำลองการรกษาของผปวยมะเรงปากมดลกจำนวน 10 ราย โดยวางพนททสนใจบรเวณสงแปลกปลอมโลหะสดำและสขาวอยางละ 2 ตำแหนง ซงอยรอบๆ อปกรณสอดใสแร แลวทำการวดคาเลขซทและคาสวนเบยงเบนมาตรฐานในตำแหนงดงกลาวทงภาพกอนและหลงใชอลกอรทม แลวคำนวณคารอยละความแตกตางของคาเลขซทและคาสวนเบยงเบนมาตรฐาน พบวาภาพหลงใชอลกอรทมปรากฏสงแปลกปลอมลดลงทงสวนทเปนสงแปลกปลอมสดำและสขาว ตำแหนงสงแปลกปลอมสดำสามารถลดคาสวนเบยงเบนมาตรฐานไดอยางชดเจน คารอยละความแตกตางของคาสวนเบยงเบนมาตรฐานเทากบรอยละ 86.77 คาเลขซทหลงใชอลกอรทมมคาใกลเคยงกบเนอเยอโดยรอบ คาเฉลยของสวนเบยงเบนมาตรฐานของภาพกอนและหลงใชอลกอรทมมความแตกตางกนอยางมนยสำคญทางสถต (p<0.05) อลกอรทมสามารถนำไปใชลดสงแปลกปลอมโลหะซงเปนอปสรรคตอกระบวนการวางแผนการรกษาบนภาพเอกซเรยคอมพวเตอรของผปวยทเขารบการรกษาดวยเทคนครงสรกษาระยะใกล