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  • [IEEE Trans Med Imaging.] Backprojection Filtration Image Reconstruction Approach for Reducing High-Density Object Artifacts in Digital Breast Tomosynthesis.

    [IEEE Trans Med Imaging.] Backprojection Filtration Image Reconstruction Approach for Reducing High-Density Object Artifacts in Digital Breast Tomosynthesis.디지털 유방 토모 영상에서 고밀도 영상 왜곡 감소를 위한 영상 재구성법 연구

    KAIST / 김형석, 조승룡*

  • 출처
    IEEE Trans Med Imaging.
  • 등재일
    2019 May
  • 저널이슈번호
    38(5):1161-1171. doi: 10.1109/TMI.2018.2879921. Epub 2018 Nov 9.
  • 내용

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    Abstract
    While an accurate image reconstruction of digital breast tomosynthesis (DBT) is fundamentally impossible due to its limited data, the DBT is increasingly used in clinics for its rich image information at a relatively low dose. One of the dominant image artifacts in DBT that hinders a faithful diagnosis is high-density object artifact in conjunction with a limited angle problem. In this paper, we developed a very efficient method for reconstructing DBT images with much reduced high-density object artifacts. The method is based on backprojection filtration reconstruction algorithm, voting strategy, and image blending. Data derivatives were backprojected with appropriate weights to reduce ripple artifacts by use of the voting strategy. We generated another differentiated backprojection volume, where the edges of high-density objects are replaced by the background. After Hilbert transform, we blended the two images to reduce undershoot artifacts. Physical phantoms were scanned and we compared conventional filtered backprojection, filtered backprojection with weighted backprojection, and our proposed method. Ripple artifacts were dramatically suppressed and undershoot artifacts were also greatly suppressed in the proposed method.

     

    Kim H, Lee J, Soh J, Min J, Wook Choi Y, Cho S.

     

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  • 연구소개
    X선 기반 유방암 검진의 대표적인 방법인 마모그라피(mammography) 대비 깊이 방향의 겹친 조직들의 영상을 구별 가능하게 하는 토모합성(tomosynthesis) 기술이 임상에서 활용도가 높아지고 있다. 다만 제한된 스캔각에서 제한된 수의 투사영상을 촬영하여 3차원 영상을 구현하는 토모합성의 근본적인 한계 때문에 깊이 방향의 해상도가 높지는 않으며 특히 밀도가 높은 조직이나 이물질이 조사야 내에 있을 경우 독특한 영상 아티팩트를 유발하게 된다. 물결무늬 잔상 (ripple)이나 음영 (undershoot) 등이 대표적인 아티팩트로 이는 영상 판독을 어렵게 하는 요인이 될 수 있다. 본 논문에서는 이와 같은 아티팩트를 매우 효과적이고 강건하게(robust) 줄일 수 있는 영상 재구성 알고리즘을 제안하였다. 소위 voting 전략이라 불리는 counting 방식을 기본으로 하여 영상 공간에서 특정 voxel이 고밀도 조직의 투사선을 몇 번 통과하게 되느냐에 따라 해당 voxel이 실제 고밀도 조직이 존재하는 slice에 존재하는지 여부를 판가름하는 방식이다. 특정값 이하의 counting이 되는 voxel에서는 고밀도 조직 투사를 지우고 주변 조직만 남기는 전략을 채용하였다. 특히, 역투사필터링 (backprojection -filtration, BPF) 방식의 영상재구성 알고리즘을 이용하여 voting 전략의 효과를 극대화한 것이 본 논문의 핵심 가치이다. BPF 방식에서는 투사영상의 가로방향 미분 영상을 영상 공간에 역투사하고 힐버트 변환을 통해 솔루션 영상을 얻게 되는데, 미분 영상의 특성상 고밀도 조직의 경계선 부분이 강조되어 voting 전략과 결합했을 때 훨씬 더 강건하고 정확한 아티팩트 보정이 가능하게 된다. 기존 토모합성 시스템에서 주로 사용하는 필터링 역투사 (filtered-backprojection, FBP) 영상재구성 알고리즘 대비 월등한 아티팩트 제거 효과가 있음을 실제 팬텀 실험을 통해 제시하였다. 본 기술은 유방암 검진을 위한 토모합성 뿐만 아니라 흉부 토모합성 등의 유사 관련 분야 및 산업용 비파괴 검사 기술의 하나인 라미노그라피 등에서 활용 가치가 높다고 사료된다.
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