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  • [IEEE Trans Med Imaging.] A Novel Low-Dose Dual-Energy Imaging Method for a Fast-Rotating Gantry-Type CT Scanner

    [IEEE Trans Med Imaging.] A Novel Low-Dose Dual-Energy Imaging Method for a Fast-Rotating Gantry-Type CT Scanner 빠르게 회전하는 갠트리 형 CT 스캐너를 위한 새로운 저선량 이중 에너지 영상 방법

    KAIST / 조상훈, 조승룡*

  • 출처
    IEEE Trans Med Imaging.
  • 등재일
    2021 Mar
  • 저널이슈번호
    40(3):1007-1020. doi: 10.1109/TMI.2020.3044357.
  • 내용

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    Abstract
    CT scan by use of a beam-filter placed between the x-ray source and the patient allows a single-scan low-dose dual-energy imaging with a minimal hardware modification to the existing CT systems. We have earlier demonstrated the feasibility of such imaging method with a multi-slit beam-filter reciprocating along the direction perpendicular to the CT rotation axis in a cone-beam CT system. However, such method would face mechanical challenges when the beam-filter is supposed to cooperate with a fast-rotating gantry in a diagnostic CT system. In this work, we propose a new scanning method and associated image reconstruction algorithm that can overcome these challenges. We propose to slide a beam-filter that has multi-slit structure with its slits being at a slanted angle with the CT gantry rotation axis during a scan. A streaky pattern would show up in the sinogram domain as a result. Using a notch filter in the Fourier domain of the sinogram, we removed the streaks and reconstructed an image by use of the filtered-backprojection algorithm. The remaining image artifacts were suppressed by applying l0 norm based smoothing. Using this image as a prior, we have reconstructed low- and high-energy CT images in the iterative reconstruction framework. An image-based material decomposition then followed. We conducted a simulation study to test its feasibility using the XCAT phantom and also an experimental study using the Catphan phantom, a head phantom, an iodine-solution phantom, and a monkey in anesthesia, and showed its successful performance in image reconstruction and in material decomposition.

     

    (좌) 제안하는 다중 슬릿 빔필터 기반의 CT 스캐닝 방법 (우) 고품질의 prior 영상을 만들어내는 이미지 프로세싱 알고리즘 

     

    Affiliations

    Sanghoon Cho, Seoyoung Lee, Jongha Lee, Donghyeon Lee, Hyoyi Kim, Jong-Hyun Ryu, Kilhwan Jeong, Kyu-Gyum Kim, Kwon-Ha Yoon, Seungryong Cho

  • 연구소개
    이중에너지 CT 이미징은 낮은 에너지와 높은 에너지 X선 데이터를 이용해 물질분별을 가능하게 하는 기술입니다. 특정 물질의 이미지만 제공할 수 있어 진단에 많은 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 환자의 조영제 부담을 크게 줄일 수 있는 장점도 있습니다. 기존 이중에너지 CT는 이중 X선 소스 CT, fast kVp switching CT (관전압을 저-고전압으로 빠르게 전환), 검출기 기반의 spectral CT 등이 있는데, 이들은 통상 프리미엄 CT로 불리며 판매회사의 마케팅 품목 최상단에 위치한 고가의 기술입니다. 본 논문에서는 원광대 의과대학 윤권하 교수님 연구팀과 공동연구를 통해 의료현장에 훨씬 많이 존재하는 단일에너지 CT 시스템에서 저선량 조건으로 이중에너지 영상화를 구현할 수 있는 방법을 제안하였습니다. 사선 모양의 다중 슬릿 빔필터를 X선 소스 앞단에 설치하고, 빔필터를 CT 회전축과 평행한 방향으로 천천히 움직이며 데이터를 획득합니다. 이 방법은 빠르게 회전하는 (1-4 rot/sec) 진단용 CT에 빔필터를 안정적으로 탑재할 수 있는 장점이 있습니다. 빔필터는 낮은 에너지의 광자들을 흡수하므로, 빔빌터를 통과한 광자들의 평균에너지가 높은 값을 갖게됩니다. 반면에, 슬릿을 통과한 광자는 기존 에너지 정보이므로, 한 번의 스캔으로 낮은 에너지와 높은 에너지 데이터를 동시에 획득할 수 있습니다. 이 데이터로부터 좋은 prior 영상을 만들어내는 혁신적인 이미지 프로세싱 기술을 개발하였고, 이 prior 영상 정보를 이용해 압축센싱 기반의 영상재구성 알고리즘으로 이중에너지 이미징을 구현하였습니다.
  • 편집위원

    CT는 오랜 동안 아주 유용하게 사용되고 있지만 환자에게 선량이 많이 들어가기 때문에 이를 줄이려는 노력과 그 반대급부로 영상의 질 저하를 막으려는 연구가 끊임없이 되고 있다. 2중 에너지와 멀티슬릿 필터를 사용해서 빠르게 회전하는 갠트리타입 CT에서도 좋은 영상을 만들어 내는 기술이 재미있었다.

    2021-05-06 15:47:42

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