Truncation Artifact Reduction Using Weighted Normalization Method in Prototype R/F Chest Digital Tomosynthesis (CDT) System

Chest digital tomosynthesis has become a practical imaging modality because it can solve the problem of anatomy overlapping in conventional chest radiography. However, because of both limited scan angle and finite-size detector, a portion of chest cannot be represented in some or all of the projection. These bring a discontinuity in intensity across the field of view boundaries in the reconstructed slices, which we refer to as the truncation artifacts. The purpose of this study was to reduce truncation artifacts using a weighted normalization approach and to investigate the performance of this approach for our prototype chest digital tomosynthesis system. The system source-to-image distance was 1100 mm, and the center of rotation of X-ray source was located on 100 mm above the detector surface. After obtaining 41 projection views with ${\pm}20^{\circ}$ degrees, tomosynthesis slices were reconstructed with the filtered back projection algorithm. For quantitative evaluation, peak signal to noise ratio and structure similarity index values were evaluated after reconstructing reference image using simulation, and mean value of specific direction values was evaluated using real data. Simulation results showed that the peak signal to noise ratio and structure similarity index was improved respectively. In the case of the experimental results showed that the effect of artifact in the mean value of specific direction of the reconstructed image was reduced. In conclusion, the weighted normalization method improves the quality of image by reducing truncation artifacts. These results suggested that weighted normalization method could improve the image quality of chest digital tomosynthesis.

프로토타입 R/F 흉부 디지털 단층영상합성장치 시스템에서 잘림 아티팩트 감소를 위한 가중 정규화 접근법에 대한 연구

흉부 디지털 단층영상합성장치는 기존 DR의 낮은 깊이 해상도, CT의 높은 피폭선량 문제를 해결할 수 있는 획기적인 영상장치로 대두되고 있다. 그러나 제한된 스캔 각도로 인해 프로젝션이 X 선 소스 동작 방향으로 흉부를 완전히 포함 할 수 없어 재구성 된 슬라이스의 위, 아래 방향 경계를 따라 강도의 불연속성이 발생하게 되는데 이러한 현상을 잘림 아티팩트 (Truncation artifact)라고 한다. 이 연구의 목적은 가중 정규화 접근법을 사용하여 잘림 아티팩트를 줄이고 리스템에서 개발한 프로토 타입 흉부 디지털 단층영상합성장치 시스템에 대한 이 접근법의 성능을 평가하는 것이다. 이 시스템의 source-to-image distance는 1100 mm 이고 X 선원의 회전 중심은 검출기 표면에서 100mm 위로 설정되었다. LUNGMAN 팬텀을 사용하여 ${\pm}20^{\circ}$의 투영 뷰를 $1^{\circ}$ 간격으로 41장을 얻은 후, filtered back projection 알고리즘으로 재구성했다. 정량적 평가를 위하여 시뮬레이션을 이용하여 기준영상을 재구성 후 peak signal to noise ratio와 structure similarity index 값을 평가하였으며 실제 실험 데이터를 이용하여 mean value of specific direction 값을 평가하였다. 시뮬레이션 결과로 아티팩트 보정 전 일반적인 filtered back projection 알고리즘으로 재구성 한 영상과 비교하여 peak signal to noise ratio값과 structure similarity index값 모두 각각 증가하였으며, 실제 실험 재구성 영상의 mean value of specific direction 결과는 아티팩트의 영향이 감소됨을 확인할 수 있었다. 결론적으로, 가중 정규화 방법은 잘림 아티팩트를 줄임으로써 진단의 어려움을 발생시키는 가능성을 개선시킬 수 있는 방법으로 사료된다.