A Study of Various Filter Setups with FBP Reconstruction for Digital Breast Tomosynthesis

Recently, digital breast tomosynthesis (DBT) has been investigated to overcome the limitation of conventional mammography for overlapping anatomical structures and high patient dose with cone-beam computed tomography (CBCT). However incomplete sampling due to limited angle leads to interference on the neighboring slices. Many studies have investigated to reduce artifacts such as interference. Moreover, appropriate filters for tomosynthesis have been researched to solve artifacts resulted from incomplete sampling. The primary purpose of this study is finding appropriate filter scheme with FBP reconstruction for DBT system to reduce artifacts. In this study, we investigated characteristics of various filter schemes with simulation and prototype digital breast tomosynthesis under same acquisition parameters and conditions. We evaluated artifacts and noise with profiles and COV (coefficinet of variation) to study characteristic of filter. As a result, the noise with parameter 0.25 of Spectral filter reduced by 10% in comparison to that with only Ramp-lak filter. Because unbalance of information reduced with decreasing B of Slice thickness filter, artifacts caused by incomplete sampling reduced. In conclusion, we confirmed basic characteristics of filter operations and improvement of image quality by appropriate filter scheme. The results of this study can be utilized as base in research and development of DBT system by providing information that is about noise and artifacts depend on various filter schemes.

디지털 유방단층영상합성법의 FBP 알고리즘 적용을 위한 다양한 필터 조합에 대한 연구

최근에 디지털 유방촬영술(digital mammography, DM)의 해부학적 구조의 겹침 현상과 컴퓨터단층촬영영상(computed tomography, CT)의 높은 환자 선량을 해결하기 위해 디지털 유방단층영상합성장치(digital breast tomosynthesis, DBT)에 대한 연구 개발이 활발하게 수행되고 있다. 하지만 DBT 시스템은 제한된 각도로 영상을 획득하면서 급격한 데이터 결핍으로 인해 다른 층의 간섭으로 인한 인공물(artifacts)이 발생한다. 이를 완화시키기 위해 적절한 필터가 필요하다. 본 논문에서는 DBT 시스템에서 FBP 알고리즘을 이용하여 영상재구성 시 발생되는 인공물을 줄이기 위해 적절한 필터조합을 찾는 것이 궁극적인 목적이다. 시뮬레이션과 실제 실험을 통해 동일한 영상 획득조건에서 FBP 알고리즘을 이용해 재구성된 영상을 분석하여 다양한 필터 조합들의 특성을 조사했다. 필터 특성에 대한 평가를 하기 위해 영상 및 프로파일의 분석과 COV (coefficient of variation)를 이용하여 인공물과 잡음에 대한 평가를 하였다. 본 연구 결과를 통해 분광필터(spectral filter)의 파라미터 인자 값들을 조절하여 cut-off frequency를 설정함으로써 고주파 영역에 있는 영상의 잡음을 줄일 수 있었다. DBT 시스템에서 유방팬텀을 재구성한 영상들을 비교했을 때 분광필터의 파라미터 인자를 0.25로 적용한 영상의 결과는 분광필터를 적용하지 않았을 때보다 영상의 잡음을 10%로 감소시킬 수 있었다. 절편두께필터(slice thickness filter)의 파라미터 인자의 값들을 조절하여 정보들의 불균형을 줄임으로써 다른 층의 간섭으로 인한 인공물을 감소시킬 수 있었다. 결론적으로, 본 연구를 통해 FBP 알고리즘으로 재구성했을 때 필터들의 기본 특성을 확인 할 수 있었으며, 적절한 필터 조합이 실제 화질 개선에 기여한 것으로 확인할 수 있었다. 이 연구 결과는 다양한 필터 조합에 따른 잡음과 데이터 결핍에 의한 인공물에 대한 정보를 제공하여 DBT 시스템의 개발 및 임상화적용 연구에 기반이 될 것으로 기대된다.