Dual-energy cone-beam CT is an important imaging modality in diagnostic applications, and may also find its use in other application such as therapeutic image guidance. Despite of its clinical values, relatively high radiation dose of dual-energy scan may pose a challenge to its wide use. In this work, we investigated a low-dose, pre-reconstruction type of dual-energy cone-beam CT (CBCT) using a total-variation minimization algorithm for image reconstruction. An empirical dual-energy calibration method was used to prepare material-specific projection data. Raw data at high and low tube voltages are converted into a set of basis functions which can be linearly combined to produce material-specific data using the coefficients obtained through the calibration process. From much fewer views than are conventionally used, material specific images are reconstructed by use of the total-variation minimization algorithm. An experimental study was performed to demonstrate the feasibility of the proposed method using a micro-CT system. We have reconstructed images of the phantoms from only 90 projections acquired at tube voltages of 40 kVp and 90 kVp each. Aluminum-only and acryl-only images were successfully decomposed. We evaluated the quality of the reconstructed images by use of contrast-to-noise ratio and detectability. A low-dose dual-energy CBCT can be realized via the proposed method by greatly reducing the number of projections.
듀얼에너지 콘빔 CT는 영상에서 밀도의 차이를 구별해 내는 특징을 가진다. 이러한 특징으로 인하여 진단의학분야에서 중요한 영상장치로 자리잡고 있다. 그럼에도 불구하고, 상대적으로 높은 방사능 피폭으로 인하여 그 활용성이 제한 되어지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 전처리 단계의 듀얼 에너지 보정법과 TV(Total variation) 최소화 알고리즘을 사용한 저선량 콘빔 CT 개발을 목적으로 하였다.
본 연구에서는 영상재구성 전처리 단계에서 수행 되어지는 보정 방법인 Empirical 듀얼에너지 보정 방법을 적용하였다. 두 개의 다른 에너지에서 획득된 투영 데이터는 다항식의 선형적인 결합 공식을 통하여 변환된다. 이러한 결합 공식을 얻기 위해서는 다수의 지수로부터 얻어진 재구성된 영상데이터와 이미 정의된 물질 정보가 이용된다. 변환된 투영 데이터는 물질 구별된 정보를 가지고 있고, 영상재구성을 통하여 물질 분리된 CT영상을 획득하게 된다. 또한 최근 각광 받고 있는TV최소화 알고리즘을 사용하여 적은 수의 투영데이터만을 가지고 영상재구성을 수행하였다. 이때 듀얼 에너지 변환에서 파생되는 노이즈를 제거함으로써 재구성 과정의 수렴성과 영상 향상을 도모 하였다. 실험은 마이크로 CT장비를 이용하여 수행되었고, 90 kVp, 40kVp의 투영 데이터가 사용되었다.
실험 결과 듀얼 에너지 보정방법을 통하여 알루미늄과 아크릴 분리가 성공적으로 수행되었고, TV 최소화 알고리즘을 사용하여 90개의 투영 데이터만으로도 기존 알고리즘에 상응하는 영상재구성 결과를 나타냄을 영상 평가를 통하여 증명하였다.
