Cone-beam computed tomography (CBCT) imaging system has been widely used in various applica-tions, and takes an important role for diagnosis of emergency patient. However large size of detector causes high scatter-to-primary ratios on CBCT projection data. Also, beam hardening artifacts in reconstructed CT images result from the polychromatic nature of X-ray beam. These two phenomena lead to unwanted results of reconstructed image such as cupping artifact, worsen soft tissue contrast, and lower CT grey value. This paper reports the result of our investigation on the effects of the scatter kernel superposition (SKS) method and linearization method for beam hardening correction on the soft tissue contrast. We used a head phantom for an experimental study. The implemented correction methods do not need any additional physical device and are computationally efficient. For the simulation study, a lab-made program was used for generating polynomial projections. Through simulation study, it was found that the beam hardening correction or scatter correction alone cannot reconstruct the image accurately. For the real experiment, the mobile half-fan CBCT system PHION (NanoFocusRay Co., Ltd, Jeonju, South Korea) and PH-3 angiographic CT head phantom ACS were used. The tube voltage was 120 kVp, tube current was 15 mA and the exposure time was 10 ms. The image was reconstructed using a filtered back projection algorithm. After scatter and beam hardening correction, contrast to noise ratio of reconstructed images increased by 7 times. Particularly images after scatter correction and beam hardening correction showed clear boundary between skull and soft tissues, while uncorrected case did not.
엑스레이 콘빔 시티(X-ray cone-beam CT, X-ray CBCT) 영상 시스템은 의료와 산업 분야에서 다양하게 활용되고 있으며, 특히 응급 환자의 진단에 중요하다. 하지만 검출기의 넓은 면적 때문에 CBCT 투영영상에서 산란 대 초기 빔 세기 비율(scatter-to-primary ratios)이 높게 나타난다. 또한 파장이 단일하지 않은 엑스레이 빔의 특성으로 인해 재건된 CT 영상에서 빔 강화(beam hardening) 아티팩트(artifact)가 생긴다. 이런 두 가지 현상은 재건된 영상에서 커핑 아티팩트(cupping artifact), 낮은 연조직 대조도, 정확하지 않은 CT 값과 같은 원하지 않은 결과를 야기한다. 이 논문에서는 하프 팬(half-fan) CBCT 시스템에서 얻은 헤드 팬텀(head phantom) 재건 영상의 연조직 대조도에 산란 커널 중첩(scatter kernel superposition, SKS) 방법과 선형 빔 강화 보정 방법의 효과에 대해서 알아본다. 이 두 방법은 CBCT 시스템에 추가적인 장치가 필요하지 않는다. 시뮬레이션 스터디에서 파장이 단일하지 않는 엑스레이 빔의 투영영상을 만들었으며, 빔 강화 보정 또는 산란 보정 방법을 하나만 사용하면 영상을 완벽히 재건하지 못한다는 것을 알았다. 실제 실험에서는 모바일 CBCT 시스템인 ‘PHION’ (NanoFocusRay Co., Ltd, Jeonju, South Korea) 을 사용하여 120 kVp, 15 mA, 10 ms의 조건에서 PH-3 angiographic CT head phantom ACS의 영상을 얻었다. 영상들은 SKS산란 보정 방법과 미리 얻어진 특성선(characterization line)을 이용한 빔 강화 보정 방법으로 처리되었다. 영상은 여과된 역 투사 알고리즘(filtered back projection algorithm)으로 재건되었다. 산란과 빔 강화 보정 후, 대조 대 노이즈 비율(contrast to noise ratio)이 7배 증가하였다. 특히 보정이 되지 않은 영상에서는 뚜렷하게 보이지 않던 뼈와 연조직 사이의 경계면이 산란과 빔 강화 보정 후 영상에서는 더 뚜렷하게 보인다. CBCT 영상에서 산란 또는 빔 강화, 한 가지 방법을 사용하기 보단 산란 보정 후 빔 강화 보정을 하는 것이 연조직의 대조도를 높일 수 있다.
