X-ray scatter constitutes a dominant source of degradation of image quality such as cupping and dark steak artifacts in cone-beam CT. Although many methods were introduced for scatter correction, a beam-blocker composed of multiple strips is a useful gadget for scatter correction and/or for dose reduction in cone-beam CT (CBCT). However, the use of such a beam-blocker would yield cone-beam data that can be challenging for accurate image reconstruction from a single scan in the filtered-backprojection (FBP) framework. The focus of the work was to develop an analytic image reconstruction method for CBCT that can be directly applied to partially blocked cone-beam data in conjunction with the scatter correction.
We developed two types of rebinned backprojection-filteration (BPF) algorithm for reconstructing images from the partially blocked cone-beam data in a circular scan. We also proposed a beam-blocking geometry considering data redundancy such that an efficient scatter estimate can be acquired and sufficient data for BPF image reconstruction can be secured at the same time from a single scan without using any blocker motion. Additionally, a hybrid type scatter correction method and noise reduction scheme have been developed. Hybrid type scatter correction is a combined method of measurement and convolution-based scatter correction.
We have performed both simulation and experimental studies to validate the rebinned BPF algorithm for image reconstruction from partially blocked cone-beam data. Quantitative evaluations of the reconstructed image quality were performed in the experimental studies.
The simulation study revealed that the developed reconstruction algorithm successfully reconstructs the images from the partial cone-beam data. In the experimental study, the proposed method effectively corrected for the scatter in each projection and reconstructed scatter-corrected images from a single scan. Reduction of cupping artifacts and an enhancement of the image contrast have been demonstrated.
We have successfully demonstrated that the proposed scanning method and image reconstruction algorithm can effectively estimate the scatter in cone-beam projections and produce tomographic images of nearly scatter-free quality.
컴퓨터 단층촬영장비에서 X선 산란은 영상의 품질을 저해하는 주요한 요인으로 작용하고 있다. 이러한 산란의 영향을 저감시키기 위하여 현재까지 많은 연구가 소개되어 왔으나 아직까지 완전한 해결책은 제시되지 않고 있는 실정이다. 본 연구에서는 산란 보정 기법의 한가지 방법인 측정기반의 산란 보정 방식을 활용하고 있다. 측정 기반의 산란 보정 방식에서는 빔블록커를 이용하여 X선의 산란 신호를 측정한다. 이러한 방식은 물체나 X-선의 스펙트럼 등의 촬영정보 등을 필요로 하지 않기 때문에 효율적인 산란 측정 방식으로 평가되고 있다. 하지만 산란 외의 주력신호 역시 차단되기 때문에 추가촬영이 필요하다는 단점이 있어 왔다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고자 단일 촬영을 통하여 산란 보정된 단층 영상을 획득하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 콘빔 CT에서 발생하는 데이터의 중복 특성을 활용하고자 하였다. 이를 위하여 영상재구성에 필요한 조건을 만족시킬 수 있도록 빔블록커 설계 방식을 제안하였고, 데이터의 단절된 특성을 효율적으로 제어할 수 있는 BPF 방식의 영상재구성 방식을 활용하고자 하였다. BPF 방식은 필터링 과정이 투영과정 후에 이루어져 보다 단절된 데이터에 대하여서도 안정적인 영상재구성이 가능하다. 또한 큰 각도에서의 영상 품질을 유지하기 위한 부분적인 가중치를 적용한 BPF 알고리즘과 더불어 하이브리드 타입의 산란 보정 방법을 제안하였다. 실험 결과 제안된 방식을 통하여 산란의 영향이 효율적으로 저감됨을 확인 할 수 있었다.
