This study was performed to test a feasibility of multi-gamma-source CT imaging system. Gamma-source CT imaging system employs a radioisotope that emits monochromatic energy gamma-rays. The advantages of gamma-source CT include its immunity to beam hardening artifacts, its capacity of quantitative CT imaging, and its higher performance in low contrast imaging compared to conventional x-ray CT systems. Radioisotope should be blocked by use of a pin-hole collimator so as to make a fine focal spot. Due to its low flux in general, the reconstructed image from a single gamma-source CT would suffer from high noise. To address this problem, our study proposed a multi-gamma source CT imaging system and developed an iterative image reconstruction algorithm accordingly.
Conventional imaging model assumes a single source position and image reconstruction algorithm accordingly constructs the ray tracing along a single ray per given detector pixel. In an iterative reconstruction framework, Mf=g provides the imaging model where f is the image vector, M is the system matrix, and g is the projection data. In a multi-gamma-source CT system however, such a single linear system would not describe the imaging model appropriately. Since one cannot separate a detector pixel value into multiple ones that are corresponding each rays from the sources, the inversion problem is not any more a single linear system. Instead, the imaging model can be constructed by a set of linear system models each of which assumes an estimated measurement $\tilde{g}$. Based on this model, the proposed algorithm has a weighting step which distributes each projection data into multiple estimated measurements. We used two gamma sources at various positions and with varying intensities in this numerical study to demonstrate its feasibility. Therefore, the measured projection data(g) is separated into each estimated projection data($\tilde{g_1}$),($\tilde{g_2}$ ). Image update is simultaneously performed.
Our preliminary study successfully demonstrated the feasibility of using multi-gamma-sources for CT imaging. The proposed imaging protocol is believed to contribute to both medical and industrial applications.
다중감마소스 CT 영상장치에 관한 타당성을 검토하기 위해 본 연구를 수행하였다. 감마소스 CT 영상장치는 단색에너지의 감마선을 방출하는 방사선 동위원소를 방사선원으로 사용한다. 이는 다색의 엑스선을 방출하는 기존의 CT 영상장치의 엑스선관에 비해 많은 강점을 갖는다. 단색의 에너지를 사용하므로 빔경화 현상이 완벽히 제거되고 정량적 CT 영상을 재건할 수 있으며 연조직 영상의 대조도가 향상된다. 방사선동위원소는 미세한 크기의 초점을 위해 침공 콜리메이터로 차폐되어 감마선의 방사선속이 매우 감소한다. 그러므로 한 개의 방사선동위원소를 선원으로 사용할 경우 CT 재건영상의 노이즈가 매우 심하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다중감마소스 CT 영상장치를 제안하며 그에 따른 반복형 영상 재건 알고리즘을 개발하였다.
기존의 영상 모델은 선원의 위치를 한 개의 점으로 가정하고 선원으로부터 각각의 검출기의 픽셀로 직선을 이어 방사선이 진행한 길이만큼 영상 값을 보상해주는 방식이다. 반복형 재건알고리즘의 경우, 영상모델은 Mf=g로 제안되며 f는 영상의 벡터를 나타내고 M은 시스템 행렬, g은 투과영상을 뜻한다. 그러나 다중감마소스 CT의 경우 선원의 위치가 다수이므로 검출기 픽셀의 값이 어느 선원으로부터 온 것인지 구분할 수 없다. 그러므로 이 경우 단일한 선형 시스템으로 inversion 문제를 해결할 수 없다. 대신에 다수의 선형 시스템 모델과 그에 해당하는 추정투과영상($\tilde{g}$)을 이용하는 영상 모델을 제안할 수 있다. 이러한 영상 모델을 기반으로 제안하는 재건 알고리즘은 투과영상(g)을 다수의 추정투과영상($\tilde{g}$)으로 분리하는 단계를 포함하고 있다. 본 연구에서는 된 영상장치의 타당성 검토를 위해 두 개의 감마선원을 가정하고 선원의 위치와 방사선속에 따른 시뮬레이션 연구를 진행하였다. 그러므로 투과영상(g)은 두 개의 추정투과영상($\tilde{g_1}$ ,$\tilde{g_2}$)으로 분리되며 영상(f)은 동시에 재건된다.
본 예비 연구는 다중감마소스를 사용하는 CT 영상장치의 타당성을 성공적으로 증명하였다. 본 연구에서 제안하는 영상 프로토콜은 의료분야 및 산업분야에도 기여할 것이라 사료된다.
