X-ray CT has been widely used in medical diagnosis for its high spatiotemporal resolution. Since the gantry rotation speed is not fast enough compared with the heart motion, however, cardiac X-ray CT imaging is still challenging due to the cardiac motion during CT scanning, which leads to the presence of motion artifacts in the reconstructed image. To obtain a heart image with less motion artifacts, many algorithms have been developed to compensate motion artifacts by estimating the motion using projection data or reconstructed images. However, these algorithms have some limits in motion correction performance. In this dissertation, we propose a novel motion estimation (ME) and compensation (MC) algorithm based on partial angle reconstructed (PAR) images. We first estimate an initial 4D motion vector field (MVF) by using conjugate PAR images, and then refine the MVF by maximizing the information potential of a motion-compensated image. Finally, motion-compensated image reconstruction is performed by using the determined MVF. The experimental results show that the proposed algorithm can noticeably improve the image quality by reducing motion artifacts throughout the image.
Another issue in cardiac imaging is that the length of the heart along the z-axis is usually greater than a nominal beam width in conventional CT systems. Thereby, the step-and-shoot or the low-pitch helical scan mode over several cardiac cycles is usually used with ECG-gating to obtain a whole heart image, which causes misalignment artifacts to the reconstructed image due to beat-to-beat variability. In this dissertation, we extend the proposed PAR-based ME/MC algorithm to a non-gated helical scan with an ordinary pitch of around 1.0. We thereby provide a motion-compensated whole heart image without misalignment artifacts while reducing the scan time dramatically. The experimental results show that the proposed algorithm significantly improves the image quality by alleviating motion artifacts.
엑스선 전산화 단층촬영은 최근 의료진단분야에서 많이 사용되고 있다. 하지만, 심장을 촬영하는 경우, 기기의 데이터획득속도가 심장움직임에 비해 충분히 빠르지 않기 때문에, 오진을 유발할 수 있는 움직임 아티펙트가 영상에 포함되기도 한다. 이를 해결하기 위해, 영상 내 움직임 아티펙트를 줄이는 연구가 많이 진행되어왔다. 본 학위논문에서는, 기존 알고리즘들의 한계점을 극복할 수 있는, 부분각도 재구성 영상에 기반한 새로운 심장 움직임 추정 및 보상 알고리즘을 제안하였다. 시뮬레이션 및 실제 촬영 데이터를 사용해 제안 알고리즘을 검증하였고, 화질이 크게 개선되는 것을 관찰하였다.
한편, 일반적으로 전산화 단층촬영기기의 검출기는 높이 방향 크기가 심장보다 작기 때문에, 주로 스텝-앤-슛 혹은 저피치 나선스캔으로 여러 심장 주기에 걸쳐 동일 심장 위상의 데이터를 획득해 영상을 재구성한다. 이때, 부정맥 등으로 심장 박동간 차이가 생길 경우, 영상 내 오정렬 아티펙트가 발생한다. 본 학위논문에서, 오정렬 아티펙트의 배제 및 스캔시간 단축이 가능한 게이팅 없는 일반피치 나선스캔을 위한 심장 움직임 추정 및 보상 알고리즘을 제안하였다. 일반피치 나선스캔의 시뮬레이션 및 실제 촬영 데이터를 사용해 제안 알고리즘을 검증하였고, 화질이 크게 개선되는 것을 관찰하였다.
