[論文レビュー] Tomographic X-ray data of 3D cross phantom

Salla Latva-Äijö, Alexander Meaney+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2018

Medical Imaging Techniques and Applications参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、実際の360度ファンビームCTスキャンから得られた、128×128および256×256の空間分解能と16または30の時間フレームを有する動的クロスファントムの公開可能なトモグラフィックX線データセットを提示する。このデータにはシンゴグラム、測定行列、および高分解能の真値再構成が含まれており、吸収率の時間的・空間的変動をリアルistically再現した、スパースおよび動的トモグラフィー法のテストが可能である。

ABSTRACT

This is the documentation of the tomographic X-ray data of cross phantom made available at this https URL The data can be freely used for scientific purposes with appropriate references to the data and to this document in arxiv.org. The data set consists of (1) the X-ray sinogram with 16 or 30 time frames (depending on theresolution) of 2D slices of the phantom and (2) the corresponding static and dynamic measurement matrices modeling the linear operation of the X-ray transform. Each of these sinograms was obtained from a measured 360-projection fan-beam sinogram by down-sampling and taking logarithms. The original (measured) sinogram is also provided in its original form and resolution.

研究の動機と目的

• スパースおよび動的トモグラフィー法のベンチマークに使用可能な実世界のCTデータを提供すること。
• アルミおよびグラファイトの棒を備えた回転するファントムを用いて、時間的に変化する吸収構造をモデル化すること。
• 限界角度および低投影数条件下での再構成手法の検証を可能にすること。
• 360度全角度投影からの真値再構成を提供し、アルゴリズム評価に用いること。

提案手法

• モリブデンX線管、フラットパネル検出器、モータードライブ回転ステージを備えたカスタムCT装置を用いて、360°ファンビーム投影を取得した。
• 全シンゴグラム（2240×360）をボーリングして低解像度化し、対数変換を施して15または60投影を持つシンゴグラムを生成した。
• 静的および動的設定の両方におけるX線変換を表すスパース測定行列Aを構築した。
• 1フレームあたり1°ずつ投影角度をシフトすることで、動的シンゴグラムを生成し、動きを模擬した。
• 全360投影データに対してフィルタドバックプロジェクションを適用し、高分解能の真値再構成を生成した。
• シンゴグラム、測定行列、再構成結果を含むMATLABファイルを提供し、アルゴリズムテストへの即時利用を可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 限界角度およびスパース投影からの動的トモグラフィー法は、移動する構造物をどの程度正確に再構成できるか？
• RQ2 時間分解能（16フレーム対30フレーム）が、時間的に変化するCTにおける再構成品質に与える影響は何か？
• RQ3 スパース再構成法は、アンダーサンプリングされたデータから、移動する物体の微細構造をどの程度正確に回復できるか？
• RQ4 提供された測定行列およびシンゴグラムは、新しい動的トモグラフィー法の検証に信頼性を持って使用できるか？
• RQ5 真値再構成は、投影数を減じたセットからの再構成と比較して、どのように異なるか？

主な発見

• 本データセットは、128×128および256×256の空間分解能と16または30フレームの時間フレームを有しており、動的再構成法のマルチスケール評価を可能にしている。
• 全シンゴグラム（2240×360）は、1°間隔で360°の投影から得られ、露出時間は1000 ms、50 kV、0.9 mAであった。
• 測定行列Aはスパースであり、X線変換と次元的に整合しており、逆問題の効率的解法を支援する。
• 共役勾配法を用いたチホノフ正則化再構成は、60および10投影からのデータからもファントム構造を成功裏に回復した。
• 360投影データに対してフィルタドバックプロジェクションを適用して得られた真値再構成は、アルゴリズム評価の高精度ベンチマークとして機能する。
• 本データセットは、FIPS Computational Blogで示されたように、修飾レベルセット再構成などの高度な手法のテストを可能にしている。