[논문 리뷰] Tomographic X-ray data of carved cheese

Tatiana A. Bubba, Markus Juvonen외 5명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 12.

Paleopathology and ancient diseases인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 희소 및 제한된 각도 단층촬영 알고리즘을 위한 벤치마크로 사용하기 위해, 360개의 프로젝션을 갖는 팬빔 CT로 촬영한 조각 치즈 조각의 공개된 단층촬영 X선 데이터셋을 제시한다. 데이터셋에는 다운샘플링된 시노그램, 측정 행렬, 고해상도 기준 재구성 이미지가 포함되어 있어, 낮은 데이터 양 환경에서 정규화 기법의 엄밀한 테스트를 가능하게 한다.

ABSTRACT

This is the documentation of the tomographic X-ray data of a carved cheese slice. Data are available at www.fips.fi/dataset.php, and can be freely used for scientific purposes with appropriate references to them, and to this document in http://arxiv.org/. The data set consists of (1) the X-ray sinogram of a single 2D slice of the cheese slice with three different resolutions and (2) the corresponding 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.

연구 동기 및 목표

• 희소 및 제한된 각도 단층촬영 알고리즘을 검증하기 위한 실제 세계의 CT 측정 데이터를 제공하기 위해.
• 치즈에 새겨진 문자로 인해 저대비 특징과 날카운 에지가 존재하는 도전적인 테스트 케이스를 만들기 위해.
• 알고리즘 평가를 위해 고해상도 360프로젝션 데이터로부터 기준 재구성 이미지를 제공하기 위해.
• 모든 시노그램, 측정 행렬, 재구성 코드를 공개하여 재현 가능한 연구를 지원하기 위해.
• 128×128, 256×256, 512×512 해상도 및 15, 45, 180, 360 프로젝션의 다양한 각도 샘플링을 통한 테스트를 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 40 kV, 1 mA X선 소스와 2240개 요소의 검출기를 사용하여, 조각 치즈의 2차원 단면에 대한 팬빔 X선 프로젝션을 촬영하였다.
• 원본 360프로젝션 시노그램을 병합하고 로그를 취하여 15, 45, 180프로젝션을 갖는 저해상도 데이터셋을 생성하였다.
• 각 해상도에 대해 선형 X선 변환 연산을 모델링하는 크기 14,835 × N² (N = 128, 256, 512)의 희소 측정 행렬 A를 구성하였다.
• 전체 360° 및 제한된 90° 각도 시야(1°–90°)의 시노그램을 제공하여, 제한된 각도 재구성 과제를 테스트할 수 있도록 하였다.
• 360프로젝션 시노그램에서 필터링된 역투영(FBP)을 사용하여 고해상도 FBP 재구성 이미지(2000×2000)를 계산하였다.
• 모든 데이터를 MATLAB 형식으로 공개하고, 재구성 및 시각화를 위한 스크립트를 함께 제공하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 희소 및 제한된 각도 단층촬영 알고리즘이 저프로젝션 수에서 실제 세계의 CT 데이터셋에서 미세한 세부 사항과 날카운 에지를 얼마나 잘 재구성할 수 있는가?
• RQ2 티코노프 정규화를 사용할 때, 15, 45, 360프로젝션에서의 재구성 품질 간 성능 격차는 어느 정도인가?
• RQ3 각도 샘플링 방식(전체 시야 대 비전망 시야)의 선택이 재구성 품질과 잡음 생성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 360프로젝션에서 유도된 기준 재구성 이미지가 알고리즘 검증을 위한 신뢰할 수 있는 기준으로서 얼마나 유용한가?
• RQ5 제공된 측정 행렬과 시노그램을 사용하여 최신 정규화 기법을 효과적으로 재현하고 비교할 수 있는가?

주요 결과

• 2240개의 검출기 요소와 1° 각도 간격을 갖는 360프로젝션 시노그램을 포함하며, 고해상도 기준 재구성 이미지의 기초가 된다.
• 기준 재구성 이미지(2000×2000)는 360프로젝션 시노그램에서 필터링된 역투영(FBP)을 사용하여 계산되었으며, 알고리즘 평가의 기준으로 기능한다.
• 시노그램은 2240×360에서 989×15로 병합하고 로그를 취함으로써 다운샘플링되어, 알고리즘 테스트에 핵심적인 특징을 유지하였다.
• 각 해상도에 대해 선형 X선 변환을 모델링하는 측정 행렬 A는 크기 14,835 × N² (N = 128, 256, 512)로 구성되었다.
• 전체 360° 및 제한된 90° 각도 시야(1°–90°)를 모두 지원하여, 제한된 각도 잡음의 비교 연구가 가능하다.
• MATLAB 스크립트(example.m)는 켄달-그라디언트 방법을 사용한 티코노프 정규화 재구성 예제를 보여주며, 15프로젝션으로도 눈에 띄는 재구성 품질을 달성한다.