[논문 리뷰] Tomographic X-ray data of 3D cross phantom

Salla Latva-Äijö, Alexander Meaney외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 01.

Medical Imaging Techniques and Applications참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 실존하는 360도 프로젝션 팬빔 CT 스캔에서 유도된 동적 크로스 필름의 공개된 톰로그래픽 X선 데이터 세트를 제시한다. 이 데이터 세트는 128×128 및 256×256 공간 해상도와 16 또는 30개의 시간적 영상으로 구성되며, 삼각형 영상, 측정 행렬, 고해상도 기준 재구성도 포함되어 있어, 실제의 시간적 및 공간적 변동을 반영한 희소 및 동적 톰로그래피 알고리즘의 테스트를 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 희소 및 동적 톰로그래피 알고리즘의 벤치마킹을 위한 실제 세계의 CT 데이터를 제공하기 위해.
• 알루미늄 및 그래파이트 막대를 포함한 회전하는 필름을 사용하여 시간에 따라 변하는 투과도 구조를 모델링하기 위해.
• 제한된 각도 및 저투과 조건 하에서 재구성 방법의 유효성을 검증할 수 있도록 하기 위해.
• 모든 360도 각도 프로젝션을 기반으로 한 고해상도 기준 재구성 결과를 제공하여 알고리즘 평가를 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 몰리브덴 X선 튜브, 평판 검출기, 모터 제어 회전 스테이지가 탑재된 맞춤형 CT 장치를 사용해 360° 팬빔 프로젝션을 확보하였다.
• 전체 삼각형 영상(2240×360)을 빈닝하여 해상도를 낮추고, 로그 변환을 적용하여 15 또는 60개의 프로젝션을 가진 삼각형 영상 생성.
• 정적 및 동적 구성 모두에 대해 X선 변환을 나타내는 희소 측정 행렬 A를 구성하였다.
• 각 시간 영상마다 프로젝션 각도를 1°씩 이동시켜 동적 삼각형 영상 생성, 운동을 시뮬레이션하였다.
• 전체 360개의 프로젝션 데이터에 대해 필터링된 역백프로젝션을 수행하여 고해상도 기준 재구성 생성.
• 직접 알고리즘 테스트에 사용 가능한 MATLAB 파일을 제공하여 삼각형 영상, 측정 행렬, 재구성 결과를 포함하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제한된 각도와 희소 프로젝션에서 동적 톰로그래피 알고리즘이 움직이는 구조를 얼마나 잘 재구성할 수 있는가?
• RQ2 시간 해상도(16 프레임 대비 30 프레임)가 시간에 따라 변하는 CT에서 재구성 품질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 희소 재구성 방법이 부족한 데이터에서 움직이는 물체의 미세한 구조적 세부 정보를 얼마나 정확하게 복원할 수 있는가?
• RQ4 제공된 측정 행렬과 삼각형 영상가 신규 동적 톰로그래피 알고리즘의 유효성 검증을 신뢰성 있게 가능하게 하는가?
• RQ5 기준 재구성 결과는 감소된 프로젝션 세트로부터의 재구성 결과와 비교하여 어떻게 다른가?

주요 결과

• 128×128 및 256×256 공간 해상도 재구성 결과에 16 또는 30개의 시간 영상이 포함되어 있어, 동적 재구성 방법의 다중 척도 평가가 가능하다.
• 전체 삼각형 영상(2240×360)은 1° 간격의 360° 프로젝션에서 유도되었으며, 노출 시간은 1000 ms, 50 kV, 0.9 mA였다.
• 측정 행렬 A는 희소하고 X선 변환에 차원적으로 일치하여 역 문제의 효율적 해법을 지원한다.
• 공액 기울기 방법을 사용한 티코노프 정규화 재구성은 60개 및 10개의 프로젝션에서도 필름의 구조를 성공적으로 회복하였다.
• 360개의 프로젝션 데이터에 대해 필터링된 역백프로젝션을 수행하여 계산된 기준 재구성 결과는 알고리즘 유효성 검증을 위한 고정밀 기준으로 기능한다.
• 이 데이터 세트는 FIPS Computational 블로그에서 제시한 바와 같이, 수정된 레벨셋 재구성과 같은 고급 방법의 테스트를 가능하게 한다.