이중 에너지 단층 촬영에서의 구현 방법에 따른 가상 단색 재구성 영상의 비교 평가 및 블루밍 인공물 감소에 대한 효과 분석

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :의과대학 의학과,2019. 8. 이활.서론 이중 에너지 컴퓨터 단층 촬영 (DECT)에서 구현하는 가상 재구성 단색영상의 경우 바탕 물질을 구분하고 더 나아가 물질의 K-edge를 시각화함으로서 물질 차별화에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대되는 기술이다. 또한 높은 keV 수준으로 재구성된 가상 단색영상의 경우 석회화된 물질에서 발생하는 블루밍 인공물을 감소시킴으로서 심혈관 영상에서 혈관 내경을 평가하는 데에 도움을 줄 수 있는 것으로 믿어지고 있다. 하지만 현재까지는 주요 3가지 이중 에너지 구현방식에 따라서 물질의 구분하고 K-edge를 구현할 수 있는지 여부를 연구한 논문은 없으며, 또한 정확한 측정을 통해 높은 keV의 가상 단색구성 영상이 통상적인 다색구성 영상의 window를 단순히 넓히는 것보다 블루밍 인공물을 감소시킨다는 것을 밝힌 연구 또한 없다. 따라서 본 연구의 목적은 가상 단색구성 영상을 통해 얻은 스펙트럴 곡선으로 DECT의 주요 3가지 구현방식에 따라서 K-edge를 시각화하고 물질을 구분할 수 있는지를 우선 평가하고, 더 나아가 혈관 석회화 팬텀을 통하여 높은 keV 가상 단색 재구성 영상에서 블루밍 인공물 감소여부를 평가한다. 방법 서로 다른 2개의 팬텀을 제작하여 이중 에너지의 구현 방식이 다른 세 종류의 DECT 기기를 통해 촬영한다. 이 세가지 구현방식은 (a) 2개의 튜브를 통한 순차 스캔, (b) 빠른 X 선관 전위 스위칭, 그리고 (c) 상이한 에너지 레벨의 광자를 흡수하는 다층 검출기의 사용과 같다. 이러한 팬텀 1 스캔 영상을 가상 단색영상으로 재구성하여 물질에 따른 스펙트럼 감쇠 곡선을 구성하였다. 그리고 팬텀 2 스캔 영상을 사용한 full width thirty percent maximum 방법의 측정을 통하여 블루밍 인공물로 인해 발생하는 오차를 가상 단색영상과 통상적인 다색영상에서 비교하였다. 결과 팬텀 1 촬영 영상의 가상 단색 재구성에 의해 얻어진 스펙트럼 감쇠 곡선은 구현 방법이나 재료 (칼슘, 요오드 및 가돌리늄)에 관계없이 K-edge를 시각화하지 못하였다. 그러나 감쇠곡선의 기울기 상수 β를 활용한 물질의 식별은 3 가지 방법 모두에서 가능하였고, 기울기 상수 β 값은 다층 검출기 방법에서 재료 내 일관성이 가장 뚜렷하였다. 또한 팬텀 2 촬영영상에서 높은 kVp 영상과 높은 keV 가상 단색 구성영상은 측정오류를 감소시키지 못하였으나 작은 FOV의 다색 및 가상 단색 재구성 영상은 큰 FOV 영상보다 통계적으로 유의하게 블루밍 인공물을 감소시켰다 (P<0.05). 결론 가상 단색영상 재구성으로 그린 스펙트럼 감쇄 곡선은 구현 방법이나 재료에 관계없이 K 에지를 시각화하지 못하였다. 높은 kVp 영상과 높은 keV 가상 단색 구성영상은 블루밍 인공물을 감소시키는 데에 실패하였으나 작은 FOV를 갖는 영상의 경우 기존 영상에 비해 블루밍 인공물을 유의하게 감소시키는 것으로 나타났다Introduction Virtual monochromatic images reconstructed by dual energy computed tomography (DECT) are expected to be useful in the discrimination of basic materials and may possibly visualize the K-edge of gadolinium, therefore enhancing material discrimination. Furthermore, virtual monochromatic images reconstructed at high keV levels are believed to reduce blooming artifact from calcified materials and aid in assessing vascular luminal patency at cardiovascular CT images. However, no previous study compared the three main dual energy implementation methods in discriminating and visualizing the K-edge of basic materials nor provided the objective measurement which proves the superiority of high keV virtual monochromatic images over simply widening the window width in conventional polychromatic images. Therefore, the purpose of this study is to compare the major three methods of DECT implementation in the perspective of K-edge visualization and material discrimination through spectral attenuation curves in virtual monochromatic reconstruction images. And furthermore, we analyzed high keV monochromatic and conventional polychromatic images to objectively compare the blooming artifacts in a vessel calcification phantom. Methods Two different phantoms were scanned by three DECT vendors with different method of dual energy implementation, which are (a) two temporally sequential scans, (b) rapid switching of X-ray tube potential and (c) multilayer detector absorbing photons at different energy level. Spectral attenuation curves of each basic material of Phantom 1 were obtained by monochromatic reconstruction and compared according to vendor and material. Comparison of blooming artifact between conventional polychromatic and virtual monochromatic images was done by the measurement of Phantom 2 using the full width thirty percent maximum measurement method. Results No peak regarding the K-edge of gadolinium was observed in spectral attenuation curves drawn by virtual monochromatic reconstruction of Phantom 1 images regardless of the implementation method or material (calcium, iodine and gadolinum). Material discrimination was possible in all three methods by the slope constant β, and the multilayer detector method showed highest intra-material consistency. In the study with Phantom 2, high kVp polychromatic and high keV monochromatic reconstruction images did not show reduction in measurement error compared to conventional kVp polychromatic images. However, small FOV proved to significantly decrease the blooming artifacts in polychromatic and monochromatic images Conclusion Spectral attenuation curves drawn by virtual monochromatic images failed to visualize K-edge regardless of the implementation method or material. High kVp images along with high keV monochromatic reconstruction images failed to reduce blooming artifact, but small FOV proved to significantly decrease the blooming artifacts in polychromatic and monochromatic imagesContents Abstract in English --------------------------------------------------------------- 1 Contents -------------------------------------------------------------------------- 5 List of tables and figures -------------------------------------------------------- 6 Introduction --------------------------------------------------------------------- 8 Materials and Methods ------------------------------------------------------- 11 Results ----------------------------------------------------------------------------16 Discussion ------------------------------------------------------------------------24 References -----------------------------------------------------------------------29 Abstract in Korean ------------------------------------------------------------33Maste

State of the art: iterative CT reconstruction techniques

Owing to recent advances in computing power, iterative reconstruction (IR) algorithms have become a clinically viable option in computed tomographic (CT) imaging. Substantial evidence is accumulating about the advantages of IR algorithms over established analytical methods, such as filtered back projection. IR improves image quality through cyclic image processing. Although all available solutions share the common mechanism of artifact reduction and/or potential for radiation dose savings, chiefly due to image noise suppression, the magnitude of these effects depends on the specific IR algorithm. In the first section of this contribution, the technical bases of IR are briefly reviewed and the currently available algorithms released by the major CT manufacturers are described. In the second part, the current status of their clinical implementation is surveyed. Regardless of the applied IR algorithm, the available evidence attests to the substantial potential of IR algorithms for overcoming traditional limitations in CT imaging

Influence of tooth orientation on the detection of vertical root fracture in cone-beam computed tomography

Orientador: Matheus Lima de OliveiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de PiracicabaResumo: O objetivo neste estudo foi avaliar a influência da orientação do longo eixo do dente em relação ao plano de projeção dos raios X na detecção de fratura radicular vertical (FRV) em imagens de tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC) na presença de diferentes materiais intracanal. Trinta dentes humanos unirradiculares foram instrumentados endodonticamente e FRV foi induzida em metade da amostra. Cada raiz foi inserida, individualmente, no alvéolo de um phantom constituído por uma mandíbula e crânio humano e imagens tomográficas foram adquiridas utilizando o aparelho de TCFC Picasso Trio operando em 85 kVp, 5 mA, sob um campo de visão (FOV) de 5x5 cm e tamanho de voxel 0,2 mm. A aquisição das imagens foi realizada sob duas diferentes orientações do longo eixo da raiz: perpendicular e paralela ao plano de projeção dos raios X. As imagens foram adquiridas com cada raiz sem material obturador, seguido de cone de guta-percha e pino metálico. A dose de radiação em regiões anatômicas específicas foi obtida para as duas orientações. Todas as imagens foram avaliadas por cinco especialistas em radiologia odontológica por meio de reconstruções multiplanares que indicaram a presença ou ausência de fratura por meio de uma escala de cinco pontos. Kappa ponderado, testes de sensibilidade, especificidade, acurácia, valores preditivos positivo e negativo foram calculados., A área sob a curva ROC (Receiver Operating Characteristic) e os dados da dosimetria para cada orientação da raiz e materiais intracanal foram comparados, respectivamente, com a análise de variância (ANOVA) two-way e one-way com teste Tukey como post-hoc (?=0,05). Observou-se que não houve diferença estatisticamente significante (p?0,05) na detecção de FRV entre as orientações do longo eixo da raiz, independentemente do material endodôntico utilizado. Os valores da área sob a curva ROC foram significantemente menores (p<0.05) na presença de guta-percha e pino metálico. A dose de radiação variou em algumas regiões anatômicas em função da orientação da raiz. Em conclusão, a orientação do longo eixo do dente em relação ao plano de projeção dos raios X não influencia na detecção de fratura radicular vertical em TCFC, independentemente do material intracanal utilizadoAbstract: The purpose of this study was to assess the influence of tooth orientation in relation to the projection plane of the X-rays in the detection of vertical root fracture (VRF) with different intracanal material in cone-beam computed tomography (CBCT). Thirty single-rooted human teeth were endodontically instrumented and VRF was induced in half of the sample. Each root was placed in the socket of a phantom composed of a dry human skull and mandible and CBCT images were acquired using the CBCT unit Picasso Trio, operating at 85 kVp, 5 mA, a field-of-view (FOV) of 5x5 cm and voxel size 0.2 mm. Image acquisition was performed with the long axis of the root in two orientations: perpendicular and parallel to the projection plane of the X-rays. Each root was scanned without filling material, filled with gutta-percha and metal post. Radiation dose at specific anatomical regions of the phantom were obtained for the two orientations. Five oral radiologists evaluated all images using multiplanar reconstructions and rated the fractures on a 5-point scale. Weighted Kappa, sensitivity, specificity, accuracy, positive and negative predictive values were calculated. The area under the ROC curve (Az) and the dosimetric outcomes for each root orientation and filling material were compared respectively with two-way and one-way analysis of variance with post-hoc Tukey test (?=0.05). There was no significantly difference (p?0.05) in the detection of VRF between root orientations, regardless of the filling material. Az values were significantly lower (p<0.05) in the presence of gutta-percha and metal post. The root orientation varied the absorbed dose at some anatomic regions. The orientation of the tooth in relation to the projection plane of the X-rays does not influence on the detection of VRF in CBCT, irrespective of the intracanal materialMestradoRadiologia OdontologicaMestre em Radiologia Odontológic