Geometric Misalignment Calibration and Detector Lag Effect Artifact Correction in a Cone-Beam ...

128 Pages·2016·22.11 MB·English

Università degli Studi di Padova

Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione
Corso di Laurea Magistrale in Bioingegneria

TESI DI LAUREA MAGISTRALE

Geometric Misalignment Calibration and
Detector Lag Effect Artifact Correction
in a Cone-Beam Flat Panel micro-CT System
for Small Animal Imaging

Laureando: Relatore:
Lorenzo DI SOPRA Alfredo RUGGERI

Anno Accademico 2015/2016

DEGREE PROJECT IN MEDICAL ENGINEERING 120 CREDITS, SECOND
CYCLE
STOCKHOLM, SWEDEN 2015
Geometric Misalignment
Calibration and Detector Lag
Effect Artifact Correction in a
Cone-Beam Flat Panel micro-CT
System for Small Animal Imaging
LORENZO DI SOPRA
KTH ROYAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF TECHNOLOGY AND HEALTH

A Mamma e Papà,
a Silvia e a Giulia

Abstract
The cone-beam flat panel micro-CT is a high definition imaging system. It
acquires projections of an object or animal to reconstruct a 3D image of its
internal structure. The device is basically composed by a radiation tube and
a detector panel, which are fixed to a gantry that rotates all around the
test subject. The micro-CT system is affected by several imperfections and
problems, that might lead to serious artifacts that deteriorate the quality
of the reconstructed image. In particular, two issues have been discussed in
the present work: the source-panel geometric misalignment and the detector
lag effect. The first problem concerns the consequences of systems where
the different elements are not perfectly aligned to each other. The second
issue regards the residual signal, left in the detector’s sensor after a projec-
tion acquisition, which affects the following frames with ghost images. Both
these arguments have been investigated to describe their characteristics and
behaviour in a typical acquisition protocol. Then two correction methods
have been presented and tested on a real µ-CT device to verify their effec-
tiveness in the artifacts compensation. In the end, a comparison between
images before and after the corrections is provided and future prospects are
discussed.

Abstract
Lamicro-CTèunostrumentoperl’acquisizionediimmaginiadaltarisoluzione.
È caratterizzata da rilevatori a pannello piatto e da un fascio conico di raggi
X. Essa acquisisce numerose proiezioni di un oggetto o animale da ango-
lazioni diverse, con l’obiettivo di ricostruirne un’immagine 3D della strut-
tura interna. L’apparecchio è essenzialmente costituito da un tubo radio-
geno e da un pannello fotosensibile che, solidali ad una struttura circolare
mobile, ruotano attorno all’oggetto di interesse. Tale sistema è affetto da
molti problemi e imperfezioni che possono provocare gravi artefatti con con-
seguente deterioramento della qualità dell’immagine ricostruita. In partico-
lare, in questo studio vengono affrontate due diverse problematiche: da una
parte il disallineamento geometrico esistente fra pannello e sorgente radio-
gena, dall’altra il lag effect prodotto dal sensore. Il primo problema riguarda
le conseguenze di sistemi CT dove i diversi elementi non sono perfettamente
allineati gli uni agli altri, provocando incongruenze nella forma tridimension-
ale dell’oggetto ricostruito. Il secondo riguarda invece un segnale residuo che,
rimanendo intrappolato nei sensori del detector anche dopo l’acquisizione di
una proiezione, causa la presenza di macchie e ombre nei frame successivi.
Innanzitutto, entrambi gli artefatti sono stati studiati al fine di descrivere le
loro caratteristiche e comprendere le modalità con le quali si presentano du-
rante un tipico protocollo di acquisizione. In secondo luogo vengono proposti
due metodi di correzione, i quali sono testati su un apparecchio micro-CT
per verificarne l’efficacia nella compensazione degli artefatti osservati. Infine,
viene proposto un confronto fra le immagini che si ottengono prima e dopo
l’applicazione delle correzioni, e vengono discussi limiti e prospettive future
delle strategie descritte.