コーンビーム乳房CTにおけるカッピングアーチファクトを補正するためのポスト再構成法

A post-reconstruction method to correct cupping artifacts in cone beam breast computed tomography.

• M C Altunbas
• C C Shaw
• L Chen
• C Lai
• X Liu
• T Han
• T Wang

抄録

コーンビーム乳房CT（Computed Tomography）では、散乱放射線は、カッピングアーチファクトとして知られているCT番号の不均一なバイアスを引き起こす。カッピングアーチファクトは、視覚的な障害となるだけでなく、バックグラウンドの不均一性として現れ、効率的なグレイスケールウィンドウイングを阻害し、閾値ベースのボリューム可視化/セグメンテーションに問題をもたらす。この問題を克服するために、我々はコーンビーム乳房CTのために特別に設計された背景不均一性補正法を開発した。この手法では、カッピングアーチファクトは、再構成された乳房画像内の付加的な背景信号プロファイルとしてモデル化されます。典型的な乳房の主に円形対称形状のために、付加的な背景信号プロファイルも円形対称であると仮定した。背景信号の半径方向の変動は、フロントビュー乳房画像における脂肪組織信号の空間的変動を測定することによって推定された。自動化された方法で脂肪組織信号を抽出するために、極座標での信号サンプリングスキームと背景傾向フィットアルゴリズムを実装した。バックグラウンドフィットは、各組織ボクセルのための加算補正値を得るために目標とする脂肪組織信号値（乳房容積全体で一定）と比較した。精度をテストするために、この技術を乳房切除標本のコーンビームCT画像に適用した。補正後の画像では、正面図と側面図の両方のスライスにおいて、信号の均一性が著しく改善されていることが示された。脂肪組織CT番号のスライス内およびスライス間のばらつきが減少したことは、我々の観察を裏付けるものであった。

In cone beam breast computed tomography (CT), scattered radiation leads to nonuniform biasing of CT numbers known as a cupping artifact. Besides being visual distractions, cupping artifacts appear as background nonuniformities, which impair efficient gray scale windowing and pose a problem in threshold based volume visualization/segmentation. To overcome this problem, we have developed a background nonuniformity correction method specifically designed for cone beam breast CT. With this technique, the cupping artifact is modeled as an additive background signal profile in the reconstructed breast images. Due to the largely circularly symmetric shape of a typical breast, the additive background signal profile was also assumed to be circularly symmetric. The radial variation of the background signals was estimated by measuring the spatial variation of adipose tissue signals in front view breast images. To extract adipose tissue signals in an automated manner, a signal sampling scheme in polar coordinates and a background trend fitting algorithm were implemented. The background fits compared with targeted adipose tissue signal value (constant throughout the breast volume) to get an additive correction value for each tissue voxel. To test the accuracy, we applied the technique to cone beam CT images of mastectomy specimens. After correction, the images demonstrated significantly improved signal uniformity in both front and side view slices. The reduction of both intraslice and interslice variations in adipose tissue CT numbers supported our observations.