Aplicação do algoritmo FDK para a reconstrução de imagens tomográficas multicortes
Application of the FDK algorithm for multi-slice tomographic image reconstruction
Costa, Paulo Roberto; Araújo, Ericky Caldas de Almeida
http://dx.doi.org/10.4322/rbeb.2012.084
Rev. Bras. Eng. Bioméd., vol.26, n2, p.105-120, 2010
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Resumo
O presente trabalho consiste no estudo e aplicação do algoritmo
FDK (Feldkamp-Davis-Kress) para a reconstrução de imagens
tomográficas utilizando a geometria de feixe cônico, resultando
na implementação de um sistema adaptado de tomografia
computadorizada multicortes (TCMC). O algoritmo FDK é a base
de algoritmos de retroprojeção filtrada utilizados nos equipamentos de TCMC comercializados atualmente. Para a aquisição das
projeções, utilizou-se uma plataforma giratória com goniômetro
acoplado, um equipamento de raios X e um detector digital
tipo CCD (charge-coupled device). Para processar a reconstrução
das imagens foi utilizado um computador com processador
Pentium®
XEONTM
3.0, no qual foi implementado o algoritmo
FDK. Inicialmente foi aplicado o algoritmo FDK original, no qual
se assume o caso físico ideal no processo de medições. Em seguida
foram incorporadas ao algoritmo algumas correções de artefatos
relacionados ao processo de medição das projeções, tais como a
alteração do filtro utilizado na etapa que precede a retroprojeção,
para aumentar a razão sinal ruído das imagens e uma correção
digital da centralização do sistema de aquisição das projeções. Para
a calibração do sistema utilizou-se um objeto com distribuição de
coeficientes de atenuação linear (µ(r)) conhecida, que foi fabricado
com esta finalidade. Por fim, o sistema de TCMC implementado
foi utilizado na reconstrução tomográfica multicortes de um objeto
não homogêneo, cuja distribuição µ(r) é desconhecida. Para avaliar
a robustez do sistema e sua reprodutibilidade, foram analisados
alguns aspectos das imagens reconstruídas, tais como: relação
sinal ruído, concordância entre os valores de número CT medidos
e determinados teoricamente, e a fidelidade na representação do
objeto imageado. Durante a calibração do sistema foi verificada a
relação linear entre o número CT e o coeficiente de atenuação linear
dos materiais, o que valida a aplicação do sistema implementado
para a caracterização dos coeficientes de atenuação linear de
diferentes objetos.
Palavras-chave
Tomografia computadorizada, Algoritmo
FDK, Tomografia computadorizada multicortes
Abstract
This work consisted on the study and application of the FDK (FeldkampDavis-Kress) algorithm for tomographic image reconstruction using
cone-beam geometry, resulting on the implementation of an adapted
multi-slice computed tomography (MSCT) system. For the acquisition
of the projections, a rotating platform coupled to a goniometer, an
X-ray equipment and a digital image detector CCD (charge-coupled
device) type were used. The FDK algorithm was implemented on a
computer with a Pentium®
XEONTM
3.0 processor, which was used
for the reconstruction process. Initially, the original FDK algorithm
was applied considering only the ideal physical conditions in the
measurement process. Then some artifacts corrections related to the
projections measurement process were incorporated. The implemented
MSCT system was calibrated. A specially designed and manufactured
object with a known linear attenuation coefficient distribution (µ(r))
was used for this purpose. Finally, the implemented MSCT system was
used for multi-slice tomographic reconstruction of an inhomogeneous
object, whose distribution µ(r) was unknown. Some aspects of the
reconstructed images were analyzed to assess the robustness and
reproducibility of the system. During the system calibration, a linear
relationship between CT number and linear attenuation coefficients
of materials was verified, which validate the application of the
implemented multi-slice tomographic system for the characterization of
linear attenuation coefficients of distinct several objects.
Keywords
Computed tomography, FDK algorithm, Multi-slices
computed tomography