Reducción del ruido en imágenes de tomografía computarizada usando un filtro bilateral anisotrópico / Noise reduction in computed tomography images using an anisotropic bilateral filter

En este trabajo se propone el uso de un filtro bilateral anisotrópico (FBA) para reducir el ruido en imágenes de tomografía computarizada. El FBA fue implementado en una versión tridimensional que permite ajustar los parámetros del filtro dependiendo de la resolución de las imágenes en cada uno de los ejes. La utilidad del FBA se demostró con un fantoma estándar, que se escaneó, inicialmente, utilizando una dosis de radiación referencia de 240 mAs, y, seguidamente, con dosis del 50 % y 25% de la de referencia. Asimismo, se procesaron y analizaron dos casos clínicos correspondientes a una tomografía abdominal y otra de tórax, ambas utilizando una inyección intravenosa de medio de contraste. Se encontró que el FBA permite mantener una mejor relación entre el ruido, la resolución espacial y la detectabilidad de bajos contrastes, cuando se le compara con el método tradicional de retroproyección filtrada que utilizan los escáneres de tomografía clínicos. Los resultados del fantoma, sugieren que es posible reducir las dosis de radiación hasta en un 50% sin afectar la resolución espacial o la detectabilidad de bajos contrastes, cuando se le compara con la dosis de referencia. Los estudios clínicos, revelaron que el FBA puede disminuir el ruido de las imágenes y aún garantizar una calidad adecuada para el diagnóstico. Estudios clínicos prospectivos, son necesarios para demostrar que la disminución del ruido puede permitir una reducción significativa de las dosis de radiación.

This work proposes the use of an anisotropic bilateral filter (ABF) to reduce the noise in computed tomography images. The FBA is implemented in the tridimensional space, allowing the adjustment of filter parameters depending on the image resolution in each axis. The utility of the FBA was demonstrated using a standard image quality phantom which was scanned using a 240 mAs reference dose, and subsequently with 50 % and 25 % of the reference dose. Additionally, two clinical cases were processed, corresponding to routine clinical, intravenous contrast-enhanced abdomen and thorax scans. The phantom study found that the FBA keeps a better tradeoff between noise, spatial resolution, and low contrast detectability, when it is compared to traditional filtered backprojection reconstructions, routinely employed by current computed tomography scanners. Hence, results in the phantom suggest it is possible to reduce radiation dose by at least 50% without affecting spatial resolution or low contrast detectability. The clinical studies revealed that the FBA can decrease image noise and still provide enough information for adequate diagnosis. Prospective clinical studies are necessary to demonstrate whether or not the observed noise reduction would allow a significant decrease in radiation dose.

TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA POR RAYOS X: FUNDAMENTOS Y ACTUALIDAD

Este artículo presenta una revisión de los fundamentos de la tomografía computarizada, empezando por un recuento de los inicios y progresos de esta técnica a través del tiempo, y continuando con una descripción de los principios físicos que rigen la producción de los rayos X. El artículo también discute las bases matemáticas para la reconstrucción de las imágenes a partir de proyecciones utilizando métodos analíticos o iterativos. En una sección independiente, se revisan los conceptos más importantes relacionados con los riesgos de la radiación ionizante y se discuten investigaciones recientes, algunas polémicas, acerca de los beneficios y riesgos asociados con la tomografía computarizada y cómo estos afectan los protocolos de adquisición de las imágenes. Finalmente, con base en los avances científicos y tendencias más recientes, el artículo propone las áreas que, presumiblemente, continuarán siendo el centro de atención de la tomografía computarizada de rayos X en los próximos años.

This paper reviews the fundamentals of x-ray computed tomography. It starts by summarizing the early days of the technique and its evolution through time, as well as the physical principles of x-ray production. Subsequently, the mathematical principles of image reconstruction are discussed with emphasis in both analytical and iterative reconstruction methods. A complete section is dedicated to review the main concepts related with the risks of ionizing radiation, and discuss some of the most recent controversies about CT radiation and how those risks affect scanning protocols. Finally, based on the most recent advances and trends in CT, the paper discuss about those areas, which, presumably, will be the research focus of CT in the near future.