Aplicação do algoritmo FDK para a reconstrução de imagens tomográficas multicortes / Application of the FDK algorithm for multi-slice tomographic image reconstruction

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...

ABSTRACT

This work consisted on the study and application of the FDK (Feldkamp- Davis-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.