Image reconstruction in dental tomosynthesis with stationary detector

Abstract

Tomosentez anatomik yapıları analiz etmek için kullanılan bir görüntüleme yöntemidir. Tomosentezde, farklı açılardan çekilen X-ışını görüntüleri, görüntünün yeniden oluşturulması için kullanılır. Bilgisayarlı kesityazarın aksine, X-ışını tüpü çekim için kısıtlı bir yol üzerinde hareket eder. Bu sebeple, yeniden oluşum için kullanılan izdüşümlerinin sayısı bilgisayarlı kesityazardan daha azdır.Bu tezde, x-ışını tüpünün kısıtlı bir çember üzerinde eşmerkez etrafında hareket edebildiği, sabit detektörlü tomosentez sisteminin uygulanabilirliği araştırıldı. Algoritma hem benzetim hem de fiziksel fantom için kullanıldı. X-ışını soğrulması ve ışın izlemeye dayanılarak x-ışını benzetimi oluşturuldu. X-ışını makinesiyle görüntü almak için fiziksel fantom üretildi. Görüntü oluşumu farklı koşullar altında gözlemlendi. Dairesel hareketin aralığının ve adım boyutunun etkileri incelendi. Ayrıca, seçilen düzlem ile eksenler arasındaki açının görüntü oluşumuna etkisi araştırıldı. Ek olarak, seçilen düzlem ile eşmerkez arasındaki mesafenin etkisi denendi. Son olarak, yapılarındahi iyi tanımlanması için yapay oluşumların ve bulanıklığın giderimi işlemi uygulandı.Yeniden oluşturulan görüntülerin analizi gösterdi ki, tomosentez, yapıların daha iyi tanımlanmasını sağlayabilir. İyi görüntü oluşumunda daha geniş yakalama yayı, yapay oluşumların ve bulanıklığın giderimi en önemli etkenlerdir. Odak düzlemi dışındaki düzlemler, yeniden oluşturulan görüntülerde yapay oluşumlar ve bulanıklığa sebep olmaktadır. Bu nedenle, objelerin görünebilirliğini iyileştirmek için yüksek kontrastlı objelerin bulunduğu düzlemler, yeniden oluşturulan düzlemden çıkarılmaktadır. Histogram analizi de görüntüdeki yüksek kontrastlı piksellerin baskılanmasını göstermiştir.Anahtar Sözcükler: Tıbbi görüntüleme, X-ışını görüntüleme, Tomosentez, Kısıtlı açıda görüntüleme, Sabit dedektör.

Tomosynthesis is an imaging modality for analyzing anatomical structures. X-ray images from different angles are used for reconstruction in tomosynthesis. In contrast to computed tomography, X-ray tube moves around a restricted pathway for acquisition. Therefore, number of projections are used for reconstruction are less than computed tomography.In this thesis, feasibility of tomosynthesis was explored for a stationary detector system, where x-ray tube had a limited circular movement around isocenter. Algorithms are both used for simulation and physical phantom. X-ray simulation is created based on x-ray attenuation and ray tracing. Physical phantom is produced for acquisition of images with x-ray machine. Observations were made for different conditions in image creation. Effects of the range of circular movement and step size were analyzed. Also, influence of angles between selected plane and axes in image formation were studied. Additionally, effect of selected plane to isocenter distance was experimented. Lastly, artifact and blur removal was applied to achieve better structure identification.Analysis of reconstructed images showed that tomosynthesis could improve the identification of structures. Wider acquisition arcs, artifact and blur removal were the most important factors in getting better images. Planes other than the focused plane caused artifacts and blur in reconstructed image. Therefore, planes with high contrast objects were subtracted from reconstructed plane to improve the visibility of the objects. Histogram analysis also showed the suppression of higher contrast pixels in the reconstructed image.Keywords: Medical imaging, X-ray imaging, Tomosynthesis, Limited angle imaging, Stationary detector.