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Optimisation de la qualité des images et visualisation des tissus mous en tomodensitométrie à faisceau conique

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Castonguay-Henri, Aude (2019). Optimisation de la qualité des images et visualisation des tissus mous en tomodensitométrie à faisceau conique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La tomographie à faisceau conique (CBCT) est une méthode d’imagerie 3D ayant une meilleure résolution spatiale et exposant le patient à de plus faibles doses de radiation que le tomodensitomètre (CT pour Computed Tomography) conventionnel. Le spectre énergétique du faisceau de rayons X et la géométrie de son détecteur la rendent toutefois sujette à un biais spatialement dépendant qui limite sa capacité à faire de l’imagerie quantitative. La très grande majorité des logiciels de reconstruction utilise des algorithmes basés sur la rétroprojection filtrée, s’appuyant sur des corrections rudimentaires dépendantes de la physique du problème. Ces propriétés ont un impact direct sur la résolution en contraste des images reconstruites, et donc sur la visualisation des tissus mous et la capacité à les distinguer les uns des autres.

Le but de ce projet est d’améliorer la résolution en contraste et de réduire la présence d’artéfacts sur les images CBCT. Pour ce faire, nous implémentons une méthode de reconstruction itérative polychromatique. Cela permettra non seulement l’intégration d’information a priori sur le système lors de la reconstruction, mais également l’élimination des artéfacts générés par le durcissement de faisceau. Nous prenons ainsi en considération le spectre de rayons-X émis par la source, la dépendance énergétique du coefficient d’atténuation des tissus et matériaux sélectionnés, ainsi que la géométrie du système à faisceau conique.

La méthode est basée sur une adaptation d’IMPACT (Iterative Maximum-likelihood Polychromatic Algorithm for CT) qui définit le coefficient d’atténuation comme étant une combinaison linéaire de l’effet photoélectrique et de l’effet Compton, pondéré en fonction de l’énergie des photons et du tissu. L’algorithme implémenté est testé sur des fantômes synthétiques et expérimentaux, ainsi que sur des données cliniques.

Les résultats démontrent une réduction des artéfacts de durcissement de faisceau comme le cupping, une amélioration du contraste au niveau des tissus mous, ainsi qu’un fort potentiel à la reconstruction quantitative en CBCT. Implémenté en clinique, ce projet devrait contribuer à améliorer la visualisation des tissus mous et donc ouvrir des perspectives particulièrement intéressantes en imagerie diagnostique par Cone Beam CT.

Titre traduit

Image quality optimization and soft tissue visualization in Cone-Beam CT imaging

Résumé traduit

Cone-Beam computed tomography (CBCT) imaging provides better spatial resolution and exposes the patient to lower radiation doses than conventional CT-scanning, but is also subject to spacially-dependent bias due to the beam energy spectrum. This results in a very limited capacity for quantitative imaging. Routine reconstruction softwares use algorithms based on filtered backprojection, relying on rudimentary corrections with respect to the physics of the problem. These properties have a direct impact on contrast resolution and soft tissue visualization.

The goal of this project is to improve contrast resolution and reduce de presence of artéfacts on CBCT images. In order to do this, we implement a polychromatic iterative method, which allows the integration of a priori information of the system as well as the avertion of the artifacts caused by the beam hardening phenomenon and monoenergetic approximations at reconstruction. We therefore take into account the X-ray spectrum emitted by the source, the energy-dependent attenuation coefficients of selected tissues and materials, and the geometry of a cone-beam system.

Our method is based on an adaptation of IMPACT (Iterative Maximum-likelihood Polychromatic Algorithm for CT) which defines the attenuation coefficient as a linear combination of photoelectric effect and Compton effect, pondered in order to consider photon energy an the type of tissue. The implemented algorithme is tested on both synthetic and experimental phantoms, as well a clinical data.

The results show a reduction of beam-hardening artifacts such as cupping, an improved contrast in soft tissues and successful quantitative reconstruction. In clinics, this project will lead to better soft tissue imaging and therefore to greater diagnostic efficiency and accuracy.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec memoire en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 87-89).
Mots-clés libres: Cone-Beam CT, reconstruction itérative, imagerie des tissus mous
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
De Guise, Jacques A.
Codirecteur:
Codirecteur
Schmittbuhl, Matthieu
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 17 févr. 2022 17:43
Dernière modification: 17 févr. 2022 17:43
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2293

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