Lag correction for Cone-Beam CT : characterization and implementation of an exposure-dependent algorithm

Sara Filipa Pereira Rosas

Key information

Authors:

Sara Filipa Pereira Rosas (Sara Filipa Pereira Rosas)

Supervisors:

Patrícia Margarida Piedade Figueiredo (Patrícia Figueiredo); Sébastien Brousmiche

Published in

November 10, 2016

Abstract

Os detectores planos utilizados em Cone-Beam Computed Tomography (Cone-Beam CT) são conhecidos pelo aprisionamento de cargas na camada cintiladora. A subsequente libertação destas vargas resulta em sinal residual, fenómeno também conhecido por image lag. Em equipamentos de Cone-Beam CT que utilizam energias na ordem dos quilovolts (kV), a presença de 2-3% de sinal residual pode diminuir significativamente a qualidade de imagem devido à introdução de artefactos e redução da precisão de Unidades de Hounsfield (HU). Vários autores propuseram diferentes métodos para minimizar os efeitos de image lag, incluindo algoritmos para correcção de imagem em tempo real. O presente trabalho tem por objectivo implementar um método de para correcção de image lag que tenha em conta as diferentes exposições a que o detector é sujeito. Foi realizado um conjunto de experiências para caracterizar o sinal residual no Thales Pixium RF 4343 e perceber o potencial do algoritmo linear e invariante previamente implementado para correcções dependentes da exposição. Com base nesta caracterização, foi implementado um novo algoritmo não-linear e invariante. Os parâmetros usados na caracterização foram calibrados em função da exposição e um novo parâmetro foi introduzido para ajustar a estimativa de cargas acumuladas no detector. Ambos os métodos foram utilizados para corrigir aquisições Cone-Beam CT estáticas e dinâmicas. Os nossos resultados demonstram que o algoritmo não-linear e invariante supera o método previamente implementado no que à correcção de artefactos e precisão de HU, para tecidos moles e estruturas ósseas. O método desenvolvido aparenta ser viável para implementação na prática clínica. Flat panels (FPs) used in Cone-Beam Computed Tomography (Cone-Beam CT) are known to experience charge trapping in the detector scintillator. The subsequent charge release causes residual signal, also known as image lag. In kilovoltage (kV) Cone-Beam CT, residual signal as low as 2-3% can significantly decrease image quality due to the introduction of temporal artifacts and reduction of CT number accuracy. Several authors proposed different methods to minimize the effects of lag, including algorithms for online correction. Our research aims to implement an exposure-dependent method for lag correction. A number of experiments was performed to characterize image lag for the Thales Pixium RF 4343 FP and explore the potential of the already implemented linear-time invariant (LTI) method regarding exposure dependence. Based on the lag characterization, a Non-LTI algorithm was further implemented to take exposure and spatial variations across the FP into account. Lag parameters were modelled as a function of exposure and a new parameter was introduced to adjust the estimation of stored charges. Both methods were used to correct flood fields as well as static and dynamic head acquisitions. Our results show that the Non-LTI method outperforms the previously implemented method in terms of radar artifact correction and CT number accuracy, for both soft tissue and bony structures. The developed method seems feasible to be implemented in the clinical workflow for image lag correction purposes.