Comparação entre algoritmos de tomografia computadorizada aplicada a imagens ruidosas

Abstract

Inicialmente descrevemos os princípios de instabilidade de substâncias radioativas e as radiações ionizantes existentes, destacando os raios gama, utilizados em medicina nuclear. Passando pelo estudo da interação da radiação com a matéria e de modelos estatísticos, foi possível descrever os princípios dos detectores existentes, demonstrando assim porque da utilização dos cintiladores em equipamentos de imagens (gama-câmera e PET/CT) [1 ,2]. A descrição dos elementos de uma gama-câmera (colimadores, cristal de cintilação, fotomultiplicadoras, pré-amplificadores e etc. [2,3]) foi um passo fundamental por ser o equipamento no qual estive me baseado durante esse trabalho, mesmo que a técnica de reconstrução de imagens seja a mesma para outros equipamentos, e por facilitar a visualização de como simples contagens são transformadas em imagens. Como os eventos tratados têm natureza estocástica, estudei a distribuição estatística mais utilizada para obter parâmetros que serviram na comparação entre os métodos de reconstrução simulados [1 ,2,4]. As técnicas de aquisição foram separadas em duas: estática e SPECT (Single Positron Emition Tomography). SPECT foi o foco principal desse trabalho que comparou alguns dos diferentes métodos de reconstrução, RetroProjeção Filtrada (FBP, o mais utilizado) e os chamados Métodos Iterativos [2,5,6,7]. A parte experimental foi feita através de simulações computacionais no software MATLAB em que os métodos de reconstrução foram aplicados sobre dados ruidosos gerados a partir de fantons matemáticos, de forma que foi possível acompanhar e comparar os parâmetros de análise [5, 8].

lnitially we described the principies of instability of radioactive substances and radiation, highlighting the gamma ray, used in nuclear medicine. Turning to the study of the interaction of radiation with matter and the statistical models were unable to describe the principies of the existing detectors, thus demonstrating the reason of the the use of scintillators in equipment of images (gamma-camera and PET/CT) [1 ,2]. The description of the elements of a gamma-camera (collimators, scintillation crystal, photomultiplier, pre-amplifiers and others. [2,3]) was a key step for the equipment in which I based this work, even if the technique of reconstruction of images is the same for other equipment, and facilitate the visualization of how simple counts are converted into images. As the events treated have stochastic nature, I studied the more used statistical distribution for obtain parameters that permit the comparison between the methods of reconstruction simulated [1 ,2,4]. The techniques of acquisition were separated into two: static and SPECT (Single Positron Emition Tomography). SPECT was the main focus of this work that compared some of the different methods of reconstruction, Filtered Back Projection (FBP, the most widely used in practice) and so-called lterative Methods [2,5,6,7]. The experimental part was done through computational simulations in MATLAB software in which the methods of reconstruction have been applied on noisy data generated as mathematical phantons, so that it was possible to monitor and compare the parameters of the analysis [5,8].