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Modellbasierte Korrektur der Streustrahlung in der Positronen-Emissions-Tomographie

Werling, Alexander

English Title: Model-based scatter correction for positron emission tomography

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PDF, German
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Abstract

In der Positronenemissionstomographie (PET) hat sich durch den Wegfall abschirmender Septen beim Übergang von 2D zu 3D Messungen das Problem des Streuanteils in den gemessenen Projektionen deutlich verschärft. Gewöhnlich wird der Streuanteil unter Verwendung eines Streumodells geschätzt und zur Korrektur von den Rohdaten subtrahiert. Dabei tritt das prinzipielle Problem auf, dass der Streuanteil bereits in den Emissionsdaten enthalten ist, die zur Schätzung der gestreuten Ereignisse herangezogen werden. Zur Lösung dieses Problems bietet sich die Einbindung der Streukorrektur in die iterative Bildrekonstruktion an. Zur Streukorrektur wird das Modell der Daten von der einfachen Vorwärtsprojektion um eine zusätzliche Streusimulation erweitert. Dadurch ird auf natürliche Weise der Abbildungsvorgang im Tomographen simuliert und eine selbstkonsistente Berechnung des Streuanteils erreicht. Für die Streusimulation verwenden wir eine rechenzeitoptimierte Implementierung des Single Scatter Simulation (SSS-) Algorithmus. Die Methode wurde mit Hilfe von Phantom-Messungen an einem modernen 3D-PET-Scanner validiert. Die Resultate zeigen, dass durch diesen Ansatz eine exaktere Schätzung des Streuanteils möglich ist als mit dem herkömmlichen Verfahren (einmalige Korrektur vor der Rekonstruktion). Darüber hinaus ermöglicht die Reduzierung der Rechenzeit die Anwendung der Streukorrektur auf gewöhnlichen Arbeitsplatzrechnern.

Translation of abstract (English)

Positron emission tomography (PET) images include a significant scatter component. The presence of the scatter manifests itself as a loss of spatial resolution and as an apparent migration of activity from hot to cold regions. Monte Carlo (MC) based approaches have proved to be very useful in simulating the image-forming process in the PET scanner. However, fully 3D MC simulations are computationally too intensive to be applied in the clinical routine. Consequently, many efforts have been undertaken to develop approximate scatter correction techniques for PET. Scatter correction is generally performed prior to image reconstruction using an appropriate model of the scatter process. These models require estimates of the correct emission and attenuation distribution in the imaged object. The problem is that these estimates are computed from measured data and, therefore, already contain scattered events. The purpose of this work was to overcome this problem by incorporating scatter characteristics directly into the process of iterative image reconstruction. This was achieved by an optimized implementation of the Single Scatter Simulation (SSS) algorithm resulting in a significant speed-up of the scatter estimation procedure (from about 10 min to 30 s). The computationally improved SSS algorithm was then included into the forward projection step of maximum likelihood image reconstruction. Results obtained from phantom measurements demonstrate that this approach leads to a better estimation of the scatter component than can be obtained by a simple sequential data processing strategy.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bortfeld, Prof. Dr. Thomas
Date of thesis defense: 31. October 2001
Date Deposited: 07. Nov 2001 00:00
Date: 2001
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Positronen-Emissions-Tomographie, Streustrahlung, Korrektur, Bildrekonstruktion, iterativ
Uncontrolled Keywords: Streukorrekturpositron emission tomography , scatter correction , iterative image reconstruction
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