Corrección del artefacto de anillo para un tomógrafo de rayos x de pequeños animales

129 Pages·2012·6.07 MB·Spanish

Departamento de Bioingeniería e Ingeniería

Aeroespacial

PROYECTO FIN DE CARRERA

CORRECCIÓN DEL
ARTEFACTO DE ANILLO
PARA UN TOMÓGRAFO DE
RAYOS X DE PEQUEÑOS
ANIMALES

Autor: Daniel Alonso García

Tutor: Mónica Abella García

Leganés, abril de 2013
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Título: CORRECCIÓN DEL ARTEFA

Realización: Laboratorio de Imagen Médica, Unidad de Medicina y Cirugía
Experimental. Hospital General Universitario Gregorio Marañón.

Autor: Daniel Alonso García
Director: Mónica Abella García

EL TRIBUNAL

Presidente:

Vocal:

Secretario:

Realizado el acto de defensa y lectura del Proyecto Fin de Carrera el día __ de _______
de 2013 en Leganés, en la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Carlos III de
Madrid, acuerda otorgarle la CALIFICACIÓN de

VOCAL

SECRETARIO PRESIDENTE
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AGRADECIMIENTOS

A mi familia, amigos y novia.

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RESUMEN

El constante desarrollo de técnicas para el estudio de procesos biológicos en animales
de laboratorio hace esencial el diseño y desarrollo de herramientas que permitan,
mediante técnicas no invasivas, tanto mediciones funcionales como la realización de
estudios longitudinales en pequeños animales, muy útiles en la investigación de
enfermedades y respuestas al tratamiento, que sirven como modelo para su traslación
a la práctica clínica.

El trabajo de este proyecto se encuadra dentro de una línea de investigación que se
desarrolla en el Laboratorio de Imagen Médica de la Unidad de Medicina y Cirugía
Experimental (UMCE) del Hospital General Universitario Gregorio Marañón y el
Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial de la Universidad Carlos III de
Madrid. Su objetivo es diseñar, desarrollar y evaluar nuevos sistemas de adquisición de
datos, procesamiento y reconstrucción de imágenes multi-modales para aplicaciones
en investigación preclínica. Dentro de esta línea de investigación se ha desarrollado un
tomógrafo de rayos X de alta resolución para pequeños animales que comercializa
actualmente la empresa SEDECAL.

En los estudios tomográficos pueden aparecer una serie de artefactos que dificultan en
mayor o menor grado el análisis cualitativo y cuantitativo de las imágenes, por lo que
es necesaria la aplicación de técnicas de corrección para paliar en la medida de lo
posible la degradación de la imagen que provocan dichos artefactos.

El presente proyecto trata la corrección de los llamados artefactos de anillo, que
aparecen en las imágenes de TAC obtenidas con sistemas de tercera generación, como
es el caso de la mayoría de sistemas TAC de pequeño animal. En primer lugar se
implementan una selección de métodos de corrección propuestos en la literatura
basados en técnicas de post-procesado. En segundo lugar, se desarrolla un simulador
que emula la adquisición en el escáner y permite la inclusión de artefactos de anillo, lo
que posibilita la evaluación de los algoritmos sobre imágenes simuladas. Así mismo, se
realiza la evaluación sobre estudios reales de maniquíes cilíndricos y roedores. A partir
de los resultados obtenidos de esta evaluación se selecciona el método óptimo y se
incluye en el tomógrafo de alta resolución de pequeño animal disponible en el
laboratorio.

Palabras clave

Tomografía de rayos X, TAC, pequeño animal, micro-TAC, artefacto de anillo.
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ABSTRACT

The constant research on techniques to study biological processes in laboratory
animals makes it essential to design and implement non-invasive techniques to obtain
functional measurements and to perform longitudinal studies of small animals. These
techniques are very useful for researching the development of diseases and the
biological responses to therapy that are used as a model for its translation to the
clinical practice.

This project is included as a part of a research program that is being developed in the
Laboratorio de Imagen Médica of the Unidad de Medicina y Cirugía Experimental at
Hospital General Universitario Gregorio Marañón and the Bioengineering Department
of Universidad Carlos III, whose objectives are to design, develop and evaluate new
systems of acquisition, processing and reconstruction of multimodal images for
applications in preclinical research. As a part of this research program, the group has
developed a high resolution X-ray tomograph for small animals (micro-CT).

In a tomographic study we can find several artifacts that degrade the quality of the
images hindering their analysis making it necessary to develop algorithms to
compensate them.

The work of this project focuses in the correction of one of the common artifacts in
third generation X-ray CT systems, the so called ring artifact. First, a selection of
methods of post-processing proposed in the literature are implemented. Then, is
implemented as well a software that simulates the behavior of CT-scanner and that
allows the inclusion of ring artifacts in the simulated images in order to evaluate the
correction algorithms on simulated images. Moreover, the correction algorithms are
evaluated on real CT studies of homogeneous cylinders and rodents. From the results
of this evaluation, an optimal method is selected and incorporated to the real X-ray CT
system available at the laboratory.

Key words

X-ray CT, Computed Tomography, small animal, micro-CT, ring artifact.
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