Simulation, visualization and image quality analysis of cardiac interventional X-ray

Abstract

Spatial resolution, noise, contrast or geometric distortion, are some of the principal factors that determine X-ray imaging quality. By adjusting various parameters of the medical imaging system, such as the tube voltage, the tube current, geometric distances/nor the angle of view, it is possible to control the presence of a particular electromagnetic radiation: the scattered radiation. Such radiation contributes to a reduction of contrast and adds noise; in consequence, the contrast-to-noise ratio gets worse and the image quality degrades. The main goal of this thesis is to understand the physical phenomenon behind X-rays and how the aforementioned parameters influence the final images in the presence of scattered radiation. For creating the X-ray images, a simulation tool developed in Philips Research called Diphos (Diagnostic Photon Simulation) for acquiring primary and scatter radiation is used. For reproducing other sources of image quality degradation coming from the medical system itself, such as photon noise, electronic noise or the detector blurring, Matlab has been used. In parallel, a visualization tool for Google SketchUp has been designed in order to depict the simulated scenarios. Hence, the study consists of the simulation, visualization and image quality analysis of X-ray images. As a clinical scenario, cardio imaging was used, with the aim of visualizing as good as possible the coronary arteries.

La resolució espacial, el soroll, el contrast o la distorsió geomètrica són alguns dels factors més importants per determinar la qualitat en les imatges mèdiques de raigs-X. L’ajust de diversos paràmetres controlables en els sistemes mèdics durant l’adquisició de les imatges, com ara el voltatge o el corrent induït en el tub, les distàncies geomètriques dels aparells o punt de vista des d’on s’adquireixen les imatges, poden controlar la quantitat de presència d’una radiació electromagnètica molt particular: la radiació scatter. Aquesta radiació és una font de soroll i reducció de contrast en les imatges, que en conseqüència, fa que la relació contrast-soroll empitjori i degradi la imatge. L’objectiu d’aquest projecte és entendre quins fenòmens físics hi ha darrere dels raigs-X i com els paràmetres anteriors influeixen en la presència de radiació scatter en les imatges finals. Per tal de crear les imatges, s’utilitza una eina de simulació desenvolupada a Philips Research anomenada Diphos (Diagnostic Photon Simulation) per adquirir la radiació primària i scatter. Per simular les altres fonts de soroll venint del propi sistema mèdic, com el soroll dels fotons, el soroll electrònic o inclús la difuminació provocada pel cross-talk del detector, s’utilitza Matlab. Paral·lelament, també es dissenya una eina de visualització dels sistemes a simular per a Google SketchUp. Així doncs, l’estudi consisteix en simular, visualitzar i avaluar la qualitat d’imatges de raigs-X, amb l’objectiu de veure de la millor manera possible les arteries coronàries.