مجله سنجش و ایمنی پرتو

مجله سنجش و ایمنی پرتو

تحلیل کیفیت تصاویر PET بازسازی شده از فانتوم XCAT در تخمین دقیق حجم تومور با استفاده از نرم افزارGATE

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه فیزیک، دانشگاه گیلان، رشت، گیلان،ایران
10.22052/rsm.2026.256650.1120
چکیده
در تصاویر PET، شدت هر پیکسل باید متناسب با میزان پرتوزایی در بافت باشد، اما خطاهایی به نام اثر حجم جزئی ممکن است رخ دهد. این مطالعه به بررسی تأثیر الگوریتم‌های ML-EM بر دقت تشخیص ابعاد تومور پرداخت. برای شبیه‌سازی سیستم تصویربرداری، از نرم‌افزار GATE نسخه 2/7 استفاده شد. فانتوم قلب حاوی تومور با تنظیمات XCAT ساخته شد و فایل‌های باینری ایجاد شده با 2/7 XMedCon به قالب DICOM تبدیل و با MATLAB ترکیب شدند. سپس ۷ برش ترانس‌محوری شامل بافت تومور جدا شدند و قالب فایل‌ها به .mhd تغییر یافت. بازسازی تصاویر با نرم‌افزار CASTOR انجام شد. نتایج نشان داد که افزایش تعداد تکرارها در الگوریتم ML-EM نویز را در بازه‌ ۵۲ تا ۵۶ تقویت می‌کند، درحالی‌که تا تکرار ۳۳ کنتراست تصویر بهبود می‌یابد. مقادیر SSIM و PSNR نیز با افزایش تکرارها افزایش یافتند. همچنین، در تمامی تکرارها، ابعاد تومور در اسلایس های لبه (که حجم کوچکی از تومور را شامل می‌شود) بیش از حجم واقعی تخمین زده شد. این بزرگنمایی ناشی از اثر ترکیب بافت‌های مجاور است و نسبت به سایر اسلایس‌ها برجسته‌تر بود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analysis of the Quality of Reconstructed PET Images from the XCAT Phantom in Accurate Tumor Volume Estimation Using Gate Software

نویسندگان English

Alireza sadremomtaz
narjes Dalili
Physics Department, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده English

In PET images, the intensity of each pixel should be proportional to the amount of radioactivity in the tissue, but errors called partial volume effects may occur. This study investigated the effect of ML-EM algorithms on the accuracy of tumor size detection. GATE 7.2 software was used to simulate the imaging system. A heart phantom containing a tumor was created with XCAT settings, and the binary files created with XMedCon were converted to DICOM format and combined with MATLAB. Then, 7 transaxial slices containing the tumor tissue were separated and the file format was changed to .mhd. Image reconstruction was performed with CASTOR software.
The results showed that increasing the number of iterations in the ML-EM algorithm amplifies the noise in the range of 52 to 56, while image contrast improves up to 33 iterations. The SSIM and PSNR values also increased with increasing iterations. Also, in all iterations, the tumor size in slices (which include a small volume of the tumor) was overestimated. This magnification is due to the effect of blending adjacent tissues and was more prominent than other slices.

کلیدواژه‌ها English

XCAT phantom
image reconstruction
ML-EM algorithms
GATE software
1. M. Brown. PET Imaging in Oncology: Current Applications and Future Directions. Imaging Med. 16 (5) (2024) 224–225.
2. F. Hashimoto, Y. Onishi, K. Ote, H. Tashima, A. J. Reader, T. Yamaya. Deep learning-based PET image denoising and reconstruction: a review. Radiol. Phys. Technol. 17 (1) (2024) 24-46.
3. A. J. Reader, B. Pan. AI for PET image reconstruction. Br. J. Radiol. 96 (1150) (2023) 20230292.
4. M. Asemanrafat, A. Chaparian, M. Lotfi, A. Rasekhi. Impact of Iterative Reconstruction Algorithms on Image Quality and Radiation Dose in Computed Tomography Scan of Patients with Malignant Pancreatic Lesions. J. Med. Signals Sensors 12 (1) (2022) 69-75.
5. J . Llacer, E. Veklerov, K. J. Coakley, E. J. Hoffman, J. Nunez. Statistical analysis of maximum likelihood estimator images of human brain FDG PET studies. IEEE Trans. Med. Imaging. 12 (2) (1993) 215–231.
6. W. P. Segars, B. M. W. Tsui, J. Cai, F. F. Yin, G. S. Fung, E. Samei. Application of the 4D XCAT phantoms in biomedical imaging and beyond. IEEE Trans. Med. Imaging 37 (3) (2018) 680-692.
7. U. Sara, M. Akter, M. S. Uddin. Image Quality Assessment through FSIM, SSIM, MSE and PSNR: A Comparative Study. J. Comput. Commun. 7 (3) (2019) 8-18.
8. A. M. Alessio, P. E. Kinahan. PET Image Reconstruction. In: R. E. Henkin, editor. Nuclear Medicine. 2nd ed. St. Louis, MO: Mosby; 2006.
9. M. Defrise, P. E. Kinahan, C. J. Michel. Image Reconstruction Algorithms in PET. In: P. E. Valk, D. L. Bailey, D. W. Townsend, M. N. Maisey, editors. Positron Emission Tomography: Basic Sciences. Springer, London (2005) 63–91.
10. C. J. Jaskowiak, J. A. Bianco, S. B. Perlman, J. P. Fine. Influence of reconstruction iterations on 18F-FDG PET/CT standardized uptake values. J. Nucl. Med. 46 (3) (2005) 424-428.