Calibration of a C-arm X-ray system for its use in tomography

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dc.contributor.advisor Abella García, Mónica
dc.contributor.author Paraiso Labora, Martín
dc.date.accessioned 2013-06-03T07:48:57Z
dc.date.available 2013-06-03T07:48:57Z
dc.date.issued 2013-02
dc.date.submitted 2013-02-27
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/17029
dc.description.abstract Intraoperative radiotherapy (IORT) is a procedure that allows the administration of a high dose of ionizing radiation directly on the tumor bed just after the surgery. The main advantage with respect to external radiotherapy (RT) is that it allows exposing the tumor bed at maximum avoiding radiation on surrounding healthy tissue. The first tool for IORT planning was developed by GMV in collaboration with the imaging group at Gregorio Marañón Hospital inside a line of research devoted to IORT. The tool was based on a previous CT image as it is done for external radiotherapy planning. The problem in the case of IORT lies in the changes suffered by the patient’s anatomy during surgery and after resecting the tumor, making the dose calculations imprecise, as they were done based on CT images previous to the intervention. Within this line of research, obtaining volumetric images of the patient during the intervention using a C-arm as a tomograph has been proposed to evaluate and/or improve the results on IORT planning. A C-arm is a portable system with a wide variety of movements that allows obtaining projective images (radiographies) from multiple perspectives of the operating table during an intervention, avoiding the need of moving the patient. For the development of this project a C-arm by SIEMENS (model: Siremobil Compact L) is available. In order to use the system, designed originally to obtain planar images, as a tomograph, it is necessary to make an evaluation of the possible non-idealities (distortion in the detector, repeatability and geometrical misalignments) and its effects on the reconstructed images. Furthermore, it is necessary to develop a calibration algorithm that allows obtaining the correction value to compensate them in reconstruction. The objective of this thesis is to give answers to these two needs. In the first place, the evaluation of the projection images has been done by making a distortion and repeatability study based on acquisitions of different phantoms. Secondly, the effects of geometrical misalignments on both projections and reconstructions have been evaluated. To this end, a software tool has been developed to emulate the acquisition done by the C-arm, producing a set of projections of synthetic phantoms based on the parameters that describe the real system. This tool allows modeling the geometrical misalignments applying inclinations, rotations and translations on the detector and changes on the value of source-to-detector distance. Finally a software calibration tool has been developed, based on the method proposed by Cho et al. in 2005, an algorithm specifically designed for its use with a C-arm. It allows the estimation of a set of parameters that describe the system geometry. With these parameters, the reconstruction algorithm can compensate the non-idealities to obtain a good quality reconstruction. _______________________________________________________________________________________________________________________
dc.description.abstract La radioterapia intraoperatoria (RIO) es un procedimiento que permite la administración de una alta dosis de radiación ionizante directamente sobre el lecho tumoral justo después de la intervención quirúrgica. La principal ventaja con respeto a la radioterapia externa (RT) externa es que permite exponer el tejido tumoral al máximo evitando radiar tejido sano circundante. La primera herramienta de planificación de RIO fue desarrollada en el Laboratorio de Imagen Médica de la Unidad de Medicina y Cirugía Experimental del Hospital General Gregorio Marañón y el Departamento de Bioingeniería de la Universidad Carlos III de Madrid dentro de la línea de investigación en RIO. La herramienta se basa en una imagen previa de TAC al igual que se hace en la planificación en radioterapia externa. El problema en el caso de la RIO radica en que la anatomía del paciente sufre cambios durante la cirugía y tras la extirpación del tumor, haciendo imprecisos los cálculos hechos basándose en una imagen de TAC previa a la intervención. Dentro de esta línea de investigación, para valorar y/o mejorar los resultados de la planificación, se ha propuesto obtener imagen volumétrica del paciente durante la intervención usando un arco en C como tomógrafo. El arco en C es un equipo portátil con amplia variedad de movimientos que permite la toma de imágenes proyectivas (radiografías) desde múltiples perspectivas en la mesa de cirugía durante una intervención, evitando la necesidad de trasladar al paciente. Para la realización de este proyecto se dispuso de una arco en C de SIEMENS (modelo Siremobil Compact L). Para poder utilizar este sistema, diseñado originalmente para obtener imagen plana, como tomógrafo es necesario hacer una evaluación de las posibles no-idealidades (distorsión en el detector, repetitividad y desalineamientos geométricos) y su efecto en las imágenes reconstruidas. Así mismo, es necesario desarrollar un algoritmo de calibración que permita obtener el valor de corrección que permita compensarlas en la reconstrucción. El objetivo de este proyecto es dar respuesta a estas dos necesidades. En primer lugar se ha realizado la evaluación de las imágenes de proyección haciendo un estudio de distorsión y repetitividad a partir de adquisiciones de diferentes maniquíes. En segundo lugar, se han evaluado los efectos de los desalineamientos geométricos tanto en las proyecciones como en las imágenes reconstruidas. Para ello se ha desarrollado una herramienta software que emula la adquisición que realiza el arco, produciendo un conjunto de proyecciones a partir de maniquíes sintéticos basándose en los parámetros que describen el sistema real. Esta herramienta permite modelar desalineamientos geométricos aplicando inclinaciones, rotaciones y traslaciones en el detector, y cambios en el valor de la distancia fuente-detector. Finalmente se ha desarrollado una herramienta software de calibración, basada en el método propuesto por Cho et al en 2005, un algoritmo específicamente diseñado para su utilización con un arco en C que permite estimar un conjunto de parámetros que describen la geometría del sistema. A partir de estos parámetros el algoritmo de reconstrucción compensa las noidealidades para conseguir una reconstrucción de calidad.
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso eng
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.subject.other Ingeniería biomédica
dc.subject.other Tomografía
dc.subject.other Radioterapia intraoperatoria
dc.subject.other Rayos X
dc.subject.other Calibración
dc.title Calibration of a C-arm X-ray system for its use in tomography
dc.type masterThesis
dc.subject.eciencia Electrónica
dc.rights.accessRights openAccess
dc.description.degree Ingeniería Industrial
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial
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