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반복법을 사용한 단층영상 재구성을 위한 투사기 및 역투사기의 고속 구현
Fast Implementations of Projector-Backprojector Pairs for Iterative Tomographic Reconstruction 원문보기

의공학회지 = Journal of biomedical engineering research, v.24 no.5 = no.80, 2003년, pp.473 - 480  

김수미 (배재대학교 전자공학과) ,  이수진 (배재대학교 전자공학과) ,  김용호 (배재대학교 전자공학과)

초록
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반복법을 사용한 영상재구성은 기존의 여과역투사 방법에 비해 윌등한 장점을 가지고 있으므로 방출 전산화단층촬영에 있어 매우 중요한 역할을 해왔다. 그러나, 반복법을 사용한 영상재구성법은 데이터의 투사 및 역투사 계산의 반복으로 이루어져 있으므로 한 영상을 재구성하는데 필요한 계산량은 알고리즘의 구현을 위해 사용된 투사기 및 역투사기의 성능에 크게 좌우된다. 본 연구에서는 투사기 및 역투사기를 구현하기 위한 대표적 방법들의 성능을 정량적으로 비교한다. 각 구현방법에 있어서 투사-역투사 계산에 필요한 연산량을 줄이기 위해 이전에 계산된 결과들을 재사용함으로써 불필요하게 반복되는 연산들을 최소화하도록 하는 방법에 고찰한다. 실험결과에 의하면 선추적법은 연산속도 면에서 다른 방법에 비해 우수할 뿐 아니라, 정확성이 높은 개선된 영상을 제공하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Iterative reconstruction methods have played a prominent role in emission computed tomography due to their remarkable advantages over the conventional filtered backprojection method. However, since iterative reconstructions typically are comprised of repeatedly projecting and backprojecting the data...

주제어

#Emission tomography   #Iterative reconstruction   #Ordered subsets   #Projection   #Backprojection   #Image rotation  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 OS-EM 영상재구성 알고리즘을 위한 대표적인 투사기 및 역투사기의 성능을 정량적으로 비교함으로써 알고리즘에 최적한 투사기 및 역투사기의 구현법을 제시한다. 본 논문에서 고려하는 투사기 및 역투사기의 대표적 세 가지 유형은 (i) 화소구동법 (pixel-driven method, 이하 PDM)(ii) 선추적법(ray-tracing method, 이하 RTM)(ⅲ) 회전기반법 (rotation-based method, 이하 RBM) 으로서 PDM 및 RTM 에서는 실제 시스템에서 투사데이터를 형성하는 물리적 과정과 같이 검출기를 고정된 물체주변으로 회전시키는 반면, RBM에서는 검출기를 고정하고 대상 물체를 회전시키는 가상적인 방법이다.
  • 본 논문에서는 모든 투사기 및 역투사기의 구현방법에 있어 영상의 가로 또는 세로방향의 해상도와 검출기 해상도가 일치하는 것으로 간주한다. (예: 128x128 영상, 128개의 검출기) 따라서, 1차 보간법의 경우 한 화소가 기여하는 검출기의 격자가 최대 2개 이므로 위와 같은 형태의 LUT가 각각 2개씩 (h(>M), 및 &(UM), &(爲, ”) 필요하고 3 차 보간법의 경우 최대 4개의 검출기를 고려하여야 하므로 위와 같은 형태의 LUT가 각각 4개씩 (£i(zHM), t心, ;。), fM) 및 各(UM), 勻(UM), &(UM),&(30) 필요하다.
  • RBMe 인체를 촬영하기 위한 실제 시스템에서는 물리적으로 적용될 수 없는 방법이나 감쇠(attenuation) 및 검출기 응답(detector response) 특성 등에 의한 물리적 현상을 모델링하기가 매우 용이하므로 영상 재구성 시 매우 효과적으로 사용될 수 있는 방법 중의 하나이다[4]. 본 연구에서는 위의 세 가지 방법을 독립적으로 구현하여 OS-EM 알고리즘에 적용한 뒤 연산속도 면에서의 성능을 비교하고 정량적 차원에서 재구성된 영상의 질을 비교함으로써 OS-EM 알고리즘의 효율적 구현에 적합한 투사기 및 역투사기의 구현 방법을 제시한다.
  • 본 연구의 목적은 투사 및 역투사의 반복연산을 필요로 하는 ECT 영상재구성 알고리즘에 적합한 효율적인 투사기 및역투사기의 개발을 위한 것이다. 이를 위해 투사 및 역투 사의 반복 연산 시 불변하는 연산결과를 미리 메모리에 저장함으로써 각 구현방법에 있어 불필요한 연산을 최소화 하도록 설계하였다.
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참고문헌 (8)

  1. J. M. Ollinger and J. A. Fessler, 'Positron-Emission Tomography', IEEE Signal Processing Magazine, pp. 43-55, Jan, 1997. 

  2. L. Shepp and Y. Vardi, 'Maximum likelihod reconstruction for emission tomography', IEEE Trans. Med. Imaging, 1, pp. 113-122, 1982 

  3. H.M. Hudson and R.S. Larkin, 'Accelerated Image Reconstruction Using Ordered Subsets of Projection Data', IEEE Trans. Med. Imaging, 14(2), pp. 132-137, 1995. 

  4. J. Ye, Z. Liang, and D.P. Harrington, 'Quantitative reconstruction for myocardial perfusion SPECT: an efficient approach by depth-dependent deconvolution and matrix rotation', Phys. Med. BioI., 39, pp. 1263-1279, 1994. 

  5. R. Siddon, 'Fast calculation of the exact radiological path for a 3D CT array', Med. Phys., 12, 252-255, 1985 

  6. S. J. Lee, 'Implementing a fast proiector-backprojector for EM-based tomographic reconstruction',의공학회지 20(6), pp. 523~529, 1999. 

  7. E. V. R. Di Bella, A. B. Barclay, R. L. Eisner, and R.W. Schafer, 'A comparison of rotation-based methods for iterative reconstruction algorithms', IEEE. Trans. Nuclear Science, 43(6), pp. 3370-3376, 1996 

  8. M. Seul, L. O'Gorman, and M. J. Sammon, Practical algorithms for image analysis, Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 2000. 

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