초록 ▼

연구개요
대면적 X선 검출기는 큰 볼륨에 대한 CT 촬영 시간을 단축시킬 수 있는 장점을 가지지만, 이로 인해 콘빔 아티팩트가 발생함. 특히 콘빔 각도가 10도 이상인 경우 실시간 진단 시스템 (예: 심혈관 이미징, 산업용 3D CT)에 적합한 영상 화질을 얻기 위해서는 0.1초 이내의 빠르고 효과적인 콘빔 아티팩트 제거 기술의 개발이 요구됨.
하지만, 효과적인 콘빔 아티팩트 보정을 위해 제시된 반복적인 보정 과정 (기존 신진 연구성과)은 보정 영상 획득에 시간이 오래 걸린다는 한계점이 있음. 본 연구에서는 딥러닝 기술을

연구개요
대면적 X선 검출기는 큰 볼륨에 대한 CT 촬영 시간을 단축시킬 수 있는 장점을 가지지만, 이로 인해 콘빔 아티팩트가 발생함. 특히 콘빔 각도가 10도 이상인 경우 실시간 진단 시스템 (예: 심혈관 이미징, 산업용 3D CT)에 적합한 영상 화질을 얻기 위해서는 0.1초 이내의 빠르고 효과적인 콘빔 아티팩트 제거 기술의 개발이 요구됨.
하지만, 효과적인 콘빔 아티팩트 보정을 위해 제시된 반복적인 보정 과정 (기존 신진 연구성과)은 보정 영상 획득에 시간이 오래 걸린다는 한계점이 있음. 본 연구에서는 딥러닝 기술을 활용하여 실시간으로 콘빔 CT 복원 영상에서 나타나는 콘빔 아티팩트를 보정 하는 기술을 개발하고자 함. 이를 위해 (1) XCAT 기반 콘빔 CT 시뮬레이터를 구현하여 딥러닝 구조 학습에 필요한 데이터를 생성하고, (2) 이를 다양한 CNN(Convolutional Neural Network) 학습에 활용하여 콘빔 아티팩트를 효과적으로 제거할 수 있는 딥러닝 구조를 제안함. 이 때 CNN 구조 학습 과정 중 피드백을 수행하는 손실 함수를 콘빔 아티팩트 보정에 최적화시켜 성능을 향상시킴. (3) 이를 기반으로 CNN 구조 학습에 필요한 최소 수준의 데이터 양을 도출하고 이를 통해 기존 방법 대비 향상된 콘빔 아티팩트 보정 성능 및 CT 이미지당 0.1초 이내의 실시간 보정 성능을 확보하고자함.

연구 목표대비 연구결과
콘빔 CT 촬영에 활용되는 X선 에너지 및 검출기 특성을 반영하여 XCAT 기반 콘빔 CT 시뮬레이터를 구현하였음. 이때 촬영 물체의 크기 및 구성 물질의 종류에 따른 잡음 레벨의 변화, 콘빔 각도의 크기, CT 장비 자체의 불안정성에 의해 발생하는 데이터 획득 구조의 변형 등을 XCAT 시뮬레이터에 반영하여, 다양한 형태의 원본 CT 영상 생성을 위한 툴을 마련하였음. 프로젝션 및 영상 복원 기술을 활용하여 XCAT 시뮬레이터 기반으로 생성한 원본 CT 영상에 콘빔 아티팩트 발생한 영상을 생성함. 다양한 환부(두개골,복부,심장,척추)에 대한 CT 영상을 생성하여, 콘빔 아티팩트 보정을 위한 CNN 구조 학습에 필요한 충분한 데이터(최소 10,000장 이상)를 생성하였음. 생성된 학습 데이터를 활용하여 CNN(Convolutional Neural Network) 딥러닝 구조를 구현하고 콘빔 아티팩트 보정을 목적으로 학습시킴. 이때 콘빔 각도, 고밀도 물질의 위치, 수, 종류 및 크기에 따라 콘빔 아티팩트의 변화량이 크게 달라지는 점을 감안하여 CNN 모델의 깊이와 채널의 개수, 활성함수 등의 구조를 바꿔가며 학습을 진행함. 이때, CT 이미지 당 0.1초 이내의 보정시간을 달성 할 수 있도록 CNN 모델의 구조를 설계하였음.

연구개발결과의 중요성
딥러닝 기반 콘빔 아티팩트 보정 기술의 경우, 속도 개선이 필요한 의료 영상 기기 (예: 방사선 치료 모니터링용 저선량 콘빔 CT, 실시간 MRI 영상 등)에 대한 영상 복원 기술에도 활용될 수 있으며 촬영 목적에 따라 저감하고자 하는 아티팩트 정도가 다른 경우, 제안된 딥러닝 구조를 활용하여 다양한 콘빔 아티팩트 비율 및 이에 따른 최소한의 학습 데이터에 대한 DB 구축이 가능함. 이를 통해 콘빔 아티팩트 발생 수준에 따른 최소 학습 데이터 양에 대한 가이드라인을 제공할 수 있음. 또한 본 기술은 임상용 CT 영상뿐 아니라, 콘빔 각도가 매우 큰 산업용 CT의 영상 화질 개선에도 다양하게 활용될 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 6
• 4. 참고문헌 ... 6
• 5. 연구성과 ... 7
• 대표적 연구실적 ... 7
• 끝페이지 ... 16