• 식품보건융합연구
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• 제4권1호
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• pp.23-31
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• 2018

The main issue of CT is radiation dose reduction to patient. The purpose of this study was to estimate the image quality and dose by iterative reconstruction (IR) for adults and pediatrics. Adult and pediatric images of phantom were obtained with 120 and 140 kV, respectively, in accordance with radiation dose in terms of volume CT dose index ($CTDI_{vol}$): 10, 15, 20, 25, 30, 35 mGy. Then, the adult and the pediatric images are reconstructed by filtered-backprojection (FBP) and iterative reconstruction (IR). The images were analyzed by signal-to-noise ratio (SNR). SNR is improved when IR and 140 kV are applied to acquire adult and pediatric images. In the adult abdomen, according to diagnostic reference level, the SNR values of bone were increased about 27.84 % and 27.77 % at 120 kV and 140 kV, and the tissue's SNR values of the IR were increased about 29.84 % and 33.46 % 120 and 140 kV, respectively. Dose is reduced to 40% in adults abdomen images when using IR reconstruction. In pediatric images, the bone's SNR were also increased about 17.70% and 18.17 % at 120 kV and 140 kV. The tissue's SNR were increased about 26.73 % and 26.15 % at 120 kV and 140 kV. Radiation dose is reduced from 30% to 50% for bone and tissue images. In the case of examinations for adult and pediatric CT, IR technique reduces radiation dose to patient, and it could be applied to adult and pediatric imaging.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제29권4호
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• pp.150-156
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• 2018

This study aims to develop an improved Feldkamp-Davis-Kress (FDK) reconstruction algorithm using anisotropic total variation (ATV) minimization to enhance the image quality of low-dose cone-beam computed tomography (CBCT). The algorithm first applies a filter that integrates the Shepp-Logan filter into a cosine window function on all projections for impulse noise removal. A total variation objective function with anisotropic penalty is then minimized to enhance the difference between the real structure and noise using the steepest gradient descent optimization with adaptive step sizes. The preserving parameter to adjust the separation between the noise-free and noisy areas is determined by calculating the cumulative distribution function of the gradient magnitude of the filtered image obtained by the application of the filtering operation on each projection. With these minimized ATV projections, voxel-driven backprojection is finally performed to generate the reconstructed images. The performance of the proposed algorithm was evaluated with the catphan503 phantom dataset acquired with the use of a low-dose protocol. Qualitative and quantitative analyses showed that the proposed ATV minimization provides enhanced CBCT reconstruction images compared with those generated by the conventional FDK algorithm, with a higher contrast-to-noise ratio (CNR), lower root-mean-square-error, and higher correlation. The proposed algorithm not only leads to a potential imaging dose reduction in repeated CBCT scans via lower mA levels, but also elicits high CNR values by removing noisy corrupted areas and by avoiding the heavy penalization of striking features.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.2-5
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• 2022

사람의 체내 장기는 복잡한 구조로 되어있으며 특히, 소장은 길이가 약 7m 길이를 가지고 있어 내시경 검사가 쉽지 않고 내시경 검사 시 위험도가 높다. 현재는 캡슐 내시경으로 검사를 수행하고 있으며, 검사 시간이 매우 긴 편이다. 의사는 제거된 저장장치를 컴퓨터에 연결해 환자의 캡슐 내시경 영상을 저장 후 프로그램을 사용하여 판독하지만, 캡슐 내시경 검사 결과 영상 길이가 길어 판독 시간이 많이 소요된다. 또한 소장의 경우 융모에 의해 많은 굴곡이 존재해 검사 과정에서 영상의 폐색 영역이나 명암이 뚜렷이 나타나게 되어 검사 시 병변 및 이상징후에 관해 놓치는 경우가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 의사의 영상 판독 시간 단축과 진단 신뢰도 향상을 위해 인공신경망을 이용한 소장 캡슐 내시경 병변 검사 보조 방법을 제공한다.

• 핵의학기술
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• 제15권2호
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• pp.30-35
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• 2011

현재 분해능 향상을 위한 프로그램인 Wide beam reconstruction (WBR: UltraSPECT, Israel) 을 사용하고 있다. WBR에 속해있는 Xact-Bone은 Planar영상과 Single photon emission computed tomography (SPECT) 영상의 분해능과 대조도를 향상시켜 상당한 영상의 질 향상에 도움을 준다고 보고 되어있다. 본 연구는 Xact-Bone의 임상적용에 대한 유용성을 알아보고자 한다. Xact-Bone에서의 유용성 평가는 분해능 평가와 Contrast Ratio를 비교분석하였다. Planar영상에서의 분해능 평가는 capillary tube를 이용하여 Full width at half maximum (FWHM)을 구하였고, Contrast Ratio분석은 2010년 1월부터 2010년 10월까지 bone scan 검사를 위해 본원에 내원한 50명의 환자 Xact-Bone의 사용 전 후 영상에서 Bone and Soft tissue (B/S) ratio 값을 비교 평가하였다. SPECT영상에서의 분해능 평가는 Triple Line Source Phantom을 이용하여 FWHM을 구하였고, Contrast Ratio 비교 분석은 NEMA IEC Body Phantom과 Standard Jaszczak Phantom을 이용하여 획득한 영상을 각각 Filtered backprojection (FBP), Orderd subset expectation maximization (OSEM), Xact-Bone으로 재구성하여 비교하였다. Planar영상에서의 유용성 평가는 capillary tube를 이용한 실험결과, FWHM은 기존의 Planar영상보다 WBR의 Xact-Bone 프로그램을 이용한 재구성 영상에서 약 20% 향상되었으며, B/S ratio값도 약 15% 향상되었다. SPECT영상의 유용성 평가는 Triple line Source Phantom을 이용한 실험결과, FWHM은 Xact-Bone이 FBP, OSEM 기법보다 각각 20%, 10% 향상되었다. 또한 NEMA IEC body Phantom을 이용한 Contrast Ratio 비교분석결과 각각 20%, 10% 향상되었고, Standard Jaszczak Phantom을 이용한 Contrast Ratio 비교분석 결과는 각각 90%, 50% 향상되었다. WBR의 Xact-bone 프로그램을 이용한 Planar 영상에서는 사용하지 않은 경우와 비교하였을 경우 상당한 영상의 분해능과 Contrast Ratio가 향상됨을 알 수 있었고, SPECT영상에서 기존의 FBP, OSEM 영상재구성 방법보다 분해능, Contrast Ratio가 향상됨을 알 수 있었다. 이에 WBR의 Xact-Bone을 이용함으로써 영상의 질적 향상이 기대되는 바이다. 하지만, 새로운 소프트웨어 도입시 병원의 특성에 맞는 protocol 과 임상적용이 필요하다고 사료된다.

• 대한핵의학회지
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• 제29권1호
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• pp.41-47
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• 1995

Tc-99m-MIBI 심근 SPECT에서 심근조직에 비하여 간섭취가 상대적으로 높고 이들이 서로 가까이에 위치해 있는 경우 단축단면상의 하위부 또는 하위중격부에서 발생하는 인위적 관류결손의 정도와 여과기의 차단주파수의 관계를 분석하였다. 이러한 영향은 단축단면상뿐만 아니라 심근 극성지도에서도 관찰되는데, 심근단층상에서 계수분포가 균일하지 못하고 간과 같이 특정부위에 방사능의 집적도가 높은 경우 단층상 재구성시 차단주파수의 적절한 설정에 따라 이 효과를 줄일 수 있는 방법을 제안하였다. 본 연구에서 분석에 사용된 여과기는 저역 통과여과기로 이를 사용하는 경우에는 차단주파수를 0.4 Nyquist 이상으로 하면 인위적 관류결손의 정도를 충분히 줄일 수 있었다. 그러나 높은 차단주파수에서는 심근영상의 균일도가 떨어지고 배후방사능 및 기타 잡음요인이 효과적으로 제거되지 않기 때문에 적절한 차단주파수의 설정이 중요하며, 본 연구에 사용된 영상에서 여과방법에 따른 원주프로필의 변화가 미세하여 후처리방법을 사용하여 분석하였다. 또한 역투사방법이 비선형적이므로 특정 영상보다는 다양한 간-심근 방사능비에 따른 영상을 분석하여 비선형성을 배제한 연구가 향후 진행되어야 한다.

• Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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• 제43권5호
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• pp.459-467
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• 2009

목적: ML-EM (The maximum likelihood-expectation maximization) 기법은 방출과 검출 과정에 대한 통계학적 모델에 기반한 재구성 알고리즘이다. ML-EM은 결과 영상의 정확성과 유용성에 있어 많은 이점이 있는 반면 반복적인 계산과 방대한 작업량 때문에 CPU(central processing unit)로 처리할 때 상당한 연산시간이 소요되었다. 본 연구에서는 GPU(graphic processing unit)의 병렬 처리 기술을 ML-EM 알고리즘에 적용하여 영상을 재구성하였다. 대상 및 방법: 엔비디아사(社)의 CUDA 기술을 이용하여 ML-EM 알고리즘의 투사 및 역투사 과정을 병렬화 전략을 구상하였으며 Geforce 9800 GTX+ 그래픽 카드를 이용하여 병렬화 연산을 수행하여 기존의 단일 CPU기반 연산법과 비교하였다. 각 반복횟수마다 투사 및 역투사 과정에 걸리는 총 지연 시간과 퍼센트 오차(percent error)를 측정하였다. 총 지연 시간에는 RAM과 GPU 메모리 간의 데이터 전송 지연 시간도 포함하였다. 결과: 모든 반복횟수에 대해 CPU 기반 ML-EM 알고리즘보다 GPU 기반 알고리즘이 더 빠른 성능을 나타내는 것을 확인하였다. 단일 CPU 및 GPU 기반 ML-EM의 32번 반복연산에 있어 각각 3.83초와 0.26초가 걸렸으며 GPU의 병렬연산의 경우 15배 정도의 개선된 성능을 보였다. 반복횟수가 1024까지 증가하였을 경우, CPU와 GPU 기반 알고리즘은 각각 18분과 8초의 연산시간이 걸렸다. GPU 기반 알고리즘이 약 135배 빠른 처리속도를 보였는데 이는 단일 CPU 계산이 특정 반복횟수 이후 나타나는 시간 지연에 따른 것이다. 결과적으로, GPU 기반 계산이 더 작은 편차와 빠른 속도를 보였다. 결론: ML-EM 알고리즘에 기초한 GPU기반 병렬 계산이 처리 속도와 안정성을 더 증진시킴을 확인하였으며 이를 활용해 다른 영상 재구성 알고리즘에도 적용시킬 수 있을 것으로 기대한다.

• 디지털융복합연구
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• 제14권5호
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• pp.263-271
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• 2016

이미지 내에서 객체를 검출하고 해당 위치를 추출하는 지역화 기법은 컴퓨터 비전에서 많이 활용되는 기술이다. 기존 연구들은 하나의 객체를 대상으로 위치 검출을 수행하지만, 실제 사진에서는 다수의 유사 객체를 포함하는 경우가 많기 때문에, 활용에 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 논문에서는 이미지 인식을 위해 객체 지역화의 새로운 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 YCbCr 색채 성분에서 코렐로그램 역투영 기법을 활용하여 객체 지역화 문제를 해결한다. 제안 알고리즘에서는 질의 이미지의 객체가 포함되는 이미지의 위치를 검출할 수 있으며, 다수의 유사 객체가 존재할 경우 포함되는 객체 개수 정보 없이도 유사 후보 객체의 영역과 위치를 검출할 수 있다. 제안 알고리즘의 성능을 평가할 실험 결과, 기존에 연구된 방법에 비해, 21%의 성능 향상을 보였다. 이러한 결과를 통해, 색상 코렐로그램이 히스토그램 기법보다 성능적 우위를 보였다. 본 논문의 주요 공헌은 색 공간과 공간-색상 정보를 통해 객체 지역화 문제를 해결할 수 있는 또다른 기술을 제시한 것으로 학문적 기여를 검증하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제27권1호
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• pp.1-7
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• 2016

본 연구에서는 디지털 단층합성 엑스선 영상의 화질특성을 개선하기 위해 TV-압축센싱 기반 영상복원 기법을 제안한다. 제안된 영상복원 기법의 유효성을 검증하기 위해 우선 관련 영상복원 알고리즘을 구현하였으며, 이를 이용하여 관련 시뮬레이션 및 실험을 함께 수행하였다. 실험을 위해 일반 x-선관($90kV_p$, 6 mAs), CMOS형 평판형 검출기($198{\mu}m$ 픽셀크기)로 구성된 실험장치를 구성하였으며, 제한된 각도 $60^{\circ}$도에서 $2^{\circ}$ 간격으로 총 51장의 투상영상을 획득하고 제안된 알고리즘으로 영상복원을 수행한 후 필터링 역투사법(FBP)을 사용하여 디지털 단층합성 영상을 구현하였다. 본 연구에서 수행된 결과에 의하면, 제안된 영상복원 기법은 일반 엑스선 영상 및 디지털 단층합성 영상의 흐린 영상화질을 선명하게 개선하고 또한 디지털 단층합성 영상의 깊이 분해능을 향상시키는 이점이 있음을 확인함으로써 기존 디지털 단층합성 영상의 화질을 크게 개선할 수 있을 것으로 전망된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권5호
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• pp.441-448
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• 2000

방출단층영상 재구성을 위한 최대우도 기대값최대화(maximum likelihood expectation maximization, MLEM) 방법은 영상 획득과정을 통계학적으로 모델링하여 영상을 재구성한다. MLEM은 일반적으로 사용하여 여과후역투사(filtered backprojection)방법에 비해 많은 장점을 가지고 있으나 반복횟수 증가에 따른 발산과 재구성 시간이 오래 걸리는 단점을 가지고 있다. 이 논문에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 계산시간을 현저히 단축시킨 배열된부분집합 기대값최대화(ordered subsets expectation maximization. OSEM)에 Gibbs 선행치인 membrance (MM) 또는 thin plate(TP)을 첨가한 OSEM-MAP (maximum a posteriori)을 구현함으로써 알고리즘의 안정성 및 재구성된 영상의 질을 향상시키고자 g나다. 실험에서 알고리즘의 수렴시간을 가속화하기 위해 투사 데이터를 16개의 부분집합으로 분할하여 반복연산을 수행하였으며, 알고리즘의 성능을 비교하기 위해 소프트웨어 모형(원숭이 뇌 자가방사선, 수학적심장흉부)을 사용한 영상재구성 결과를 제곱오차로 비교하였다. 또한 알고리즘의 사용 가능성을 평가하기 위해 물리모형을 사용하여 PET 기기로부터 획득한 실제 투사 데이터를 사용하였다.

• 대한핵의학회지
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• 제39권6호
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• pp.464-472
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• 2005

목적: 부채살 단일광자단층촬영(SPECT)은 공간분해능과 민감도를 개선하는 것으로 알려져 있다. 보다 정확한 영상을 얻고 인체에 대한 SPECT의 영상화 과정을 정확하게 묘사하기 위하여 평행 데이터로 재배열하는 과정 없이 직접 부채살 데이터를 이용하여 재구성하는 알고리즘이 필요하다. 본 연구는 다양한 부채살 재구성 알고리즘을 구현하였고 각 방법의 성능을 비교하였다. 대상 및 방법: 선추적법을 적용하여 부채살 투사기와 이로부터 얻은 데이터를 직접 재구성할 수 있는 FBP, EM, OS-EM과 MAP-EM OSL 알고리즘을 구현하였다. OSL 알고리즘의 경우에는 membrane과 thin plate prior를 사용하였다. 직접 부채살 데이터를 재구성하는 방법의 성능을 평가하기 위해 양방향 최근접 이웃, 양방향 1차와 양방향 3차 보간법을 사용하여 재배열된 평행 데이터를 얻었고 이 데이터를 기존의 평행 데이터에 대한 EM 알고리즘을 사용하여 재구성하였다. Hoffman 두뇌와 Shepp/Logan 팬텀으로부터 얻은 잡음 없는 데이터와 잡음 있는 데이터는 각 방법으로 재구성하였으며 퍼센트 오차를 계산하여 각 재구성된 영상을 비교하였다. 결과: Thin-plate 사전 분포함수를 사용한 OSL 방법이 가장 낮은 오차를 가지며 잡음으로 인한 결과 영상의 불안정성을 효과적으로 제어함을 확인할 수 있었다. 부채살 데이터를 평행 데이터로 재배열시 양방향 1차 보간법이 정확성과 계산 시간 측면에서 가장 효율적인 방법임을 확인하였다. 재배열된 평행 데이터의 EM결과에 비해 직접 부채살 데이터를 재구성하여 얻은 결과영상이 더 정확하게 재구성되었다. 결론: 본 연구에서는 평행 데이터로 재배열한 경우에 비하여 보다 정확한 영상을 재구성하는 직접 부채살 재구성 알고리즘을 구현하였으며 이는 정량적으로 월등히 개선된 결과를 제공함을 확인하였다.