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핀홀콜리메이터를 사용한 핵의학영상기기의 순환적 영상 재구성을 위한 비동일 시스템 모델 개발

Development of Unmatched System Model for Iterative Image Reconstruction for Pinhole Collimator of Imaging Systems in Nuclear Medicine

방사선기술과학 2012년 35권 4호 p.353 ~ 360
KMID : 0357520120350040353
배재건 ( Bae Jae-Keon ) - 고려대학교 방사선학과

배승빈 ( Bae Seung-Bin ) - 고려대학교 방사선학과
이기성 ( Lee Ki-Sung ) - 고려대학교 방사선학과
김용권 ( Kim Yong-Kwon ) - 고려대학교 방사선학과
정진훈 ( Joung Jin-Hun ) - 뉴캐어메디컬시스템

Abstract

핵의학 영상 기기 중 SPECT시스템은 촬영목적에 따라 다양한 콜리메이터를 사용하며 영상 재구성을 위해서는 각 콜리메이터의 기하학적 특성을 반영하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 이 중 핀홀 콜리메이터를 사용한 핵의학 영상기기의 영상 재구성에 관한 연구를 수행하였으며 특히 핀홀 콜리메이터 영상 재구성시 발생하는 샘플링 문제를 제거하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 순환적 영상 재구성 방법의 투사(projection)와 역투사(back-projection)시 각기 다른 방식으로 구축된 시스템 모델을 반영한 비동일 시스템 모델 방식을 개발하여 최대우도 기댓값최대화(maximum likelihood expectation maximization, ML-EM) 알고리듬에 적용하였다. 설계한 재구성 알고리듬을 성능을 검증하기 위해 geant4 application for tomographic emission(GATE) 시뮬레이션 툴을 이용하여 핀홀 콜리메이터의 디지털 팬텀 시뮬레이션을 수행하고 이를 이용하여 기존방식과 제안한 방식의 재구성 알고리듬에 대한 비교평가 연구를 수행하였다. 그 결과 본 연구에서 제안한 비동일 시스템 모델 사용 영상 재구성 방법은 동일 시스템 모델을 사용한 순환적 재구성 알고리듬에 비해 효과적으로 샘플링 문제를 제거할 수 있는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 영상 재구성 방법은 다양한 콜리메이터에 확대적용 되어 사용 될 수 있을 것으로 기대된다.

Diverse designs of collimator have been applied to Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) according to the purpose of acquisition; thus, it is necessary to reflect geometric characteristic of each collimator for successive image reconstruction. This study carry out reconstruction algorithm for imaging system in nuclear medicine with pinhole collimator. Especially, we study to solve sampling problem which caused in the system model of pinhole collimator. System model for a maximum likelihood expectation maximization (MLEM) was developed based on the geometry of the collimator. The projector and back-projector were separately implemented based on the ray-driven and voxel-driven methods, respectively, to overcome sparse sampling problem. We perform phantom study for pinhole collimator by using geant4 application for tomographic emission(GATE) simulation tool. The reconstructed images show promising results. Designed iterative reconstruction algorithm with unmatched system model effective to remove sampling problem artefact. Proposed algorithm can be used not only for pinhole collimator but also for various collimator system of imaging system in nuclear medicine.
KeyWords
핀홀 콜리메이터, 시스템 모델, 핵의학영상기기, 순환적 영상 재구성
Pinhole collimator, System model, Gamma imaging system, ML-EM, Iterative image reconstruction
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