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SPECT용 고민감도 콜리메이터를 위한 반복적 영상재구성방법의 시스템 모델 개발
A System Model of Iterative Image Reconstruction for High Sensitivity Collimator in SPECT

배승빈    (고려대학교 방사선학과   ); 이학재    (고려대학교 방사선학과   ); 김용권    (고려대학교 방사선학과   ); 김유현    (고려대학교 방사선학과   ); 이기성    (고려대학교 방사선학과   ); 정진훈    (고려대학교 방사선학과  );
  • 초록

    현재 SPECT 영상에서 가장 많이 활용되는 콜리메이터는 저에너지 고해상도(low energy high resolution : LEHR) 콜리메이터이다. LEHR은 해상도에서 이점을 가지고 있으나 작은 구멍크기와 높은 차단막으로 인하여 높은 민감도 획득에 어려움이 있다. SPECT의 생산성 향상을 위해서는 LEHR보다 높은 민감도를 획득할 수 있는 콜리메이터를 사용하여 단위시간당 획득 카운트의 양을 늘림으로써 민감도를 향상시킬 필요가 있다. 본 연구에서는 LEHR보다 넓은 구멍을 가진 콜리메이터를 사용할 경우 고민감도 획득과 함께 발생하는 해상도 저하 문제를 해결하기 위한 시스템 모델을 개발하여 이를 반복적 영상재구성에 적용함으로써 저하된 해상도를 개선하는 데 그 목적이 있다. 방법으로는 시스템 모델에서 흔히 사용되는 평행빔 기반의 검출 확률계산 방식 대신 고민감도 콜리메이터 사용 시에 발생하는 퍼짐현상을 팬빔으로 모델링 하였다. 또한 검출확률에 대한 가중치를 거리에 대한 함수로 정의하여 팬빔모델에 적용함으로써 정확성을 향상시켰다. 시뮬레이션으로 생성된 사이노그램에 적용한 결과 본 연구에서 제안된 모델이 평행빔 모델에 비해 동일 카운트에서 유사한 해상도를 달성하면서 촬영시간을 단축시킬 수 있었으며, 동일 촬영시간에서는 해상도를 향상시킴을 알 수 있었다. 본 연구의 결과는 현재 부각되고 있는 반도체 기반 픽셀방식 검출기를 위한 픽셀형 콜리메이터의 해상도 향상에도 효과적으로 적용될 수 있다.


    Low energy high resolution (LEHR) collimator is the most widely used collimator in SPECT imaging. LEHR has an advantage in terms of image resolution but has a difficulty in acquiring high sensitivity due to the narrow hole size and long septa height. Throughput in SPECT can be improved by increasing counts per second with the use of high sensitivity collimators. The purpose of this study is to develop a system model in iterative image reconstruction to recover the resolution degradation caused by high sensitivity collimators with bigger hole size. We used fan-beam model instead of parallel-beam model for calculation of detection probabilities to accurately model the high sensitivity collimator with wider holes. In addition the weight factors were calculated and applied onto the probabilities as a function of incident angle of incoming photons and distance from source to the collimator surface. The proposed system model resulted in the equivalent performance with the same counts (i.e. in shortened acquisition time) and improved image quality in the same acquisition time. The proposed method can be effectively applied for resolution improvement of pixel collimator of next generation solid state detectors.


  • 주제어

    영상재구성 .   시스템 모델 .   콜리메이터 .   고민감도 .   단일광자방출단층촬영.  

  • 참고문헌 (12)

    1. http://www.medical.siemens.com, Siemens IQ SPECT brochure, Siemens Medical Solutions website. 
    2. Hans Vija, Ph.D., James Chapman, Ph.D., and Manjit Ray, Ph.D. : IQ ? SPECT Technology, Siemens Medical Solutions USA, Inc., 2008 
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    4. Bruno De Man and Samit Basu : Distance-driven Projection and Backprojection in Three dimensions, Physics in Medicine and Biology, Vol. 49, pp.2463-2475, 2004 
    5. Vladimir Y. Panin, Frank Kehren, Christian Michel, and Michael Casey: Fully 3-D PET Reconstruction With System Matrix Derived From Point Source Measurements, IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 25, No. 7, pp.907-921, July 2006. 
    6. Santin, G. Strul, D. Lazaro, D. Simon, L. Krieguer, M. Martins, M.V. Breton, V. Morel, C. : GATE : a Geant4-based simulation platform for PET and SPECT integrating movement and time management, IEEE Transactions on Nuclear Science, Volume 50, Issue 5, pp.1516-1521, Oct. 2003 
    7. Segars, W.P., D. S. Lalush, and B. M. W. Tsui : A realistic spline-based dynamic heart phantom. IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 46, No. 3, pp.503-506, 1999 
    8. Robert M. Lewitt and Samuel Matej : Overview of Methods for Image Reconstruction From Projections in Emission Computed Tomography, IEEE, Vol. 91, No. 10, October 2003 
    9. L. A. Shepp and Y. Vardi : Maximum Likelihood Reconstruction for Emission Tomography, IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. MI-1, No. 2, October 1982 
    10. Simon Cherry, James Sorenson, Michael Phelps : Physics in Nuclear Medicine, 3rd Ed., W. B. Saunders Company, 2003 
    11. Jinyi Qi, Richard M. Leahy : Resolution and noise properties of MAP reconstruction for fully 3D PET. IEEE Trans. Med. Imaging vol. 19 No. 5, pp.493-506, 2000 
    12. E. Gordon DePuey : New software methods to cope with reduced counting statistics : shorter SPECT acquisitions and many more possibilities, Journal of Nuclear Cardiology, Vol. 16, No. 3, p.336, May 2009 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Bae, Jae-Keon ; Bae, Seung-Bin ; Lee, Ki-Sung ; Kim, Yong-Kwon ; Joung, Jin-Hun 2012. "Development of Unmatched System Model for Iterative Image Reconstruction for Pinhole Collimator of Imaging Systems in Nuclear Medicine" 방사선기술과학 = Journal of radiological science and technology, 35(4): 353~360     

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