KR20100109826A - Method and apparatus for ultra fast symmetry and simd based projection-backprojection for 3d pet image reconstruction - Google Patents

Method and apparatus for ultra fast symmetry and simd based projection-backprojection for 3d pet image reconstruction Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A symmetry and SIMD based high speed forward-backward projection method and a device thereof are provided to reduce the number of calculation times by using a symmetric property on a coordinate space which is obtained through the rotation of a coordinate axis. CONSTITUTION: A backward projection phase changes first sinogram data including data about a plurality of projection angles into image data. A forward projection phase changes the image data into second sinogram data. The backward projection phase comprises a step of generating first intermediate image data, second intermediate image data, and image data. The forward projection phase comprises a step of generating forward projection intermediate image data and second sinogram data.

Description

3D PET 이미지 재구성을 위한 대칭 및 SIMD 기반 초고속 전진-후진 투영(SSP) 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ULTRA FAST SYMMETRY AND SIMD BASED PROJECTION-BACKPROJECTION FOR 3D PET IMAGE RECONSTRUCTION}METHOD AND APPARATUS FOR ULTRA FAST SYMMETRY AND SIMD BASED PROJECTION-BACKPROJECTION FOR 3D PET IMAGE RECONSTRUCTION}

본 발명은 신체 또는 생명 조직에 대한 3차원 이미지를 실시간으로 재구성(reconstruction)하여 제공하는 단층 촬영기에 관한 것으로서, 특히 3차원 이미지를 재구성하는 과정에서 사용되는 반복 연산 기법(iteration scheme)에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 투영 또는 이미지 좌표 공간상의 대칭성을 이용하여, 전진 투영(projection)과 후진 투영(back-projection)의 반복 연산을 최적화하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a tomography apparatus for reconstructing and providing a three-dimensional image of a body or a living tissue in real time. More particularly, the present invention relates to an iteration scheme used in the process of reconstructing a three-dimensional image. More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for optimizing the iterative operation of forward projection and back-projection using symmetry in projection or image coordinate space.

최근 하드웨어, 소프트웨어 및 이미지 재구성의 컴퓨터 구현에 있어서, PET(Positron Emission Tomograph) 발전에 눈에 띄는 진보가 이루어져 왔다. CTI(현 Siemens)에 의해 개발된 HRRT(High Resolution Research Tomograph)은 최근의 발전의 대표적인 예로서, 감도(sensitivity)뿐만 아니라 해상도(resolution)도 매우 향상된 성능을 가진다. 이러한 최신 PET 스캐너의 경우, 120,000개만큼의 핵 검출기(nuclear detector)에 의해 생성된 동시측정선(coincidence line)의 수가 약 4.5 x 109 개에 이를 정도로 많은 동시측정 반응선(coincidence lines of response)을 갖는다. 이미지 재구성과 관련 이미지 자료의 처리를 위한, 이 같은 방대한 양의 자료와 자료의 재구성은 HRRT에 있어서 실제 문제로 제기되고, 고해상도 PET 스캐너의 후속 발전 및 그 응용에 주요 장애(bottle neck)가 되어왔다. 따라서, 이러한 종류의 PET 스캐너에 있어서, 한 세트의 재구성된 이미지를 얻기 위해 종종 수 시간의 이미지 재구성 시간을 필요로 한다. 예를 들면, (스팬(SPAN) 3을 이용한) 일반적인 뇌 스캔의 경우, 전체 자료 집단을 갖는 HRRT에 있어서 이미지 재구성 시간은 거의 80분이며, 이는 이미지 재구성 시간이 수 일이 걸리게 되어(32 프레임의 동적 이미지 재구성에 43시간 이상) 리스트 모드 기반의 동적 이미징을 시도하기를 실질적으로 불가능하게 만든다.Significant advances have recently been made in the development of Positron Emission Tomograph (PET) in the computer implementation of hardware, software and image reconstruction. The High Resolution Research Tomograph (HRRT) developed by CTI (now Siemens) is a representative example of recent developments, and has a very improved performance in addition to sensitivity. For these modern PET scanners, the number of coincidence lines of response generated by as many as 120,000 nuclear detectors is about 4.5 x 10 9 . Has This vast amount of data and its reconstruction, for image reconstruction and processing of related image data, poses a real problem for HRRT and has become a major neck for subsequent development and application of high resolution PET scanners. . Thus, for this kind of PET scanner, it often requires several hours of image reconstruction time to obtain a set of reconstructed images. For example, for a typical brain scan (using Span 3), for an HRRT with an entire data population, the image reconstruction time is nearly 80 minutes, which takes several days (32 frames of 43 hours or more on dynamic image reconstruction) makes it virtually impossible to attempt list mode based dynamic imaging.

일반적으로, 단층 촬영 이미지(tomographic image)는 두 가지 기법, 즉 분석적 방법(analytic method) 및 반복 연산 기법(iterative approach)에 의해 재구성될 수 있다. 1970년대 중반에 다양한 유형의 PET 스캐너가 개발되었으며, 이에 따라 다양한 유형의 단층 촬영 이미지 재구성 기술이 개발되었다. 후진 투영(backprojecton) 및 여과 후진 투영(filtering 또는 filtered backprojection: FB)과 같은 분석적 방법에 의하면, 특히 검출기들이 8각형 형태로 한 세트의 블록들에 배치되는 HRRT(High Resolution Research Tomograph)의 경우와 같이 검출기 배열이 균일하지 않은 경우, 선상 인공적 왜곡(streak artifact)으로 알려진 인공적 왜곡이 종종 발생된다. 이같의 블록 검출기를 이용하는 PET스캐너들은 종종 블 록들 간의 간극에 의한 데이터 손실을 피할 수 없으며, 그 결과 FB 기법의 경우 심각한 선상 인공적 왜곡이 발생하게 된다. 때문에, 분석적 방법이 아닌 EM(Expectation Maximum) 알고리즘과 같은 반복적 방법이 영상 재구성에서 최근 많이 사용되고 있다. 일반적으로, EM 기법은 재구성 프로세스에 있어 몇 가지 단계들을 필요로 하는데, 그 중 계산량 측면에서 가장 많은 부분을 차지하는 것이 이미지 또는 스캔 대상으로부터 투영 데이터(projection data)를 생성하기 위한 전진 투영(forward projection: FP)과 상기 투영 데이터를 이용하여 이미지 도메인상에서 최종 이미지 데이터를 재구성하기 위한 후진 투영(backprojection: BP) 단계이다. EM 기법에서는, 만족할 이미지가 얻어질 때까지 이들 두 개의 프로세스가 수없이 반복된다. 이와 같이 반복되는 FP 및 BP 프로세스 때문에 EM 기법은 분석적 방법의 대표격인 여과 후진 투영(straight filtered backprojection) 방법에 비해 많은 계산량을 가지게 되며 이 같은 계산량이 바로 EM 기법의 주요 결점으로 지적되어 왔다. 더욱이, 3차원 이미지 재구성 시에는, 동시 측정선(coincidence line) 또는 반응선(line of responses: LOR) 개수의 방대한 증가로 인하여 계산량이 훨씬 더 증가하게 된다. 이는 보다 많은 수의 반응선(line of responses: LOR)을 가지는 고해상도 PET 스캐너에서 EM기법을 사용할 경우 심각한 수준의 계산량을 피할 수 없음을 나타낸다. 결국, HRRT와 같은 초 고해상도의 PET스캐너에서 EM 기법을 사용키 위해선, 계산 속도를 획기적으로 향상시킬 필요성이 있다. In general, tomographic images can be reconstructed by two techniques, an analytical method and an iterative approach. In the mid-1970s, various types of PET scanners were developed, resulting in various types of tomography image reconstruction techniques. Analytical methods, such as backprojecton and filtered or filtered backprojection (FB), particularly in the case of the High Resolution Research Tomograph (HRRT), where detectors are placed in a set of blocks in octagonal form. If the detector arrangement is not uniform, artificial distortion, also known as streak artifact, is often generated. PET scanners using such block detectors often cannot avoid data loss due to gaps between the blocks, resulting in severe linear artificial distortion in the FB technique. Because of this, iterative methods such as EM (Expectation Maximum) algorithm, rather than analytical methods, have recently been used in image reconstruction. In general, the EM technique requires several steps in the reconstruction process, the largest of which in terms of computational amount is a forward projection for generating projection data from an image or a scan object. FP) and a backprojection (BP) step for reconstructing the final image data on the image domain using the projection data. In the EM technique, these two processes are repeated many times until a satisfactory image is obtained. Due to this repeated FP and BP process, the EM technique has a large amount of calculation compared to the straight filtered backprojection method, which is representative of the analytical method, and this calculation has been pointed out as a major drawback of the EM technique. Moreover, in three-dimensional image reconstruction, the amount of computation increases even more due to the huge increase in the number of coincidence lines or lines of responses (LOR). This indicates that the use of EM techniques in high resolution PET scanners with a larger number of lines of responses (LOR) is inevitable. As a result, in order to use EM techniques in ultra-high resolution PET scanners such as HRRT, there is a need to dramatically increase the computation speed.

투영 방법은 보통 스캐너의 기하학적 요인에 의해 결정되는 시스템 매트릭스를 사용한다. PET 이미지의 해상도가 증가하고 슬라이스의 개수가 증가함에 따라, 매트릭스의 크기 또한 LOR 수의 증가에 비례하여 상당히 증가하기 때문에, 대용량 메모리가 필요할 뿐만 아니라, 전체 계산 시간이 증가하게 된다. 현재의 HRRT는, 예컨대 재구성 프로세스에 대한 일련의 전조(precursor)로서 여현 곡선(sinogram)의 생성, 감쇠(attenuation), 우연성(random) 및 산란 수정(scatter correction)과 같은 적절한 데이터 스트리밍 프로세스에 부가하여, 대략 80분 정도의 재구성 시간이 필요하다. 이미지 재구성에 필요한 계산시간을 줄이기 위해 다수의 계산노드를 클러스터 컴퓨터 시스템 기법이 제시되었고 실제로 사용되고 있다. 클러스터 시스템을 사용함으로서 전체 계산 시간은 어느정도 단축되었지만, 클러스터 시스템에도 문제가 있다. 데이터가 늘어날수록 클러스터 시스템 상의 계산 노드가 늘어나야 하며, 이 계산 노드들간의 데이터 통신이 늘어나게 되는데, 이 데이터 통신이 매우 느린 과정이라는 게 문제이다. 즉 초고해상도의 3D PET스캐너와 같이 처리해야할 데이터가 엄청나게 증가한 경우, 클러스터 시스템 역시 상당한 계산 시간을 요구하게 된다.The projection method usually uses a system matrix determined by the scanner's geometric factors. As the resolution of PET images increases and the number of slices increases, the size of the matrix also increases significantly in proportion to the increase in the number of LORs, which not only requires a large amount of memory, but also increases the overall computation time. Current HRRTs are, for example, a series of precursors to the reconstruction process, in addition to appropriate data streaming processes such as generation of a sinogram, attenuation, randomness and scatter correction. This requires approximately 80 minutes of reconstruction time. In order to reduce the computation time required for image reconstruction, cluster computer system techniques have been proposed and used in practice. The overall computation time is somewhat reduced by using cluster systems, but there are problems with cluster systems as well. As data grows, compute nodes on the cluster system must increase, and data communication between these compute nodes increases, which is a problem that this data communication is a very slow process. In other words, if there is an enormous increase in the data to be processed, such as an ultra-high resolution 3D PET scanner, the cluster system also requires significant computational time.

종래의 투영 연산에 기초한 대부분의 EM 기법이 대단히 크고 비효율적인 계산 복잡도를 가지며, 엄청나게 긴 재구성 시간을 필요로 한다. 또한 수십 이상의 CPU를 사용하는 클러스터 시스템을 이용한 병렬 처리 기법을 채택한 경우에도 채택하지 않은 경우보단 빨라지지만 역시 만족할 수준의 향상을 가져오진 못했다. 앞서 애기한 대로 병렬 처리 기법의 경우, 계산 노드들 간의 데이터 전달이 증가하게 되어 병렬 처리에 있어서의 전체적인 이득이 실질적으로 축소되기 때문이다. 결국 근본적인 계산량을 줄이면서 보다 효과적인 병렬처리가 가능한 알고리즘이 필요하다.Most EM techniques based on conventional projection computations are extremely large and have inefficient computational complexity and require extremely long reconstruction times. In addition, even if the parallel processing technique using a cluster system using dozens of CPUs is adopted, it is faster than it is not, but it does not bring a satisfactory improvement. As mentioned earlier, in the case of the parallel processing technique, the data transfer between the compute nodes is increased, thereby substantially reducing the overall gain in parallel processing. In the end, we need an algorithm that can reduce parallelism and make parallelism more efficient.

본 발명의 목적은, 전진 투영법과 후진 투영법의 반복 연산 과정에 있어서, 좌표축의 회전을 통해 얻을 수 있는 좌표 공간상의 대칭성을 이용하여 연산 횟수를 줄임으로써 실시간 처리가 가능한 3차원 이미지 재구성 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional image reconstruction method capable of real-time processing by reducing the number of operations by using the symmetry in the coordinate space obtained through the rotation of the coordinate axis in the iterative operation of the forward and backward projection method will be.

본 발명의 다른 목적은, 서로 다른 복수의 데이터에 대한 연산을 동시에 한 번의 계산 과정으로 실행시키는 단일 명령 복수 데이터 방식(SIMD)에 최적화된 3차원 이미지 재구성 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a three-dimensional image reconstruction method optimized for a single instruction plural data method (SIMD) which executes operations on a plurality of different data simultaneously in one calculation process.

본 발명의 또 다른 목적은, 연산 대상의 도메인 영역의 넓이를 균등하게 분할하여, 복수의 분할 영역을 복수의 프로세서 각각에 의해 가장 효율적으로 병행 수행되도록 하여 수행 시간을 최대한 단축시킬 수 있는 3차원 이미지 재구성 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to uniformly divide the width of the domain region to be computed, so that the plurality of divided regions are most efficiently performed in parallel by each of the plurality of processors, thereby reducing the execution time as much as possible. It is to provide a reconstruction method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따르면, 3차원 이미지를 재구성(reconstruction)하기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은, 소정의 대상으로부터 방출되는 복수의 반응선을 검출하는 단계, 복수의 반응선을 제1 여현 곡선(sinogram) 데이터로 변환하는 단계, 제1 여현 곡선 데이터를 복수의 투영각으로 투영하여 상기 소정의 대상에 대한 이미지 데이터를 생성하는 후진 투영(back-projection) 단계 및 상기 생성된 이미지 데이터를 상기 복수의 투영각으로 투영하여 제2 여현 곡선 데이터로 변환하는 전진 투영(Projection) 단계를 포함하며, 후 진 투영 단계는 제1 여현 곡선 데이터를 상기 복수의 투영각 각각에 대한 이미지 평면의 화소에 채우고, 이미지 평면의 좌표축을 해당 투영각 만큼 회전시켜 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함하고, 전진 투영 단계는 복수의 투영각으로 투영하기 전에 이미지 데이터를 해당 투영각 만큼 반대 방향으로 회전시키는 단계를 포함하며, 전진 투영 및 후진 투영 단계는 좌표 공간상의 대칭성을 이용한다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, there is provided a method for reconstruction of a three-dimensional image, the method comprising the steps of: detecting a plurality of reaction lines emitted from a predetermined object, a plurality of Converting a response line into first sinogram data, a back-projection step of projecting the first cosine curve data at a plurality of projection angles to generate image data for the predetermined object, and the And a forward projection step of projecting the generated image data to the plurality of projection angles and converting the generated image data into second cosine curve data, wherein the backward projection step includes the first cosine curve data for each of the plurality of projection angles. Filling the pixels of the image plane, rotating the coordinate axis of the image plane by a corresponding projection angle, and generating image data; The step includes rotating the image data in the opposite direction by the projection angle before projecting at the plurality of projection angles, and the forward projection and the backward projection steps use symmetry in coordinate space.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 대칭성은, 거울 대칭성(±x'대칭)과 시야각에 있어서의 대칭성(φ-대칭), 경사각에 있어서의 대칭성(θ-대칭) 및 투영 라인을 따르는 보간 계수에 있어서의 대칭성(y'-대칭) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.According to one embodiment of the invention, the symmetry is mirror symmetry (± x'symmetry) and symmetry in the viewing angle ( phi -symmetry), symmetry in the inclination angle (θ-symmetry) and interpolation coefficient along the projection line. At least one of symmetry (y'-symmetry) in.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전진 투영 단계 및 후진 투영 단계는, 단일 명령 복수 데이터 방식(single instruction multiple data: SIMD)을 이용하여 대칭성을 갖는 복수의 투영 연산을 병행 실행하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the forward projection step and the backward projection step include executing a plurality of symmetrical projection operations in parallel using a single instruction multiple data method (SIMD).

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 후진 투영 단계 및 전진 투영 단계는, 이미지 데이터를 균등한 복수의 부분 집합으로 분할하고, 복수의 프로세서 각각에 의해 복수의 부분 집합 각각에 대해 투영 연산을 수행한다.According to another embodiment of the present invention, the backward projection step and the forward projection step divide the image data into a plurality of even subsets, and perform projection operations on each of the plurality of subsets by each of the plurality of processors. .

본 발명의 다른 형태에 따르면, 3차원 이미지를 재구성하기 위한 장치가 제공되는데, 이 장치는, 소정의 대상으로부터 방출되는 복수의 반응선을 검출하기 위한 수단, 복수의 반응선을 제1 여현 곡선(sinogram) 데이터로 변환하기 위한 수단, 제1 여현 곡선 데이터를 복수의 투영각으로 투영하여 상기 소정의 대상에 대한 이미지 데이터를 생성하는 후진 투영(back-projection)을 수행하기 위한 수단 및 상 기 생성된 이미지 데이터를 복수의 투영각으로 투영하여 제2 여현 곡선 데이터로 변환하는 전진 투영(Projection)을 수행하기 위한 수단을 포함하며, 후진 투영은 제1 여현 곡선 데이터를 복수의 투영각 각각에 대한 이미지 평면의 화소에 채우고, 이미지 평면의 좌표축을 해당 투영각 만큼 회전시켜 이미지 데이터를 생성하는 것을 포함하고, 전진 투영은 복수의 투영각으로 투영하기 전에 이미지 데이터를 해당 투영각 만큼 반대 방향으로 회전시키는 것을 포함하며, 전진 투영 및 후진 투영은 좌표 공간상의 대칭성을 이용한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for reconstructing a three-dimensional image, the apparatus comprising: means for detecting a plurality of reaction lines emitted from a predetermined object, the plurality of reaction lines using a first cosine curve ( means for converting into sinogram data, means for performing a back-projection of projecting first cosine curve data at a plurality of projection angles to generate image data for the predetermined object, and the generated Means for performing a forward projection that projects the image data at a plurality of projection angles and converts the second cosine curve data into the second cosine curve data, wherein the backward projection comprises the first cosine curve data at an image plane for each of the plurality of projection angles. Filling a pixel of the image plane and rotating the coordinate axis of the image plane by the corresponding projection angle to generate the image data. Before the projection, and the angle of attack comprises rotated in the direction opposite to each projection by the image data, the forward and reverse projection projecting utilizes the symmetry on the coordinate space.

본 발명의 상술한 목적 및 그 밖의 목적, 장점 및 특징들은 본 발명의 특정 실시예들을 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 개시되는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, advantages and features of the present invention will become apparent from the following detailed description, which is disclosed with reference to the accompanying drawings which illustrate certain embodiments of the present invention.

전진/후진 투영 및 대칭 특성에 관한 개요Overview of Forward / Reverse Projection and Symmetry Characteristics

A. 회전 투영 평면을 갖는 정렬 (기준) 프레임에서의 전진 투영 및 후진 투영에 관한 개요 A. Overview of forward and reverse projection in alignment (reference) frames with a rotating projection plane

도 1a는 3D 객체 및 상기 객체의 2D 투영 평면상으로의 투영을 도시하며, 도 1b는 도 1a의 y'-z 평면도이다. 여기서, 투영 평면들과 선형 적분이 수행될 투영 광선의 경로, 즉

Figure 112009026035537-PAT00002
와의 관계에 주목하라. 각도 +θ는 이미지 평면에서 상위측으로의 경사각을 가리킨다. xr과 yr는 3D 객체의 2D 투영 평면의 좌표이다. 도 1c는 θ= 0°에서의 수평면과 xr 상에 투영된 y′선을 따르는 선형 적분의 예를 도시한다. 여기서, φ는 좌표축 (x,y)를 기준으로 한 투영 광선 세트의 회전을 나타낸다. 점선 화살표는 투영 광선을 나타낸다. 각 투영 광선은 네 개의 변수, 즉 (xr,yr,φ,θ)로 결정된다. 도 1a에 도시된 것처럼 투영 평면은 θ와 Φ에 의해 결정되며 좌표축 (xr,yr)의 2D 투영 데이터(또는 bed of nails)로 구성된다.FIG. 1A shows the projection of a 3D object and the object onto a 2D projection plane, and FIG. 1B is a y'-z top view of FIG. 1A. Here, the path of the projection light beam to be performed with the projection planes and linear integration, i.e.
Figure 112009026035537-PAT00002
Note the relationship with The angle + θ indicates the inclination angle from the image plane to the upper side. x r and y r are the coordinates of the 2D projection plane of the 3D object. 1C shows an example of linear integration along the y 'line projected on the horizontal plane and x r at θ = 0 °. Here, φ represents the rotation of the set of projection light beams with respect to the coordinate axis (x, y). Dotted arrows indicate projection rays. Each projection ray is determined by four variables: (x r , y r , φ, θ). As shown in FIG. 1A, the projection plane is determined by θ and Φ and consists of 2D projection data (or bed of nails) of the coordinate axes (x r , y r ).

도 1에 도시된 바와 같이, 3D 단층 촬영 이미지 처리에 있어서, 투영 광선은 4차원(즉, x r, y r, φ θ)을 갖는다. 투영(또는 전진 투영)은 3D 좌표인 3D 객체 함수 또는 이미지 정보를 2D 투영 좌표인 투영 평면으로 변환하는 프로세스이다. 투영 평면은 도 1에 도시된 바와 같다. 고정된 시야각 φ및 경사각 θ가 주어진 경우, 투영 평면은 도 1a에 도시된 바와 같이 결정된다. 이 투영 평면에서, 전진 투영 연산의 정의는 수학식 1과 같은 선형 적분 형태로 표현될 수 있다.As shown in Fig. 1, in 3D tomographic image processing, the projection light ray has four dimensions (i.e., x r , y r , φ and θ ). Projection (or forward projection) is the process of converting 3D object functions or image information that is 3D coordinates into a projection plane that is 2D projection coordinates. The projection plane is as shown in FIG. Given a fixed viewing angle φ and tilt angle θ , the projection plane is determined as shown in FIG. 1A. In this projection plane, the definition of the forward projection operation can be expressed in the form of linear integration as in equation (1).

Figure 112009026035537-PAT00003
Figure 112009026035537-PAT00003

여기서, here,

Figure 112009026035537-PAT00004
는 광선경로이고,
Figure 112009026035537-PAT00004
Is the ray path,

Figure 112009026035537-PAT00005
Figure 112009026035537-PAT00005

수학식 1은, 투영

Figure 112009026035537-PAT00006
이 이미지 도메인에서 투영 광선 경로
Figure 112009026035537-PAT00007
를 따르는 이미지 함수 I(x, y, z) 에서의 화소 값들의 합임을 나타낸다.
Figure 112009026035537-PAT00008
는 샘플링 함수이다.Equation 1 is a projection
Figure 112009026035537-PAT00006
The projection ray path in this image domain
Figure 112009026035537-PAT00007
Denotes the sum of pixel values in the image function I ( x, y, z ).
Figure 112009026035537-PAT00008
Is a sampling function.

도 2는 (x,y)상의 고정된 이미지 평면을 가지면서 투영 광선(광선 경로)이 회전하는 투영광선 회전 프레임의 개념과 반대로 회전하는 이미지 평면을 가지면서 투영광선과 투영면의 위치는 고정되는 정렬 투영 프레임의 개념을 도시한다. 도 2a는 고정된 기준 좌표 (x,y) 상의 이미지 평면 위로 투영 광선(광선 경로)과 투영평면이 회전됨을 보여준다. 이는 대부분의 이미지 재구성에 적용되는 통상적인 기법이다. 반대로 도 2b에 도시된 정렬 투영 프레임은 투영 광선과 투영평면 대신 이미지 평면이 회전된 것으로서 이미지 좌표계(x,y,z)의 x, y축을 해당하는 투영각 만큼 회전시킨 좌표계(x',y',z)를 갖는 이미지 공간 및 여현 곡선 좌표계 (xr,yr , φ,θ)를 갖는 투영 평면으로 구성된다. 도 2b에 도시된 정렬 투영 프레임을 이용한 기법은 회전 기반 투영(Rotation Based Projection)이라고 불리며, 위 발명의 SSP(Symmetry and SIMD based Projection-backprojection) 방법의 기초이다. 이 기법은 이미지 평면을 회전시킴으로서 이미지 평면 상에 존재하는 기하학적 대칭 특성을 매우 쉽게 이용할 수 있도록 해주며, 대칭특성의 이용을 통해 전체 전진 투영 및 후진 투영 시간을 절감시킨다. 후진 투영의 경우, 이미지 함수 I( x' , y' ,z)는 재구성될 이미지의 중간 단계를 나타내며, 임시 이미지 데이터임에 유의한다.Fig. 2 is an alignment in which the position of the projection beam and the projection plane is fixed while having the fixed image plane on (x, y) and having the image plane rotating as opposed to the concept of the projection beam rotation frame in which the projection beam (ray path) rotates. The concept of the projection frame is shown. 2A shows that the projection light beam (ray path) and the projection plane are rotated over the image plane on a fixed reference coordinate (x, y). This is a common technique applied to most image reconstructions. On the contrary, the alignment projection frame shown in FIG. 2B is an image plane rotated instead of the projection ray and the projection plane, and the coordinate system (x ', y') in which the x and y axes of the image coordinate system (x, y, z) are rotated by the corresponding projection angle. image space with z, and projection plane with cosine curve coordinate system (x r , y r , φ, θ ). The technique using the alignment projection frame illustrated in FIG. 2B is called rotation based projection, and is the basis of the SSP (Symmetry and SIMD based Projection-backprojection) method of the present invention. This technique makes it very easy to use the geometric symmetry that exists on the image plane by rotating the image plane, and the use of the symmetry feature reduces the overall forward and backward projection time. Note that for backward projection, the image function I ( x ' , y' , z) represents the intermediate stage of the image to be reconstructed and is temporary image data.

각도 φ에서의 투영 평면은 기준 축인 (x,y)에 대해 회전(또는 정렬)될 수 있다. 도 2에서 x'는 xr과 일치한다는 점에 유념하자. 원통형 좌표계에서 이미지 좌표 (x,y,z) 및 회전된 좌표 (x',y',z)의 관계는 수학식 2와 같이 주어진다.The projection plane at angle φ can be rotated (or aligned) about the reference axis (x, y). Note that in Figure 2 x 'matches x r . The relationship between image coordinates (x, y, z) and rotated coordinates (x ', y', z) in a cylindrical coordinate system is given by Equation 2.

Figure 112009026035537-PAT00009
Figure 112009026035537-PAT00009

여기서,

Figure 112009026035537-PAT00010
는 회전 매트릭스.here,
Figure 112009026035537-PAT00010
Is the rotation matrix.

수학식 1은 수학식 3과 같이 광선 경로를 따르는 이미지 픽셀들의 합을 일종의 가중치 합의 형태로서 단순화될 수 있다.Equation 1 may simplify the sum of the image pixels along the ray path as a form of weight sum as shown in Equation 3.

Figure 112009026035537-PAT00011
Figure 112009026035537-PAT00011

수학식 3에서, y'는 적분 변수로 사용됨.In Equation 3, y 'is used as an integral variable.

상기 설명한 바와 같이, 회전 기반 투영에 이용되는 도 2b에 도시된 정렬 투영 프레임은, 이미지 좌표계(x,y,z)의 x, y축을 해당하는 투영각 만큼 회전시킨 좌표계(x',y',z)를 가지는 이미지 공간 및 여현 곡선 좌표계 (xr,yr ,Φ,θ)를 가지는 투영 평면을 포함하도록 구성되므로며, 투영 평면의 xr 축은 좌표계(x',y',z)의 x' 축과 평행하며 정렬 프레임의 좌표계(x',y',z)의 y'축은 투영광선들과 평행하도록 구성된다.As described above, the alignment projection frame shown in FIG. 2B used for rotation-based projection has a coordinate system (x ', y', which rotates the x and y axes of the image coordinate system (x, y, z) by a corresponding projection angle. It is configured to include an image space having z) and a projection plane having a cosine curve coordinate system (x r , y r , Φ, θ), where the x r axis of the projection plane is the x of the coordinate system (x ', y', z). The axis 'parallel to the axis and the y' axis of the coordinate system (x ', y', z) of the alignment frame is configured to be parallel to the projection rays.

특별한 경우로서, 경사각 θ가 0인 경우, 투영 광선은 y' 축에 평행하게 된다(도 1 참조). 여러 개의 평면으로 구성되는 PET에서, θ를 0도만 사용하는 2D PET과 달리, 여러 경사 광선(θ가 0이 아닌 경우)들을 이용하는 3D PET의 경우엔 영상 재구성을 위해 사용가능한 데이터가 보다 많이 얻을 수 있으며, 이를 통해 재구성된 결과 이미지 품질을 향상시킬 수 있다. 이 같은 3D PET을 위해, 수학식 3을 3D의 경우(즉, θ가 0이 아닌 경우)로 확장할 수 있는데, 이 경우 수평면에서의 좌표들은 θ에 독립적이라는 점과, 투영광선의 수평면에 대한 투사체들은 y'축에 평행하다는 점을 기억하자. 도 3에 도시된 삼각 관계에 의하면, z는 이하의 수학식 4와 같이 기술될 수 있다.As a special case, when the inclination angle θ is 0, the projection light beam becomes parallel to the y 'axis (see Fig. 1). In 2D PET, which uses only 0 degrees of θ in PET consisting of multiple planes, more data is available for image reconstruction for 3D PET using multiple oblique rays (if θ is not zero). Through this, the reconstructed image quality can be improved. For this 3D PET, Equation 3 can be extended to the 3D case (that is, θ is not 0), in which case the coordinates in the horizontal plane are independent of θ and for the horizontal plane of the projection beam. Remember that the projectiles are parallel to the y 'axis. According to the triangular relationship shown in FIG. 3, z may be described as in Equation 4 below.

Figure 112009026035537-PAT00012
Figure 112009026035537-PAT00012

도 3은 y'-z 평면도를 이용하여 z, y', x',θ, xr, yr,

Figure 112009026035537-PAT00013
Figure 112009026035537-PAT00014
사이의 관계를 도시한다. 이러한 관계는 모든 y'-z 평면 상의 어떤 x'에 대하여도 유효하다는 점에 주목하여야 한다. 또한 y'는 이산값 n으로 표시된다는 점도 유의해야 한다.3 illustrates z, y ', x', θ, x r , y r , using a y'-z plan view.
Figure 112009026035537-PAT00013
And
Figure 112009026035537-PAT00014
Shows the relationship between. It should be noted that this relationship is valid for any x 'on all y'-z planes. It should also be noted that y 'is represented by a discrete value n.

수학식 4를 수학식 3에 적용하면, 이하의 수학식 5와 같은 이산 형태의 투영 데이터를 얻을 수 있다.When equation (4) is applied to equation (3), discrete projection data, such as equation (5) below, can be obtained.

Figure 112009026035537-PAT00015
Figure 112009026035537-PAT00015

여기서, here,

Figure 112009026035537-PAT00016
Figure 112009026035537-PAT00016

Figure 112009026035537-PAT00017
Figure 112009026035537-PAT00018
Figure 112009026035537-PAT00017
And
Figure 112009026035537-PAT00018

Figure 112009026035537-PAT00019
Figure 112009026035537-PAT00020
의 정수값
Figure 112009026035537-PAT00019
Is
Figure 112009026035537-PAT00020
Integer value of

Figure 112009026035537-PAT00021
Figure 112009026035537-PAT00022
의 나머지 또는 보간계수
Figure 112009026035537-PAT00021
Is
Figure 112009026035537-PAT00022
Remainder or interpolation factor

Figure 112009026035537-PAT00023
Figure 112009026035537-PAT00023

ny' 의 이산(discrete) 값 n is the discrete value of y '

Figure 112009026035537-PAT00024
은 주어진 y r ,Φ 및 θ에 대한 y' 의 적분 길이.
Figure 112009026035537-PAT00024
Is the integral length of y ' for a given y r , Φ and θ.

(x,y,z) 또는 (x',y',z) 좌표계에서 투영 광선들과 실제 값을 가지고 있는 이미지 픽셀의 좌표값들이 항상 일치하진 않기 때문에 보간(Interpolation)이 필요하다. 보통 3D 보간 혹의 2D 보간이 필요한 기존의 방식과 달리, SSP에선 수학식 5에 도시된 바와 같이 z 축을 따라 1D 선형 보간만이 필요하다. 1차원 선형 보간은 z 축을 따르는 보간 계수로서 수식 5에서 보이듯이

Figure 112009026035537-PAT00025
혹은 그의 보수
Figure 112009026035537-PAT00026
를 사용한다.Interpolation is necessary because the coordinates of the projection pixels and the image pixels of actual values in the (x, y, z) or (x ', y', z) coordinate system do not always coincide. Unlike conventional methods that normally require 3D interpolation or 2D interpolation, the SSP only needs 1D linear interpolation along the z axis as shown in Equation 5. One-dimensional linear interpolation is the interpolation coefficient along the z axis, as shown in Equation 5.
Figure 112009026035537-PAT00025
Or his reward
Figure 112009026035537-PAT00026
Use

한편, 후진 투영 프로세스는 상술된 투영 데이터에 의해 생성된 여현 곡선(sinogram)으로부터 한 세트의 이미지를 재구성하는 것이다. 따라서, 투영(또는 전진 투영 또는 투영 데이터의 생성) 프로세스에서와 같은 동일한 방식이 후진 투영 또는 이미지 재구성에 적용될 수 있다. OS-EM 알고리즘과 같은 반복적 재구성의 경우, 다수의 전진 투영 및 후진 투영이 요구되기 때문에, 알고리즘은 투영 데이터 생성뿐만 아니라 다수의 반복되는 이미지 재구성을 필요로 한다. 투영 데이터 P Φ,θ (x r , y r )로부터 3차원 이미지의 재구성은 이하의 수학식 6에 주어진 바와 같이 수행될 수 있다.On the other hand, the backward projection process is to reconstruct a set of images from the sinogram generated by the projection data described above. Thus, the same manner as in the projection (or forward projection or generation of projection data) process can be applied to backward projection or image reconstruction. In the case of iterative reconstruction, such as the OS-EM algorithm, since a number of forward and backward projections are required, the algorithm requires not only projection data generation but also multiple repeated image reconstructions. Projection Data P Φ, θ ( x r , y r ) may be performed as given in Equation 6 below.

Figure 112009026035537-PAT00027
Figure 112009026035537-PAT00027

수학식 2에서 정의된 회전 매트릭스를 이용하여 수학식 6은 이하의 수학식 7과 같이 기술될 수 있다.Using the rotation matrix defined in Equation 2, Equation 6 may be described as Equation 7 below.

Figure 112009026035537-PAT00028
Figure 112009026035537-PAT00028

정렬 프레임에서는, x r = x 라는 점에 주목하자.Note that in the alignment frame, x r = x .

표기를 단순화하기 위하여, 이하의 수학식 8에 주어진 바와 같이, 최종 재구성된 이미지에 앞서 중간 단계 이미지로서 특정 Φ에서 모든 θ에 대한 투영 평면들의 합을 I Φ 로 정의하자. 그러면, 예컨대 θ의 대칭 속성을 이용하여 계산을 더 단순화시킬 수 있다.To simplify the notation, define the sum of projection planes for all θ at a particular Φ as I Φ as an intermediate image before the final reconstructed image, as given in Equation 8 below. Then, for example, the symmetry property of θ can be used to further simplify the calculation.

Figure 112009026035537-PAT00029
Figure 112009026035537-PAT00029

다시 수학식 2에 주어진 회전 매트릭스를 사용하면, 수학식 8은 수학식 9와 같이 표기될 수 있다. Using the rotation matrix given in Equation 2 again, Equation 8 can be written as Equation 9.

Figure 112009026035537-PAT00030
Figure 112009026035537-PAT00030

수학식 9를 이용하면, 수학식 7은 이하의 수학식 10과 같이 표기될 수 있다.Using Equation 9, Equation 7 may be expressed as Equation 10 below.

Figure 112009026035537-PAT00031
Figure 112009026035537-PAT00031

수학식 10은 주어진 특정 각도 Φ로 회전되어져 있는 중간 단계로서 재구성된 이미지

Figure 112009026035537-PAT00032
들을 각각의 Φ에 해당하는 -Φ의 회전변환 후 이들 각각을 모든 Φ에 대해 적분하여 최종 재구성 이미지 I(x,y,z)를 생성하는 것을 나타낸다.Equation 10 is an image reconstructed as an intermediate step that is rotated at a given angle Φ .
Figure 112009026035537-PAT00032
Corresponding to each of the Φ-integrated with respect to each of which after rotational transformation of the Φ Φ to indicate that all generate the final reconstructed image I (x, y, z) .

B. 대칭 속성B. Symmetry Properties

본 발명의 일 실시예에 따른 SSP 방법은 대칭 속성을 활용한다. 이하, 본 명세서에서의 보간 연산에서 대칭 포인트들은 동일한 명령어의 사용뿐만 아니라 추가적인 계산 없이 공통적으로 사용가능한 유사한 계수들(동일한 값을 가지나, 상이한 극성 및/또는 상이한 좌표를 가짐)을 나타낸다. 즉, 대칭 포인트들은 동일한 보간 계수 또는 보수(complementary value)를 갖는다. 본 출원인은 실질적으로 사용 가능한 4개의 대칭관계, 즉 16개의 대칭 포인트들이 존재한다는 것을 발견하였는데, 각각의 대칭관계는 "거울 대칭", "φ-대칭", "y'-대칭" 및 "θ-대칭"이다.The SSP method according to an embodiment of the present invention utilizes a symmetric property. The symmetric points in the interpolation operation herein hereinafter represent similar coefficients (having the same value, but having different polarities and / or different coordinates) that are commonly available without additional calculations as well as the use of the same instruction. That is, the symmetric points have the same interpolation coefficient or complementary value. Applicant has found that there are actually four symmetry relationships available, i.e. 16 symmetry points, each of which is "mirror symmetry", " φ -symmetry", "y'-symmetry" and " θ- Symmetrical ".

(a) 거울 대칭(+(a) mirror symmetry (+ x'x ' 및 - And- x'x ' Wow y'y ' 축; 도 4a 참조)shaft; See FIG. 4A)

이미지 재구성에 있어 위 발명의 특징은, 각각의 이미지 포인트들의 대칭 속성들을 사용하는 것이다. 적절한 보간 계수를 이용하여 일단 하나의 포인트가 계산되면, 다양한 유형의 대칭 속성을 이용하여 대향하는 포인트(들)에서 동일한 계수 값을 재사용할 수 있다. 가장 단순한 형태 중 하나는 도 4a에 도시된 바와 같이 거울상 대칭을 이용하는 것이다. 이 경우, +x r 에서의 포인트 (x'0, y'0)은 -x r 에서의 값 (x'1, y'1)과 동일하며 오직 극성만이 다르다. 이러한 "거울 대칭"은 도 4a에 예시되어 있다. 도 4a에는, "거울 대칭"(즉, (x'0, y'0) → (x'1, y'1) = (-x'0, y'0) )으로 인한 예시적인 대칭 포인트들이 도시되어 있다. 이와 같은 대칭 속성은 계산 시간을 절반으로 감소시킨다.A feature of the above invention in image reconstruction is to use the symmetric properties of each image point. Once a point has been calculated using the appropriate interpolation coefficients, various types of symmetry attributes can be used to reuse the same coefficient value at opposing point (s). One of the simplest forms is to use mirror image symmetry as shown in FIG. 4A. In this case, the point (x ' 0 , y' 0 ) at + x r is the same as the value (x ' 1 , y' 1 ) at -x r with only the polarity being different. This “mirror symmetry” is illustrated in FIG. 4A. 4A shows exemplary symmetry points due to “mirror symmetry” (ie, (x ' 0 , y' 0 ) → (x ' 1 , y' 1 ) = (-x ' 0 , y' 0 )). It is. This symmetry reduces the computation time by half.

(b) (b) φφ -대칭 (-Symmetry ( φφ  And φφ +90°; 도 4b 참조)+ 90 °; 4b)

"거울 대칭"의 경우와 마찬가지로, φφ+90°에서의 포인트들 간에 대칭이 존재한다. 이 경우, (x'0, y'0) → (x'1, y'1) = (-y'0, x'0)이 되기 때문에, 좌표들뿐만 아니라 극성들도 변경된다. 도 4b는 이와 같은 φ-대칭의 경우를 수치적인 예로 도시하고 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 일단 φ에서 포인트가 계산되고, 예컨대 (x'0, y'0)을 위한 전진 투영(혹은 후진 투영) 계산에서의 보간 계수들이 얻어지면, 이를 90°회전(즉, φ+90°)시킨 포인트, 즉 (-y'0, x'0)를 위한 전진 투영(혹은 후진 투영)에서도 동일한 계수값들을 재사용할 수 있다. 이와 같은 대칭 속성은 계산 시간을 다시 절반으로 감소시킨다.As in the case of "mirror symmetry", there is symmetry between the points at φ and φ + 90 °. In this case, since (x ' 0 , y' 0 ) → (x ' 1 , y' 1 ) = (-y ' 0 , x' 0 ), the polarities as well as the coordinates are changed. 4B shows a numerical example of such a case of φ -symmetry. As shown in FIG. 4B, once the point is calculated at φ and the interpolation coefficients in the forward projection (or backward projection) calculation, for example for (x ' 0 , y' 0 ) are obtained, it is rotated 90 ° (ie The same coefficient values can be reused in the forward projection (or backward projection) for the point φ + 90 °, that is, (-y ' 0 , x' 0 ). This symmetry property cuts the computation time back in half.

도 4는 제안된 SSP 방법에서 사용되는 "거울 대칭"과 "φ-대칭"의 예를 도시한다. 도 4a는 y'에 대한 "거울 대칭”의 예를 도시한 것이며, 좌표점 (x'0, y'0)를 알면, y'에 대한 대칭점 (x'1, y'1)을 추가 계산 없이 얻거나 할당할 수 있다. 이는 계산 속도를 두 배로 향상시키거나 계산 시간을 반으로 감소시킨다. 도 4b는 Φ에 대한 투영 자료의 대칭 특성을 도시한다. 즉, 좌표값 (x'0, y'0)의 보간 계수가 Φ에서 알려져 있다면, Φ+90°에서의 대칭점 (x'1, y'1)에서의 보간 계수도 추가 계산 없이 얻을 수 있다. 다시 말해서, Φ에서의 (x, y)를 Φ+90°에서의 (-y, x)로 바꾸는 간단한 좌표 변환만으로, Φ+90°에 해당하는 전진 투영(혹은 후진 투영)의 보간 계수 연산을 대체하는 효과가 있다. 이 같은 대칭 특성은 계산 시간을 반으로 줄인다.4 shows examples of "mirror symmetry" and "φ-symmetry" used in the proposed SSP method. Figure 4a shows an example of "mirror symmetry" for y ', knowing the coordinate points (x' 0 , y ' 0 ), the symmetry points (x' 1 , y ' 1 ) for y' without additional calculation This can double or increase the computational speed or halve the computation time Figure 4b shows the symmetry characteristic of the projection data with respect to Φ , i.e. coordinate values (x ' 0 , y'). If the interpolation coefficient of 0 ) is known at Φ , the interpolation coefficient at the symmetry point (x ' 1 , y' 1 ) at Φ + 90 ° can also be obtained without further calculation, ie (x, y) at Φ a coordinate transformation with a simple change to the (-y, x) in the Φ + 90 °, this has the effect of replacing the interpolation coefficient operation of the forward projection (or reverse projection) corresponding to the Φ + 90 °. this is the same symmetry characteristics Cut the calculation time in half.

(c) (c) y'y ' -대칭 (+n 및 -n; 도 5a 참조)Symmetry (+ n and -n; see FIG. 5A)

"거울 대칭" 및 φ-대칭과는 달리, y'-대칭과 θ-대칭은 y'-z 평면에서의 대칭이다. y'-대칭은 θ-대칭과 밀접한 관계가 있음을 유의하여야 한다. 따라서, 이하와 같이 두 가지를 함께 도시하는 것이 편리하다. y'-대칭 특성은 보간 계수를 보수(complementary value)로 변화시키는 효과를 가진다. y'-대칭은 이하 기술되는 바와 같이, θ-대칭과 같은 대칭 특성을 갖는다. 먼저, y'-대칭 특성이 도 5a에 도시되어 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 변수 z는 이하의 수학식 11과 같이 표시된다(도 3 참조).Unlike "mirror symmetry" and φ -symmetry, y ' -symmetry and θ -symmetry are symmetry in the y' - z plane. Note that y' -symmetry is closely related to θ -symmetry. Therefore, it is convenient to show the two together as follows. y' -symmetry has the effect of changing the interpolation coefficient to a complementary value. y' -symmetry has the same symmetry characteristic as θ -symmetry, as described below. First, the y' -symmetry characteristic is shown in FIG. 5A. As shown in FIG. 5A, the variable z is represented by Equation 11 below (see FIG. 3).

Figure 112009026035537-PAT00033
Figure 112009026035537-PAT00033

여기서,here,

Figure 112009026035537-PAT00034
y r INTEGER
Figure 112009026035537-PAT00034
And y r INTEGER

Figure 112009026035537-PAT00035
REAL 및 0 ≤
Figure 112009026035537-PAT00036
< 1
Figure 112009026035537-PAT00035
AL REAL and 0 ≤
Figure 112009026035537-PAT00036
<1

Figure 112009026035537-PAT00037
Figure 112009026035537-PAT00037

여기서,here,

Figure 112009026035537-PAT00038
Figure 112009026035537-PAT00039
은 보간 계수.
Figure 112009026035537-PAT00038
And
Figure 112009026035537-PAT00039
Is the interpolation factor.

이러한 대칭을 이용하여, 두 보간 연산이 동시에 수행될 수 있게 됨으로써, y'(=n)에 있어서의 루프의 수는 절반으로 감소한다. 따라서 수학식 5는 이하의 수학식 13과 같이 쓸 수 있다.Using this symmetry, two interpolation operations can be performed simultaneously, thereby reducing the number of loops in y ' (= n) by half. Therefore, Equation 5 may be written as Equation 13 below.

Figure 112009026035537-PAT00040
Figure 112009026035537-PAT00040

여기서, 보간 계수

Figure 112009026035537-PAT00041
는 n과 θ만의 단순한 함수로 줄일 수 있으며, 이는 수학식 11로부터 도출될 수 있다. y r 은 항상 정수이고
Figure 112009026035537-PAT00042
는 0 ≤
Figure 112009026035537-PAT00043
< 1 의 조건을 만족하므로,
Figure 112009026035537-PAT00044
는 n과 θ만의 함수이다. 따라서,
Figure 112009026035537-PAT00045
라는 표기는 rn , θ 로 단순화될 수 있다(도 3 및 도 5a 참조 및 비교). 또한, (1-
Figure 112009026035537-PAT00046
)는
Figure 112009026035537-PAT00047
와 동일하다. 마찬가지로, (1-
Figure 112009026035537-PAT00048
) 는 rn 와 동일하다. 이를 수학식 13에 적용시 수학식 13은 이하의 수학식 14와 같이 분해된 형태로 변환할 수 있으며 이 경우 필요한 연산의 수가 줄어들게 된다.Where interpolation factor
Figure 112009026035537-PAT00041
Can be reduced to a simple function of only n and θ , which can be derived from Equation (11). y r is always an integer
Figure 112009026035537-PAT00042
Is 0 ≤
Figure 112009026035537-PAT00043
Since the condition of <1 is satisfied,
Figure 112009026035537-PAT00044
Is a function of only n and θ . therefore,
Figure 112009026035537-PAT00045
May be simplified to r n , θ (see and compare FIGS. 3 and 5A). In addition, (1-
Figure 112009026035537-PAT00046
)
Figure 112009026035537-PAT00047
. Similarly, (1-
Figure 112009026035537-PAT00048
) Is r n , θ . When this is applied to Equation 13, Equation 13 may be converted into an exploded form as shown in Equation 14, in which case, the number of required operations is reduced.

Figure 112009026035537-PAT00049
Figure 112009026035537-PAT00049

(d) (d) θθ -대칭(+Symmetry (+ θθ 와 -Wow - θθ ; 도 5b 참조); See FIG. 5B)

이제, θ-대칭이 상술된 y'-대칭과 함께 보간 계수의 계산을 공유하는 방식을 살펴 본다. 도 5b에 도시된 바와 같이, θ의 부호가 변할 때, 보간 계수에 있어서의 차이는 단지 보수(complementary value)로 달라지는 것뿐이다.We now look at how θ -symmetry shares the calculation of interpolation coefficients with y' -symmetry described above. As shown in Fig. 5B, when the sign of θ changes, the difference in the interpolation coefficient is merely changed by the complementary value.

수학식 4, 5, 11 및 12를 이용하여, z와 r은 이하의 수학식 15와 같이 표시할 수 있다.Using equations (4), (5), (11) and (12), z and r can be expressed as in the following equation (15).

Figure 112009026035537-PAT00050
Figure 112009026035537-PAT00050

따라서,therefore,

Figure 112009026035537-PAT00051
Figure 112009026035537-PAT00051

수학식 15에서 주어진 관계를 이용하여, 수학식 14는 이하의 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.Using the relation given in Equation 15, Equation 14 may be expressed as Equation 16 below.

Figure 112009026035537-PAT00052
Figure 112009026035537-PAT00052

수학식 14는 P Φ,θ (x r ,y r )에 대한 것이나, 수학식 16은 P Φ,-θ (x r ,y r )에 대한 것이다. 수학식 16의 계산을 위해, 수학식 15에서 주어진 관계, 즉 r n , r n ,-θ ,

Figure 112009026035537-PAT00053
Figure 112009026035537-PAT00054
를 다시 이용할 수 있으며, P Φ,θ (x r ,y r )와 P Φ,-θ (x r ,y r )를 동시에 계산할 수 있다.Equation 14 is for P Φ, θ ( x r , y r ), but Equation 16 is for P Φ, -θ ( x r , y r ). For the calculation of equation (16), the relationship given in equation (15), i.e. r n , θ , r n , ,
Figure 112009026035537-PAT00053
And
Figure 112009026035537-PAT00054
Can be used again, and P Φ, θ ( x r , y r ) and P Φ, -θ ( x r , y r ) can be calculated simultaneously.

위와 같이, y'-대칭과 θ-대칭은 공통적인 특성을 공유한다. 도 5c는 y'-대칭과 θ-대칭을 간략히 도시한다. y'-대칭은 루프 카운트 y'(=n)의 수를 줄이는데 이용되는 반면, θ-대칭은 루프 카운트 θ의 수를 줄이는데 이용된다.As above, y' -symmetry and θ -symmetry share common characteristics. 5c briefly illustrates y' -symmetry and θ -symmetry. y ' -Symmetry is loop count θ -symmetry is used to reduce the number of loop counts θ , while reducing the number of y ' (= n).

요약하면, SSP 방법은 총 16개의 대칭점(혹은 쌍)을 이용한다. 즉, 거울 대칭, Φ+90°-대칭, y'-대칭 및 θ-대칭을 동시에 사용시, 각 대칭마다 2개의 전진 투영(혹은 후진 투영)이 한번의 연산으로 가능해지므로, 이들을 모두 사용할 경우 총 16개의 대칭성을 가지는 전진 투영(혹은 후진 투영)이 동시에 계산된다. 이러 한 대칭 기반의 계산 시간 감소(16배)에 더하여, 이하 상술되는 바와 같은 SIMD는 계산 속도를 또 다시 4배만큼 더욱 빠르게 한다. 이로 인하여 새로운 SSP 방법은 총 속도 이득 64(16x4)를 얻게 된다.In summary, the SSP method uses a total of 16 symmetry points (or pairs). In other words, when using mirror symmetry, Φ + 90 ° -symmetry, y' -symmetry, and θ -symmetry, two forward projections (or backward projections) are possible in one operation for each symmetry. Forward (or backward) projections with two symmetries are computed simultaneously. In addition to this symmetry-based computation time reduction (16 times), the SIMD as detailed below further speeds up the computation by another 4 times. This results in a total speed gain of 64 (16x4) for the new SSP method.

도 5는 제안된 SSP 방법의 y'-대칭과 θ-대칭을 도시한다. 도 5a는 y'-대칭을 도시하며, 도 5b는 θ-대칭을 도시한다. 도 5c는 y'-대칭과 θ-대칭간의 관계 또는 y'-대칭과 θ-대칭에 의해 얻을 수 있는 전체 대칭을 도시한다. 각 도의 좌측은 z-y’평면 절단도(cut-view)를 나타내고, 우측은 좌측을 확대한 것이다. 각 사분면은 보간 계수 r의 상세 도시이다. 이러한 y'-대칭 또는 θ-대칭 특성은 보간 계수 중 하나가 한 점에 대해 계산되면, 다른 세 점에 대한 남은 보간 계수들을 추가 계산 없이 얻을 수 있다는 것을 나타낸다. 따라서 y'-대칭과 θ-대칭을 이용함으로써, 계산량이 1/4로 감소할 수 있다.5 shows the y'-symmetry and θ-symmetry of the proposed SSP method. 5A shows y'-symmetry and FIG. 5B shows θ-symmetry. 5C shows the relationship between y'-symmetry and θ-symmetry or the overall symmetry obtainable by y'-symmetry and θ-symmetry. The left side of each figure shows the z-y 'plane cut-view, and the right side enlarges the left side. Each quadrant is a detailed illustration of the interpolation coefficient r. This y'-symmetry or θ-symmetry characteristic indicates that once one of the interpolation coefficients is calculated for one point, the remaining interpolation coefficients for the other three points can be obtained without further calculation. Thus, by using y'-symmetry and θ-symmetry, the amount of calculation can be reduced to 1/4.

SSPSSP 방법의  Way of SIMDSIMD 를 이용한 병렬 계산Parallel computation

A. A. SIMDSIMD (( SingleSingle InstructionInstruction MultipleMultiple DataData )와 대칭 특성) And symmetrical characteristics

보다 빠른 전진-후진 투영 방법을 실현하기 위해선, 전진-후진 투영 내에서 루프의 숫자를 줄이는 한편, 실제적으로 호출되는 단위 루프당 명령어의 개수를 줄이는 것도 중요하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, SIMD 기법을 사용하여 단위 루프당 명령어의 수를 줄일 수 있다. SIMD의 사용은 단위 루프당 명령어의 수를 줄이고, 이에 따라 전체적인 계산 시간을 이상적으론 1/4로 줄인다. SIMD의 피연산자는 효율성을 증대시키기 위해 신중하게 결정되어야 한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 동시에 16개 포인트에서 전진/후진 투영을 수행할 수 있다. 이 과정에서, 16개의 대칭 포인트는 두 개의 그룹으로 나뉘는데, 하나는 +θ 로 다른 하나는 -θ 로 각각 나뉜다. 현재 상용 CPU에서 지원되는 단일 SIMD 명령어의 데이터 세트는 4개의 데이터로 구성된다. 즉, 한 SIMD명령어는 4개의 데이터를 동시에 접근 처리할 수 있다. 동시에 처리할 수 있는 4개의 데이터의 집합을 SIMD 데이터 세트라고 부르며, 이들을 묶는 작업을 패킹(packing)이라고 부르며, 연산 후 하나의 세트로 묶여있는 이들을 푸는 작업을 언패킹(unpacking)이라고 한다. 즉, 동일한 θ 를 갖는 각 그룹(+θ 또는 -θ)은, 총 8개의 전진 투영(혹은 후진 투영) 쌍을 가지므로 각각 두 개의 SIMD 명령어 데이터 세트로 구성되게 된다.In order to realize a faster forward-backward projection method, it is also important to reduce the number of loops within the forward-backward projection while reducing the number of instructions per unit loop actually called. According to an embodiment of the present invention, the number of instructions per unit loop can be reduced by using a SIMD technique. The use of SIMD reduces the number of instructions per unit loop, thus ideally reducing the overall computation time to 1/4. Operands of the SIMD must be carefully determined to increase efficiency. As described above, according to one embodiment of the present invention, forward / backward projection can be performed simultaneously at 16 points. In this process, 16 symmetric points are divided into two groups, one divided by + θ and the other divided by- θ . The data set of a single SIMD instruction currently supported on a commercial CPU consists of four data. That is, one SIMD instruction can access and process four data at the same time. The set of four data that can be processed at the same time is called a SIMD data set. The task of grouping them is called packing. The task of unpacking them in one set after an operation is called unpacking. That is, each group (+ θ or − θ ) having the same θ has a total of eight forward (or backward) pairs, and thus each consists of two SIMD instruction data sets.

동일한 θ 를 갖는 이 두 가지 그룹은 수학식 14 및 수학식 16에 기초한다. 표 1은 회전된 이미지 데이터 세트와 투영 데이터 세트 사이의 대칭 관계의 16가지 쌍을 도시한다. 상기의 4개의 대칭 속성과 관련하여 설명한 내용 및 표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 정렬 프레임 상에서 대칭 관계를 이루는 대칭 포인트들(즉, 대칭 쌍)은, 이미지 데이터인 이미지 좌표계 상의 좌표와 투영 데이터 (즉, 여현 곡선 데이터)인 투영 좌표계 (즉, 여현 곡선 좌표계) 상의 좌표로 구성된다. These two groups with the same θ are based on equations (14) and (16). Table 1 shows sixteen pairs of symmetrical relationships between the rotated image data set and the projection data set. As can be seen from the contents described in relation to the above four symmetry properties and Table 1, the symmetric points (i.e., symmetry pairs) that form a symmetry relationship on an alignment frame are coordinates and projection data on an image coordinate system that is image data. (I.e., cosine curve data), the coordinates on the projection coordinate system (i.e., the cosine curve coordinate system).

Figure 112009026035537-PAT00055
Figure 112009026035537-PAT00055

표 1과 같이, 거울 대칭 관계, φ-대칭 관계,θ-대칭 관계 및 y'-대칭 관계를 통해 결정된 16개의 대칭 쌍은 각각 동일한 θ 를 공유하는 두 개의 그룹으로 나누어진다. 또한, 이 두 그룹은 다시 두 개의 하위 그룹으로 나누어진다. 하위 그룹 a-1 및 b-2의 멤버는 정확하게 동일한 보간 계수(예컨대, r y' )를 공유하며, 하위 그룹 a-2 및 b-1은 보수(예컨대, 1- r y' )를 보간 계수로 갖는다. 각각의 하위 그룹은 수학식 17과 같이 하나의 패킹된 SIMD 데이터를 나타낸다.As shown in Table 1, the sixteen pairs of symmetry determined through the mirror symmetry relationship, φ-symmetry relationship, θ-symmetry relationship and y'-symmetry relationship are divided into two groups each sharing the same θ . In addition, these two groups are further divided into two subgroups. Members of subgroups a-1 and b-2 share exactly the same interpolation coefficients (eg r y ' , θ ), and subgroups a-2 and b-1 complement (eg 1-r y' , θ) ) As the interpolation factor. Each subgroup represents one packed SIMD data as shown in Equation 17.

Figure 112009026035537-PAT00056
Figure 112009026035537-PAT00056

여기서, SI는 SIMD 이미지 데이터 세트를 의미하며, SP는 SIMD 투영 데이터 세트를 의미함.Where SI stands for SIMD image data set and SP stands for SIMD projection data set.

수학식 17은 표 1의 상단 그룹에 대한 SIMD 데이터 세트의 구성을 개시한다. 이는 SIMD에서의 패킹을 어떻게 할 것인지를 제안하고 있다. 이 수식에서 제시하 는 패킹 방식은 θ 를 중심으로 나타내었으나 -θ 를 가지는 두 개의 하위 그룹(하나의 그룹이 하나의 SIMD 데이터 세트로 패킹됨)에도 똑같이 적용될 수 있다. Equation 17 describes the construction of a SIMD data set for the upper group of Table 1. It suggests how to do packing in SIMD. The packing scheme presented in this formula is centered on θ , but can be equally applied to two subgroups with (one group is packed into one SIMD data set).

*상술한 바와 같이, 표 1의 상단 그룹 및 하단 그룹은 수학식 14 및 수학식 16에 기초한다. 수학식 14 및 수학식 16은 수학식 17에 개시된 SIMD 버전으로 변형될 수 있다. 즉, 이는 이하의 수학식 18과 같다.As described above, the upper and lower groups in Table 1 are based on Equations (14) and (16). Equations 14 and 16 may be modified to the SIMD version disclosed in Equation 17. That is, this is as shown in Equation 18 below.

Figure 112009026035537-PAT00057
Figure 112009026035537-PAT00057

여기서, here,

Figure 112009026035537-PAT00058
Figure 112009026035537-PAT00059
는 표 1의 하위 그룹 "a-1" 에 따른 것
Figure 112009026035537-PAT00058
And
Figure 112009026035537-PAT00059
Is according to subgroup "a-1" in Table 1

Figure 112009026035537-PAT00060
Figure 112009026035537-PAT00061
는 표 1의 하위 그룹 "a-2"에 따른 것
Figure 112009026035537-PAT00060
And
Figure 112009026035537-PAT00061
Will be according to subgroup "a-2" in Table 1

Figure 112009026035537-PAT00062
Figure 112009026035537-PAT00063
는 표 1의 하위 그룹 "b-1"에 따른 것
Figure 112009026035537-PAT00062
And
Figure 112009026035537-PAT00063
Will be according to subgroup "b-1" in Table 1

Figure 112009026035537-PAT00064
Figure 112009026035537-PAT00065
는 표 1의 하위 그룹 "b-2"에 따른 것
Figure 112009026035537-PAT00064
And
Figure 112009026035537-PAT00065
Will be according to the subgroup "b-2" in Table 1

Figure 112009026035537-PAT00066
Figure 112009026035537-PAT00066

이 SIMD 패킹 개념은 후진 투영의 경우에도 동일하게 적용된다. This SIMD packing concept applies equally to backward projection.

주의할 점은, 상기 대칭 쌍 내에 몇 가지 특수한 경우가 존재한다는 점에 유념해야 한다. 이 특수한 경우란, 각각의 대칭 관계에서 몇몇의 전진 투영(혹은 후진 투영)이 동일한 이미지 포인트(여기서의 이미지 포인트는 회전된 이미지의 포인트를 의미하는 것으로 x' , y' ,z 좌표계임을 명심하라)를 공유하게 되어 중복 처리되는 에러가 발생하는 것을 말한다. 표 2는 특별한 주의와 수정을 요구하는 특수한 경우를 개시한다. 표 2에서 보이듯이 대칭관계에 해당하는 포인트가 자기 자신인 경우, 투영 등에서 해당 포인트가 중복 처리되지 않도록 주의를 기울여야 한다.It should be noted that there are some special cases within this symmetric pair. This special case means that in each symmetry some forward projection (or backward projection) is the same image point (where the image point is the point of the rotated image). Note that x ' , y' , and z coordinates are shared), resulting in overlapping errors. Table 2 discloses special cases requiring special care and modification. As shown in Table 2, if the point corresponding to the symmetry is itself, care must be taken not to duplicate the point in projections.

Figure 112009026035537-PAT00067
Figure 112009026035537-PAT00067

B. 멀티 프로세서 환경에서 작업 분산의 최적화B. Optimizing Job Distribution in a Multiprocessor Environment

최근의 상용 PC는 멀티 프로세서 환경을 제공한다. 이 병렬 계산 능력을 활용하기 위해, "스레드 프로그래밍 기술(thread programming technique)"이라 불리는 명령어가 사용될 수 있다. 제안된 SSP 방법은 멀티 프로세서 시스템에 확장될 수 있다. 이 경우, 최적의 성능을 위해서는 작업 분배가 균등하게 이루어지는 것이 중요하다.Modern commercial PCs provide a multiprocessor environment. To take advantage of this parallel computing power, instructions called "thread programming techniques" can be used. The proposed SSP method can be extended to a multiprocessor system. In this case, it is important to evenly distribute the work for optimal performance.

본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 원형 또는 원통형의 FOV의 가정하에 기초하므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 x' 범위가 각 CPU에 할당된다면 계산량의 분배가 불균등해지기 때문에, x', 즉 x r 축을 따라 작업량을 균등해지도록 분배한다. Since the method according to an embodiment of the present invention is based on the assumption of a circular or cylindrical FOV, the same x 'is shown in FIG. 6. If the range is assigned to each CPU, then the distribution of computation is uneven, so distribute the workload equally along the x ' , ie, the x r axis.

도 6은 광선 경로 길이의 합에 기초한 균등한 작업 분배의 개념을 도시한다. x' 상에서 각각의 그룹 S1, S2, S3 및 S4에 대하여 계산량을 동등하게 분배한다. 도 6에 도시된 경우는 작업량을 S1, S2, S3 및 S4의 동일한 4개 그룹으로 나누었다. 이 재분배는 각각의 그룹이 거의 동일한 영역, 즉 동일한 계산량을 갖는 것을 도시한다.6 illustrates the concept of uniform work distribution based on the sum of the beam path lengths. The amount of computation is equally distributed for each group S1, S2, S3 and S4 on x ' . In the case shown in Figure 6, the workload was divided into four identical groups of S1, S2, S3 and S4. This redistribution shows that each group has almost the same area, that is, the same amount of computation.

전체 방법의 기술Technology of the whole way

새로운 SSP 전진 투영 및 후진 투영의 개요도가 도 7 및 도 8에 각각 도시되어 있다. SSP의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 루프 카운트의 수를 줄이기 위해, 즉 하나의 계산 루프를 통해 동시에 여러 개의 데이터를 동시에 처리키 위해서, 회전 작업을 통해 정렬된 프레임과 정렬된 프레임 상에서 보다 쉽게 이용할 수 있는 여러 기하학적 대칭 관계들을 사용한다. 또한, 대칭 특성 및 SIMD 기술을 결합시킴으로써 계산에 필요한 전체 명령어 개수를 줄일 수 있다.A schematic of the new SSP forward and backward projections is shown in FIGS. 7 and 8, respectively. In the case of an SSP, according to an embodiment of the present invention, in order to reduce the number of loop counts, that is, to simultaneously process several data simultaneously through one calculation loop, on an aligned frame and an aligned frame through a rotation operation. Use several geometric symmetry relationships that are easier to use. In addition, by combining symmetry features and SIMD techniques, the total number of instructions required for computation can be reduced.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전진 투영의 흐름도이다. 루프 안의 가장 안쪽 블록(706)은 z 루프, 보간 작업, 광선 경로를 따르는 적분(708) 및 x′축을 따라 스캔하는 것(710)을 각각 포함한다. 팩킹 과정을 수행함으로써 SIMD명령어를 이용하는 투영연산이 가능하다. 하지만 모든 범위의 θ에 대해 투영한 후엔, 회전되어진 투영의 중간 결과(x',y',z 좌표계)는 실제 이미지 좌표계(x,y,z)로 되돌아가서 저장되어야 하므로 언패킹되어야만 한다. 캐쉬 적중률 및 데이터 입출력 속도를 최대화하기 위해, I-pack 및 SIMD 데이터 세트(I-Pack + P-Pack)의 크기는 각각 L1 및 L2의 캐쉬 크기보다 작아지도록 설계되었다.7 is a flowchart of a forward projection according to an embodiment of the present invention. The innermost block 706 in the loop includes z loops, interpolation operations, integration 708 along the ray path and scanning 710 along the x 'axis. By performing the packing process, projection operation using the SIMD instruction is possible. However, after projection over all ranges of θ, the intermediate result (x ', y', z coordinate system) of the rotated projection must be unpacked since it must be stored back in the actual image coordinate system (x, y, z). To maximize cache hit rate and data input / output speed, the size of the I-pack and SIMD data sets (I-Pack + P-Pack) are designed to be smaller than the cache sizes of L1 and L2, respectively.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 후진 투영의 흐름도이다. 첫째로, 대칭 관계를 갖는 8개의 투영 데이터는 SIMD에 사용되기 위해 팩킹된다. 이 팩킹된 투영 데이터(P-Pack)는, 특정한 θ에서의 yr 방향을 따라 선형적으로 보간되어, 중간 결과 이미지 데이터 I Φ (x', y', z) 를 만드는데 필요한 팩킹된 후진 투영 이미지 데이터(I-Pack)를 만든다. 이 I-Pack을 모든 θ에 대해 다 처리한 이후, 언패킹 과정을 통해 I-Pack의 데이터들을 중간 결과 이미지 데이터인 I Φ (x', y', z) 에서의 원래 위치에 할당한다. 이 같은 과정은 중간결과 이미지 I Φ (x', y', z)이 완전히 재구성될 때까지 yr 및 xr 루프를 돌면서 반복된다. 중간결과 이미지 I Φ (x', y', z)은 각 시야 각도(view angle), Φ 에 대하여 각각 재구성되며, 각각의 I Φ (x', y', z)은 자신의 시야 각도 Φ 에 따라 회전 변환 되어진 후, 서로 더해져서 원래의 직교 좌표계에서의 이미지인, 최종 이미지 I (x, y, z)를 재구성한다(수학식 10을 참고). 전진 투영 작업과 마찬가지로, 연산 중의 데이터 입출력 속도를 최대화하기 위해, SIMD 데이터 세트(I-Pack + P-Pack) 및 I-Pack의 크기는 각각 L1 및 L2의 캐쉬 크기보다 작도록 설계되었다.8 is a flow chart of backward projection in accordance with an embodiment of the present invention. First, eight projection data having a symmetric relationship are packed for use in SIMD. This packed projection data (P-Pack) is linearly interpolated along the y r direction at a particular θ to produce a packed backward projection image necessary to produce intermediate resultant image data I Φ ( x ', y ', z ). Create data (I-Pack) After this I-Pack has been processed for all θ, the unpacking process allocates the data of the I-Pack to its original position in the intermediate result image data I Φ ( x ', y ', z ). This process is repeated by looping the y r and x r loops until the intermediate result image I Φ ( x ', y ', z ) is completely reconstructed. Intermediate result image I Φ ( x ', y ', z ) is reconstructed for each view angle, Φ , and each I Φ ( x ', y ', z ) has its own view angle Φ The final image I, which is then rotated and transformed together and added together to produce an image in the original Cartesian coordinate system. Reconstruct ( x , y , z ) (see Equation 10). As with the forward projection, in order to maximize the data input / output speed during the calculation, the size of the SIMD data set (I-Pack + P-Pack) and I-Pack is designed to be smaller than the cache size of L1 and L2, respectively.

도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 정렬된 프레임(aligned frame)을 사용하기 위해 회전 작업을 이용할 수 있다. 투영 단계 이전에, 투영 평면(projection plane)은 정렬된 프레임으로 정렬되고, 전진 투영 혹은 후진 투영에서 사용될 이미지 평면(incoming image plane)은 각각의 시야 각도에 따라 회전됨으로써 정렬된 프레임으로 정렬된다(이는 x,y,z좌표계에서 x',y',z좌표계로 변환한다고 애기할 수 있다). 후진 투영 단계 이후에, 원래의 시야 각도만큼 투영 과정과는 역방향으로 회전시킴으로써, 정렬된 프레임으로부터 원래의 이미지로 회복된다. 원래의 이미지 좌표계로 복원되기 전의 회전된 상태의 이미지 데이터를 가르켜 중간결과 이미지라고 부른다.As shown in Figures 7 and 8, in accordance with one embodiment of the present invention, a rotating operation may be used to use an aligned frame. Prior to the projection step, the projection plane is aligned to the aligned frame, and the incoming image plane to be used in the forward or backward projection is aligned to the aligned frame by rotating according to each viewing angle (which is You can say that it converts from x, y, z coordinate system to x ', y', z coordinate system). After the backward projection step, the original image is recovered from the aligned frame by rotating in the reverse direction from the projection process by the original viewing angle. The image data in the rotated state before being restored to the original image coordinate system is called an intermediate result image.

프로세스 시간을 줄이기 위해서는, 캐쉬를 효과적으로 사용하는 것이 전체적인 계산에 있어서 중요한 요소이다. 메모리 할당 및 루프 순서는 메모리 접근 패턴에 따라 최적화되어야 한다. x r (= x') 은 가장 바깥쪽 루프의 변수로 선택함으로서, 연산 중 데이터 입출력에서의 메모리 스트라이드를 L2 캐쉬 크기 내로 줄일 수 있었다. 더구나, SSP 방법에 있어서 대부분의 계산 집중 작업은 z 또는 yr의 보간과 관련이 있기 때문에, 가장 안쪽 루프의 변수는 z 또는 yr을 선택하여 계산 과정 중의 메모리 스트라이드를 최소화했다. 이 같은 메모리 입출력 최적화를 위해서, 이미지 재구성 또는 후진 투영 연산에서 이용되는 데이터 구조는 [x'] : [y'] : [z] 의 순서로 할당하는 것이 가장 바람직하며, 전진 투영의 경우에는 [Φ] : [x r ] : [θ] : [y r ]의 순서가 가장 최적이다. 또한, 이 같은 메모리 구조의 할당은 루프 순서에도 영향을 준다. 즉, 후진 투영 연산의 경우 후진 투영 연산에서 이용되는 데이터 구조가 [x'] : [y'] : [z] 의 순서로 할당되면 그에 따라 후진 투영 연산은 z 루프가 가장 안쪽에 배치되고 x' 루프가 가장 바깥쪽에 배치된 수행 루프를 포함하게 되며, 전진 투영 연산의 경우 데이터 구조가 [Φ] : [x r ] : [θ] : [y r ] 의 순서로 할당되면 그에 따라 y r 루프가 가장 안쪽에 배치되고 θ루프, x r 루프 및 Φ 루프의 순서대로 상기 y r 루프로부터 바깥쪽으로 배치된 수행 루프를 포함하게 된다. 가장 최적화된 경우로서, 전진/후진 투영의 루프 순서는 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 또한, 이전에 언급한 대칭관계들을 적용한 결과, 루프 카운트의 전체 숫자는 각 단계에서 반으로 감소할 수 있다.To reduce process time, effective use of cache is an important factor in the overall calculation. Memory allocation and loop order should be optimized according to memory access patterns. By selecting x r ( = x ' ) as the outermost variable, the memory stride at the data I / O during the operation can be reduced to within the L2 cache size. Moreover, since most computationally intensive tasks in the SSP method are related to the interpolation of z or y r , the variables in the innermost loop are selected z or y r to minimize memory stride during the calculation process. For such memory input / output optimization, data structures used in image reconstruction or backward projection operations are most preferably assigned in the order of [ x ' ]: [ y' ]: [ z ], and in the case of forward projection, [ Φ ]: [ x r ]: [θ]: [ y r ] in order. This allocation of memory structure also affects the loop order. In other words, for backward projection operations, if the data structure used in backward projection operations is assigned in the order [ x ' ]: [ y' ]: [ z ], then the backward projection operation is where the z loop is placed at the innermost and x ' The loop will contain the outermost placed execution loop, and for forward projection operations, if the data structure is assigned in the order [ Φ ]: [ x r ]: [θ]: [ y r ], then y r The innermost loop and y r in the order of θ loop, x r loop and Φ loop It will contain the execution loop placed outward from the loop. As the most optimized case, the loop order of the forward / backward projection is shown in FIGS. 7 and 8. Also, as a result of applying the previously mentioned symmetries, the total number of loop counts can be reduced by half at each step.

SIMD에 있어, 메모리 팩킹 단계는 각각의 전진/후진 투영 단계보다 앞서서 수행된다. 투영 단계 후에, 투영 영역 상의 압축된 SIMD 데이터 세트는 언팩킹 단계를 거친 후, 원위치로 돌아간다. 마찬가지로, 이미지 영역상의 압축된 SIMD 데이터 세트는 각 후진 투영 단계 이후에 언패킹된다.For SIMD, the memory packing step is performed before each forward / reverse projection step. After the projection step, the compressed SIMD data set on the projection area undergoes an unpacking step and then returns to its original position. Similarly, the compressed SIMD data set on the image area is unpacked after each backward projection step.

실험 결과Experiment result

A. 방법A. Method

SSP 방법의 효율성을 평가하기 위해, SSP 방법을 HRRT(High Resolution Research Tomograph: 미국 테네시 녹스빌에 위치한 CPS/Siemens에 의해 개발됨) 데이터 또는 여현 곡선에 적용해 보았다. HRRT는 119,808개의 감지기를 가지고 있고, 초고해상도 뇌 스캐닝을 위해 설계되었다. HRRT는 최근 사용되는 인체 PET 스캐너 중 가장 많은 수의 (가장 작은 크기의) 감지기를 가지고 있기 때문에, 이미지 재구성에 가장 높은 계산상 복잡성을 가진다. 계산 수는 (LOR의 수에 비례하여) 상당히 증가해왔으며, 다른 현존하는 PET 스캐너에 비해 훨씬 크다. HRRT 패키지로 제공되는 재구성 소프트웨어는 OP-OSEM3D와 같은 반복 알고리즘을 지원하며, 이는 HRRT 시스템에서 선호되는 재구성 알고리즘이다. OP-OSEM3D의 장점 중 하나는, 랜덤 비율(random rate)이 높을 경우 네거티브 바이어스(negative bias)의 발생을 막는 것이다. 이 알고리즘은 가장 큰 메모리 사이즈를 필요로 하고 가장 계산 집약적인 알고리즘이기 때문에, 새로운 SSP 방법의 성능을 테스트하기 위하여 이 알고리즘을 채택하였다. 이하 본 명세서에서 다른 언급이 없는 한, HRRT OP-OSEM3D 패키지 S/W를 기존 방법으로 나타낸다.To evaluate the effectiveness of the SSP method, the SSP method was applied to HRRT (High Resolution Research Tomograph) data developed by CPS / Siemens, Knoxville, Tennessee, USA. The HRRT has 119,808 sensors and is designed for ultra high resolution brain scanning. HRRT has the highest computational complexity in image reconstruction because it has the largest number of (smallest) detectors used in human PET scanners in recent years. The number of calculations has increased significantly (in proportion to the number of LORs) and is much larger than other existing PET scanners. The reconstruction software provided in the HRRT package supports an iterative algorithm such as OP-OSEM3D, which is the preferred reconstruction algorithm in HRRT systems. One of the advantages of OP-OSEM3D is that it prevents the generation of negative bias when the random rate is high. Since this algorithm requires the largest memory size and is the most computationally intensive algorithm, we adopt this algorithm to test the performance of the new SSP method. Hereinafter, unless otherwise stated in the present specification, the HRRT OP-OSEM3D package S / W is represented by a conventional method.

개시된 바와 같이, SSP 방법은 일반적인 PC와 같은 상용 컴퓨터 시스템에 의해 지원된다. 본 명세서에서는 SSP 방법을 기존 방법과 비교하기 위해 세가지 다른 플랫폼을 채택한다. 제1 플랫폼은 인텔 듀얼 코어(dual-core) 3.0GHz, 4GB RAM, CPU 당 1MB L2 캐시를 구비한 PC1이다. 제2 플랫폼 PC2는 두 개의 듀얼 코어 AMD 2.4GHz, 8GB RAM, CPU 당 1MB L2 캐시를 구비한 고성능 PC이다. 제3 플랫폼은 8개 노드 클러스터 시스템(HRRT CPS 시스템이라 표시한다)으로 구성되고, 각 노드는 512KB L2 캐시를 가진 두 개의 Xeon 3.06GHz 프로세서와 2GB RAM으로 구성되는 현재의 HRRT 컴퓨터 플랫폼이다.As disclosed, the SSP method is supported by a commercial computer system such as a general PC. In this specification, three different platforms are adopted to compare the SSP method with the existing method. The first platform is PC1 with Intel dual-core 3.0GHz, 4GB RAM and 1MB L2 cache per CPU. The second platform PC2 is a high-performance PC with two dual-core AMD 2.4GHz, 8GB RAM and 1MB L2 cache per CPU. The third platform consists of an eight node cluster system (denoted HRRT CPS system), each node being a current HRRT computer platform consisting of two Xeon 3.06GHz processors with 512KB L2 cache and 2GB RAM.

3D에 있어서 "스팬(span)"의 개념은 축 압축(axial compression) 모드를 의미한다. 본 출원인은 HRRT에서 통상적으로 이용되는 스팬 3 및 스팬 9에서 테스트를 수행하였다. OP-OSEM3D에 대한 파라미터는 다음과 같다. 256x256x207 이미지 화소, 6회의 반복(iteration) 및 16개의 서브셋. 또한, 쓰레드 프로그래밍이 이용된다.The concept of "span" in 3D means axial compression mode. Applicants performed the tests in Span 3 and Span 9 which are commonly used in HRRT. The parameters for OP-OSEM3D are as follows. 256x256x207 image pixels, 6 iterations and 16 subsets. Thread programming is also used.

B. 결과B. Results

계산 속도에 대한 논의를 진행하기 이전에, (CPS/Siemens에서 제공하는 원래의 HRRT 패키지와 비교할 때) 재구성된 이미지의 정확성이 보장되어야한다. 먼저, 본 출원인은 SSP의 전진 투영기(projector) 및 후진 투영기(backprojector)의 결과를 기존 HRRT 패키지와 비교하였다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 차이가 거의 없었다. 도 9b는 45°및 90°에서의 투영 데이터에 의한 윤곽(profile)을 도시한다. 최종 재구성된 이미지뿐만 아니라 후진 투영 데이터에 대해 동일한 비교가 이루어졌으며, 그 결과는 도 10 및 도 11에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, SSP의 투영된 데이터와 이미지 품질은 기존 방법과 동등하나, 계산 속도에 있어서는 거의 2자리 수 크기의 이득을 갖는다.Before discussing the computational speed, the accuracy of the reconstructed image must be guaranteed (compared to the original HRRT package provided by CPS / Siemens). First, Applicants compared the results of SSP's forward and backprojectors with existing HRRT packages. As shown in FIGS. 9 and 10, there was little difference. 9b shows a profile with projection data at 45 ° and 90 °. The same comparison was made for the backward projection data as well as the final reconstructed image, the results of which are shown in FIGS. 10 and 11. As shown, the projected data and image quality of the SSP are equivalent to the existing method, but have a gain of almost two orders of magnitude in computational speed.

본 출원인은 SSP 방법의 성능면, 즉 PC1과 PC2의 실행 시간을 비교해보았다. 계산 시간은 두 가지 기존 압축 모드인 스팬 3 및 스팬 9에 대하여 측정하였다. 결과는 예측한 바와 같이, 기존 방법(원래의 HRRT 패키지)에 비해 SSP 방법이 거의 80배(즉, 2(Φ+90°대칭) x 2(x r 또는 거울 대칭) x 2(y' -대칭) x 2(θ-대칭) x 4(SIMD) + 다른 최적화(optimization))의 매우 향상된 성능을 나타냈다. 이러한 성능 향상은 시스템 구조에 다소 독립적으로 얻어질 수 있다는 점에 주목하여야 한다. 또한, 표 3 및 표 4에 개시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 더 많은 경사 광선 또는 각도가 이용됨에 따라 관련된 개선이 더 많이 이루어질 것이다. 경사 광선 또는 각도가 더 많이 이용될수록, 축 해상도(axial resolution)와 통계치는 더 좋아진다. EM 기법을 이용한 재구성은 많은 수의 전진 투영과 후진 투영으로 구성되기 때문에, 이러한 속도 상의 개선은 특히 중요하다. 마지막으로, 본 출원인은 원래의 HRRT CPS 알고리즘을 갖는 HRRT CPS 시스템과 SSP 방법을 수행하는 2 듀얼 코어 CPU(클러스터 없음) 구성의 PC2와의 비교 연구를 수행하였으며, 9에서 11의 속도 이득 계수(factor)를 획득하였다. 우리의 계산(64배)과 실제 시스템 기반의 계산(9-11배)간의 차이의 원인은 아마도 16 Xeon-CPU 기반의 원래 HRRT CPS 시스템에 따른 것일 것이다. 16 Xeon-CPU가 탑재된 HRRT CPS 시스템은 2 듀얼 코어 CPU만을 구비한 PC2 보다 훨씬 강력하다. 이러한 H/W의 차이가 속도 이득의 감소 결과를 가져왔을 수 있다. 또한, SSP 방법은 클러스터 버전으로 쉽게 확장할 수 있다.Applicants compared the performance aspects of the SSP method, that is, the execution times of PC1 and PC2. Computation time was measured for two conventional compression modes, Span 3 and Span 9. The results, as predicted, the conventional method compared to the (original HRRT package) it is almost 80 times the SSP method (that is, 2 (Φ + 90 ° symmetry) x 2 (x r or mirror symmetry) x 2 (y '- Symmetric ) x 2 (θ - symmetry) x 4 (SIMD) + other optimizations). It should be noted that this performance improvement can be obtained somewhat independently of the system architecture. In addition, as disclosed in Tables 3 and 4, the method according to one embodiment of the present invention will have more related improvements as more oblique rays or angles are used. The more oblique rays or angles are used, the better the axial resolution and statistics. Since reconstruction using the EM technique consists of a large number of forward and backward projections, this speed improvement is particularly important. Finally, we conducted a comparative study with a HRRT CPS system with the original HRRT CPS algorithm and PC2 in a 2 dual core CPU (no cluster) configuration performing the SSP method, with a speed gain factor of 9 to 11. Obtained. The reason for the difference between our calculation (64 times) and the actual system based calculation (9-11 times) is probably due to the original HRRT CPS system based on 16 Xeon-CPU. The HRRT CPS system with 16 Xeon-CPUs is much more powerful than the PC2 with only two dual-core CPUs. This difference in H / W may have resulted in a reduction in speed gain. In addition, the SSP method can be easily extended to cluster versions.

본 출원인은 SSP 방법이, 특히 동적 기능 연구(dynamic functional study)가 필요한 경우 전체 계산 시간을 개선할 것으로 기대한다. 최근, 일반적인 상용 PC(PC2 종류)를 이용한 HRRT PET 스캔에 대한 이미지 재구성 시간은 span3의 경우 여현 곡선 형성 완료 및 사전 보정(precorrection) 과정 이후 약 7분 내지 8분이 필요하다. 반면 8개 노드 클러스터 시스템을 이용하는 현재의 HRRT 재구성 패키지(OP_OSEM3D)로는 80분이 필요하다.The Applicant expects that the SSP method will improve the overall computation time, particularly when dynamic functional studies are needed. Recently, image reconstruction time for a HRRT PET scan using a common commercial PC (PC2 type) needs about 7 to 8 minutes after the completion of cosine curve formation and precorrection in the case of span3. On the other hand, the current HRRT reconstruction package (OP_OSEM3D) using an eight node cluster system requires 80 minutes.

도 9a는 기존 방법과 제안된 SSP 방법 간의 투영 데이터 비교를 도시한다. 상단은 기존 방법, 가운데는 제안된 SSP 방법, 하단은 SSP 방법와 기존 방법 간의 차이를 도시한다. 도 9b는 특정 시야에서의 여현 곡선의 단면도이다. 상단은 Φ=45°에서의 비교, 가운데는 Φ=90°에서의 비교, 하단은 Φ=45°및 Φ=90°에서 각각 SSP 방법과 기존 방법의 차이를 도시한다.9A shows a comparison of projection data between the existing method and the proposed SSP method. The upper part shows the existing method, the center is the proposed SSP method, and the lower part shows the difference between the SSP method and the existing method. 9B is a cross-sectional view of the cosine curve at a particular field of view. The top shows the comparison at Φ = 45 °, the middle at Φ = 90 °, and the bottom at Φ = 45 ° and Φ = 90 °, respectively.

도 10a는 기존 방법과 제안된 SSP 방법 간의 간략한 후진 투영 이미지의 비교를 도시한다. 상단은 기존 방법, 가운데는 제안된 SSP 방법, 하단은 SSP 방법와 기존 방법 간의 차이를 도시한다. 도 10b는 x축(y=154, z=103)에서의 단면도(윤곽)이다. 상단은 기존 방법과 제안된 SSP 방법 간의 비교를 도시하며, 하단은 이들 간의 차이를 도시한다.10A shows a brief comparison of the backward projection image between the existing method and the proposed SSP method. The upper part shows the existing method, the center is the proposed SSP method, and the lower part shows the difference between the SSP method and the existing method. 10B is a cross-sectional view (contour) on the x-axis (y = 154, z = 103). The top shows the comparison between the existing method and the proposed SSP method, and the bottom shows the difference between them.

도 11은 6번 반복된 재구성 이미지의 비교와 그 차이를 도시한다. 도 11a는 기존 방법과 제안된 SSP 방법으로 재구성된 이미지 세트와 그 차이를 도시한다. 도 11b는 x축(y=154, z=103)에서의 단면도(윤곽)이다.Figure 11 shows the comparison of the reconstructed images repeated six times and the differences. 11A shows an image set reconstructed by the existing method and the proposed SSP method and their differences. 11B is a cross-sectional view (contour) on the x-axis (y = 154, z = 103).

Figure 112009026035537-PAT00068
Figure 112009026035537-PAT00068

표 3은 PC1 상의 다양한 연산의 실행 시간 비교 도시한다.Table 3 shows a comparison of the execution time of various operations on PC1.

Figure 112009026035537-PAT00069
Figure 112009026035537-PAT00069

표 4는 PC2 상의 다양한 연산의 실행 시간 비교 도시한다.Table 4 shows a comparison of the execution time of various operations on PC2.

본 발명에 따르면, 투영과 이미지 데이터의 대칭 특성을 이용하여 광선 경로, 전진 투영 및 재구성된 3차원 이미지를 계산하는 빠른 방법이 제공된다. 이러한 간단한 기하학적 대칭 특성과 SIMD의 도움으로, 본 발명은 이미지 품질을 악화시키지 않고 계산 속도 이득이 기존 재구성 패키지, 특히 HRRT를 위한 것으로, 최근 가장 널리 사용되는 PET 방법인 OP-OSED3D와 비교하여 거의 2자리수 크기만큼 더욱 빠른 재구성 방법을 제공한다. SSP 방법에 도입된 주요 개념은 다음과 같이 요약될 수 있다. 첫째, 회전 기반의 투영 또는 정렬 프레임 개념을 이용하여, 보간 연산이 3차원에서 1차원으로 감소한다. 둘째, 회전 기반 투영은 (θ,Φ, y', x r )의 대칭 특성과 결합되고, 최적화된 L1, L2 캐시를 이용하는 SIMD 기술과 결합된다. 같은 보간 계수(또는 그 보수)를 공유하는 16개의 대칭 점을 그룹화하여, 전진/후진 투영 연산에서 동시에 처리되도록 함으로써, 전체 재구성 시간을 상당히 개선시킨다. 전진/후진 투영에 있어서 이러한 대칭점들을 동시에 처리하기 위해, SIMD 연산이 채택되었다. 구체적으로, SIMD 기법은 4개의 데이터를 동시에 액세스하는 것을 가능하게 한다. 또한, 메모리 스트라이드(memory stride)를 최소화하기 위하여 자료 구조뿐만 아니라 L2 캐시 크기에 적합한 루프당 데이터 크기를 최적화하였다.According to the present invention, there is provided a fast method for calculating the ray path, forward projection and reconstructed three-dimensional images using the symmetrical properties of the projection and image data. With this simple geometrical symmetry and with the help of SIMD, the present invention achieves computational speed gains for existing reconstruction packages, especially HRRT, without compromising image quality, compared to the recently most widely used PET method, OP-OSED3D. It provides a faster reconstruction method by digit size. The main concepts introduced in the SSP method can be summarized as follows. First, using the concept of rotation-based projection or alignment frames, interpolation operations are reduced from three dimensions to one dimension. Second, the rotation-based projection is combined with the symmetry characteristic of ( θ , Φ , y ' , x r ) and with the SIMD technique using the optimized L1, L2 cache. By grouping 16 symmetry points that share the same interpolation coefficients (or their complements), they are processed simultaneously in forward / reverse projection operations, which significantly improves the overall reconstruction time. To simultaneously process these symmetry points in forward / reverse projections, SIMD operations have been adopted. Specifically, the SIMD technique makes it possible to access four data simultaneously. In addition, to minimize memory stride, we optimized the data size per loop suitable for the L2 cache size as well as the data structure.

요약하면, 본 발명은 정렬 프레임상에서 대칭 개념 및 캐시 최적화된 SIMD를 이용하여 전진 투영 및 후진 투영 연산을 수행케 함으로서, PET 또는 CT의 스캐너로부터 측정된 여현 곡선 데이터으로부터의 이미지 재구성의 속도를 획기적으로 향상시켰다. 다시 말해서, 본 발명에서 제안된 SSP 방법은 투영의 대칭 특성을 통합하여 최대한 계산 시간을 16배 감소시키고, 거기에 SIMD 연산자와 캐시 최적화를 이용하여 4~5배정도의 추가적인 계산시간 감소를 얻어냈다. 그 결과, 기존의 방법에 비해, 영상재구성에 있어서의 전체 계산 속도 이득이 거의 80배에 이르게 되었다. 이러한 계산 속도의 향상은 HRRT와 같은 고해상도 PET을 이용하여, 동적 PET 연구(dynamic functional study)를 수행 가능케 한다. 지금까지는 동적 PET 연구의 경우, 지나치게 긴 재구성 시간 때문에 초고해상도 PET을 사용하는데 문제가 많았고, 이는 분자 영상화를 이용하는 연구등에 있어 큰 장애물이 되어왔다.In summary, the present invention enables forward and backward projection operations using a symmetric concept and cache optimized SIMD on an alignment frame, thereby dramatically speeding up the reconstruction of images from cosine curve data measured from scanners of PET or CT. Improved. In other words, the SSP method proposed in the present invention incorporates the symmetry characteristic of the projection to reduce the computation time as much as 16 times, and achieves an additional computation time reduction of about 4 to 5 times by using the SIMD operator and cache optimization. As a result, the overall calculation speed gain in image reconstruction is almost 80 times higher than that of the conventional method. This improvement in computation speed enables the use of high resolution PET, such as HRRT, to perform dynamic functional studies. Until now, in the case of dynamic PET research, there have been many problems in using ultra-high resolution PET due to the excessively long reconstitution time, which has been a major obstacle in research using molecular imaging.

이 발명은 PET 사용자들, 특히 분자 영상화를 이용하는 연구자들이나 진단 및 치료에 초고해상도 PET을 이용코자 하는 모든 이들에게 새로운 기회를 제공할 것이다. 앞에서 제시한 동적 PET 연구도 그 중 하나라 할 수 있다. 또한 제안된 SSP 방법은 전진 투영과 후진 투영이 필요한 모든 과정에서 응용 가능하다. 실례로 PET에서 감쇠 및 산란 보정과 같은 사전 보정(precorrection) 과정에 당장 적용할 수 있다. 이 같은 장점들은 결국, 이 발명이 제시하는 SSP 방법을 이용하여, 실시간 영상재구성 기능을 갖춘 진정한 상호작용(interactive) 스캐너를 구현할 수 있음을 의미한다. 또한 이 발명의 SSP 방법은 기존의 PET들이 영상재구성을 위해 채택한 클러스터 시스템 등에도 쉽게 적용될 수 있다는 장점도 가진다.The invention will provide new opportunities for PET users, especially researchers using molecular imaging, or anyone who wants to use ultra-high resolution PET for diagnosis and treatment. The dynamic PET research presented above is one of them. The proposed SSP method is also applicable to all processes that require forward and backward projection. For example, it can be applied immediately to precorrection processes such as attenuation and scattering correction in PET. These advantages mean that the SSP method proposed by the present invention can be used to realize a truly interactive scanner with real-time image reconstruction. In addition, the SSP method of the present invention has an advantage that the existing PET can be easily applied to a cluster system and the like adopted for image reconstruction.

도 1a는 3D 객체 및 상기 객체의 2D 투영 평면상으로의 투영을 도시한 도면.1A shows a projection of a 3D object and the object onto a 2D projection plane.

도 1b는 도 1a의 y'-z 평면도.1B is a y'-z top view of FIG. 1A;

도 1c는 θ= 0°에서의 수평면과 xr 상에 투영된 y′선을 따르는 선형 적분의 예를 도시한 도면.1C shows an example of linear integration along the horizontal plane at θ = 0 ° and the y ′ line projected on x r ;

도 2a는 고정된 기준 좌표 (x, y) 상의 이미지 평면 위로 투영 광선(광선 경로) 또는 프레임의 회전을 도시한 도면.2A shows the rotation of a projection ray (ray path) or frame over an image plane on a fixed reference coordinate (x, y).

도 2b는 투영 광선(광선 경로) 프레임이 고정 좌표 (x', y')와 일치하는 경우를 도시한 도면.FIG. 2B is a diagram showing a case where the projection ray (ray path) frame coincides with fixed coordinates (x ', y').

도 3은 y'-z 평면도를 이용하여 z, y', x', θ, xr, yr,

Figure 112009026035537-PAT00070
Figure 112009026035537-PAT00071
사이의 관계를 도시한 도면.3 illustrates z, y ', x', θ, x r , y r , using a y'-z plan view.
Figure 112009026035537-PAT00070
And
Figure 112009026035537-PAT00071
Figure showing the relationship between.

도 4a는 제안된 SSP 방법에서 사용되는 "거울 대칭"의 예를 도시한 도면.4A shows an example of "mirror symmetry" used in the proposed SSP method.

도 4b는 제안된 SSP 방법에서 사용되는 "φ-대칭"의 예를 도시한 도면.4b shows an example of "φ-symmetry" used in the proposed SSP method.

도 5a는 제안된 SSP 방법의 y'-대칭을 도시한 도면.5A shows the y'-symmetry of the proposed SSP method.

도 5b는 제안된 SSP 방법의 θ-대칭을 도시한 도면.5b shows θ-symmetry of the proposed SSP method.

도 5c는 y'-대칭과 θ-대칭 간의 관계 또는 y'-대칭과 θ-대칭에 의해 얻을 수 있는 전체 대칭을 도시한 도면.5C shows the relationship between y'-symmetry and θ-symmetry or the overall symmetry obtainable by y'-symmetry and θ-symmetry.

도 6은 광선 경로 길이의 합에 기초한 균등한 작업 분배의 개념을 도시한 도면.6 illustrates the concept of uniform work distribution based on the sum of the beam path lengths.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전진 투영의 흐름도.7 is a flow chart of a forward projection in accordance with an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 후진 투영의 흐름도.8 is a flow chart of backward projection in accordance with an embodiment of the present invention.

도 9a는 기존 방법과 제안된 SSP 방법 간의 투영 데이터 비교를 도시한 도면.9a shows a comparison of projection data between an existing method and a proposed SSP method.

도 9b는 특정 시야에서의 여현 곡선의 단면도.9B is a cross-sectional view of the cosine curve at a particular field of view.

도 10a는 기존 방법과 제안된 SSP 방법 간의 간략한 후진 투영 이미지의 비교를 도시한 도면.10a shows a comparison of a brief backward projection image between an existing method and a proposed SSP method.

도 10b는 x축(y=154, z=103)에서의 단면도(윤곽).10B is a cross-sectional view (contour) of the x-axis (y = 154, z = 103).

도 11a는 기존 방법과 제안된 SSP 방법으로 재구성된 이미지 세트와 그 차이를 도시한 도면.FIG. 11A illustrates an image set reconstructed by the existing method and the proposed SSP method and differences thereof. FIG.

도 11b는 x축(y=154, z=103)에서의 단면도(윤곽).11B is a sectional view (contour) of the x-axis (y = 154, z = 103).

Claims (16)

3D PET의 이미지를 재구성하는 방법으로서,As a method of reconstructing an image of 3D PET, 복수의 투영각에 대한 데이터를 포함한 제1 여현 곡선 데이터를 이미지 데이터로 변환하는 후진 투영 단계, 및A backward projection step of converting first cosine curve data including data for a plurality of projection angles into image data, and 상기 이미지 데이터를 제2 여현 곡선 데이터로 변환하는 전진 투영 단계를 포함하고,A forward projection step of converting the image data into second cosine curve data, 상기 후진 투영 단계는,The reverse projection step, 상기 복수의 투영각 각각에 대하여, 투영 광선을 이용하여 해당 투영각에 대한 정렬 프레임 - 상기 해당 투영각에 대한 정렬 프레임은 이미지 좌표계(x,y,z)의 축 x,y를 해당 투영각 만큼 회전시킨 좌표계(x',y',z)를 가지는 이미지 공간 및 상기 회전 좌표계의 x'과 평행한 축 xr 을 갖는 여현 곡선 좌표계 (xr,yr,Φ,θ)를 가지는 투영 평면을 포함하며, 상기 정렬 프레임의 좌표계의 축 y'는 상기 투영 광선들과 평행함 - 상에서 상기 여현 곡선 좌표계를 갖는 상기 제1 여현 곡선 데이터에 대한 후진 투영 연산을 실행함으로써 상기 해당 투영각에 대한 정렬 프레임의 좌표계(x',y',z)를 갖는 제1 중간 이미지 데이터를 생성하는 단계 -,For each of the plurality of projection angles, an alignment frame with respect to the projection angle using a projection ray, wherein the alignment frame with respect to the projection angle has the axes x, y of the image coordinate system (x, y, z) by the corresponding projection angle. A projection plane having an image space having a rotated coordinate system (x ', y', z) and a cosine curve coordinate system (x r , y r, Φ, θ) having an axis x r parallel to x 'of the rotated coordinate system. Wherein the axis y 'of the coordinate system of the alignment frame is parallel to the projection rays-an alignment frame for the corresponding projection angle by performing a backward projection operation on the first cosine curve data having the cosine curve coordinate system. Generating first intermediate image data having a coordinate system (x ', y', z) of-, 상기 복수의 투영각에 대한 상기 제1 중간 이미지 데이터들을 각각 해당 투영각 만큼 회전시켜 상기 이미지 좌표계(x,y,z)를 갖는 제2 중간 이미지 데이 터들을 생성하는 단계, 및Generating second intermediate image data having the image coordinate system (x, y, z) by rotating the first intermediate image data for each of the plurality of projection angles by the corresponding projection angle, and 상기 복수의 투영각에 대한 상기 제2 중간 이미지 데이터들을 합하여 상기 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함하고, Adding the second intermediate image data for the plurality of projection angles to generate the image data, 상기 전진 투영 단계는, The forward projection step, 상기 이미지 좌표계(x,y,z)를 갖는 상기 이미지 데이터를 상기 복수의 투영각에 대한 상기 정렬 프레임들 각각에 배치하여 상기 복수의 투영각에 대한 전진 투영 중간 이미지 데이터들 - 상기 전진 투영 중간 이미지 데이터들은 각각 해당 투영각에 대한 상기 정렬 프레임의 좌표계(x',y',z)를 가짐 - 을 생성하는 단계, 및Forward projection intermediate image data for the plurality of projection angles by placing the image data having the image coordinate system (x, y, z) in each of the alignment frames for the plurality of projection angles-the forward projection intermediate image Data each having a coordinate system (x ', y', z) of the alignment frame for a corresponding projection angle; and 상기 복수의 투영각 각각에 대하여 상기 해당 투영각에 대한 정렬 프레임 상에서 상기 투영 광선을 이용하여 상기 전진 투영 중간 이미지 데이터들에 대한 전진 투영 연산을 실행하여, 상기 여현 곡선 좌표계를 갖는 상기 제2 여현 곡선 데이터를 생성하는 단계를 포함하고,The second cosine curve having the cosine curve coordinate system by performing a forward projection operation on the forward projection intermediate image data using the projection light beam on the alignment frame for the corresponding projection angle for each of the plurality of projection angles. Generating data; 상기 후진 투영 연산 및 상기 전진 투영 연산은 각각 후진 투영 보간 계수 및 전진 투영 보간 계수를 이용하며, 상기 정렬 프레임 상에서 대칭 관계를 이루는 복수개의 대칭 좌표 쌍 - 상기 대칭 좌표 쌍은 상기 이미지 좌표계 상의 좌표 및 상기 여현 곡선 좌표계 상의 좌표로 구성됨 - 중 하나의 대칭 좌표 쌍에 대해 연산된 상기 후진 투영 보간 계수 및 상기 전진 투영 보간 계수는 상기 복수개의 대칭 좌표 쌍들에 대한 상기 후진 투영 보간 계수 및 상기 전진 투영 보간 계수로서 사 용하며, The backward projection operation and the forward projection operation each use backward projection interpolation coefficients and forward projection interpolation coefficients, and a plurality of symmetric coordinate pairs having a symmetric relationship on the alignment frame, wherein the symmetric coordinate pairs are coordinates on the image coordinate system and the The backward projection interpolation coefficient and the forward projection interpolation coefficient computed for one symmetric coordinate pair of-as the backward projection interpolation coefficient and the forward projection interpolation coefficient for the plurality of symmetric coordinate pairs. Use, 상기 후진 투영 연산은, 단일 명령 복수 데이터 방식(single instruction multiple data: SIMD) 연산을 이용하며, 상기 후진 투영 연산에 있어서 SIMD 후진 투영 명령어가 호출되는 횟수를 줄이도록, 상기 복수개의 대칭 좌표 쌍을 하나 이상의 SIMD 투영 데이터 세트로 나누어 패킹하고 상기 후진 투영 연산을 위하여 호출된 하나의 SIMD 후진 투영 연산 명령어가 적어도 하나의 상기 SIMD 투영 데이터 세트를 처리하고,The backward projection operation uses a single instruction multiple data (SIMD) operation and uses the plurality of symmetric coordinate pairs to reduce the number of times a SIMD backward projection instruction is called in the backward projection operation. One SIMD backward projection operation instruction, which is divided and packed into at least one SIMD projection data set and called for the backward projection operation, processes at least one of the SIMD projection data sets, 상기 전진 투영 연산은, SIMD 연산을 이용하며, 상기 전진 투영 연산에 있어서 SIMD 전진 투영 명령어가 호출되는 횟수를 줄이도록 상기 복수개의 대칭 좌표 쌍을 하나 이상의 SIMD 이미지 데이터 세트로 나누어 패킹하고, 상기 전진 투영 연산을 위하여 호출된 하나의 SIMD 전진 투영 연산 명령어가 적어도 하나의 상기 SIMD 이미지 데이터 세트를 처리하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 방법.The forward projection operation uses a SIMD operation and packs the plurality of symmetric coordinate pairs into one or more SIMD image data sets to reduce the number of times a SIMD forward projection instruction is called in the forward projection operation, and packs the forward projection. And one SIMD forward projection calculation instruction called for operation processes at least one of said SIMD image data sets. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 대칭 관계는, 거울 대칭 관계, φ-대칭 관계,θ-대칭 관계 및 y'-대칭 관계 중 하나 이상의 대칭 관계를 포함하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 방법.Wherein the symmetry relationship comprises one or more of a mirror symmetry relationship, φ-symmetry relationship, θ-symmetry relationship, and y'-symmetry relationship. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 정렬 프레임 상에서 대칭 관계를 이루는 복수개의 대칭 좌표 쌍은, 거울 대칭 관계, φ-대칭 관계,θ-대칭 관계 및 y'-대칭 관계를 통해 결정되는 열 여 섯 개의 대칭 좌표 쌍을 포함하며, The plurality of symmetrical coordinate pairs symmetrical on the alignment frame include sixteen symmetrical coordinate pairs determined through mirror symmetry, φ-symmetry, θ-symmetry, and y'-symmetry, 상기 후진 투영 단계에서는, 상기 열 여섯개의 대칭 좌표 쌍 중 하나의 대칭 좌표 쌍에 대해 연산된 대표 후진 투영 보간 계수 및 상기 대표 후진 투영 보간 계수의 보수 중 하나 이상을 상기 열 여섯개의 대칭 좌표 쌍에 대한 상기 후진 투영 보간 계수로 이용하며,In the backward projection step, at least one of a representative backward projection interpolation coefficient and a complement of the representative backward projection interpolation coefficient computed for one symmetric coordinate pair of the sixteen symmetric coordinate pairs is determined for the sixteen symmetric coordinate pairs. Used as the backward projection interpolation coefficient, 상기 전진 투영 단계에서는, 상기 열 여섯개의 대칭 좌표 쌍 중 하나의 대칭 좌표 쌍에 대해 연산된 대표 전진 투영 보간 계수 및 상기 대표 전진 투영 보간 계수의 보수 중 하나 이상을 상기 열 여섯개의 대칭 좌표 쌍에 대한 상기 전진 투영 보간 계수 및 상기 전진 투영 보간 계수로 이용하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 방법.In the forward projecting step, at least one of a representative forward projection interpolation coefficient computed for one symmetric coordinate pair of the sixteen symmetric coordinate pairs and the complement of the representative forward projection interpolation coefficient for the sixteen symmetric coordinate pairs And reconstructing an image of 3D PET using the forward projection interpolation coefficient and the forward projection interpolation coefficient. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 제1 중간 이미지 데이터를 생성하는 단계는, 상기 열 여섯 개의 대칭 좌표 상을 네 개의 SIMD 투영 데이터 세트로 패킹하여 네 개의 대칭 좌표 쌍이 하나의 SIMD 투영 데이터 세트에 포함되도록 하며, 상기 후진 투영 연산을 위하여 한 개의 상기 SIMD 투영 데이터 세트 당 한 개의 SIMD 후진 투영 연산 명령어가 호출되도록 하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 방법.The generating of the first intermediate image data may include packing the sixteen symmetric coordinate images into four SIMD projection data sets such that four pairs of symmetric coordinates are included in one SIMD projection data set, and performing the backward projection operation. And one SIMD backward projection operation instruction per one SIMD projection data set in order to be called. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 제2 여현 곡선 데이터를 생성하는 단계는, 상기 열 여섯 개의 대칭 좌 표 쌍을 네 개의 SIMD 이미지 데이터 세트로 패킹하여 네 개의 대칭 좌표 쌍이 하나의 SIMD 이미지 데이터 세트에 포함되도록 하며, 상기 전진 투영 연산을 위하여 호출된 하나의 SIMD 후진 투영 연산 명령어가 적어도 하나의 상기 SIMD 이미지 데이터 세트처리하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 방법.Generating the second cosine curve data may include packing the sixteen symmetrical coordinate pairs into four SIMD image data sets such that four pairs of symmetric coordinates are included in one SIMD image data set and the forward projection operation. And one SIMD backward projection operation instruction invoked for processing at least one of said SIMD image data sets. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 후진 투영 단계는, 상기 제1 여현 곡선 데이터를 상기 정렬 프레임에서 x', y', z 의 순서로 메모리에 할당하고, 상기 후진 투영 연산은 z 루프가 가장 안쪽에 배치되고 x' 루프가 가장 바깥쪽에 배치된 수행 루프를 포함하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 방법.In the backward projection step, the first cosine curve data is allocated to the memory in the order of x ', y', z in the alignment frame, and the backward projection operation includes a z loop disposed at the innermost and an x 'loop positioned at the most. A method of reconstructing an image of 3D PET, including an outer loop disposed outward. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전진 투영 단계는, 상기 전진 투영 중간 이미지 데이터를 상기 정렬 프레임 상에서 Φ, x r , θ y r 의 순서로 메모리에 할당하고, 상기 전진 투영 연산은 y r 루프가 가장 안쪽에 배치되고 θ 루프, x r 루프, 및 Φ 루프의 순서대로 상기 y r 루프로부터 바깥쪽으로 배치된 수행 루프를 포함하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 방법.In the forward projection step, the forward projection intermediate image data is allocated to the memory in the order of Φ , x r , θ y r on the alignment frame, and the forward projection operation is y r. The loop is placed at the innermost and y r in the order of θ loop, x r loop, and Φ loop A method of reconstructing an image of 3D PET, comprising a performance loop disposed outwardly from the loop. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 후진 투영 단계 및 상기 전진 투영 단계는, 멀티 프로세서 시스템에서 수행되며, 상기 투영 광선의 광선 경로 길이의 합에 기초하여, 각 프로세서에 균등한 작업량이 할당되도록 상기 정렬 프레임의 x'축에 따라 상기 후진 투영 연산 및 상기 전진 투영 연산의 작업량을 할당하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 방법.The backward projection step and the forward projection step are performed in a multiprocessor system, and based on the sum of the beam path lengths of the projection beams, the processor is arranged along the x 'axis of the alignment frame such that an equal amount of work is allocated to each processor. A method of reconstructing an image of 3D PET, which allocates a workload of a backward projection operation and the forward projection operation. 3D PET의 이미지를 재구성하는 장치로서,Device for reconstructing the image of 3D PET, 복수의 투영각에 대한 데이터를 포함한 제1 여현 곡선 데이터를 이미지 데이터로 변환하는 후진 투영을 실행하는 수단, 및Means for performing backward projection to convert first cosine curve data including data for a plurality of projection angles into image data, and 상기 이미지 데이터를 제2 여현 곡선 데이터로 변환하는 전진 투영을 실행하는 수단을 포함하고,Means for performing forward projection to convert the image data into second cosine curve data, 상기 후진 투영을 실행하는 수단은,The means for performing the reverse projection, 복수의 투영각에 대하여, 투영 광선을 이용하여 정렬 프레임 - 상기 정렬 프레임은 이미지 좌표계(x,y,z)의 축 x,y를 해당하는 투영각 만큼 회전시킨 좌표계(x',y',z)를 가지는 이미지 공간 및 상기 회전 좌표계의 x'과 평행한 축 xr 을 갖는 여현 곡선 좌표계 (xr,yr ,Φ,θ)를 갖는 투영 평면을 포함하며, 상기 정렬 프레임의 좌표계의 축 y'는 상기 투영광선들과 평행함 - 상에서 상기 여현 곡선 좌표를 갖는 상기 제1 여현 곡선 데이터에 대한 후진 투영 연산을 실행함으로써 각각의 투영각 마다 상기 정렬 프레임의 좌표계(x',y',z)를 갖는 제1 중간 이미지 데이터들을 생성하는 제1 중간 이미지 데이터 생성부 -,For a plurality of projection angles, an alignment frame using projection rays, the alignment frame rotates the axes x, y of the image coordinate system (x, y, z) by a corresponding projection angle (x ', y', z) And a projection plane having a cosine curve coordinate system (x r , y r , Φ, θ) having an image space having an axis x and an axis x r parallel to x 'of the rotational coordinate system, wherein the axis y of the coordinate system of the alignment frame 'Is parallel to the projection beams-coordinate system (x', y ', z) of the alignment frame for each projection angle by performing a backward projection operation on the first cosine curve data having the cosine curve coordinates. A first intermediate image data generation unit for generating first intermediate image data having- 상기 복수의 투영각에 대한 상기 제1 중간 이미지 데이터들을 각각 해당 투영각 만큼 회전시켜 상기 이미지 좌표계(x,y,z)를 갖는 제2 중간 이미지 데이터를 생성하는 제2 중간 이미지 데이터 생성부, 및A second intermediate image data generator for generating second intermediate image data having the image coordinate system (x, y, z) by rotating the first intermediate image data for the plurality of projection angles by the corresponding projection angle, respectively; 상기 복수의 투영각에 대한 상기 제2 중간 이미지 데이터들을 합하여 상기 이미지 데이터를 생성하는 이미지 조합부를 포함하고, An image combining unit generating the image data by adding the second intermediate image data for the plurality of projection angles; 상기 전진 투영을 실행하는 수단은, Means for performing the forward projection, 상기 이미지 좌표계(x,y,z)를 가지는 이미지 데이터를 상기 복수의 투영각 각각에 대한 상기 정렬 프레임 상에 배치하여 상기 복수의 투영각 각각에 대해 상기 정렬 프레임 상의 좌표계(x',y',z)를 갖는 전진 투영 중간 이미지 데이터들을 생성하는 전진 투영 중간 이미지 데이터 생성부, 및The image data having the image coordinate system (x, y, z) is disposed on the alignment frame for each of the plurality of projection angles so that the coordinate system (x ', y', on the alignment frame for each of the plurality of projection angles) a forward projection intermediate image data generator for generating forward projection intermediate image data having z), and 상기 복수의 투영각에 대하여, 상기 정렬 프레임 상에서 상기 투영 광선을 이용하여 상기 전진 투영 중간 이미지 데이터들에 대한 전진 투영 연산을 실행함으로써 상기 여현 곡선 좌표계를 갖는 상기 제2 여현 곡선 데이터를 생성하는 제2 여현 곡선 데이터 생성부를 포함하고,A second cosine curve data having the cosine curve coordinate system by performing a forward projection operation on the forward projection intermediate image data using the projection light beam on the alignment frame, for the plurality of projection angles; Including cosine curve data generation unit, 상기 후진 투영을 실행하는 수단 및 상기 전진 투영을 실행하는 수단은, 각각 상기 후진 투영 연산 및 상기 전진 투영 연산을 실행함에 있어서 각각 후진 투영 보간 계수 및 전진 투영 보간 계수를 이용하며, 상기 정렬 프레임 상에서 대칭 관계를 이루는 복수개의 대칭 좌표 쌍 - 상기 대칭 좌표 쌍은 상기 이미지 데이터 및 상기 제1 또는 제2 여현 곡선 데이터로 구성됨 - 중 하나의 대칭 좌표 쌍에 대 해 연산된 상기 후진 투영 보간 계수 및 상기 전진 투영 보간 계수는 상기 복수개의 대칭 좌표 쌍들에 대한 상기 후진 투영 보간 계수 및 상기 전진 투영 보간 계수로서 사용하고, The means for executing the backward projection and the means for executing the forward projection respectively use backward projection interpolation coefficients and forward projection interpolation coefficients in executing the backward projection operation and the forward projection operation, respectively, and are symmetrical on the alignment frame. The backward projection interpolation coefficient and the forward projection computed on one symmetric coordinate pair of a plurality of relational symmetric coordinate pairs, wherein the symmetric coordinate pair consists of the image data and the first or second cosine curve data. An interpolation coefficient is used as the backward projection interpolation coefficient and the forward projection interpolation coefficient for the plurality of symmetric coordinate pairs, 상기 후진 투영을 실행하는 수단은, 단일 명령 복수 데이터 방식(single instruction multiple data; SIMD) 연산을 이용하며, 상기 후진 투영 연산에 있어서 SIMD 후진 투영 명령어가 호출되는 횟수를 줄이도록 상기 복수개의 대칭 좌표 쌍을 하나 이상의 SIMD 투영 데이터 세트로 나누어 패킹하고, 상기 후진 투영 연산을 위하여 상기 SIMD 투영 데이터 세트 한 개 당 하나의 SIMD 후진 투영 연산 명령어가 호출되도록 하고,The means for performing the backward projection uses a single instruction multiple data (SIMD) operation and the plurality of symmetric coordinate pairs to reduce the number of times a SIMD backward projection instruction is called in the backward projection operation. Dividing into one or more SIMD projection data sets and packing, causing one SIMD backward projection operation instruction to be called per one of the SIMD projection data sets for the backward projection operation, 상기 전진 투영을 실행하는 수단은, SIMD 연산을 이용하며, 상기 전진 투영 연산에 있어서 SIMD 전진 투영 명령어가 호출되는 횟수를 줄이도록 상기 복수개의 대칭 좌표 쌍을 하나 이상의 SIMD 이미지 데이터 세트로 나누어 패킹하고, 상기 전진 투영 연산을 위하여 상기 SIMD 이미지 데이터 세트 한 개 당 하나의 SIMD 전진 투영 연산 명령어가 호출되도록 하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 장치.The means for performing the forward projection uses a SIMD operation and packs the plurality of symmetric coordinate pairs into one or more SIMD image data sets to reduce the number of times a SIMD forward projection instruction is called in the forward projection operation, And reconstruct an image of 3D PET such that one SIMD forward projection operation instruction is called per one SIMD image data set for the forward projection operation. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 대칭 관계는, 거울 대칭 관계, φ-대칭 관계,θ-대칭 관계 및 y'-대칭 관계 중 하나 이상의 대칭 관계를 포함하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 장치.Wherein the symmetry relationship comprises one or more of a mirror symmetry relationship, a φ-symmetry relationship, a θ-symmetry relationship, and a y'-symmetry relationship. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 정렬 프레임 상에서 대칭 관계를 이루는 복수개의 대칭 좌표 쌍은, 거울 대칭 관계, φ-대칭 관계,θ-대칭 관계 및 y'-대칭 관계를 통해 결정되는 열 여섯 개의 대칭 좌표 쌍을 포함하며, The plurality of symmetric coordinate pairs symmetrical on the alignment frame include sixteen symmetric coordinate pairs determined through mirror symmetry, φ-symmetry, θ-symmetry, and y'-symmetry, 상기 후진 투영을 실행하는 수단은, 상기 열 여섯개의 대칭 좌표 쌍 중 하나의 대칭 좌표 쌍에 대해 연산된 대표 후진 투영 보간 계수 및 상기 대표 후진 투영 보간 계수의 보수 중 하나 이상을 상기 열 여섯개의 대칭 좌표 쌍에 대한 상기 후진 투영 보간 계수로 이용하며,The means for performing the backward projection is characterized in that at least one of the complement of the representative backward projection interpolation coefficient and the representative backward projection interpolation coefficient computed for one symmetric coordinate pair of the sixteen symmetric coordinate pairs Used as the backward projection interpolation coefficient for the pair, 상기 전진 투영을 실행하는 수단은, 상기 열 여섯개의 대칭 좌표 쌍 중 하나의 대칭 좌표 쌍에 대해 연산된 대표 전진 투영 보간 계수 및 상기 대표 전진 투영 보간 계수의 보수 중 하나 이상을 상기 열 여섯개의 대칭 좌표 쌍에 대한 상기 전진 투영 보간 계수 및 상기 전진 투영 보간 계수로 이용하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 장치.The means for performing the forward projection comprises: performing at least one of the complement of the representative forward projection interpolation coefficient and the representative forward projection interpolation coefficient computed for one symmetric coordinate pair of the sixteen symmetric coordinate pairs and the sixteen symmetric coordinates. And reconstruct an image of 3D PET using the forward projection interpolation coefficient and the forward projection interpolation coefficient for a pair. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 후진 투영을 실행하는 수단은, 상기 열 여섯 개의 대칭 좌표 상을 네 개의 SIMD 투영 데이터 세트로 패킹하여 네 개의 대칭 좌표 쌍이 하나의 SIMD 투영 데이터 세트에 포함되도록 하며, 상기 후진 투영 연산을 위하여 한 개의 상기 SIMD 투영 데이터 세트 당 한 개의 SIMD 후진 투영 연산 명령어를 호출하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 장치.The means for performing the reverse projection packs the sixteen symmetric coordinate images into four SIMD projection data sets such that four pairs of symmetric coordinates are included in one SIMD projection data set, one for the backward projection operation. And reconstruct an image of a 3D PET that invokes one SIMD backward projection operation instruction per SIMD projection data set. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 전진 투영을 실행하는 수단은, 상기 열 여섯 개의 대칭 좌표 쌍을 네 개의 SIMD 이미지 데이터 세트로 패킹하여 네 개의 대칭 좌표 쌍이 하나의 SIMD 이미지 데이터 세트에 포함되도록 하며, 상기 전진 투영 연산을 위하여 한 개의 상기 SIMD 이미지 데이터 세트 당 한 개의 SIMD 전진 투영 연산 명령어를 호출하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 장치.The means for performing the forward projection packs the sixteen symmetric coordinate pairs into four SIMD image data sets such that the four symmetric coordinate pairs are included in one SIMD image data set, one for the forward projection operation. And reconstruct an image of 3D PET invoking one SIMD forward projection computation instruction per SIMD image data set. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 후진 투영을 실행하는 수단은, 상기 제1 여현 곡선 데이터를 상기 정렬 프레임에서 x', y', z 의 순서로 메모리에 할당하고, z 루프가 가장 안쪽에 배치되고 x' 루프가 가장 바깥쪽에 배치된 수행 루프를 포함하는 상기 후진 투영 연산을 실행하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 장치.The means for performing the backward projection allocates the first cosine curve data to the memory in the order of x ', y', z in the alignment frame, with a z loop placed at the innermost and an x 'loop positioned at the outermost. And reconstruct an image of a 3D PET that executes the backward projection operation including a placed execution loop. 제9항에 있어서, 10. The method of claim 9, 상기 전진 투영을 실행하는 수단은, 상기 전진 투영 중간 이미지 데이터를 상기 정렬 프레임 상에서 Φ, x r , θ y r 의 순서로 메모리에 할당하고, y r 루프가 가장 안쪽에 배치되고 θ 루프, x r 루프 및 Φ 루프의 순서대로 상기 y r 루프로부터 바깥쪽으로 배치된 수행 루프를 포함하는 상기 전진 투영 연산을 실행하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 장치.The means for performing the forward projection allocates the forward projection intermediate image data to memory in the order of Φ , x r , θ y r on the alignment frame, and y r The loop is placed at the innermost and y r in the order of θ loop, x r loop and Φ loop And reconstruct an image of 3D PET that executes the forward projection operation including a performance loop disposed outwardly from the loop. 제9항에 있어서, 10. The method of claim 9, 상기 후진 투영을 실행하는 수단 및 상기 전진 투영을 실행하는 수단은, 멀티 프로세서 시스템에서 동작하며, 상기 투영 광선의 광선 경로 길이의 합에 기초하여 각 프로세서에 균등한 작업량이 할당되도록 상기 정렬 프레임의 x'축에 따라 상기 후진 투영 연산 및 상기 전진 투영 연산의 작업량을 할당하는, 3D PET의 이미지를 재구성하는 장치.The means for performing the backward projection and the means for performing the forward projection operate in a multiprocessor system and x of the alignment frame such that an equal amount of work is assigned to each processor based on the sum of the beam path lengths of the projection beams. An apparatus for reconstructing an image of 3D PET, which allocates the workload of the backward projection operation and the forward projection operation along an axis.
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