CUDA 기반 FDK 병렬처리 기술은 콘빔 CT 장비로 촬영한 투영영상을 이용하여 피사체의 3차원 영상을 생성하는 3D 재구성 모듈로서, GPU를 이용하여 고속 병렬처리할 수 있도록 CUDA를 기반으로 개발된 SW 기술임
- 엑스선 영상은 투영촬영(projection)의 특성상 인체 조직이 중첩되어 나타나므로 인체 내부의 장기나 병변의 판독이 어려운 경우가 많으며, 이를 해결하기 위해 인체 내부의 단층을 볼 수 있는 CT(computed tomography) 기술이 발전해 왔음
- 평판 디텍터를 사용하는 CBCT 시스템은 치과용 CT, 방사선치료기용 CT, C-Arm용 CT, 산업용 CT 등에 널리 사용되고 있으며, 최근에는 모바일 C-Arm CT, 산업용 비파괴검사(배터리·반도체·전장부품) 등으로 활용 영역이 빠르게 확대되고 있음
- CBCT의 3D 재구성이 수초 내에 가능하게 된 것은 GPU의 발전과 CUDA와 같은 general-purpose 병렬처리 프로그래밍 기법의 도입에 기인한 바가 큼
- 본 연구실에서는 CBCT 시스템에 탑재할 CBCT용 3D 재구성 기술(FDK 병렬처리 기술)을 CUDA 기반으로 개발하였고, 실촬영 시스템 적용을 위하여 PM 기반 geometry 처리, short-scan 보정, inline 재구성 등 실용화 기능을 고도화하였음
- 본 기술을 국내 산업체에 이전함으로써 기술이전기업의 개발 시간을 단축하고, 다양한 분야에서 CBCT가 사용되는 시장 트렌드에서 관련 제품의 국산화율을 높이고 나아가 국제 기술 경쟁력을 높이고자 함
- FDK 알고리즘 기반의 CBCT 3차원 영상 재구성
- CUDA 병렬처리·가속 기법을 사용하여 GPU 고속 재구성
- Ram-Lak, Shepp-Logan, Cosine, Hamming, Hann reconstruction filter와 Cosine weight, source weight를 지원하여 영상 품질 및 재구성 특성 최적화 가능
- Geometry 파라미터 기반과 PM(Projection Matrix) 기반 재구성을 모두 지원하여 다양한 촬영 시스템에 적용 용이
- PM 분해를 통해 기하정보를 자동 추출하고, short-scan 데이터에 Parker weight를 적용하여 중복 각도 아티팩트 보정
- 프로젝션 입력과 동시에 비동기로 진행되는 inline 재구성을 지원
- DLL 형태로 구성되어 C-Arm CT Image Chain 등 상위 시스템에 통합 용이
- config.ini 설정 파일로 재구성·보정 파라미터를 코드 수정 없이 변경 가능
- 처리 단계별 진행 상태·성능·오류를 기록하는 로깅 기능 제공
기술 A: CUDA 기반 FDK 병렬처리 SW 모듈
- 투영영상 데이터 고속 업로드 기술
· pinned 메모리 기반 고속 CPU→GPU 데이터 전송 모듈
- 투영영상 고속 필터링 기술
· Ram-Lak, Shepp-Logan, Cosine, Hamming, Hann 필터 함수를 기반으로 투영영상을 고속 FFT/inverse-FFT 처리하는 CUDA 병렬처리 모듈
- 투영영상 고속 역투영(back-projection) 기술
· 필터링된 투영영상을 CBCT의 geometry(SOD, SDD, detector pitch, voxel size 등)에 맞추어 고속 back-projection 하는 CUDA 병렬처리 모듈
· cosine, source-weight 등 CBCT 가중치 처리 포함
- 비동기 inline 재구성 기술
· Ring Queue 기반 producer?consumer 파이프라인을 통하여 투영영상 입력과 재구성을 동시에 비동기 수행하고, 마지막 입력 직후 결과를 반환하는 inline 재구성 모듈
기술 B: PM 분해기반 가중치 보정 SW 모듈
- PM(Projection Matrix) 분석 기술
· CBCT의 3×4 projection matrix로부터 X-ray source 위치, detector 방향, SOD/SDD, detector pitch 등 geometry 파라미터를 역산하고 |SRC| vs SOD 자기일관성 검증을 수행하는 PM 분석 모듈
- PM 입력 기반 FDK 재구성 연계 기술
· 표준 PM 포맷(ETRI projtable 등)을 직접 입력으로 수용하여 기술 A의 FDK 재구성 파이프라인에 PM 단위 geometry를 공급하는 Builtin PM Provider 모듈
- Parker weighting 기반 short-scan 보정 기술
· 180°+fan-angle의 short-scan(부분 회전) 데이터 재구성 시 투영각도 중복 영역에 가중치를 적용하여 산출 영상의 균일성을 확보하는 Parker weighting 처리 모듈
※ 기술 B(PM 분해기반 가중치 보정 SW 모듈)는 기술 A(CUDA 기반 FDK 병렬처리 SW 모듈) 또는 이에 상응하는 FDK 재구성 기술(기 이전받은 동등 기술 포함)을 전제로 함
기술 A: CUDA 기반 FDK 병렬처리 SW 모듈
- FDK 병렬처리 프로그램 (소스코드: eReconCore DLL + eReconFPS 실행체) 1식
- FDK 파라미터 설정 파일 (config.ini, Parameter 모드) 1건
- 기술문서(TM) 6건
기술 B: PM 분해기반 가중치 보정 SW 모듈
- PM 분석·제공 프로그램 (소스코드: eReconPM DLL) 1식
- FDK 파라미터 설정 파일 (config_PM.ini, PM 모드) 1건
- 기술문서(TM) 3건
- 적용분야 1: 의료용 C-Arm CT 등에서 촬영과 동시에 진행되는 고속 3D 재구성 영상화에 활용 가능
- 적용분야 2: 산업용 CBCT CT 장비(반도체·2차전지·PCB 등 비파괴검사)에서 고속 3D 재구성 영상화에 활용 가능
- 적용분야 3: 공항/항만 수하물 3D 검색 시스템 등 보안검색 분야에 활용 가능
- 기대효과: 본 기술을 국내 산업체에 이전함으로써 다양한 목적의 CBCT 시장에서 국산 제품의 경쟁력을 향상시키고, 국산 장비의 국제 무대 진출을 촉진할 수 있음