A region-of-interest (ROI) fluoroscopy is effective low-dose technique that uses a filtration outside the ROI. This method reduces the dose exposure to both patients and operators while preserving the image quality of the ROI. But beam filtration by ROI filter increases noise and degrades image quality of the periphery of fluoroscopic images.
To solve this problem, we developed an image processing algorithm for noise reduction and brightness equalization of ROI image. The noise reduction is performed by spatially different bilateral filtering to appropriately address different noise levels between the inner ROI and the periphery of the ROI. And brightness was equalized by weight mask multiplication using the precalculated weight mask before image processing. On the other hand, it would be desirable to achieve the image processing fast enough to accommodate a real-time fluoroscopic imaging. So we accelerated our image processing using GPU parallel computing.
As a result, the noise level of the periphery of the ROI remarkably reduced and the dose exposure reduced more than 80% by ROI filter used in this study. And the elapsed time for our image processing was reduced from 3.43 second (CPU) to 0.111 second (GPU).
By applying this GPU-accelerated image processing including spatially different bilateral filter to the ROI fluoroscopy, one can preserve or enhance the quality of low-noise ROI image in real-time.
관심영역(ROI) 투시영상 기법은 관심영역 밖의 방사선을 필터링함으로써 선량을 줄이는 기술이다. 이 방법을 통해 투시영상 촬영 시 환자와 의사에게 가해지는 선량을 줄이면서, 동시에 관심영역의 영상 품질을 유지할 수 있다. 하지만 입사 방사선이 필터링 된 관심영역 주변부의 밝기는 감소하고 노이즈가 증가한다는 단점이 있다.
따라서 본 연구에서는 관심영역 투시영상법의 단점을 개선하기 위하여 관심영역 주변부의 영상 노이즈 및 밝기를 보정하기 위한 영상처리 방법을 개발하였다. 영상 주변부의 높은 노이즈를 낮추기 위하여 공간적으로 차등하게 양방향 필터를 적용하였고, 관심영역 투시영상의 밝기 보정을 위해서는 적절한 마스크 이미지를 만들어 본래 이미지에 곱하는 방법을 사용하였다. 한편으로 이러한 영상처리 방법은 수행하는데 시간이 소요되므로, 실시간 투시영상을 구현하는데 어려움이 생길 수 있다. 따라서 본 연구에서 개발한 영상처리 방법을 GPU 병렬 컴퓨팅을 사용하여 가속시켜 영상처리 소요 시간을 단축하였다.
본 연구의 결과, 관심영역 주변부의 노이즈 레벨을 크게 낮출 수 있었다. 또한 필터링을 통하여 80% 이상의 선량을 관심영역 밖에서 저감시킬 수 있었다. 마지막으로 영상처리에 소요되는 시간을 3.43초에서 GPU 가속을 통해 0.111초까지 단축시킬 수 있었다.
본 연구에서 제안한 GPU 가속된 차등 양방향 필터링을 사용한 영상처리 기법을 통하여 관심영역 투시영상의 노이즈를 줄이고 영상 품질을 향상시키는 과정을 실시간으로 처리할 수 있게 되었다.
