A Feasibility Study of GPU-Accelerated Image Reconstruction with Distance-Driven Method in Digital Tomosynthesis Utilizing Rectilinear Geometry in the LINAC System

Q: 이 논문에서 정의한 디지털 단층 합성(DTS)이란 무엇인가?

디지털 단층 합성은 kV X-선 기반의 직교 기하학적 시스템을 활용하여 LINAC 시스템 내에서 환자 정렬 및 모니터링을 위한 단층 영상을 재구성하는 기술이다. 이 연구에서는 GPU 가속화를 통해 영상 재구성 속도를 향상시켜 실시간 환자 위치 확인 및 모니터링에 적용 가능성을 탐구한다.

Q: GPU 가속화가 디지털 단층 합성(DTS) 영상 재구성 속도에 어떤 영향을 미치는가?

연구 결과, GPU 기반 CUDA 프로그래밍을 활용한 DTS 영상 재구성 가속화는 단일 스레드 CPU 구현 대비 최대 약 30.09% 빠른 성능을 달성하였다. 이는 실시간 환자 정렬 및 모니터링에 필요한 빠른 영상 재구성 시간을 가능하게 하여 방사선 치료의 정밀도를 향상시키는 데 기여한다.

Byungdu Jo

doi:10.4283/JMAG.2023.28.4.403

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자료유형: 학술저널

저자정보: Byungdu Jo (Dongseo University)

저널정보: 한국자기학회 Journal of Magnetics Journal of Magnetics Vol.28 No.4

발행연도: 2023.12

수록면: 403 - 408 (6page)

DOI: 10.4283/JMAG.2023.28.4.403

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External Beam Radiation Therapy (EBRT) remains a mainstay in cancer treatment. Accurate patient positioning and beam alignment are essential for optimal therapeutic outcomes. However, ensuring the correct patient positioning can be challenging during radiation treatment sessions. This study focuses on the development and validation of a ㎸ X-ray based rectilinear geometry digital tomosynthesis (DTS) system tailored for the LINAC system within EBRT. Additionally, we emphasize the enhancement of the DTS image reconstruction speed via GPU-based CUDA programming and its potential implications for real-time patient alignment and monitoring. Through modeling the rectilinear geometry DTS system, we obtained the projection images crucial for reconstruction. The acquired images were reconstructed using various algorithms. The impact of GPU-based CUDA programming on speeding up the reconstruction process was also examined. As a result, acceleration factors of up to 30 % times were achieved compared to a single thread CPU implementation. This study underscores the potential of GPU-Accelerated image reconstruction using the distance-driven method in DTS with rectilinear geometry for the LINAC System. By applying this technique to the EBRT system, it is feasible to position patients using reconstructed tomographic images in real-time using kV tomography images, even in the absence of an On-board imaging (OBI).

#digital tomosynthesis #GPU-acceleration #image reconstruction #electro-magnetic radiation #rectilinear geometry #linear accelerator magnetrons

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