KR20160000452A - X-선 감소 시스템 - Google Patents
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Abstract
X-선 시스템은, X-선 방출원; 입력 영역을 갖는 검출기; 검출된 이미지를 표시하도록 구성된 모니터; 상기 표시된 이미지상에서 환자의 관심 영역(ROI)의 위치를 결정하기 위한 수단; 및 상기 X-선 방출원에 의해서 노출된 상기 입력 영역의 선택된 부분 상에, 상기 관심 영역(ROI)을 투사하는 수단을 포함하는 시준기를 포함하고, 상기 시준기는 상기 검출기의 입력 영역에 평행한 평면내에서 이동가능하고, 상기 시준기는 다른 크기들을 갖는 다수의 구멍들을 포함하고, 상기 구멍들의 각각의 하나는 상기 검출기의 다른 줌을 위하여 상기 노출된 영역의 상기 선택된 부분을 투사하도록 구성된 것이다.
Description
본 발명은 다중 프레임 X-선 영상 촬영 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 프레임 X-선 영상 촬영 동안에 X-선 방사선량을 제어하는 분야에 관한 것이다.
본 특허 출원은 미국 가특허 출원 제61/748,091호(2013년 01월 01일 출원)에 기초하여 우선권 주장하며, 그러한 출원과 관련되어 있으며, 나아가 상기 가특허 출원은 여기서 전체적으로 참조되어 통합되어져 있다.
전형적인 다중 프레임 X-선 영상 촬영 시스템에서, X-선 관은 비교적 광범위한 입체각에 걸쳐 X-선 방사선을 발생시킨다. 환자 및 의료 팀에 대한 불필요한 노출을 피하기 위하여 납과 같은 X-선 흡수 물질의 시준기가 불필요한 방사선을 차단하기 위하여 사용된다. 이러한 방식으로 단지 유용한 방사선의 필요한 입체각이 X-선 관을 나와 필요한 구성요소에만 노출된다.
그러한 시준기는 전형적으로 정적 모드로 사용되지만 다양한 형태의 디자인 및 X-선 방사선 기하학을 가질 수 있다. 시준기는 입력으로서 예컨대 절차와 관련된 장기(기관) 환경의 차원 또는 치수를 사용하여 수동 또는 자동으로 셋업될 수 있다.
다중 프레임 X-선 영상 촬영에서, 상황은 단일 노출 X-선에 비하여 보다 더 동적이다. X-선 방사선은 비교적 긴 기간 동안 활성화되고 치료하는 의료진은 전형적으로 환자 근처, 따라서 X-선 방사선 근처에 서 있어야만 한다. 결과적으로, 의료 팀에 대한 노출을 최소화하는 방법을 제공하는 것이 필요하다. X-선 방사선 강도를 감소시키는 방법이 제안되었고, 결과적으로 X-선 영상의 감소된 신호 대 노이즈비(S/N)는 디지털 영상 개선에 의해서 보상되었다. 다른 방법으로는 X-선 방사선의 입체각을 영상 강화기의 일부에 제한하고, 시준기를 관심 영역(ROI)이 나머지 영역 보다 더 노출되도록 영상 강화기의 전체 입력 영역을 스왑(swap)하도록 이동시키는 시준기가 제안되었다. 이러한 방법으로, ROI는 우수한 S/N 영상을 생성하기 위해서 충분히 높은 X-선 방사선을 가지게 되는 반면, 영상의 나머지는 낮은 X-선 강도에 노출되어져 비교적 낮은 S/N 영상을 제공하게 된다. ROI 크기 및 위치는 다수의 방법으로 결정될 수 있다. 예컨대, 그것은 영상의 중심에 고정된 영역일 수 있고 또는 영상의 가장 활동적인(active) 영역 주변으로 자동적으로 집중될 수 있는데, 이와 같은 활동성은 다중 프레임 X-선 영상 촬영 시스템의 비디오 카메라로부터 수신된 일련의 연속적 영상의 시간적 영상 분석에 의해서 결정된다.
본 발명의 목적은 요구되는 ROI가 위치하는 영상 강화기의 입력 영역에 높은 노출을 제공하여 높은 S/N 영상을 제공하는 반면, 보다 낮은 영상 품질(낮은 S/N)을 희생하면서 영상 강화기 영역의 다른 섹션의 노출을 감소시킨다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, X-선 방출원, 검출기, 시야의 X-선 이미지를 디스플레이하는 모니터와 시선 추적기를 포함하는 X-선 시스템이 제공되고, 여기서 상기 시선 추적기는 이미지 영역에서 사용자의 응시 좌표를 제공하도록 구성되며; 상기 시스템은 관심 영역(ROI)을 결정하도록 구성되어 상기 응시점이 상기 ROI에 포함되도록 하고; 상기 ROI에 포함된 이미지 부분에 따라서, 상기 모니터에 표시되는 이미지를 최적화하도록 구성된다.
상기 이미지 최적화는 다음의 파라메터들을 제어함으로써 이루어질 수 있다: X-선 관 전류(연속 또는 펄스 모드에 무관); X-선 관 피크 킬로 전압(PKV); X-선 펄스 길이; AGC(자동 이득 제어), 아날로그 또는 디지털과는 무관; 밝기 함수에서 구현된 이미지의 톤 재생; 대조 함수에서 구현된 이미지의 톤 재생; 밝기 함수에서 구현된 이미지의 톤 재생; 감마 함수에서 구현된 이미지의 톤 재생; 오프셋 함수에서 구현된 이미지의 톤 재생; N-도 선형 함수에서 구현된 이미지의 톤 재생; 및 비선형 함수에서 구현된 이미지의 톤 재생 등이다.
상기 X-선 시스템은 추가적으로, 상기 응시점의 위치에 따라서 시야내의 화소당 X-선 방사선 량(DPP)을 수정하도록 구성될 수 있는 시준기를 포함할 수 있다.
상기 X-선 시스템은 추가적으로, 상기 응시점의 위치에 따라서 시야내의 화소당 투여 량(DPP)을 수정하도록 구성될 수 있는 시준기를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, X-선 방출원, 검출기, X-선 이미지를 디스플레이하는 모니터, 및 시준기를 포함하는 X-선 시스템이 제공되고; 상기 시준기는 제1 영역을 제1 방사선 레벨에, 그리고 제2 영역을 제2 방사선 레벨에 노출시키도록 구성되며; 그리고 상기 시스템은 톤-보정 함수를 이용하여 상기 제2 영역이 상기 제1 영역에 유사하게 되도록 처리하도록 구성된다.
상기 톤-보정 함수는 적어도 2개의 톤-보정 함수 중 하나일 수 있으며, 각각의 톤-보정 함수들은 특정 PKV와 연관되어 있다.
상기 시스템은 추가적으로, 2개의 다른 톤-보정 함수들의 보간법에 의해서 톤-보정 함수를 생성하고, 각각의 다른 톤-보정 함수들은 특정 PKV와 연관되도록 구성될 수 있다.
상기 시스템은 추가적으로, 상기 제2 영역에서 사용된 톤-보정 함수로부터 제3 영역에 대한 톤-보정 함수를 추정하도록 구성될 수 있다.
상기 추정은 지수 계산을 사용할 수 있다.
상기 시스템은 추가적으로, X-선 전류의 변화에 맞게 상기 톤-보정 함수의 입력 스케일을 조절하도록 구성될 수 있다.
상기 조정은 X-선 전류의 상대적인 변화에 동일한 인자를 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 톤-보정 함수를 계산하는 방법이 제공되며, 상기 방법은: 제1 영역을 제1 X-선 방사선에 노출시키고, 그리고 제2 영역을 제2 X-선 방사선에 노출시키는 단계, 여기서 상기 제1 및 제2 방사선의 적어도 일부분이 가변 흡수 팬텀을 통과함으로써, 상기 팬텀의 각각의 지정된 전송 레벨에 대하여, 상기 제1 방사선에 의해서 노출된 적어도 하나의 영역과, 상기 제2 방사선에 의해서 노출된 적어도 하나의 영역이 있으며; 그러한 각각의 지정된 전송 레벨을 위하여 평균 화소 값을 계산하는 단계; 모든 지정된 흡수 레벨을 위하여 상기 2개의 평균 화소 값의 비율을 계산하는 단계; 및 상기 톤-보정 함수로 사용되도록 하기 위하여 상기 계산된 비율에 함수를 맞추는 단계;를 포함한다.
상기 가변 흡수 팬텀은 스텝 웨지일 수 있다.
상기 가변 흡수 팬텀은 연속 경사 함수의 가변 두께 팬텀일 수 있다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 톤-보정 함수를 계산하는 방법이 제공되며, 상기 방법은: 하나의 영역을 제1 X-선 방사선에 노출시키고, 그리고 상기 영역을 제2 X-선 방사선에 노출시키는 단계, 여기서 상기 제1 및 제2 방사선은 상기 영역내의 인간의 조직을 통과하며; 상기 제1 방사선에 대응하는 상기 영역 내의 적어도 하나의 화소 값을, 상기 제2 방사선에 대응하는 상기 영역 내의 대응 화소 값에 대한 비율로 계산하는 단계; 및 제1 톤-보정 함수로서 사용되도록 하기 위하여, 상기 제2 방사선에 대응하는 상기 영역내의 상기 적어도 하나의 계산된 비율과 화소 값에 함수를 맞추는 단계;를 포함한다.
하나 이상의 영역이 사용된다.
제2 톤-보정 함수는, 상기 제1 톤-보정 함수를 계산하기 위해서 사용된 데이터의 획득 후에, 취득된 데이터를 이용하여 계산될 수 있다.
상기 제1 톤-보정 함수의 계산에 사용된 데이터는, 적어도 두 명의 환자로부터 얻어진 것일 수 있다.
본 발명의 제5 태양에 따르면, X-선 방출원, 시준기, 검출기와 모니터, 일반적으로 상기 시준기의 평면에 대하여 평행한 평면에서 상기 시준기를 이동시키기 위한 수단을 포함하는 X-선 시스템이 제공되고; 상기 시준기는 모든 방사선이 통과하도록 허용하는 구멍, 그 물질와 두께에 따라서 통과하는 방사선을 일정량으로 감소시키는 외측 환형부, 및 상기 개구와 상기 외측 환형부 사이에 배치되고, 두께가 상기 개구의 측면상의 낮은 두께에서 시작하여 상기 외측 환형부의 측면상의 외주 두께에서 종료하는 상기 개구로부터의 거리의 함수로서 변화하는 내측 환형부를 포함하고; 상기 시스템은 상기 내측 환형부를 통해서 획득된 이미지와, 상기 외측 환형부를 통해서 획득된 이미지를, 상기 개구를 통하여 획득된 이미지에 시각적으로 유사하게 보이도록 본질적으로 조정하기 위하여 이미지 데이터를 조정할 수 있도록 구성되며, 상기 조정에 사용된 파라메터들은 상기 시준기의 위치에 의존한다.
상기 시스템은 교정 과정에 의해서 상기 파라메터를 획득하도록 구성될 수 있고, 상기 교정 과정은 상기 시준기의 다양한 위치에서 이루어진 측정을 포함한다.
상기 시준기의 다양한 위치는 상기 시준기 평면 내의 다양한 위치를 포함할 수 있다.
상기 시준기의 다양한 위치는 상기 X-선 방출원로부터 다양한 거리를 포함할 수 있다.
상기 내측 환형부 두께는 본질적으로 상기 외측 환형부의 2개의 외부 표면 사이의 중간에 위치하는 평면에 대하여 필수적으로 대칭일 수 있다.
상기 시스템은 상기 외측 환형부의 물질와는 다른 물질의 층을 포함할 수 있고, 상기 층은 상기 개구 영역에 위치된다.
상기 층은 상기 내측 환형부의 적어도 일부분에 중첩될 수 있다.
본 발명의 제6 태양에 따르면, X-선 방출원, 검출기, X-선 이미지를 디스플레이하기 위한 모니터, 시준기 및 입력 장치를 포함하는 X-선 시스템이 제공되며; 상기 입력 장치는, X-선 이미지에 대하여 좌표를 제공하도록 구성되고; 상기 시스템은 상기 좌표 값에 따라서 상기 이미지의 영역을 선택하도록 구성되며; 그리고 상기 좌표 값에 따라서 다음과 같은 파라메터들 중 적어도 하나를 조정하고; 상기 영역 형상; 및 상기 영역 위치이다.
상기 시스템은 추가적으로, 상기 영역에 따라서, 다음과 같은 파라메터들 중 적어도 하나를 조절하도록 구성될 수 있다: X-선 관 mA; X-선 관 mAs; X-선 관 KVp; 상기 X-선 이미지의 밝기; 상기 이미지 대조; 상기 이미지 톤이다. 상기 입력 장치는 아래의 것 중 적어도 하나일 수 있다: 시선 추적기; 조이-스틱; 키보드; 대화형 디스플레이, 제스처 판독 장치; 및 음성 통역자 등이다.
본 발명에 의하면 종래의 문제점을 해소한 X-선 감소 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 다음의 도면들을 참조하면 보다 잘 이해될 것이다:
도 1A는 다중 프레임 X-선 영상 촬영 임상 환경 및 시스템의 예시적인 배치에 대한 단순화된 개략도이다;
도 1B는 본 발명의 시스템 실시예에 따른 구성요소들의 추가적 세부사항을 도시하는, 도 1A의 시스템의 예시적인 배치에 대한 도면이다;
도 2는 다중 프레임 X-선 영상 촬영 시스템의 모니터에 디스플레이되는 영상의 일 실시예를 나타내는 개략도이다;
도 3은 도 1A의 시스템 실시예의 추가적인 태양을 나타내는 개략도이다;
도 4는 도 3의 파라메터에 관하여 검출기의 X-선 노출 영역에 대한 일 실시예의 개략도이다;
도 5는 본 발명에 따른 시준기의 일 실시예에 대한 개략도이다;
도 6은 도 5의 시준기의 특정 회전각에서의 영상 강화기의 노출 영역에 대한 일 실시예의 개략도이다;
도 7은 도 5의 시준기의 특정 회전각에서 센서의 광 노출 패턴에 대한 일 실시예의 개략도이다;
도 8은 센서의 화소 값을 판독하는 과정에 대한 실시예의 개략도이다;
도 9는 센서의 화소 값을 판독하는 과정에 대한 실시예의 개략도이다;
도 10A는 본 발명의 일 실시예에 따른 시준기를 상기에서 본 도면을 나타내는 개략도이다;
도 10B는 도 10A의 일 실시예에 따른 시준기를 아래에서 본 도면을 나타내는 개략도이다;
도 10C는 도 10A의 일 실시예에 따른 시준기의 단면을 나타내는 개략도이다;
도 11A는 본 발명의 시준기의 다른 실시예의 주된 부품을 나타내는 개략도이다;
도 11B는 작동하는 배치 구조에서 도 11A의 부품들을 나타내는 개략도이다;
도 11C는 도 11B의 단면을 나타내는 개략도이다;
도 11D는 도 11B의 예시적인 시준기의 부품들을 나타내는 개략도이다;
도 12A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시준기의 주된 모듈을 나타내는 개략도이다;
도 12B는 작동하는 배치에서 도 12A의 모듈을 나타내는 개략도이다;
도 13A는 본 발명의 다른 실시예의 시준기를 나타내는 개략도이다;
도 13B는 본 발명의 다른 실시예의 시준기를 나타내는 개략도이다;
도 14A는 본 발명 다른 실시예에 따른 시준기의 주된 부품을 나타내는 개략도이다;
도 14B는 작동하는 배치에서 도 14A의 부품을 나타내는 도면이다;
도 15는 본 발명의 다른 4가지 실시예에 따른 시준기의 개략도이며, 회전 중심으로부터의 거리로서, 시준기에 의해 발생되는 질적 노출을 나타낸다;
도 16은 본 발명의 다른 4가지 실시예의 시준기를 나타내는 개략도이다;
도 17A는 회전 중심 주변에 일반적으로 위치하지 않는 ROI의 예를 나타내는 개략도이다;
도 17B는 도 17A의 ROI의 영상 질을 향상시키기 위하여 시준기의 회전 속도 윤곽을 변화시키는 실시예의 개략도이다;
도 18은 비-회전 시준기, 및 그것이 모니터에 디스플레이되는 영상에서 가지게 되는 효과를 예시적으로 나타내는 개략도이다;
도 19는 도 17A의 ROI 예시를 나타내는 개략도이며, 이는 시준기가 회전 중심을 일반적으로 ROI의 중심까지 가져오도록 옮겨질 수 있음을 나타낸다;
도 20A는 도 20B의 시준기와 시각적으로 비교하기 위하여 제공되는 도 5와 동일한 시준기이다;
도 20B는 시준기의 이동 동안에 영상 섀도잉(shadowing)을 방지하기 위하여 사용되고, 보다 큰 직경, 및 보다 긴 섹터 홀을 가진 도 5의 시준기 버젼에 대한 일 실시예이다;
도 21A는 X-선에 사용하기 위한 전형적인 스텝 웨지 팬텀을 도시한다;
도 21B는 배경 필터 및 X-선 스펙트럼에서의 변화로 인한 ROI 및 배경 영역에서 상이한 흡수를 도시한다;
도 21C는 ROI 이미지에 맞도록 배경 이미지를 톤-보정하도록 제작된 톤-보정 함수의 예이다;
도 21D는 계산 단계에서, X-선 노출에 비교하여 X2 X-선 노출을 위해서 조정된 톤-보정 함수의 예이다;
도 21E는 사용 가능한 범위에서의, 도 21D의 함수의 확대도이다;
도 22A는 톤-보정 함수의 계산을 위한 ROI 위치 및 배경을 도시한다;
도 22B는 톤-보정 함수의 계산을 위한 다른 ROI 위치 및 배경을 도시한다
도 23A는 하나의 시준기 위치에서, 도 18의 시준기를 통한 2개의 X-선 광선의 경로를 도시한다;
도 23B는 제2 시준기 위치에서, 도 18의 시준기를 통한 2개의 X-선 광선의 경로를 도시한다;
도 24A는 하나의 시준기 위치에서, 대칭적인 개구 모서리를 갖는 시준기를 통한 2개의 X-선 광선의 경로를 도시한다;
도 24B는 제2 시준기 위치에서, 대칭적인 개구 모서리를 갖는 시준기를 통한 2개의 X-선 광선의 경로를 도시한다;
도 25는 도 18의 시준기의 변형 예를 도시한다;
도 26은 다중 프레임 X-선 영상 임상 환경, 및 시선 추적기가 추가된 시스템의 예시적인 배치의 개략도이다;
도 27은 시선 추적기를 사용하는 기본적인 다중 프레임 X-선 영상 촬영 방법을 설명하는, 도 1A를 참조하는 흐름도이다;
도 28A는 다수의 프레임을 사용하는 하나의 EC로부터 전체 데이터를 표시하기 위하여, 각각의 프레임 상에서 정규화가 개별적으로 실행되는 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 28B는, 다수의 프레임을 사용하는 하나의 EC로부터 완전한 데이터를 표시하기 위하여, 프레임의 합산이 이루어진 후, 정규화를 실행하는 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 28C는, 다수의 프레임을 사용하는 하나의 EC로부터 완전한 데이터를 표시하기 위하여, 모든 프레임 이후 디스플레이를 업데이트하는 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 29는 센서 화소 값의 판독 과정을 설명하기 위한, 도 8을 참조하는 흐름도이다;
도 30은 디스플레이의 중앙에 있지 않은 ROI를 수용하기 위한 시준기의 회전 속도 프로파일에서의 변화를 설명하는, 도 17B를 참조하는 흐름도이다;
도 31은 가변 시준기 환형부 폭을 가로지르는 균일한 S/N을 달성하기 위해서 필요한 조정을 설명하는, 도 18D를 참조하는 흐름도이다;
도 32는 배경내에서 이동된 ROI 내의 이전 이미지 영역에 대하여 디스플레이를 점차적으로 이동시키는 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 33A는 가변 흡수 팬텀(VAP)을 사용하여 톤-보정 함수를 생성하는 과정을 설명하는, 도21A, 도21B, 도21C를 참조하는 흐름도이다;
도 33B는 환자의 신체를 사용하여 톤-보정 함수를 생성하는 과정을 설명하는, 도22A, 도22B를 참조하는 흐름도이다;
도 34A는 서로 다른 줌 레벨로서 이용되는 검출기를 갖는 X-선 시스템의 개략도이다;
도 34B는 3 ROI 요소를 갖는 시준기의 일례를 나타내는 도면이다;
도 34C는 3 ROI 요소를 갖는 시준기의 다른 예를 나타내는 도면이다;
도 35A는 4개의 부분적인 X-선 투명 플레이트로 구성된 시준기의 뷰를 제공한다;
도 35B는 중심에 ROI를 갖는 도 35A의 시준기의 평면도이다;
도 35C는 중앙에서 벗어난 위치에서 ROI를 갖는 도 35A의 시준기의 평면도이다;
도 35D는 보다 작은 ROI를 갖는 도 35C의 시준기의 평면도이다;
도 35E는 보다 큰 ROI와 다른 기하학적 형상을 갖는 도 35C의 시준기의 평면도이다; 그리고
도 36은 ROI가 도 35B에서 제시된 위치에 있을 때, 이미지의 다른 영역에서의 X-선 강도 분포를 나타낸다.
도 1A는 다중 프레임 X-선 영상 촬영 임상 환경 및 시스템의 예시적인 배치에 대한 단순화된 개략도이다;
도 1B는 본 발명의 시스템 실시예에 따른 구성요소들의 추가적 세부사항을 도시하는, 도 1A의 시스템의 예시적인 배치에 대한 도면이다;
도 2는 다중 프레임 X-선 영상 촬영 시스템의 모니터에 디스플레이되는 영상의 일 실시예를 나타내는 개략도이다;
도 3은 도 1A의 시스템 실시예의 추가적인 태양을 나타내는 개략도이다;
도 4는 도 3의 파라메터에 관하여 검출기의 X-선 노출 영역에 대한 일 실시예의 개략도이다;
도 5는 본 발명에 따른 시준기의 일 실시예에 대한 개략도이다;
도 6은 도 5의 시준기의 특정 회전각에서의 영상 강화기의 노출 영역에 대한 일 실시예의 개략도이다;
도 7은 도 5의 시준기의 특정 회전각에서 센서의 광 노출 패턴에 대한 일 실시예의 개략도이다;
도 8은 센서의 화소 값을 판독하는 과정에 대한 실시예의 개략도이다;
도 9는 센서의 화소 값을 판독하는 과정에 대한 실시예의 개략도이다;
도 10A는 본 발명의 일 실시예에 따른 시준기를 상기에서 본 도면을 나타내는 개략도이다;
도 10B는 도 10A의 일 실시예에 따른 시준기를 아래에서 본 도면을 나타내는 개략도이다;
도 10C는 도 10A의 일 실시예에 따른 시준기의 단면을 나타내는 개략도이다;
도 11A는 본 발명의 시준기의 다른 실시예의 주된 부품을 나타내는 개략도이다;
도 11B는 작동하는 배치 구조에서 도 11A의 부품들을 나타내는 개략도이다;
도 11C는 도 11B의 단면을 나타내는 개략도이다;
도 11D는 도 11B의 예시적인 시준기의 부품들을 나타내는 개략도이다;
도 12A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시준기의 주된 모듈을 나타내는 개략도이다;
도 12B는 작동하는 배치에서 도 12A의 모듈을 나타내는 개략도이다;
도 13A는 본 발명의 다른 실시예의 시준기를 나타내는 개략도이다;
도 13B는 본 발명의 다른 실시예의 시준기를 나타내는 개략도이다;
도 14A는 본 발명 다른 실시예에 따른 시준기의 주된 부품을 나타내는 개략도이다;
도 14B는 작동하는 배치에서 도 14A의 부품을 나타내는 도면이다;
도 15는 본 발명의 다른 4가지 실시예에 따른 시준기의 개략도이며, 회전 중심으로부터의 거리로서, 시준기에 의해 발생되는 질적 노출을 나타낸다;
도 16은 본 발명의 다른 4가지 실시예의 시준기를 나타내는 개략도이다;
도 17A는 회전 중심 주변에 일반적으로 위치하지 않는 ROI의 예를 나타내는 개략도이다;
도 17B는 도 17A의 ROI의 영상 질을 향상시키기 위하여 시준기의 회전 속도 윤곽을 변화시키는 실시예의 개략도이다;
도 18은 비-회전 시준기, 및 그것이 모니터에 디스플레이되는 영상에서 가지게 되는 효과를 예시적으로 나타내는 개략도이다;
도 19는 도 17A의 ROI 예시를 나타내는 개략도이며, 이는 시준기가 회전 중심을 일반적으로 ROI의 중심까지 가져오도록 옮겨질 수 있음을 나타낸다;
도 20A는 도 20B의 시준기와 시각적으로 비교하기 위하여 제공되는 도 5와 동일한 시준기이다;
도 20B는 시준기의 이동 동안에 영상 섀도잉(shadowing)을 방지하기 위하여 사용되고, 보다 큰 직경, 및 보다 긴 섹터 홀을 가진 도 5의 시준기 버젼에 대한 일 실시예이다;
도 21A는 X-선에 사용하기 위한 전형적인 스텝 웨지 팬텀을 도시한다;
도 21B는 배경 필터 및 X-선 스펙트럼에서의 변화로 인한 ROI 및 배경 영역에서 상이한 흡수를 도시한다;
도 21C는 ROI 이미지에 맞도록 배경 이미지를 톤-보정하도록 제작된 톤-보정 함수의 예이다;
도 21D는 계산 단계에서, X-선 노출에 비교하여 X2 X-선 노출을 위해서 조정된 톤-보정 함수의 예이다;
도 21E는 사용 가능한 범위에서의, 도 21D의 함수의 확대도이다;
도 22A는 톤-보정 함수의 계산을 위한 ROI 위치 및 배경을 도시한다;
도 22B는 톤-보정 함수의 계산을 위한 다른 ROI 위치 및 배경을 도시한다
도 23A는 하나의 시준기 위치에서, 도 18의 시준기를 통한 2개의 X-선 광선의 경로를 도시한다;
도 23B는 제2 시준기 위치에서, 도 18의 시준기를 통한 2개의 X-선 광선의 경로를 도시한다;
도 24A는 하나의 시준기 위치에서, 대칭적인 개구 모서리를 갖는 시준기를 통한 2개의 X-선 광선의 경로를 도시한다;
도 24B는 제2 시준기 위치에서, 대칭적인 개구 모서리를 갖는 시준기를 통한 2개의 X-선 광선의 경로를 도시한다;
도 25는 도 18의 시준기의 변형 예를 도시한다;
도 26은 다중 프레임 X-선 영상 임상 환경, 및 시선 추적기가 추가된 시스템의 예시적인 배치의 개략도이다;
도 27은 시선 추적기를 사용하는 기본적인 다중 프레임 X-선 영상 촬영 방법을 설명하는, 도 1A를 참조하는 흐름도이다;
도 28A는 다수의 프레임을 사용하는 하나의 EC로부터 전체 데이터를 표시하기 위하여, 각각의 프레임 상에서 정규화가 개별적으로 실행되는 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 28B는, 다수의 프레임을 사용하는 하나의 EC로부터 완전한 데이터를 표시하기 위하여, 프레임의 합산이 이루어진 후, 정규화를 실행하는 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 28C는, 다수의 프레임을 사용하는 하나의 EC로부터 완전한 데이터를 표시하기 위하여, 모든 프레임 이후 디스플레이를 업데이트하는 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 29는 센서 화소 값의 판독 과정을 설명하기 위한, 도 8을 참조하는 흐름도이다;
도 30은 디스플레이의 중앙에 있지 않은 ROI를 수용하기 위한 시준기의 회전 속도 프로파일에서의 변화를 설명하는, 도 17B를 참조하는 흐름도이다;
도 31은 가변 시준기 환형부 폭을 가로지르는 균일한 S/N을 달성하기 위해서 필요한 조정을 설명하는, 도 18D를 참조하는 흐름도이다;
도 32는 배경내에서 이동된 ROI 내의 이전 이미지 영역에 대하여 디스플레이를 점차적으로 이동시키는 방법을 설명하는 흐름도이다;
도 33A는 가변 흡수 팬텀(VAP)을 사용하여 톤-보정 함수를 생성하는 과정을 설명하는, 도21A, 도21B, 도21C를 참조하는 흐름도이다;
도 33B는 환자의 신체를 사용하여 톤-보정 함수를 생성하는 과정을 설명하는, 도22A, 도22B를 참조하는 흐름도이다;
도 34A는 서로 다른 줌 레벨로서 이용되는 검출기를 갖는 X-선 시스템의 개략도이다;
도 34B는 3 ROI 요소를 갖는 시준기의 일례를 나타내는 도면이다;
도 34C는 3 ROI 요소를 갖는 시준기의 다른 예를 나타내는 도면이다;
도 35A는 4개의 부분적인 X-선 투명 플레이트로 구성된 시준기의 뷰를 제공한다;
도 35B는 중심에 ROI를 갖는 도 35A의 시준기의 평면도이다;
도 35C는 중앙에서 벗어난 위치에서 ROI를 갖는 도 35A의 시준기의 평면도이다;
도 35D는 보다 작은 ROI를 갖는 도 35C의 시준기의 평면도이다;
도 35E는 보다 큰 ROI와 다른 기하학적 형상을 갖는 도 35C의 시준기의 평면도이다; 그리고
도 36은 ROI가 도 35B에서 제시된 위치에 있을 때, 이미지의 다른 영역에서의 X-선 강도 분포를 나타낸다.
도 1A는 다중 프레임 X-선 영상 촬영 임상 환경의 전형적 배치를 나타내는데, 이하에서 도 1A를 참조하여 설명된다.
X-선 관(100)은 시준기(104)를 향해 비교적 큰 입체각을 차지하면서 위쪽 방향으로 지향되는 X-선 방사선(102)를 발생시킨다. 시준기(104)는 방사선의 일부를 차단하여 보다 적은 입체각의 방사선이 위쪽 방향으로 계속 가고, X-선 방사선에 비교적 투과성인 물질로 전형적으로 제조되는 베드(108)를 통과하고 베드(108)위에 누워있는 환자(110)를 통과하게 되는데, 방사선의 일부는 환자에 의해 흡수 및 산란되고, 잔여 방사선은 영상 강화기(114)의 전형적으로 원형인 입력 영역(112)에 도달하게 된다. 영상 강화기의 입력 영역은 전형적으로 대략 300mm이지만, 모델 및 기술에 따라 달라질 수 있다. 영상 강화기(114)에 의해 생성된 영상은 카메라(116)에 의해 캡쳐되고, 영상 처리기(117)에 의해 처리되고, 그 다음 영상(120)으로 모니터(118)에 디스플레이된다.
비록 본 발명은 영상 강화기(114)와 카메라(116)의 조합에 관하여 주로 기재하고 있을지라도 이러한 구성요소 모두는 CCD 또는 CMOS 평판 패널과 같은 기술 또는 평면(112)에 위치된 섬광체를 가진 비정질 실리콘과 같은 다른 기술에 따른 디지털 엑스레이 센서로 대체될 수 있음은 명백하다. 그러한 하나의 실시예는 뉴욕 레이크 썩세스 소재의 미국 캐논사로부터 구할 수 있는 CXDI50RF이다. 용어 "검출기"는 모든 영상 강화기와 카메라의 조합을 포함하고, 모든 타입의 평판 패널 센서 또는 X-선을 전자 신호로 변환해 주는 모든 다른 디바이스를 포함하여 이러한 기술 모두를 포함하도록 사용되어질 것이다. 용어 "영역" 및 "구역"은 본 발명의 상세한 설명에서 번갈아 사용되어지고, 그것들은 동일한 의미를 가지는 동의어로 사용된다. 용어 "X-선 방출원"은 필수적으로 관 형태를 가지지 않으면서 X-선 점광원을 가지는 디바이스에 대한 광범위한 이해를 제공하기 위하여 사용된다. 비록 용어 X-선 관이 종래 기술의 일반적 전문용어로서 관습적으로 본 발명의 실시예에 사용될지라도, 본 발명의 실시예는 X-선 관의 좁은 의미에 제한되지 않으며, 모든 X-선 방출원이 이러한 실시예에서 사용될 수 있다(예컨대, 심지어 점광원으로 기능하도록 구성된 방사성 물질까지도 사용될 수 있다).
오퍼레이터(122)는 영상(120)을 주시하면서 진료 절차를 수행하기 위하여 환자 곁에 서 있게된다.
오퍼레이터는 발로 밟는 풋 스위치(124)를 가진다. 스위치를 가압할 때, 연속적인 X-선 방사선(또는 아래에 설명된 바와 같이 비교적 높은 주파수 펄스 X-선)이 방출되어 영상(120)을 제공한다. X-선 방사선의 강도는 전형적으로 환자와 오퍼레이터에 대한 노출을 감소시키기 위하여 요구되어지는 낮은 강도 및 고품질 영상(120)(높은 S/N)을 가능하게 하기 위해 요구되는 높은 강도 사이에서 균형을 가지고 최적화되어진다. 낮은 강도의 X-선 방사선으로 하면 영상 강화기 입력 영역의 적은 노출을 가져오고, 이는 영상(120)의 S/N이 너무 낮아 영상(120)이 무용지물이 될 수 있다.
좌표계(126)는 페이지를 향하는 Y 축을 가진 데카르트 좌표계이고, X-Y는 시준기(104) 평면 및 영상 강화기 입력 평면(112)과 같은 평면에 평행한 평면이다.
본 발명의 목적은 요구되는 ROI가 위치하는 영상 강화기의 입력 영역에 높은 노출을 제공하여 높은 S/N 영상을 제공하는 반면, 보다 낮은 영상 품질(낮은 S/N)을 희생하면서 영상 강화기 영역의 다른 섹션의 노출을 감소시킨다. 이러한 배치에서는 오퍼레이터가 ROI에서는 선명한 영상을 볼 수 있고 영상 영역의 나머지에서의 일반적 오리엔테이션을 위한 충분히 좋은 영상을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 목적은 영상에서 보다 복합적인 세그먼트 맵을 제공하는 것에 있는데, 이 경우 각각의 세그먼트는 특정 응용 기구에서 요구되어지는 바와 같이 상이한 레벨의 X-선 방사선으로부터 얻어지게된다. 또한, 본 발명의 목적은 영상 센서로부터 데이터를 읽어내는 다양한 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 상세한 설명을 통하여 제공되는 실시예에서, 하나의 영역의 S/N이 다른 영역의 S/N과 비교되어질 때, S/N은(환자, 오퍼레이터 손과 도구와 같은) 동일한 대상체 투과도를 가지는 화소들에 대하여 비교된다. 예컨대, 영역 A가 영역 B 보다 더 작은 S/N을 가지는 것으로 기재될 때, 양쪽 영역에 대하여 대상체에 의한 X-선 투과는 영역에 걸쳐 균일이며 동일한 것으로 간주된다. 예컨대, 영역 A의 중심에서, 대상체에 도달하는 방사선의 단지 1/2이 통과하여 영상 강화기로 투과되고, 영역 B에서의 S/N이 영역 A와 비교될 때, 영역 B 또한 대상체에 도달하는 방사선의 단지 1/2이 통과하여 영상 강화기로 투과된다. 영역 A의 S(신호)는 영역 A의 평균 판독 값(만약 그것이 통계학적 개념에서 충분한 화소들을 포함하고 있다면, 시간 또는 영역에 대한 평균)이다. 영역 B의 S(신호)는 영역 B의 평균 판독 값(만약 그것이 통계학적 개념에서 충분한 화소들을 포함하고 있다면, 시간 또는 영역에 대한 평균)이다. 논의를 간단화시키기 위하여 산란된 방사선은 본 발명의 상세한 설명에서는 고려되지 않는다. 산란된 방사선의 영향 및 그것을 감소시키기 위한 수단은 종래 기술에서도 널리 알려져 있다.
아래 실시예에서 노이즈 통계 자료는 가우스 분포를 가지는 것으로 간주되고, 이는 본 발명의 실제적인 구현 태양을 가장 충족시키며, 본 발명의 실시예에 대한 명확한 제시를 제공한다. 이는 본 발명의 제한사항이 아니며, 만약 필요하다면 가우스 통계자료와 관련하여 제공되는 수학적 계산이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 푸아송 통계자료(또는 다른 통계자료)로 대체될 수 있다. 각각의 신호와 관련된 노이즈 값은 그 신호에 대한 푸아송 통계자료의 표준 편차로 나타내어지고, 이는 종래 기술에서 푸아송 노이즈로 알려져 있다.
본 발명의 상세한 설명 전반에 걸쳐 화소 당 양(DPP)은 또한 동일한 의미로 논의되는데, 즉 화소 A의 DPP가 화소 B의 DPP와 비교될 때, 양쪽 화소에 대한 대상체 투과는 동일한 것으로 간주된다.
본 발명에 따른 다중 프레임 X-선 영상 촬영 임상 환경의 보다 자세한 레이아웃의 일 실시예가 도 1B 및 도 27에 도시된다. 오퍼레이터(122)는 X-선을 작동시키기 위해 풋 스위치(124)를 밟는다. 시선 추적기(128)(캐나다 온타리오 카나타 소재 SR 리서치 리미티드로부터 구할 수 있는 EyeLink 1000과 같은) 또는 대안적인 입력 디바이스는 오퍼레이터(122)가 보고 있는 곳에 대한 지시를 제공한다(단계 2728). 이러한 정보는 전형적으로 모니터(118)에 대하여 제공된다. 이러한 정보, "응시점"은 좌표계(126)를 사용하여 모니터(118) 평면에서 예컨대(X,Z)좌표로 제공될 수 있다. 이러한 실시예서 모니터(118)의 평면 및 따라서 영상(120) 또한 좌표계(126)의(X,Z) 평면에 평행하다. 모니터(118)에 묶음으로 되어 있고 그것이 좌표계(126)에 대하여 회전할 때 모니터(118)와 함께 회전하는 좌표계를 포함하여 다른 좌표계가 사용 가능할 수 있다.
입력(128)으로부터의 데이터는 모든 PC 컴퓨터와 같은 기본적으로 컴퓨터 장치인 제어기(127)로 제공된다. 제어기(127)가 오퍼레이터의 시선이 영상(120)에 고정되지 않은 것으로 판단하면, X-선 관(100)은 작동되지 않는다(단계 2700). 만약 그렇지 않다면, 단계 2710에서 X-선 관(100)은 작동되고 시준기(104)를 향해 X-선 방사선이 방출된다(및/또는 150/150A).
도 1B에서, 박스(150)는 본 발명에 따른 시준기를 나타내고, 예를 들면, 도 5, 도 10A 내지 도 10C, 도 11A 내지 도 11D, 도 12A 내지 도 12B, 도 13A 내지 도 13B, 도 14A 내지 도 14B, 도 15A 내지 도 15D, 도 16A 내지 도 16D, 도 18A 내지도 18C, 도 20A 내지 도 20B, 도 24A 내지 도 24B, 및 도 25의 시준기이다.
박스(150)는 시준기(104) 아래에 위치될 수 있으며, 도면 부호 150A로 도시된 바와 같이, 시준기(104) 위에 배치될 수 있고, 또는 시준기(104)(도 1B에는 도시되지 않음)를 대신할 수 있다. 박스(150)(150A)로 표시되는 시준기는 제어기(127)에 의해서 제어된다. X-선 방사선은 제어기(127)에 의해서 제어되고, 전형적으로 X-선 제어기(130)를 통해 제어된다. 일 예에서, X-선은 만일 오퍼레이터(122)가 풋-스위치(124)를 누르더라도, 만일 오퍼레이터의 응시점이 이미지(120) 영역 내에 있지 않다면, 중단된다. 상기 시준기는 부분적으로 방사선을 차단하며, 이는 결정된 오퍼레이터의 응시점(단계 2720)에 따라서 다르다. X-선의 일부가 환자(110)에 의해서 흡수되며(단계 2730), 나머지 방사선은 영상 강화기(114)(단계 2740)에 도달한다. 단계 2750에서, 이미지는 강화되고, 카메라(116)에 의해서 캡처 되며, 단계 2760에서, 캡쳐된 이미지는 이미지 처리기(117)로 전송되고, 단계 2770에서, 상기 처리된 이미지는 모니터(120) 상에 표시된다.
이미지 처리기(117)는 많은 형태를 가정할 수 있고, 다른 방법으로 본 발명에 통합될 수 있다. 도 1B의 예에서, 이미지 처리기(117)는 2개의 주 서브 유닛을 포함한다: 117A는 화소 불균일(어두운 오프셋, 감도, 데드 화소의 재구성 등)과 같은, 기본 이미지 보정을 제공하고, 117C는 이미지 강화 처리(소음 감소, 날카롭지 못한 마스킹, 감마 보정 등)을 제공한다. 종래의 시스템에서, 서브 유닛(117A)으로부터의 이미지는 서브 유닛(117C)에서의 추가적인 처리를 위해서 전달된다. 상기 이미지 처리기(117)의 서브 유닛들은 전용 하드웨어에 의해서 각각 지원될 수 있지만, 또한 그것들은 임의의 하드웨어에 의해서 지원되는 논리적인 서브 유닛들일 수 있다.
도 1B의 예에서, 카메라(116)로부터의 이미지는, 이미지 처리 서브-유닛(117A)에 의해서 보정된 후, 제어기(127)로 전송된다. 제어기(127)는 박스(150A)로 표시된 임의의 시준기를 사용하여, 요구되는 바와 같이 상기 이미지를 처리하며, 상기 처리된 이미지를 이미지 강화를 위하여 서브 유닛(117C)으로 복귀시킨다.
제어기(127)의 이미지 처리는 제어기(127)에서 일어날 필요가 없으며, 그것은 117A 및 117C 사이에 위치한 제3 서브 유닛(117B)(도 1B에는 미 도시)에 의해서 실행될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 서브 유닛(117B)는 이미지 처리기(117) 내의 아무 곳에서나 실행될 수 있는 단지 논리 유닛 만으로도 이루어질 수 있다.
또한, X-선 제어기(130)는 시스템 제어기의 넓은 의미로 여기에서 제시되어 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서 그것은 또한 이미지 처리기(117)와 통신할 수 있어서, 그것의 작동 파라메터들을 결정하고, 통신 회선(132)에 의해서 도시된 바와 같이 정보를 수신하며, 그것은 예를 들면 줌 파라메터(통신 회선은 도시되지 않음)를 위하여, 영상 강화기(114)를 조정할 수 있으며, 그것은 카메라(116) 파라메터들(통신 회선은 도시되지 않음)을 조절할 수 있고, C-아암 및 베드 위치(통신 회선은 도시되지 않음)를 조절할 수 있으며, 그리고 그것은 X-선 관(100), 및 시준기(104)의 작동 파라메터(통신 회선은 도시되지 않음)를 제어할 수 있다. 오퍼레이터(122) 또는 다른 직원들이 X-선 제어기(130)(도시되지 않음)에 요청 또는 다른 요구 사항을 입력하기 위한 사용자 인터페이스가 있을 수 있다.
물리적으로, 이미지 처리기(117), 제어기(127)와 X-선 발생 장치(X-선 관(100)를 구동하는 전기 유닛)의 일부 또는 모두가, X-선 제어기(130)내에 포함될 수 있다. X-선 제어기(130)는 필요한 기능을 지원하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 및 적절한 소프트웨어를 포함할 수 있다. X-선 제어기를 갖는 그러한 시스템에 대한 예는, 미국, 유타, 솔트 레이크 시티, GE OEC 의료시스템 회사에서 구입할 수 있는 모바일 C-아암 OEC 9900 엘리트이다. 상기 예시적인 시스템은, 도 1B의 시스템과 동일하지는 않으며, 단지 일반적인 예로서 제공되는 것임이 이해될 수 있을 것이다. 이러한 특징들의 일부가 도 26에 도시되어 있다.
모니터(118)에 디스플레이되는 영상(120)의 일례를 도시하는 도 2를 참조한다. 본 실시예에서 대시 기호로 이루어진 원형 라인(204)은 영상의 세그먼트(200)와 영상의 세그먼트(202) 사이의 경계를 나타내고, 양쪽 세그먼트는 전체 이미지(120)을 구성한다. 본 실시예에서, 세그먼트(200)에서 우수한 영상 품질을 얻는 것이 요구되고, 이는 세그먼트(200)에 대하여 보다 높은 X-선 DPP를 의미하고, 세그먼트(202)에서 보다 낮은 영상 품질을 가지는 것이 용인될 수 있고, 이는 세그먼트(202)에 대하여 보다 낮은 DPP를 의미한다.
단지 본 발명의 일 실시예로서 여기서 두개의 세그먼트(200, 202)가 제공되었지만, 이러한 실시예에 제한되지 않으며, 영상(120)은 시준기의 구멍의 형상 및 시준기의 모션 모드를 제어함으로써 여러 세트의 세그먼트로 분할될 수 있다. 그러한 실시예가 아래에서 제공될 것이다.
DPP는 영상(120)을 구성하기 위하여 사용되는 화소 판독 값을 생성하기 위하여 영상(120)의 한 화소를 나타내는 세그먼트를 향해 전달되는 X-선 양으로 해석되어져야 함을 인식할 수 있을 것이다(여기서, 환자 또는 오퍼레이터의 손과 기구와 같이 시스템의 일부가 아닌 다른 구성요소에 의한 흡수를 배제한다).
도 3을 참조하여 설명한다. 원형 구멍(304)을 가지는 전형적인 시준기(104)가 X-선 경로에 도입되고, X-선 관(100)의 초점(306)으로부터 투사되는 X-선(106)이 구멍(304)을 통과하여 영상 강화기(114)의 원형 입력 표면(112)에 도달하는 반면 다른 X-선(102)은 시준기에 의해 차단된다. 이러한 배치는 영상 강화기의 전체 입력 영역(112)을 일반적으로 동일한 DPP로 노출시킨다. 그러한 배치는 도 2의 세그먼트(200)와 연관된 세그먼트(300)에 하나의 DPP의 함수를 제공하지 않으며, 도 2의 세그먼트(300)와 연관된 세그먼트(302)에 또 다른 DPP를 제공하지도 않는다. 입력 영역(112)의 직경은 도 3에서 B로 표시된다.
D1은 X-선 초점(306)으로부터 구멍(104)까지의 거리를 나타낸다. D2는 X-선 초점(306)으로부터 영상 강화기 입력 표면(112)까지의 거리를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예를 지지하기 위하여 영상 강화기 입력 표면(112)의 세그먼트를 정의하고 있는데, 여기서 참조된다. 본 실시예에서 세그먼트(300)는 영상 강화기의 원형 입력 영역(112)에 중심을 두며 반경 R1을 가진 원 모양 영역이다. 세그먼트(302)는 내부 반경(R1) 및 외부 반경(R2)를 가진 환형부 형태를 가진다. R2는 또한 일반적으로 영상 강화기의 입력 영역의 반경이다.
도 5를 참조하면, 세그먼트(300)에 대한 하나의 DPP 및 세그먼트(302)에 대한 또 다른 DPP를 제공하도록 작동하는 시준기의 일 실시예를 제공한다.
시준기(500)는(전형적으로 두께 1-4mm 두께이며, 납과 같은) X-선 흡수 물질로 이루어지며, r2 보다 큰 반경을 가진 원형 플레이트로 기본적으로 구성된다. 시준기(500)의 구멍(502)은 시준기의 중심에서 반경 r1의 원형 절개부(504, cut-out) 및 반경 r2와 각도(508)를 가지는 섹터 절개부(506)로 구성된다. 용어 "섹터"는 원형 영역의 일부 섹터를 나타내거나 또는 문맥에 따라 환형부 형태의 영역의 일부 섹터를 나타내는데 둘다 사용된다.
본 실시예에서, 구멍(502)의 r1 및 r2는 도 4의 R1 및 R2를 제공하도록 설계된다. 시준기(500)가 도 4의 시준기(104)의 위치에 놓이게 되면, r1 및 r2는 다음의 공식을 사용하여 계산될 수 있다.
r1=R1/(D2/D1)
r2=R2/(D2/D1)
본 실시예에서 각도 크기(508)은 36도, 즉 원의 1/10이다. 시준기(500)는 화살표(512)로 도시된 바와 같이 그 중심 둘레로 회전할 수 있다. 웨이트(510)가 시준기(500)의 균형을 맞추기 위해 추가될 수 있고, 이는 시준기의 평편에서 중력 좌표의 중심이 회전 중심과 일치되게 하고, 그 결과 불-균형한 시준기로부터 야기될 수 있는 시스템의 진동을 방지할 수 있다. 한번의 360도 회전의 완료 후에 세그먼트(302)에 대한 DPP는 세그먼트(300) DDP의 1/10이된다.
각도(508)는 모든 요구되는 DPP 비율을 달성하도록 설계될 수 있다. 예컨대, 각도(508)이 18도로 설계되면, 구멍(500)의 한번의 완전한 회전 후 세그먼트(302)에 대한 DPP는 세그먼트(300) DDP의 1/20이된다. 본 실시예에 대한 논의는 각도(508)가 36도인 것으로 하여 설명될 것이다.
시준기(500)의 한번 회전 완료 후, 카메라(116)는 시준기(500)의 한번 완전한 회전 시간에 걸쳐 센서에 의해 통합된 테이터의 하나의 프레임을 캡쳐하게 되는데, 그러한 프레임은 카메라 센서의 화소 세트로부터 판독되는 값들로 구성된다. 이는 여기서 보다 상세히 설명되어질 것인데, 프랑스 벨리지 세덱스 소재 탈레스 일렉트론 디바이스로부터 구할 수 있는 TH 8730 CCD 카메라와 같은 CCD(전하 결합 소자) 센서에 기초를 둔 카메라를 실시예로 제공한다.
본 실시예에서, 카마레(116)와 시준기(500) 회전의 동기화는 미국 일리노이 샴버그 소재 옴론 관리 센터 인코퍼레이티드로부터 구할 수 있는 EE-SX3070과 같은 포토-센서(516)를 통과하는, 시준기(500)에 구비된 탭(514)을 사용하여 이루어진다.
탭(514) 인터럽션(interruption) 신호가 포토 센서(516)로부터 수신될 때, 카메라(116) 센서의 라인들(lines)이 그것들의 시프트 레지스터로 전달되고, 화소들은 새로운 통합 사이클을 시작하게 된다. 이전의 통합 사이클의 데이터는 카메라로부터 판독된다. 탭(514)이 포토 센서(516)와 다시 인터럽션하게 되면, 축적된 신호는 다시 카메라 센서(116)의 시프트 레지스터로 전달되어 다음 프레임으로 판독된다.
이러한 방법을 통하여 하나의 프레임이 각각의 시준기에 대한 완전한 라운드에 대하여 생성된다. 각각의 프레임에 대하여 영상(120)의 세그먼트(202)에서의 DPP는 영상(120)의 세그먼트(200)에서의 DPP의 1/10이다.
상기 내용에 대한 추가적인 도면을 제공하기 위하여 도 6이 참조되어지는데, 이는 회전하는 시준기(500)의 순간 위치에서 영상 강화기 입력(112)의 노출 맵을 나타낸다. 이 위치에서 원형 영역(600)과 섹터 영역(602)가 방사선에 노출되는 반면, 상보적인 섹터(604)는 시준기(500)에 의해 차단되어 방사선에 노출되지 않는다. 시준기(500)가 회전함에 따라, 섹터 영역(602, 604)는 그것과 함께 회전하는 반면, 원형 영역(600)은 변하지 않고 그대로 유지된다. 시준기(500)가 일정한 속도의 한 사이클 회전 동안에, 영역(600) 외부의 각각의 화소는 영역(600)에서의 화소 시간의 1/10 동안 X-선에 노출되고, 따라서 영역(600)의 화소 보다 1/10인 DPP를 수신한다.
도 7에는 카메라 센서(710)에 투사되는 동등한 광 영상이 도시되는데, 도 7의 영역(700)은 도 6의 영역(600)에 대응하는 것이고, 도 7의 영역(702)는 도 6의 영역(602)에 대응하는 것이다. 센서(710)에 투사되는 영상 강화기의 출력 영상은 참조번호 712로 표시된다. 참조번호 714는 영상 강화기 출력 영상의 범위 밖에 있는 전형적 센서 영역이다.
각각의 프레임에 대하여, 화소 당 선형 응답 특성을 보상하기 위해 행해지는 전형적인 오프셋 및 이득(gain) 보정에 더하여, 영상(120)을 생성하기 위하여 세그먼트(202)의 화소로부터의 신호에 인자 10을 곱하는 것이 필요할 수 있고, 그 결과 세그먼트(202)의 밝기 및 대조 출현이 세그먼트(200)의 그것과 유사할 것이다. 특정 실시예를 참조하여 여기서 설명된 상기 방법은 화소들의 "정규화"라 불려진다. 정규화 방안은 X-선 노출 방안(즉, 시준기 형태, 속도 및 위치)에 따라 만들어진다. 초당 10 프레임(fps)의 영상을 생성하기 위하여 시준기(500)는 초당 10 라운드(rps)의 속도로 회전되어야 한다. 16 fps의 영상을 생성하기 위해서 시준기(500)는 16 rps의 속도로 회전되어야 한다.
각각의 360도 회전에 따라 입력 영역(112)의 완전한 노출이 완료된다. 따라서, 노출 사이클(EC)은 입력 영역(112)의 최소 완전 설계된 노출을 제공하기 위한 시준기(500)의 최소 회전량으로 정의된다. 도 5의 시준기(500)의 실시예에서, EC는 360도의 회전을 필요로 한다. 도 13A와 같은 다른 시준기 디자인에 대하여는 EC는 180도 회전을 필요로 하고, 도 13B의 시준기는 120도 회전을 필요로 한다.
시준기의 실시예, 영상 강화기 입력 영역(112)에의 X-선 투사, 카메라 센서(또는 평판 패널 센서)에 투사되는 영상 및 모니터(118)에 디스플레이되는 영상은 일반적 방식으로 설명된다. 여기서, 미러가 또한 사용되거나 또는 회전 방향이 시계 방향으로 도시되면 상이할 수 있는 렌즈 영상에 기인한 영상 업-사이드-다운(up-side down)과 같은 가능한 기하학적 이슈들을 무시할 수 있지만, 특정 디자인에 따라 달라질 수 있고, 관찰자의 방향이 상이할 수 있다. 당업자는 이러한 선택사항을 이해할 것이고, 모든 특정 시스템 디자인에 대한 적절한 분석력을 가질 것이다. 시준기(500)를 참조하여 상술한 카메라 프레임 판독 방식이 상이할 수 있다.
1. 프레임의 판독은 탭(514)이 포토 센서(516)를 가로막는 순간에 이루어질 필요가 없다. 이는 매 EC의 동일한 단계에서 행해진다면 시준기(500) 회전의 모든 단계에서 행해질 수 있다.
2. 한번의 EC 동안에 하나의 프레임 이상을 판독한다. 그러나, 각각의 EC에 대하여 프레임의 정수가 판독되는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 판독 프레임은 하나의 EC의 완전 데이터를 포함하고, 이는 몇몇 방식으로 모니터(118)상에 제공될 수 있는 하나의 디스플레이-프레임을 생성하는 것을 보다 용이하게 한다.
a. 도 28A를 참조한다. 단계 2800에서 새로운 EC가 시작된다. 단계 2805에서 현재 프레임으로부터의 화소가 정규화되고, 그리고 화소 합계(단계 2810)에 부가 되었다. 단계 2815에서 다음 프레임이 고려된다. 만일 EC의 끝에 도달한 경우, 디스플레이된 이미지는 갱신되고(단계 2825), 처리는 새로운 EC의 시작으로 복귀한다. 이 처리는 하나의 완전 노출 영상을 생성하기 위하여 하나의 EC의 모든 프레임의 화소 값을 합산한다. 그 다음, 다음의 완전 노출 영상을 생성하기 위하여 다음 EC의 모든 프레임의 화소 값을 합산한다. 이러한 방법으로, 모니터상의 화면은 EC가 완료되는 시간 마다 일시적으로 연속적인 영상으로 대체된다. 화소 값의 정규화는 도 28B에 도시된 바와 같이, 프레임의 합에 대하여 또는 프레임의 모든 다른 조합에 대하여 개별적으로 또는 단지 한번에 각각의 프레임에 대하여 행해질 수 있다.
b. 도 28C를 참조한다. 이러한 방법의 실시예에 대하여, 카메라는 한번의 EC 동안에 8 프레임을 제공하는 것으로 추정한다. 단계 2830에서, 새로운 EC가 시작한다. 이러한 실시예에서, 1에서 8까지 넘버링된 8개의 모든 프레임들은 프레임 스토리지에 저장되고(단계 2835-2845), 제1 디스플레이-프레임이 상술된 바와 같이(단계 2850의 프레임 합산 및 단계 2855의 화소 값 정규화 과정) 이러한 프레임들로부터 생성된다. 그 다음, 결과적인 영상이 모니터(118)상에 디스플레이된다.(1/8 EC 후에) 프레임 9가 획득될 때, 프레임 1은 프레임 스토리지에서 프레임 9로 대체되고(단계 2870), 프레임들 9, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8이 처리되어(합산, 정규화), 제2 디스플레이-프레임을 생성하고, 이는 1/8 EC 후에 모니터(118)상에 디스플레이될 수 있다. 또 다른 1/8 EC 이후에, 다음 프레임(프레임 10)이 단계 2875에서 획득되고, 프레임 2의 위치에 저장된다. 프레임들 9, 10, 3, 4, 5, 6, 7, 8이 처리되어 제3 디스플레이-프레임을 생성한다. 이러한 방식으로, FIFO(선입 선출) 방식으로 관리되는 프레임 스토리지를 사용하고, 센서로부터 획득되는 새로운 각각의 프레임을 가진 디스플레이-프레임들을 생성함으로써, 연속적인 영상들이 모니터(118)상에 사용자를 위해 디스플레이된다.
c. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 프레임의 화소를 합산하는 과정은 획득된 프레임의 통합 시간 동안 시준기 형태 및 모션의 기준에 따라 X-선에 노출되는 화소들에 대하여 단지 행해진다. 상기 실시예 b에서, 이는 EC 타임의 1/8일 것이다. 영상을 생성하기 위하여 합산된 화소들은(1) 영역(700)으로부터 화소들 및(2) 대략 2X의 각도 섹터(시준기 섹터(506)의 각도 범위(508))에서의 화소들이다. 2X의 이유는 통합 시간의 1/8 동안 시준기가 1/8 EC 회전하기 때문이다. 2×(각도 508) 보다 다소 더 큰 섹터 각도는 정확도 한계를 위해 보상하는 것이 요구되어질 수 있다. 이러한 합산 방법은 합산 과정과 관련된 화소들의 양을 상당히 감소키고, 그 결과 계산 시간 및 연산 리소스들을 감소시킨다.
d. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 화소 처리는 상기 c에서 특정되는 화소들에 제한된다. 이러한 처리 방법은 처리와 관련된 화소의 양을 상당히 감소시키고, 그 결과 계산 시간 및 연산 리소스들을 감소시킨다.
e. 본 발명의 다른 실시예에서, 화소의 저장이 상기 c에 특정된 화소들에 제한된다. 이러한 저장 방법은 처리와 관련된 화소의 양을 상당히 감소시키고, 그 결과 계산 시간 및 연산 리소스들을 감소시킨다.
f. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 섹션(a - 일반적 개념, b - a, c, d 및 e의 특정 실시예)에서 설명된 모든 방법들은 결합될 수 있어 상기 방법의 모든 조합 또는 그들 중 몇몇 조합을 사용하여 구현될 수 있다.
3. 한번의 EC 이상 동안에 하나의 프레임을 판독한다. 또 다른 실시예에서, 시준기는 센서로부터 수신되는 하나의 프레임 마다 EC의 정수를 제공하도록 작동될 수 있다. 예컨대, 2 EC가 시준기에 의해 행해진 후, 하나의 프레임이 센서로부터 판독된다. 이러한 프레임의 화소 값을 정규화한 후, 모니터(118)상에 디스플레이될 수 있다.
많은 디자인에서 센서로부터 제공되는 프레임률이 센서 및 관련 전자장치 및 펌웨어에 의해 좌우될 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 시준기(500)의 회전 속도는 센서 특성에 조절될 수 있고, 그 결과 한번의 EC 타임은 센서로부터 정수의 프레임(하나 이상의 프레임)을 수신하는 시간과 동일할 것이다. 또한, 센서로부터 프레임을 획득하기 위한 타임 사이클 동안, 정수의 EC가 완료되도록 하기 위하여 시준기의 회전 속도를 설정하는 것이 가능하다.
상기 프레임 판독에 대한 기재내용은 특히 센서와 같은 CCD에 적합하고, CCD 카메라는 영상 강화기 및 카메라 대신에 사용되는 영상 강화기 또는 평판 패널 센서에 장착되고, 일반적으로 도 3의 평면(112)상에 위치한다. CCD의 구체적 특징은 한번에 센서의 모든 펙셀, 완전한 프레임의 값을 캡쳐링하는 것이다. 이어서, 아날로그 값을 아날로그 대 디지털 컨버터(A/D)로 연속적으로 전달하는 과정이 뒤따른다. CMOS 이미징 센서와 같은 다른 센서는 전형적으로 하나씩 프레임 화소들을 판독하고, 이는 롤링 셔터 방법으로 알려져 있다. 시준기 EC와 동기화된 센서 프레임을 판독하는 방법이 프레임 판독 방법에 상관 없이 그러한 센서에 또한 적용될 수 있다.
CMOS 센서와 같이 센서의 화소를 판독하는 "랜덤 액세스" 기능은 본 발명의 또 다른 실시예를 제공한다. CCD 센서와 달리, CMOS 센서로부터 화소들을 판독하는 순서는 시스템 설계에 의해 요구되는 모든 순서일 수 있다. 다음의 실시예는 이러한 기능을 사용한다. 이 문맥에서 CMOS 센서는 모든 순서의 화소 판독을 지원하는 모든 센서를 나타낸다.
도 8 및 도 29를 참조하여 설명된다. 도 8의 실시예는 또한 영상 강화기 및 CMOS 카메라의 일례를 사용하여 또한 설명되지만, 본 실시예에 따른 방법은 또한 평판 패널 센서 및 화소 판독을 위한 랜덤 액세서 가능한 다른 센서에도 적용될 수 있다.
단계 2900에서, 영상 강화기(114)의 출력 영상은 센서(710)의 영역(712)에 투사된다. 회전하는 시준기(500)의 순간적인 위치에 따라, 원(700) 및 섹터(702)가 시준기(500) 위치와 함께 순간적으로 환해지고, 섹터(704, 714)는 환해지지 않는다. 섹터(702, 704)는 시준기(500)의 회전과 함께 화살표(706)으로 도시된 바와 같이 회전한다.
본 실시예의 목적을 위해, 702A 또는 800A와 같은 사선(radial line) 앞의 화소들은 그 중심이 사선 상에 있거나 또는 사선으로부터 시간 방향에 있는 화소들이다. 사선 뒤에 있는 화소들은 사선으로부터 반시계 방향에 중심을 가진 화소들이다. 예컨대, 섹터(702)는 사선(702A) 뒤에 있는 화소들을 포함하고, 또한 사선(702B) 앞에 있는 화소들도 포함한다. 예컨대, 한번의 EC에서 프레임이 센서로부터 한번 판독되는 실시 모드에서, 사선(702A)에 인접한 화소들은 영상 강화기의 출력 영상에 바로 노출되기 시작하고, 사선(702B)에 인접한 화소들은 영상 강화기의 출력 영상에 노출되는 것을 막 끝마치게된다. 섹터(702)의 화소들은 702A와 702B 사이의 위치에서 부분적으로 노출된다. 이러한 실시예에서, 사선들(702B, 800B) 사이의 섹터내 화소들은 영상 강화기 출력에 노출된 후에도 아직 판독되지 않는다.
본 발명의 실시예에서, 사선(702A)의 순간적 각도 위치는 K×360도(K 곱하기 360, K는 회전 시작으로부터 EC 횟수를 나타내는 정수임)이다. 섹션(702)의 각도 범위는 시준기(500)의 실시예에 따라 36도이다. 따라서, 사선(702B)는 각도 K×360-36도에 있게된다. 시준기의 이 위치에서, 섹터(800) 화소의 판독 사이클이 시작된다(단계 2910). 사선(800A)은 이 사선 뒤의 모든 화소들이 충분히 노출되는 것을 확실히 하도록 정의된다. 이 각은 도 5의 R1 및 도 5에서 투사된 화소 사이즈를 사용하여 결정될 수 있다. 800A에 인접한 화소들이 또한 충분히 노출되는 것을 보장하기 위한, 702B 및 800A 사이의 이론적 최소 각도 차이를 계산하기 위하여, 1/2 화소 사선(diagonal) 길이의 현을 가지는, 길이에서 반경 R1의 아치를 고려해야만 한다. 이는 702B와 800A 사이의 최소 각도 범위를 결정하여 섹터(800)내의 모든 화소에 충분한 노출을 보장하게 된다. 보다 실제적인 실시예에서, 영역(712)는 수직 방향으로 대략 1,000 화소 및 수평 방향으로 대략 1,000 화소이며, R1은 R2의 대략 1/4÷1/2(도 4 참조)이며, 그러한 디자인과 실시예의 공차를 고려하여 반경 R1의 유용한 아치 길이는 예컨대 5 화소 사선 길이일 것이다. 이는 702B와 800A 사이의 각도 범위가 대략 2.5도임을 의미한다. 즉, 도 8의 순간에서, 사선(800A)의 각도 위치는 K×360-(36+2.5)도이다.
본 발명의 이러한 특정 실시예에서, 섹터(800)의 각도 범위는 또한 36도로 선택된다. 따라서, 도 8의 순간에서, 사선(800B)의 각도 위치는 K×360-(36+2.5+36)도이다.
도 8에서, 섹터(800)의 각도 범위가 섹터(702)의 각도 범위 보다 더 적은 각도를 가지도록 도시되었는데, 이는 상기 각도들이 동일할 필요가 없고, 본 발명의 특정 실시예만을 위하여 여기 문서상으로 제공되는 실시예에서는 동일할 수도 있음을 강조하기 위함이다.
섹터(800)의 기하학을 결정한 다음, 그 섹터의 화소들이 카메라 센서로부터 판독된다. 전형적인 CMOS 센서에서는 각각의 화소의 판독에 이어 그 화소에 대해 리셋되어(단계 2920), 그 화소가 다시 0으로부터 통합 신호를 시작할 수 있게 한다. 또 다른 실시예에서, 제1 단계에서 섹터(800)의 모든 화소들이 판독되고, 제2 단계에서 화소들은 리셋된다. 섹터(800)에 대한 판독 및 리셋 사이클은 섹터(702)가 섹터(800)의 각도 범위와 동일한 각도 거리를 회전하는데 걸리는 시간내에 끝마쳐야 하며(단계 2950), 이는 시스템이 섹터(800)와 동일한 각도 범위를 가지는 그 다음의 섹터를 판독하는데 제 시간에 준비 상태에 있게 해 줄 수 있고, 섹터(800)의 각각의 위치 대비 섹터(800)의 각도 범위 양 만큼 시계 방향으로 회전된다. 본 실시예에서는 36도이다.
상기 실시예에서, 시준기(500)는 10 rps로 회전하고, 36도 간격을 가지는 섹터(800)는 한번의 EC를 통해 10 지향(orientation)을 가질 것이고, 그러한 지향은 36도 만큼 떨어져 있고, 화소 판독 및 리셋 사이클은 10 cps(초당 사이클) 속도로 이루어질 것이다.
이러한 실시예는 상이한 특정 디자인으로 구현될 수 있다.
예컨대, 섹터(800)의 각도 크기는 18도로 설계될 수 있는 반면, 섹터(702)의 각도 크기는 여전히 36도이고, 시준기(500)는 10 rps로 회전한다.
본 실시예에서, 섹터(800)는 한번의 EC를 통하여 20 지향을 가질 것이고, 그러한 지향은 18도 만큼 떨어져 있고, 화소 판독 및 리셋 사이클은 20 cps(초당 사이클) 속도로 이루어질 것이다.
또 다른 실시예에서, 사선(800B)의 뒤 및 사선(802A)의 앞에 있는 섹터(704)내의 화소들에 의해 축적되는 다크 노이즈는(사선(802A)의 뒤 및 사선(802B)의 앞에 있는) 섹터(802)내에 위치하는 화소들의 또 다른 리셋 사이클에 의해 제거된다. 이러한 리셋 과정은 섹터(702) 근처 및 앞에 특정된 섹터(802)에서 이상적으로 행해진다. 섹터(802)의 모든 화소들의 리셋은 회전하는 섹터(702)의 사선(702A)이 섹터(802)의 화소들에 도달하기 이전에 완료되어야만 한다. 그렇지 않으면, 리셋 섹터(802)의 각도 크기 및 각도 위치는 섹터(800)를 결정하는데 사용된 방법과 유사한 방식 및 고려사항을 가지고 설계된다.
섹터(800)로부터의 화소 판독은 정규화를 위해 처리되어야만 하고(단계 2930), 상기 섹션 2에서 설명된 것("한번의 EC 동안에 하나 이상의 프레임을 판독하는 방식")과 유사한 방식으로 디스플레이-프레임들을 생성하는데 사용될 수 있고(단계 2940), 본 발명에서는 단지 섹터 화소들이 판독, 저장 및 처리되고, 완전한 센서 프레임이 아니다.
본 발명의 실시예에서, 판독된 마지막 섹터의 화소 정규화 이후에, 처리된 화소들은 디스플레이-프레임내에서 대응하는 화소들을 직접 대체하는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 디스플레이-프레임은 영상의 다음 섹터가 갱신(refresh)될 때 마다, 레이더 빔 스윕(sweep)과 유사한 모드로 갱신된다. 360/(판독 섹터의 각도 크기) 갱신 다음에, 전체 디스플레이-프레임이 갱신된다. 이는 단순한 영상 갱신 방안을 제공한다.
도 9를 참조하여 설명된다. 판독 섹터가 사선(800A)의 뒤 및 사선(800B)의 앞에 위치한 완전 화소 세트를 포함했던 도 8과 달리, 본 발명에서 판독 영역 기하학은 두개의 부분: 원형 영역(700) 및 섹터(900)으로 나누어진다. 도 9의 실시예에 따른 섹터(900)는 사선(900A)의 뒤 및 사선(900B)의 앞에 있는 화소들을 포함하고, 또한 반경 R-1의 뒤 및 R-2의 앞에 위치한다. 본 실시예에서, 반경 앞의 화소들은 중심으로부터의 거리가 반경 R 보다 적거나 또는 동일한 것이고, 반경 R 뒤의 화소들은 중심으로부터의 거리가 R 보다 큰 것이다. 영역(700)의 화소들은 R-1의 앞에 위치하는 모든 화소들이다.
본 실시예에서, 섹션(900)의 화소들은 도 8의 실시예를 참조하여 설명된 동일한 방법을 사용하여 판독 및 조작된다. 리셋 섹터(802)에 대하여도 또한 동일하다.
영역(700)의 화소들은 다르게 다루어진다.
본 발명의 일 실시예에서, 영역(700)의 화소들은 한번의 EC 동안 한번 이상 판독될 수 있고, 전체 CMOS 센서를 판독하는 실시예에 대하여 상술된 바와 같이 다루어질 수 있다. 또한 영역(700)은 한번의 EC 이상에서 한번 판독될 수 있고, 따라서 전체 CMOS 센서를 판독하는 실시예에 대하여 상술한 바와 같이 조작될 수 있다.
각각의 판독 방법에 대하여 화소들의 정규화 과정은 디스플레이-프레임을 획득하기 위하여 실행되어야만 하고, 이 경우 모든 화소 값들은 노출에 대하여 동일한 민감도를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 도 10은 모션 시스템과 결합된 본 발명의 시준기 디자인의 일 실시예를 제공하는데, 이는 시준기(500)의 회전 기능을 제공한다.
도 10A는 본 실시예에 따른 시준기 및 회전 시스템의 평면도이다.
도 10B는 본 실시예에 따른 시준기 및 회전 시스템의 저면도이다.
도 10C는 도 10A의 단면도이다.
도 10A는 시준기(500) 및 구멍(502)(다른 세부사항은 명료화를 위해 제거됨)을 도시한다. 풀리(1000)가 시준기와 동심 위치에서 시준기(500)의 상부에 장착된다. 풀리(1002)는 모터(1012)에 장착된다(도 10B 및 도 10C의 모터 참조). 벨트(1004)는 풀리(1000)과 풀리(1002)를 연결하여 풀리(1002)의 회전을 풀리(1000)에 전달하고, 그 결과 시준기(500)의 요구되는 회전을 제공한다. 벨트 및 풀리 시스템 실시예(1000, 1002 및 1004)는 플랫 벨트 시스템을 제공하지만, 라운드 벨트, V-벨트, 다중-홈 벨트, 립 벨트, 필름 벨트 및 타이밍 벨트 시스템을 포함하여 모든 다른 벨트 시스템이 사용될 수 있다.
도 10A의 저면을 도시하는 도 10B는 이전에 도시되지 않은 구성요소들을 표시한다. 시준기(500)와 동심을 이루는 V-형 원형 트랙(1006)이 도시된다(도 10C의 1006의 a-a 단면 참조). 3개의 휠(1008, 1010, 1012)가 트랙(1006)의 V-홈과 접촉한다. 3개의 휠의 회전축은 환형부 형태의 정적 부품(1016)(도 10B에 도시되지 않음)에 장착된다. 상기 정적 부품(1016)은 X-선 관의 참조 프레임에 고정된다.
이러한 구조는 X-선 관을 참조하여 요구되는 위치(예컨대, 도 3의 시준기(104)의 위치)에 시준기(500) 서포트를 제공하고, 그와 동시에 요구되는 대로 회전할 수 있도록, 3개의 휠(1008, 1010, 1012)을 시준기(500)용 트랙(1006)에 제공한다.
모터(1014)의 회전은 벨트(1004) 및 풀리(1006)을 통하여 풀리(1002)에 의해서 시준기(500)에 전달된다. 그 다음, 시준기(500)는 휠(1008, 1010, 1022)상에서 미끄러지는 트랙(1006)에 의해 지지된 채로 회전한다.
여기서 기술된 회전 메카니즘은 시준기를 회전시키기 위한 회전 메커니즘의 가능한 일 실시예에 지나지 않는다. 회전 메커니즘은 스퍼, 헬리컬, 베벨, 하이포이드, 크라운 및 웜 기어를 포함하는 모든 종류의 기어 트랜스미션을 대신 사용할 수 있다. 회전 메커니즘은 높은 마찰 표면 실린더(1002)를 위해 사용할 수 있고, 1002를 시준기(500)의 림과 직접 접촉되게 하여 벨트(1004) 및 풀리(1000)이 필요하지 않다. 또 다른 실시예에서는 시준기(500)를 그 둘레에 장착되는 고정을 추가하여 모터의 회전자로 구성할 수도 있다.
도 5의 시준기에 대한 기재내용에서, 탭(514) 및 포토 센서(516)는 시준기 각도 위치와 센서 판독 과정 사이에 동기화를 위하여 시준기(500)의 각도 위치 추적 기능을 제공하는 구성요소로 제공되었다. 이러한 구성요소는 일 실시예로서 제공되었다. 회전 위치를 추적하는 수단은 많은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 도 10의 실시예에서, 모터(1002)는 미국 마이애미 폴 리버 소재 맥손 프리시젼 모터스 주식회사로부터 구할 수 있는 부착형 인코더를 구비할 수 있다. 간단한 인코더는 시준기(500)의 원주에 검정 및 흰색 이진법으로 코드화된 스트립을 테이핑하고, 뉴아크(http://www.newark.com)로부터 구할 수 있는 TCRT5000 반사형 광 센서와 같은 광 센서들을 사용하여 상기 스트립을 판독함으로써 구성될 수 있다.
시준기(500)는 상기에서 상세히 설명되었고, 시준기의 제조 후에 변경될 수 없는 고정형 구멍을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시준기 조립체는 교환가능한 시준기를 수용할 수 있도록 기계적으로 디자인될 수 있다. 이러한 방식으로, 상이한 구멍들이 특정 적용 사항이 필요할 때 마다 시준기 조립체에 형성될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 시준기는 시준기 조립체내에 가변적인 구멍을 가지도록 설계될 수 있다. 이는 도 11을 참조하여 설명된다.
도 11의 시준기는 도 11A에 도시된 두개의 중첩된 시준기로부터 구성된다. 하나의 시준기는 구멍(1104)를 가진 1100이고, 이 시준기의 중력 중심을 시준기의 회전 중심에 가져가기 위하여 웨이트(510)로 균형을 잡고 있다. 제2 시준기는 구멍(1105)을 가진 1102이고, 이 시준기의 중력 중심을 시준기의 회전 중심에 가져가기 위하여 웨이트(511)로 균형을 잡고 있다. 양쪽 시준기에서 구멍 기하학은 반경 r1의 중심 원형 홀과 반경 r2의 섹터 홀 그리고 180도의 섹터 각도 크기의 조합이다. 실질적으로, 시준기(1102)는 시준기(1100)과 동일한 일반적인 디자인이며, 그것은 거꾸로 뒤집혀 있다.
시준기(1100, 1102)가 도 11B에 도시된 바와 같이 다른 것의 상부에 동심을 가지면서 배치될 때, 도 5의 시준기(500)와 동일한 조합된 구멍을 가진다. 시준기(1102)에 대하여 시준기(1100)을 회전시킴으로써 섹터(508)의 각도 크기는 증대 또는 감소될 수 있다. 이러한 실시예에서, 섹터(508)의 각도 크기는 0~180도 범위내에서 설정될 수 있다. 본 실시예에서, 링(1108)는 도 11C(이는 도 11B의 b-b 단면이다)에 또한 도시된 바와 같이 시준기(1100, 1102)와 함께 수용한다. 도 11C를 참조하여 설명한다(웨이트(510, 511)는 단면도에 도시되지 않음). 본 발명의 실시예에서, 링(1108)이 시준기(1100, 1102)를 함께 수용하도록 도시되고, 이는 시준기들이 다른 것에 대하여 하나가 회전될 수 있도록 허용하여 섹터(506)의 각도 크기(508)을 요구되는대로 설정할 수 있게 해 준다. 시준기(1100, 1102)를 수용하기 위한 락킹 메커니즘에 대한 실시예가 도 11D에 비교적 바람직한 방향으로 도시되어 있다. 도 11D에서, 링(1108)은 명료화를 위해 시준기(1100, 1102) 없이 도시된다. 섹션(1110)은 도면상에 절개되어 있고, 링(1108)의 u-형태(1112)를 보여주고, 그 내부에 시준기(1100, 1102)가 수용된다. 나사산 구멍(1116)에 결합되는 나사(1114)가 요구되는 각도 크기(508)이 설정된 후에 시준기(1100, 1102)를 제 위치에 잠그기 위하여 사용된다. 각도 크기(508)을 변경하기 위하여 오퍼레이터는 나사(1114)를 풀어 해제하고, 시준기(1100 및/또는 1102)의 방향을 조절하고, 다시 나사(1114)를 조여서 시준기 위치를 설정할 수 있다.
각도 크기(508)의 수동 조절을 포함하여 도 11의 실시예가 본 발명의 일 실시예로서 제공된다. 많은 다른 선택들이 이용가능하다. 하나 이상의 실시예가 도 12에 도시되어 있다. 일 실시예에서, 각도 크기(508)은 컴퓨터에 의해 제어될 수 있다. 도 12의 메커니즘은 주로 시준기의 림을 풀리로 대신 사용하여 풀리(1000)를 제거하는 것을 포함하여, 사소한 변경을 가하면서, 도 10의 유닛과 유사한 두개의 유닛을 포함하는 구조이다. 균형 웨이트(510, 511)는 도면의 명료화를 위하여 여기에 도시되지 않는다.
도 12A에서, 시준기(500)를 포함하는 하부 유닛은 풀리(1000)를 제거한 상태에서 시준기(500)의 림을 풀리로 대신 사용한, 도 10의 조립체이다. 시준기(1200)를 포함하는 상부 유닛에서, 조립체는 하부 조립체가 페이지에 수직한 축 둘레로 180도 회전할 때, 모터(1214)가 180도 회전하여 풀리 아래에 있고, 모터(1014)와 동일하다는 점을 제외하고는 하부 조립체와 동일하다. 이는 본 실시예에서 강제적인 사항이 아니지만, 일부 디자인의 경우에는 도 12의 조립체 위의 공간에 불필요한 물체가 없도록 유지하는 것이 도움이 될 수 있다. 도 12B는 시준기(500, 1200)가 서로 근접해 있고 동심을 이루도록 결합된 2개의 조립체를 도시한다.
도 12B의 조립체에서는, 시준기(500, 1200) 각각이 독립적으로 회전될 수 있다. 각각의 시준기에 대하여 각도 위치는 상기에서 제공된 실시예를 포함하여 모든 인코딩 시스템을 통하여 알려진다. 도 12B의 조립체의 사용 실시예에서, 각도 크기(508)은 시준기가 움직이지 않을 때 설정되고, 시준기(1200)는 요구되는 각도(508)에 도달될 때까지 회전된다. 그 다음, 시준기 둘 다는 상술한 X-선 노출 패턴을 제공하기 위하여 동일한 속도로 회전된다. 각도(508)을 조절하기 위하여 시준기 모두를 정지시킬 필요가 없다. 대신에, 시준기 두개 모두가 회전하는 동안에, 다른 쪽에 대한 한쪽 시준기의 회전 속도가 요구되는 각도(508)이 달성될 때가지 변경될 수 있고, 그 다음에 시준기 둘다를 동일한 속도로 회전을 계속시킨다.
도 12B의 실시예와 같은 기능을 가진 메커니즘은 보다 정교한 노출 패턴을 도입하기 위하여 사용될 수 있다. 그러한 메커니즘에 의해 각도(508)은 EC 동안에 다수의 노출 패턴을 생성하도록 변경될 수 있다. 예컨대, 각도(508)는 EC의 제1 절반 동안 증가될 수 있고, EC의 제2 절반 동안 감소될 수 있다. 이는 3가지 상이한 노출 패턴을 생성한다. 섹터(506)을 통해 노출된 영역들 사이의 경계는 뾰족하지 않고, 이러한 경계의 두께는 각도(508) 및 시준기의 회전 속대 대비 상기 각도를 변경하는 속도에 의존한다.
본 발명에 따른 모든 시준기는 EC를 통해 가변적 속도로 회전될 수 있고, 노출 기하학에 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 도 5의 시준기(500)는 EC의 제1 180도에 걸쳐서 일정 속도로 회전할 수 있고, EC의 다른 180도 동안에 두배 빠르게 회전할 수 있다. 이러한 실시예에서, EC의 제1 절반 동안에 섹터(506)를 통해 노출된 영역은 EC의 제2 절반 동안에 섹터(506)를 통해 노출된 영역 보다 두배의 DPP를 가지며, 이러한 두개의 절반 사이의 경계에 걸쳐서 DPP는 점진적으로 변한다.
원형 구멍(504)을 통하여 노출되는 중심 영역은 DPP의 제3 레벨을 가진다. 다른 회전 속도 프로파일(profile)은 다른 노출 기하학을 생성할 수 있다. 예컨대, EC에서 3개의 상이한 부분에 걸쳐 3개의 상이한 회전 속도를 가지게 함으로써 상이한 DPP를 가진 4개의 영역을 생성할 것이다.
상기에서 제공된 실시예들은 섹터-형태의 개구와 결합된 중심의 원형 개구로 이루어진 유사한 기본적 형태를 가진 구멍을 가지는 시준기를 제시했다. 이러한 실시예는 본 발명의 많은 태양을 제공하기 위하여 사용되었지만, 본 발명은 이러한 실시예에 제한되지 않는다.
도 13A를 참조하면, 도 13A는 본 발명에 따른 구멍의 또 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서 시준기(1300)의 구멍은 시준기 림과 동심을 이루는 원형 구멍(1302), 섹터-형태의 구멍(1304) 및 1304의 반대쪽에 있는 섹터 형태의 구멍(1306)(두개의 섹터는 180도 떨어져 있다)로 구성된다. 필요하다면, 예컨대(섹터(602, 604)를 포함하는), 도 6의 환형부 영역이 도 6의 영역(600)의 DPP 보다 1/10인 DPP로 노출될 것이고, 그러면 한번의 EC는 도 5의 시준기에 대하여 요구되어지는 360도와 대비하여 시준기(1300)의 단지 180도 회전으로 달성될 수 있다. 또한, 10 fps 동안 시준기(1300)의 회전 속도는 5 rps이어야만 하고, 도 5의 시준기(500)의 경우와 같이 10 rps가 아니다. 게다가, 도 5의 510과 같은 균형 웨이트는 도 13A의 시준기(1300)에는 필요하지 않는데, 이는 그것의 기하학에 의해 균형 잡히기 때문이다.
본 발명에 따른 시준기의 또 다른 실시예가 도 13B에 제공된다. 시준기(1310)의 구멍은 시준기 림과 동심을 이루는 원형 구멍(1312), 섹터-형태의 구멍(1314), 섹터-형태의 구멍(1316) 및 섹터 형태의 구멍(1318)로 구성되고, 그러한 3개의 섹터는 120도 떨어져 있다. 필요하다면, 예컨대, 도 6의 환형부 영역(섹터(602, 604)를 포함하는)이 도 6의 영역(600)의 DPP 보다 1/10인 DPP로 노출될 것이고, 섹터들(1314, 1416, 1318) 각각은 120도로 설정될 수 있고, 그러면 한번의 EC는 도 5의 시준기에 대하여 요구되어지는 360도와 대비하여 시준기(1310)의 단지 120도 회전으로 달성될 수 있다. 또한, 10 fps 동안 시준기(1300)의 회전 속도는 10/3 rps이어야만 하고, 도 5의 시준기(500)의 경우와 같이 10 rps가 아니다. 게다가, 도 5의 510과 같은 균형 웨이트는 도 13B의 시준기(1310)에는 필요하지 않는데, 이는 그것의 기하학에 의해 균형 잡히기 때문이다.
도 13A 및 도 13B의 시준기 실시예를 회전시키고 도 5의 시준기 실시예와 관련하여 상술된 영상 센서로부터 화소 값을 판독하는 방법과 관계는 당업자에게 자명한 변경사항을 가지면서 도 13A 및 도 13B의 시준기 실시예에 충분히 적용 또는 응용될 수 있다. 예컨대, 도 13B의 시준기에 대하여 도 8의 CMOS 카메라 화소 판독 섹터(800)가 추가적인 2개의 화소 판독 섹터에 의해 보완될 수 있는데, 이 경우 각각의 화소 판독 섹터는 도 13B의 2개의 추가적인 개구 섹터 중 하나에 결합되게 된다.
이러한 변경사항 및 비교사항 일부는 3개의 상이한 시준기 실시예 사이의 특징 및 실시에서의 차이점 일례를 나타내는 다음의 표1에 표시된다.
도 11 및 도 12는 도 5의 시준기(500)가 섹터(506)의 가변적 각도 크기(508)을 가능하게 하는 방식으로 어떻게 구성될 수 있는가에 대한 실시예를 제공한다.
도 14는 도 13A의 시준기가 섹터들(1304, 1306)의 각도 크기가 필요한대로 조절될 수 있도록 어떻게 구성될 수 있는가에 대한 실시예를 제공한다.
도 14A는 2개의 시준기들(1400, 1402)의 실시예를 나타낸다. 회색 배경의 직사각형은 시준기 고체 면적 및 구멍 홀들의 보다 나은 시각화를 위해 제공되며, 이는 구조의 일부가 아니다.
도 14B도 마찬가지다. 시준기들 각각은 시준기 림과 동심을 이루는 원형 홀 및 두개의 섹터 홀로 이루어진 구멍을 가진다. 여기서, 두개의 섹터 홀 각각은 90도의 각도 크기를 가지며, 섹터들은 180도 떨어져 있다. 시준기들(1400, 1402)이 다른 것 위에 하나가 동심을 이루며 놓여질 때, 도 14B의 결합된 시준기가 제공된다. 도 14B의 시준기의 구멍 사이즈 및 형태는 도 13A의 시준기의 구멍 사이즈 및 형태와 동일하다. 그러나, 도 14B의 조립의 경우, 개구 섹터들(1404, 1406)의 각도 크기는 시준기들(1400, 1402)를 서로에 대하여 회전시킴으로서 변경될 수 있다. 이는 도 11 및 도 12를 참조하여 상술한 모든 방법을 사용하여 행해질 수 있다.
유사한 디자인들이 도 13B의 시준기(1310)의 개구 섹터의 각도 크기를 가변적으로 구성할 수 있도록 제공될 수 있고, 나아가 다른 구멍 디자인을 제공할 수도 있다.
상술한 구멍 디자인에서, 구멍 형태는 일정한 회전 속도로 두개의 다른 DPP를 가진 두개의 영역을 제공하도록 설계되었다.
도 15A는 그러한 시준기를 제공하는데, 이는 중심으로부터 상이한 거리(r)에 대하여 두개 레벨의 DPP를 나타내는 정성 노출 프로파일을 또한 제공한다.
다른 구멍들이 모든 필요한 노출 프로파일들을 제공하기 위하여 설계될 수 있다. 일부 실시예가 도 15B, 도 15C 및 도 15D에 도시된다. 도 15의 모든 시준기들은 한번의 EC에 대하여 360도 회전하도록 목표 설정된 구멍 디자인을 가진다.
도 15의 시준기에서의 구멍들의 특징은 도 13의 시준기의 구멍들의 특징과 조합될 수 있다. 그러한 조합에 대한 실시예들이 4개의 상이한 구멍 디자인을 가진 4개의 시준기들을 도시하는 도 16에 도시된다. 도 16A에서 구멍의 좌측 절반 및 우측 절단은 대칭이 아니며, 한번의 EC는 360도 회전을 필요로 한다. 도 16B는 도 15C와 유사한(동일하지 않음) 노출 프로파일을 제공하는 구멍을 가진 시준기를 제공하지만, 한번의 EC는 단지 90도 회전으로 이루어진다. 도 16C는 도 15D와 유사한(동일하지 않음) 노출 프로파일을 제공하는 구멍을 가진 시준기를 제공하지만, 한번의 EC는 단지 360/8=45도 회전으로 이루어진다. 도 16D는 도 15D와 유사한(동일하지 않음) 노출 프로파일을 제공하는 구멍을 가진 시준기를 제공하지만, 한번의 EC는 단지 180도 회전으로 이루어진다.
이러한 실시예에 이어서, 본 발명은 다양한 디자인으로 구현될 수 있고, 상기에서 실시예로 제공된 특정 디자인에 제한되지 않는다.
화소 보정
상술한 바와 같이, 시준기 디자인 및 용도 마다 상이한 DPP를 가진 화소들은 적당한 디스플레이-프레임을 제공하기 위하여 정규화된다. 정규화 방안은 X-선 노출 방안(즉, 시준기 형태, 속도 및 위치)에 따라 만들어진다. 그러한 정규화는 이론적 파라메터들에 기초하여 행해질 수 있다. 예컨대, 일정한 속도로 회전하는 시준기(500)를 가진 도 7 및 도 5를 참조하면, 섹터들(702, 704)을 통합하는 환형부의 화소들은 원형 영역(700)의 양의 1/10을 받아 들인다(이 실시예에서 섹터(506)의 각도 크기(508)은 36도이다). 본 실시예의 단순화를 위하여, 한번의 EC가 완료될 때(즉, 시준기(500)는 360도 회전을 끝마친다) 마다 하나의 프레임이 센서로부터 판독되는 것으로 가정한다. 또한, 모든 센서 화소들은 영상 강화기 출력에 동일하게 반응하고, 영상 강화기는 균일한 반응을 가지고, X-선 관으로부터의 X-선 빔은 균일한 것으로 가정한다. 화소들 사이의 차이점들에 대한 유일한 내재된(즉, 시스템 레벨) 원천은 시준기 및 그것이 작동하는 방식으로부터이다. 본 실시예에서, 시스템 디자인에 기초한 정규화는 1 또는 2 인자(factor)로 화소 곱셈을 하는 것이며, 이는 DPP에서의 차이를 보상할 것이다.
하나의 정규화 실시예에서, 섹터들(702, 204)를 통합하는 환형부의 화소들로부터 얻은 값들은 10으로 곱해질 수 있다. 또 다른 정규화 실시예에서, 원형 영역(700)의 화소들로부터 얻은 값들은 1/10로 곱해질 수 있다. 또 다른 정규화 실시예에서, 섹터들(702, 204)를 통합하는 환형부의 화소들로부터 얻은 값들은 5로 곱해질 수 있고, 원형 영역(700)의 화소들로부터 얻은 값들은 1/2로 곱해질 수 있다. 본 발명의 기술, 설명 및 실시예에서, 곱셈 및 나눗셈은 전적으로 동등하며, "1/10으로 곱하다"와 같은 표현은 전적으로 "10으로 나눈다"와 같은 표현과 전적으로 동등하다. 값에 의한 곱셈이 언급될 때 마다, 상호적인 값 선택 및 그 역에 의해 또한 나눗셈을 의미할 수 있다. 동일한 개념이 수식에서 사용된 곱셈 및 나눗셈 기호에 대하여도 적용된다. 예컨대, A/B는 또한 A×C(여기서, C=1/B)를 나타낸다.
상기 실시예는 정규화 방안이 두개의 알려진 DPP를 가진 2개의 알려진 영역을 통합하는 것이기 때문에 비교적 단순하다. 이러한 상황은 상이한 시준기 또는 시준기 동작 방안과 함께 비교적 보다 복잡해질 것이다.
다음의 실시예에서, 시준기(500)의 회전에 일부 변경이 도입된다. 일정한 회전 속도 대신에 가변적인 회전 속도가 사용되는데, 이는 한번의 EC에 대하여 다음의 표2에 제공된다(시준기(500):360도의 경우).
영상 화소들과의 콘볼루션(convolution, 회선)과 함께 이러한 회전 패턴은 특히 가속 섹터에서 정규화 인자들을 추정하는 것을 보다 어렵게 한다.
도 15C 및 도 15D의 시준기 실시예에서, 많은 "화소 링들"(중심으로부터 소정 거리에 있는 화소들)은 적절한 정규화 인자를 필요로 한다. 정규화 인자들의 이론적 추정에 포함되지 않는 시스템의 제조 공차는 모니터(118)에 디스플레이되는 영상에서 링 패턴들로 나타나는 에러들을 야기할 수 있다.
다음의 캘리버레이션 방법은 인자들의 이론적 추정을 위한 필요사항을 없애고 나아가 제조 공차까지 보상하는 캘리버레이션을 제공한다.
본 실시예에서 본 발명의 모든 시준기가 사용될 수 있고, EC 마다 고정된 모든 회전 패턴이 사용될 수 있다.
다중 프레임 X-선 영상 촬영 시스템은 영상 촬영 과정과 관련된 모든 고정된 구성들(X-선 관, 요구되는 X-선 작동 모드, 즉 전압 및 전류, 가능한 X-선 필터, 시준기, 환자 베드, 영상 강화기, 카메라)을 포함하도록 설정되지만, 가변 부분(환자, 오퍼레이터 손 및 공구들)은 아니다.
캘리버레이션 방법에 따르면, 요구되는 시준기는 요구되는 패턴으로 회전된다.(상술한 실시예를 사용하여) 로(raw) 프레임 세트가 획득된다. 로 프레임은 화소들에 대한 어떠한 조작 없이, 모든 화소들로 1 이상 정수의 EC로부터 얻게되는 프레임이다. 획득되는 로 프레임의 수는 획득된 로 프레임의 평균인 평균 로 프레임에서 충분하여 비교적 우수한 S/N를 얻을 수 있어야만 한다. 로 프레임 보다 10배 높은 S/N을 가진 평균 로 프레임은 일반적으로 충분하고, 이는 100 로 프레임들을 평균함으로써 얻을 수 있다. 정규화 프레임의 요구되는 품질에 따라, 그 이상 또는 그 이하의 프레임들이 사용될 수 있다.
하나의 평균 로 프레임은 X-선을 오프한 상태 및 X-선을 온한 상태로 생성된다. 이러한 실시예를 위하여 디스플레이 목적을 위한 각각의 화소의 밝기 값이 0에서 255까지의 범위에 있다고 가정한다. 또한 5 내지 250 범위내에서 이론적 무잡음(noiseless) 프레임을 디스플레이하도록 선택한다(최악의 무잡음 화소는 값 5에서 디스플레이될 것이고, 최상으로 노출된 무잡음 화소는 값 250에서 디스플레이될 것이다). 이는 화소 값들을 0 내지 4, 및 251 내지 255 범위로 가져오는 노이즈가 디스플레이되는 프레임에 대한 통계적 출현에 기여할 수 있게 한다.
로 프레임들 j의 각각의 화소 i에 대한 보정, Pij(본 실시예에서 j는 프레임 지수이다)는 X-선 방사선으로 만들어지는 평균 로 프레임의 화소들의 값, Ai 및 X-선을 오프시킨 상태에서 만들어지는 평균 로 프레임의 화소들의 값, Bi를 사용하여 계산되고, 이는 아래와 같이 보정 화소 Dij를 산출한다.
(수식 1) Dij=(Pij-Bi)×(245/Ai)+5
보다 간단한 접근법에서 보정은 최악 및 최상 레벨에서의 노이즈 시각 측면을 무시할 수 있고, 이는 아래와 같이 0 내지 255의 디스플레이 범위로 간단히 보정한다.
(수식 2) Dij=(Pij-Bi)×(245/Ai)
상기에서 제안된 보정은 선형적이며, 영상 강화기 및 카메라에서 비교적 선형 응답을 가진 시스템에서 최상으로 작동한다.
비선형 응답을 가지는 시스템에 대하여는 보다 복잡한 보정 방안이 이중선형(bi-linear) 보정과 같이 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 화소들 값의 범위는 대략 2 범위까지 나누어진다. X-선의 전류는 정상 작동 모드에서 예컨대 1/2로 감소되어 DPP가 1/2로 감소된다. 감소된 전류 레벨은 비선형성의 특성에 의존하며, 최적 이중선형 보정은 X-선 전류의 1/2 이외를 필요로 할 수 있다. DPP는 시준기 뒤 오른족에 알루미늄판을 놓는 것과 같은 다른 방식으로 또한 감소될 수 있다.
이러한 실시예에서, 1/2 X-선 전류를 가지고, 로 프레임들의 또 다른 세트가 획득된다. 이러한 로 프레임들의 S/N은 특정 장치를 위한 표준 X-선 전류의 로 프레임들의 S/N 보다 더 적다. 이는 1/2 X-선 전류에 대한 평균 로 프레임을 생성하기 위하여 보다 많은 로 프레임들, 예컨대 200 로 프레임들을 사용함으로써 보상될 수 있다. Mi를 1/2 X-선 방사선이 온된 상태에서 만들어진 평균 로 프레임의 화소들 값을 나타내는 것으로 한다.
수식 2의 보정 실시예는 아래와 같이 본 실시예에서 구현된다.
Pij가 127과 동일 또는 그 이하인 값을 가질 경우
(수식 3) Dij=(Pij-Bi)×(127/Mi)
Pij가 127을 초과하는 값을 가질 경우
(수식 4) Dij=(Pij-Bi)×(255/Ai)
Mi을 위한 X-선 전류는 상이한 레벨로 설정되고(예컨대 특정 장치에 대해서는 표준 전류의 1/4), 수식들은 다음의 형식을 가질 것이다.
Pij가 63과 동일 또는 그 이하인 값을 가질 경우
(수식 5) Dij=(Pij-Bi)×(63/Mi)
Pij가 63을 초과하는 값을 가질 경우
(수식 6) Dij=(Pij-Bi)×(255/Ai)
화소들의 비선형성이 시스템의 작동 범위내에서 상이한 화소들 사이에서 유사하다면(즉, 비선형 응답에서의 차이가 비교적 적으면), 대부분의 경우에 비선형성에 대한 보정은 필요하지 않다. 만약 장치가 선형 응답을 필요로 하지 않고 디스플레이되는 프레임에 영향을 주는 비균일성 응답을 가지는 화소들을 단지 감소시키는 것이라면, 비선형성 보정을 생략할 수 있다.
이로부터 야기되는 노이즈 패턴이 장치에 장애를 일으키지 않는다면, 모든 화소들 보정은 생략될 수 있다. 보정은 장치에 적합한 대로 다른 정교한 레벨(선형, 이중선형, 삼중선형, 다항식 보간법 등) 도는 전혀 정교하지 않게 이루어질 수 있다.
가변적인 ROI 및 가변적인 회전 속도 프로파일:
위 실시예에서, 다른 회전 속도를 가진 상이한 회전 프로파일이 설명되었다. 다음의 실시예에서는 가변적인 속도를 가진 회전 프로파일들이 영상에서의 ROI 맥락에서 설명되어질 것이다. 상기 시준기의 실시예에서, 중앙의 원형 영역(도 6의 600 및 도 7의 700)이 ROI로 제시되었고, 따라서 보다 낮은 DPP를 수신하는 섹터들(702, 704)의 환형부 보다 더 높은 DPP를 수신하게 된다. 이는 사소한 점이며, 전형적으로 영상의 중심 영역이 ROI이며, 이는 영상의 보다 중요한 부분이 위치하는 곳이다. 보다 높은 DPP는 그 영역에서 보다 높은 S/N을 가져 오고, 그 결과 그 영역에서 보다 우수한 품질의 영상을 제공한다. 일반적으로, 예컨대 카테테르 삽입 과정 동안에, 환자 베드가 그 과정 동안에 카테테르의 팁이 영역(700) 범위내에 유지되도록 이동한다. 그러나, 때때로 영상에서 가장 관심있는 영역이 영역(700) 밖, 예컨대 도 17A에서 참조번호 1700으로 표시된 영역으로 이동할 수 있다.
이는, (1)카테테르 팁이 영역(1700)으로 이동하여 환자가 카테테르 팁을 영역(700)으로 가져 가도록 이동하지 않거나,(2)오퍼레이터가 어떤 이유로 영역(1700)을 주시하고 있는 것과 같은 많은 이유로부터 야기될 수 있다. 이러한 새로운 ROI 정보는 카테테르 팁에 대한 자동 팔로우업 또는(캐나다 온타리오 카나타 소재 SR 리서치 리미티드로부터 구할 수 있는 EyeLink 1000과 같은) 시선 추적기 디바이스를 사용하여 오퍼레이터가 주시하는 영역에 대한 팔로우업을 포함하여 많은 방식으로 시스템에 입력으로 제공될 수 있고, 이는 사용자의 응시점과 함께 있어야만 하는 요구되는 ROI 위치를 지시하거나 또는 컴퓨터 마우스를 사용하여 요구되는 ROI 위치를 지시할 수 있다.
시준기(500)의 일정 회전 속도에서, 그리고 개구 섹터(702)의 각도 범위를 가진 상태에서 영역(700) 외측 환형부에서의 DPP는 원형 영역(700) 내측의 DPP의 1/10이며, 영역(700) 외측 환형부에서의 S/N은 영역(700) S/N의 1/101/2이고, 그 결과 보다 낮은 품질의 영상을 주게된다. 이러한 점을 극복하고 본 발명의 기본적 실시예로서 초당 1/10의 EC인 시준기(500)로 10 fps의 디스플레이 프레임의 갱신 속도를 유지하기 위하여, 회전 프로파일은 변경될 수 있고, 그 결과 영역(700)을 포함하는 섹터(1702)(도 17B)에서의 시준기 회전 속도는 균일한 속도의 1/10까지 감소되고, EC의 나머지에서의 회전 속도는 초당 1/10의 EC를 유지하기 위하여 증가된다.
이것은 도 17B를 참조하여 설명될 것이고, 도 30에서 실제 수치의 예를 갖는 해당 흐름도에서 설명될 것이다.
영역(1700)을 포함하는 섹터(1702)의 각도 크기가 54도인 것으로 가정한다(단계 3000). 섹터(1702)의 제1 엣지는 1702A이고, 각도 위치 63도에 위치하며, 섹터(1702)의 제2 엣지는 1702B이고, 각도 위치 117도에 위치한다. 즉, 섹터(1700)는 각도 위치 90도에 중심을 두고 있다.
단계 3010에서, 시준기(500)의 감소된 회전 속도는 영역(1702)에 대하여 계산되며, 이것은 영역(702)의 것과 유사한 S/N을 갖는 영역(1702)을 초래할 것이다.
본 실시예에서, 섹터(702)의 엣지(702A)가 각도 63 도(1702A의 위치)로 접근할 때, 시준기(500)의 회전 속도는 1 rps로 감소된다. 이 회전 속도는 섹터(702)의 엣지(702B)가 엣지(1702B)(117 도)의 위치에 도달할 때까지 유지된다. 이러한 관점으로부터 시준기(500)의 회전 속도는 다시 증가된다. 단계 3020에서, 영역(704) 내의 시준기(500)의 증가된 회전 속도가 계산되며, 이것은 영역(1702)에서의 속도 변화를 보상하여, 전체 rps가 변화되지 않도록 할 것이다. 단순화를 위하여 가속 및 감속이 매우 높고, 따라서 가속 및 감속 횟수는 본 실시예에 대하여 명확하게 무시할 수 있는 것으로 가정한다. 상기 설명에 따라, 시준기(500) 회전 프로파일은 1 rps의 속도에서 54+36=90도(EC의 1/4 회전)를 포함한다. 이것을 보상하고 평균 10 rps로 EC를 마치기 위하여, EC의 나머지 3/4 회전에서 시준기(500)의 회전 속도는 X rps로 증가되어야만 하고, 이는 아래의 수식을 충족시킨다.
(수식 7) 1rps×1/4 + Xrps×3/4=10rps
따라서:
(수식 8) Xrps=(10rps-1rps×1/4)/(3/4) = 13rps
즉, EC의 나머지 270도 회전 동안에 회전 속도는 13 rps여야만 한다.
이러한 회전 프로파일 섹터(1702)가 영역(700)과 동일한 DPP로 노출되고, 영역(1700)의 S/N 또한 요구되는대로 영역(700)과 동일하다.
섹터(1702) 외측의 섹터 범위에서 시준기 회전 속도는 13 rps로 증가되고, DPP는 일정 회전 속도의 DPP 아래로 영역(700)의 1/13 DPP까지 감소될 것이다. 상이한 ROI 기하학에 따른 회전 프로파일의 설계를 보여주기 위하여 영역(1700)이 실시예로 여기서 제시되었다. 영역(1700)는 형태 및 위치에서 달라질 수 있고, 이는 하나 이상의 ROI가 기본 사이클의 ROI(700)에 추가될 수 있다. 그러한 변경들은 상술한 동일한 개념의 프로파일 변경으로 이루어질 수 있다.
상기에서 언급된 가속 및 감속은 EC의 신뢰할 수 없는 부분을 가질 수 있고, 설명되어져야만 한다. 다음의 실시예에서 가속 및 감속은 각각 45도 회전을 차지하고, 균일하다. 이 경우에, 가속은 엣지(702A)가 엣지(1702A)의 위치에 도달하기 전, 45도에서 시작해야만 하고, 감속은 엣지(702B)가 엣지(1702B)의 위치에 도달할 때 45도에서 시작한다. 시스템의 모든 다른 파라메터들은 동일하다. 만약 X가 EC의 180 도 동안의 회전 속도를 나타내고, Y는 각각의 45 도 가속 및 감속 섹터들에서의 평균 회전 속도하면, 따라서 아래의 수식은 0.1s의 EC(또는 10 rps의 평균 회전 속도)를 유지하도록 충족되어질 필요가 있다.
(수식 9) 1rps×1/4 + 2×Yrps×1/8 + Xrps×1/2=10rps
일정한 가속 및 감속이 1 rps와 10 rps 사이에서 이루어지면, Y=(1+10)/2=5.5이고, 180도 동안에 높은 회전은 16.75 rps이다.
상기 실시예를 통해 제시되는 이러한 접근법은 다른 가속 프로파일, 다른 시준기 및(다른 fps 율과 같은) 다른 작동 방안에도 또한 적용될 수 있다. 상기에서 설명된 화소 보정 방법은 가변적인 회전 속도 프로파일에도 또한 충분히 적용될 수 있다.
이미지의 다른 영역들에 대한 상이한 갱신(refreshment) 속도
상술된 바와 같이,(도 5의 시준기(500)의 실시예에서 시준기의 일정 회전 속도를 10 rps로 하고 디스플레이-프레임 갱신 속도를 10 fps로 하면), 도 7의 원형 영역(700)의 DPP는 섹터들(702, 704)(이는 간단하게 "환형부"로 표시됨)로 구성된 환형부 영역의 DPP 보다 10배 높다. 따라서, 영역(700)의 S/N은 환형부 영역의 S/N 보다 101/2 만큼 우수하다. 전체 이미지(120)(도 2 참조)의 갱신 속도는 10 fps로 동일하다. 전체 프레임의 시간 해상도는 0.1 초이다. 이전의 실시예에서, 각각의 디스플레이-프레임은 카메라(116)으로부터 획득된 하나의 프레임 데이터로부터 구성되었다. 디스플레이(118)상의 영역(200)은 센서에서의 영역(700)에 대응된다. 영역(200)은 영역(202)의 DPP의 10 배로 노출되고, 영역(200)의 S/N은 환형부 영역(202)의 S/N 보다 101/2 만큼 더 우수하다. 시준기(500)의 각각의 EC에서 데이터는 센서(714)로부터 판독되고, 처리되어 모니터(118)에 디스플레이된다. 완전한 영상(120)은 0.1s 마다 갱신된다.
본 발명의 다음 실시예에서, 환형부(202)의 S/N을 향상시키는 것이 바람직하다.
제1 실시예에서, 영역(200)은 센서(714)로부터 판독된 데이터로 0.1s 마다 갱신되고, 환형부(202)는 단지 1s 마다 갱신된다. 이 1s 동안에, 환형부(202)의 화소들에 대하여 센서(714)로부터 수신된 데이터가 환형부 영상을 생성하기 위해 사용되는데, 이 경우 환형부 영상은 10개의 이전의 프레임의 합이다. 간소화된 형태로서, j=1 내지 10으로 색인된 모두 10개의 프레임들이 저장된다. 그 다음, 환형부(202)의 범위에서 각각의 화소들 i에 대하여 값들의 합이 계산된다: Pni=∑pij. Pni는 보정되고 디스플레이되고, 여기서 n은 매 10 프레임 세트에 대한 지수이다. 따라서, j=1 내지 10까지에 대하여 합산 프레임들의 화소들은 P1i이다. j=11 내지 20까지의 프레임들에 대하여 합산 프레임들의 화소들은 P2i이다. j=21 내지 30까지의 프레임들에 대하여 합산 프레임들의 화소들은 P3i 등이다. 이러한 실시예로 비록 환형부(202)가 영역(200)의 기본 시간 마다 DPP의 1/10을 수신하지만, 환형부(202)의 S/N이 영역(200)의 S/N과 유사한 영상(120)의 디스플레이를 얻을 수 있다. 그러한 절충안은 영역(200)의 매 0.1s에 비하여 매 1s 마다 환형부(202)가 갱신되고, 환형부(202)의 시간 해상도가 영역(200)의 0.1s에 비하여 1s라는 점이다.
제2 실시예에서, j=1 내지 10으로 색인된 첫번째 10개의 프레임들이 획득 및 저장된 후, 환형부(202)의 화소들의 합으로 디스플레이되고, 환형부(202)의 갱신은 다른 방식으로 이루어진다. j=11 내지 20이 획득될 때까지 1s 동안 환형부(202)의 디스플레이를 유지하는 대신, 그 디스플레이된 영상은 다음과 같이 0.1s 후에 갱신된다:
j=11 프레임이 획득되고 프레임 1 대신에 저장된다. 따라서, 이전에 저장된 프레임들(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10)에 이어 다음의 프레임들(11,2,3,4,5,6,7,8,9,10)이 저장된다. 이러한 프레임 세트는 이전의 세트 및 환형부(202)가 갱신되는 것과 같은 방식으로 다루어진다. 추가적인 0.1s 후에, 12로 색인된 프레임이 획득되고 2로 색인된 프레임 대신에 저장된다. 즉, 11,12,3,4,5,6,7,8,9,10이다. 그러한 세트는 동일한 방식으로 처리되고, 환형부(202)의 디스플레이가 갱신된다. 이러한 과정이 그 자체로 반복되고, 결과적으로 환형부 영역은 영역(200)과 같이, 매 0.1s 마다 갱신된다. 환형부(202)의 시간 해상도는 0.1s의 시간 해상도를 가진 영역(200)에 비교하여 여전히 1s이다. 환형부(202)의 S/N은 영역(200)의 S/N과 유사하다.
제3 실시예에서, 중간적 접근법이 제시된다. 제1 실시예에 이어서, 10개의 프레임을 합산하고 환형부(202)를 매 1s 마다 갱신하는 대신에, 합산은 5 프레임 마다 행해질 수 있고 환형부(202)의 갱신은 매 0.5s 마다 이루어질 수 있다. 환형부(202)의 S/N은 영역(200)의 S/N의 1/21/2이지만, 여전히 시준기(500)의 기본 실시예의 1/101/2 보다 더 좋고, 시간 해상도는 이 방법의 제1 실시예의 1s와 비교해서 단지 0.5s이다.
또한, 제2 실시예에서 중간적 접근법이 사용될 수 있는데, 매번 10 프레임들 중 하나를 대체하는 대신에, 5 프레임 세트내(1,2,3,4,5, 그 다음, 6,2,3,4,5, 그 다음 6,6,3,4,5 등)에서 하나의 프레임을 대체하는 것이다. 여기서, 0.1s 마다 환형부(202)의 갱신을 다시 얻지만, 0.5s의 시간 해상도를 가지며, 환형부(202)의 S/N은 영역(200) S/N의 1/21/2가 될 것이지만, 여전히 시준기(500)의 기본 실시예의 1/101/2보다 우수하다.
이러한 방법은 도 18의 시준기와 같이 시준기를 회전시키지 않는 시준기에 대하여 또한 구현될 수 있다. 도 18A는 시준기의 평면도를 제공하고, 도 18B는 도 18A의 단면 c-c이다. 시준기(1800)는 본 발명의 다른 시준기와 같은 X-선 감소의 유사 기능을 제공한다. 시준기는 그 영역내의 모든 방사선이 통과하도록 허용하는 구멍(1802), 물질(전형적으로 알루미늄) 및 그 물질의 두께에 기초하여 그 영역을 통과하는 방사선을 감소시키는 환형부(1806), 및 두께가 중심으로부터의 거리의 함수로 변하고 구멍(1802)의 측면에서 두께 0에서 시작하여 환형부(1806)의 측면에서 환형부(1806)의 두께에서 끝나는 환형부(1804)를 포함한다. 도 18C는 중심(r)으로부터의 거리의 함수로서 체계적인 DPP 그래프를 제공한다.
환형부(1806)을 넘은 이후는 방사선이 충분히 차단된다. 본 실시예의 설명을 위하여 시준기(1800)로부터 산란되는 방사선은 무시된다. 본 실시예를 위하여 환형부(1806)를 통과하는 DPP는 구멍(1802)을 통과하는 DPP의 1/10이다. 프레임율은 10 fps이고, 디스플레이-프레임 갱신율은 10/s이다. 상기 실시예에서 설명된 바와 같이, 환형부(1806)와 관련된 영상 부분의 S/N은 구멍(1802)와 관련된 S/N의 1/101/2이다. 환형부(1806)와 관련된 영역의 S/N이, 구멍(1802)와 관련된 영역의 S/N과 유사한 영상을 디스플레이하기 위하여 상술한 모든 방법이 사용될 수 있다.
도 18D는 모니터(118)의 표현에 시준기(1800)와 관련된 디스플레이 프레임을 제공한다. 원(1822)은 시준기(1800)의 구멍(1802)을 통하여 도달하는 방사선과 관련된 영역이다. 환형부(1824)는 시준기(1800)의 환형부(1804)를 통과하여 도달한 방사선과 관련된 영역이다. 환형부(1826)은 시준기(1800)의 환형부(1806)을 통하여 도달하는 방사선과 관련된 영역이다. 도 18B의 환형부(1804)의 실시예는 두께가 선형으로 변하고, 도 18C에서의 1814의 방사선 변화에 대한 실시예는 비-선형 두께 변화이다. 즉, 많은 다른 함수들이 도 18B의 환형부(1800) 및 환형부(1806) 사이에서 방사선의 요구되는 기울기 변화를 맞추기 위하여 두께 기울기(1804)를 생성하도록 사용될 수 있다.
제1 실시예에서, 영역(1822)는 센서(714)로부터 판독된 데이터를 가지고 매 0.1s 마다 갱신되고, 환형부(1826)은 단지 1s 마다 갱신된다. 이 1s 동안에, 환형부(1826)의 화소들에 대하여 센서(714)로부터 수신된 데이터가 이전의 10 프레임들의 합산인 환형부 영상을 생성하는데 사용된다. 간소화된 형태로, j=1 내지 10으로 지수 표시된 모두 10개의 프레임들이 저장된다. 그 다음, 환형부(1826)의 범위에서 각각의 화소들 i에 대하여 값들의 합이 계산된다: Pni=∑pij. Pni는 보정되고 디스플레이되고, 여기서 n은 매 10 프레임 세트에 대한 지수이다. 따라서, j=1 내지 10까지에 대하여 합산 프레임들의 화소들은 P1i이다. j=11 내지 20까지의 프레임들에 대하여 합산 프레임들의 화소들은 P2i이다. j=21 내지 30까지의 프레임들에 대하여 합산 프레임들의 화소들은 P3i 등이다. 이러한 실시예로 비록 환형부(1826)가 영역(1822)의 기본 시간 마다 DPP의 1/10을 수신하지만, 환형부(1826)의 S/N이 영역(1822)의 S/N과 유사한 영상(120)의 디스플레이를 얻을 수 있다. 그러한 절충안은 영역(1822)의 매 0.1s에 비하여 매 1s 마다 환형부(1826)가 갱신되고, 환형부(1826)의 시간 해상도가 영역(1822)의 0.1s에 비하여 1s라는 점이다.
환형부(1824)에 대하여, DPP가 환형부의 너비에 따라 1822의 DPP로부터 이 DPP의 1/10, 즉 환형부(1826)의 DPP에 이르기까지 선형적으로 감소되는 실시예를 여기서 사용할 것이다.
본 실시예에서 환형부(1824)를 똑같은 반경 단계를 가지는 8개의 환형부들로 나눌 수 있고, 가장 작은 환형부 #1의 평균 DPP가 1822의 9/10이고, 그 다음의 환형부 #2의 평균 DPP는 1822의 8/10이고, 환형부 #3은 7/10 등이고, 그리고 마지막 환형부 #8는 1822의 2/10 DPP이다.
상기 세그먼트들(환형부 #1 내지 #8)을 참조하여 값이 언급될 때마다, 그 값은 그 세그먼트에 걸친 시준기의 두께 변이를 고려한 그 세그먼트의 평균 값이다. 전체 디스플레이되는 영상(120)에서 동일한 S/N을 제공하고 1s 까지의 시간 해상도를 유지하는 것을 목적으로 할 때, 영역(1822)에서의 DPP와 환형부 #5에서의 DPP의 비율이 정수이기 때문에, 환형부 #5(영역(1822)의 1/2 DPP) 및 환형부 #8(영역(1822)의 1/5 DPP)에 대하여 단순한 방식으로 행해질 수 있다. 동일한 것이 환형부 #2를 위한 경우이다.
환형부 #5의 경우에,(상기에서 설명된 적절한 화소 보정과 함께) 상기 방법으로 설명된 바와 같이 2개의 시간적으로 연속적인 프레임들을 추가하면, 영역(1822)와 유사한 S/N을 제공한다. 본 실시예에서 시간 해상도는 0.2s이다.
환형부 #8의 경우에,(상기에서 설명된 적절한 화소 보정과 함께) 상기 방법으로 설명된 바와 같이 5개의 시간적으로 연속적인 프레임들을 추가하면, 영역(1822)와 유사한 S/N을 제공한다. 본 실시예에서 시간 해상도는 0.5s이다.
다른 환형부들(#1, #3, #4, #6, #7, 및 #8)에 대하여, 영역(1822)에서의 DDP와 이러한 환형부들에서의 DDP의 비율은 정수가 아니다. 따라서, 프레임들의 정수의 화소들을(1s 시간 해상도 보다 커지 않는 요구된 제한치를 고려하면 10까지) 추가하면, 요구되는 S/N을 초과하거나 또는 그 요구되는 S/N 보다 적을 것이다.
본 실시예의 필요 조건하에서 요구되는 S/N을 얻기 위하여 다음의 방법(도 31의 흐름도에 기재된)이 적용될 수 있다.
1. 각각의 환형부 #m에 대하여, 시간적으로 연속적인 프레임들의 화소들의 최소 수를 추가한다. 이는 영역(1822)의 S/N과 동일하거나 그 보다 높은 S/N을 제공한다(단계 3100-3120).
2. 화소 보정(상술된 바와 같이, 오프셋, 정규화 등등)을 실시한다(단계 3130).
3. 영역(1822) 보다 높은 S/N의 경우에 대하여 보상하기 위하여 환형부 #m의 각각의 화소에 노이즈를 추가한다(단계 3140-3150).
상기 단계들은 환형부 #1을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 환형부 #1의 DPP는 영역(1822)의 9/10 DPP이다. 환형부 #1에서의 S/N은 영역(1822)에서의 S/N의(9/10)1/2이다. 따라서, 상기 단계 1을 따르면 환형부 #1의 영역에서 2개의 시간적으로 연속적인 프레임들의 화소들을 추가할 필요가 있고, 이는 환형부 #1의 화소들의 S/N을 영역(1822)의 그것과 동일하거나 또는 더 높게 만들 수 있다.
환형부 #1의 영역에 2개의 시간적으로 연속적인 프레임들의 화소들을 추가함으로써, 환형부 1에서 결과적인 프레임의 유효한 DPP는 영역(1822)에서의 DPP의 18/10이다. 환형부 #1의 S/N은 영역(1822)의 S/N의(18/10)1/2이다. 영상(120)에서 너무 높은 S/N을 보상하고, 가능한 시각적 형태를 얻기 위하여 가우스 노이즈가 하기 수식을 만족하도록 각각의 화소에 추가된다.
(수식 10) (N1822)2=(N#1)2+(Nadd)2
여기서, N1822는 특정 대상체 투사를 위한 영역(1822)의 특정 화소과 관련된 노이즈이고, N#1은 환형부 #1에서 2개의 시간적으로 연속적인 화소들의 합(화소-합)인 화소과 관련된 노이즈인데, 여기서는 동일한 대상체 투사를 가지고 화소-합은(가장 단순한 보정 형태로서 합산된 화소들의 값을 1.8로 나우어 18/10부터 10/10까지의 DPP을 가져오고-이는 영역(1822)와 동일한) 화소 보정 과정을 거치게 되고, Nadd는 화소-합에 추가되는 노이즈이고, 이는 영역(1822)와 동등한 화소과 동일한 레벨로 S/N을 얻게 해 준다.
상기 실시예에서, 환형부 #1의 화소 합에서 X-선 광자의 수는 영역(1822)의 동등한 화소(동일한 대상체 투사)의 1.8이고, 화소-합의 노이즈는 영역(1822)의 동등한 화소의(1.8)1/2이고, S/N은 또한 영역(1822)의 동등한 화소의(1.8)1/2이다.
Nadd의 양을 계산하기 위하여 우리는 아래 형태의 수식 11을 사용한다.
(수식 11) Nadd=((N1822)2-(N#1)2)1/2
1.8로 화소 보정 나누기 하면,
숫자를 사용하면:
Nadd =(12-((1.81/2)/1.8)2)1/2
Nadd = 0.667
따라서, 화소 합에 푸아송 노이즈를 추가함으로써 우리는 영역(1822)의 동등한 화소과 유사한 노이즈를 그 화소에 제공한다.
모든 실시예는 관련 기초에 따라 계산되고, 따라서 영역(1822)의 화소는 1이다.
수식 10에서의 노이즈 값들은 화소 값에 의존하고, 전형적으로 화소 평균 레벨의 제곱근이다. 동일한 보정 방법이 적절한 변형과 함께 환형부(1824)의 모든 세그먼트들에 적용될 수 있다.
연속적인 프레임들의 화소들을 추가하는 것은 디스플레이-프레임 갱신 이전에 매번 새로운 프레임들을 추가하거나, 또는 상술한 FIFO 방법을 사용함으로써 가능할 수 있다.
환형부(1824)를 8개의 세그먼트들로(환형부 #1 내지 환형부 #8)로 나누는 것은 단지 일 실시예로 제공된 것이다. 보다 많은 갯수의 세그먼트들이 있을수록, 환형부(1824)에 걸쳐 보다 균일한 S/N이 가능할 수 있다. 그러나, S/N 조절의 비균일성에 의해 시인성이 영상의 S/N에 의해 모호해지고, 따라서 세그먼트들의 어떤 수 이상에서는 더 많은 세그먼트들의 기여도가 낮아 오퍼레이터가 분간할 수 없을 수 있다. 따라서, 특정 절차에서 영상의 S/N 통계 자료에 따른 환형부 세그먼트들의 개수를 제한할 수 있다.
시준기 실시예(1800)의 환형부(1824)와 같은 비-균일 DPP 영역을 다루기 위하여 동일한 방법이 도 15C, 도 15D 및 비-균일 DPP 영역을 또한 생성하는 도 16의 시준기들에도 사용될 수 있다. 이러한 방법은 상이한 노출 영역이 시준기의 형태, 시준기의 움직임 또는 형태와 움직임의 조합에 의해 발생하든지 또는 시준기에 의해 사용되는 방법과 무관하게, 상이한 노출 영역을 발생시키는 모든 시준기로 사용될 수 있다. 시준기가 이동하는 모든 경우에는, 동일한 움직임 패턴을 가진 사이클들은 상술한 바와 같이 영상 개선을 간소화하지만, 상술한 영상 개선을 하는 것이 필요 조건은 아니다.
상기의 예에서, 환형부(1806)(도 18A)에 일치하는 이미지 영역(1826)(도 18D)를 참조하면, 상기 논의가 이미지 영역(1826)의 기본 처리에 관련된 것이었다: 그 이유는 영역(1822) 내의 방사선의 1/10인 방사선이 있기 때문에, 영역(1826)의의 마지막 10 프레임을 합산하여 영역(1822)의 것과 유사한 S/N을 갖는 처리된 영역(1826)을 생성할 수 있다.
또 다른 접근법에서, 보다 적은 프레임을 추가하기 위해서, 영역(1826) 내의 S/N 목표를 절충할 수도 있을 것이다. 예컨데, 단지 5 프레임만을 합산하고, 영역(1822)의 S/N의 0.71인 S/N을 얻는 것을 선호할 수 있고, 그렇지만 그렇게 함으로써, 10 프레임을 합산한 경우에 비해, 2 배만큼 영역(1826)의 시간 해상도를 향상시킨다.
본 예에서 결과적인 1/2 밝기를 보상하기 위하여, 영역(1822) 내의 각각의 화소 값은 2로 곱해질 수 있다. 보다 일반적으로는, 만일 M 프레임을 합산하여 영역(1822)의 밝기와 연계되는 밝기를 얻을 필요가 있는 경우에는, 그리고 대신 m 프레임들이 합산된다면(여기서, m은 임의의 양수가될 수 있음), 영역(1826)내의 화소들의 화소 값은 M/m 로 곱해져야만 한다.
또한, 상기 합산된 프레임 수는 정수일 필요가 없음은 잘 알 수 있을 것이다. 예컨데, 4.5 프레임이 합산될 수 있다. 이 예에서, FRMn는 최종 프레임이며, FRMn-1은 이전 프레임 등이다. 마지막 4.5 프레임을 합산하면, 상기 수식(각각의 화소용)을 가정할 수 있다:
SUM =(FRMn) +(FRMn-1) +(FRMn-2) +(FRMn-3) + 0.5 ×(FRMn-4)
이때, 밝기 조절은 인자 10/4.5를 사용한다.
몇몇의 경우에, 환형부(1806)(또한 1804)를 통과하는 방사선의 스펙트럼 변화에 기인하여, 그 영역내의 X-선은 환자를 통과 할 때, 낮은 흡수 계수를 경험한다. 따라서, 비록 어떤 환자 또는 다른 흡수 물질이 존재하지 않을 때에도, 영역(1826)에 대한 방사선은 영역(1822)에 대한 방사선의 1/10이고, 흡수 대상체가 존재하는 경우, 영역(1822)에 대한 영역(1826)의 유효 방사선은 1/10보다 높다. 그것은 예컨데, 1/8 일수 있다. 이러한 경우에, 마지막 8 프레임을 추가하는 것은, S/N 및 밝기 기준을 모두 만족하게 된다(영역(1822)과 유사하게 됨). 이것은 특히 어두운 영역(높은 흡수 계수)에서, 보다 적은 프레임을 합산하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, ROI가 도 17A에서 제시된 바와 같이 영역(1700)으로 옮기게 될 때, 도 17B를 참조하여 설명된 바와 같이 시준기(500)의 회전 프로파일을 조절하는 대신에, 전체 시준기가 시준기(500)의 평면에 평행한 방향으로 선형적으로 이동될 수 있고, 그 결과 도 5의 원형 구멍(504)을 통과하는 X-선 방사선은 카메라 센서(710)에서 도 19A에 도시된 바와 같이 영역(1700) 둘레에 중심이 놓이게된다.
시준기 입력 표면(112)에 도달할 수 있는 유일한 방사선은 시준기(500)의 구멍(원형 구멍(505) 및 섹터 구멍(506))을 통과하는 방사선이다. 따라서, 센서에서의 영역(1902)는 도 19A에서 섀도잉되고(shadowed)(어떠한 방사선도 영상 강화기 입력(112)의 대응 영역에 도달하지 않는다), 경계선(712)에 의해 제한되는 700, 702 및 704를 포함하는 영역이 단지 노출된다. 그 노출된 영역은 두개의 원들 사이에 중첩이 있게 되며, 하나의 중심이 다른 것에 대하여 이동하게 되고, 도 19A에서 참조번호 1900으로 표시된다.
본 발명의 필요한 기능은 영역(700)에서 보다 높은 DPP를 가능하게 하는 원형 구멍(504) 및 구멍(504)의 DPP의 단지 1/10을 가능하게 하는 영상 영역의 나머지와 관련된 섹터 구멍(506)에 의해 영역(1900)내에서 제공된다.
도 19B는 도 19A의 실시예에 따른 도 2의 출현 버젼을 도시한다.
시준기(500)는 공통의 X-Y 메커니즘 시스템을 사용하여 X-Y 평면에서 이동될 수 있다(도 1A 의 좌표계(126) 참조). 예컨대, 도 10C의 환형부 형태의 정적 부분(1016)는 X-선 관 구조에 결합되는 대신에 X-Y 시스템에 결합되고, X-Y 시스템은 X-Y 관의 구조에 결합되고, 그 결과 본 실시예에서 도 10C의 시준기가 도 19A의 실시예에서 요구되는 바와 같이 X-Y 평면에서 이동할 수 있다.
화소 보정, S/N 조절, 상이한 프레임들의 화소 추가와 같은 상술한 방법이 시준기의 이동을 위한 조절과 함께 도 19A의 실시예에 충분히 적용될 수 있다. X-Y 이동 방법은 본 발명의 모든 시준기에 적용될 수 있다.
X-Y 대신에 라인(예컨대 X 축)을 따른 이동이 동일한 방식으로 적용될 수 있는데, 이는 영상(120) 영역에 걸쳐 이 방법으로 할 수 있는 ROI 영역들이 제한되는 한계를 가진다. X-Y 기계 시스템은 중국 상하이 소재 상하이 정신 리미티드로부터 구할 수 있는 전동 XY 테이블 ZXW050HA02와 같은 것을 포함하여 많은 디자인을 가질 수 있다. X-Y 기계 시스템의 전통적 디자인은 종래 기술에서 공통적이고, 종종 장치의 요구사항을 최적으로 충족시키도록 만들어진다. 전통적으로 설계된 X-Y 기계 시스템의 제공자는 미국 캘리포니아 몬로비아 소재 LinTech이다.
시준기(500)의 직경은 증가될 수 있고, 섹터(702)의 길이는 도 20B에 도시된 바와 같이 r3로 증가된다. 도 20A는 도 20B의 시준기와 용이한 비교를 위하여 도 20A와 같이 여기서 제공되는 도 5의 시준기이다. 각도(508)는 동일하고(본 실시예에서 36도), 원형 구멍(504)의 직경도 동일하다(r1). R3는 도 19를 참조하여 설명된 바와 같이 시준기가 측면으로 이동될 때, 영상 강화기 입력(112)의 전체 뷰 영역을 통합할 정도로 충분히 크다. 본 디자인으로, 도 19B의 전체 이미지 영역(120)은 도 19의 실시예에서 1902와 같은 섀도잉 영역 없이 활성화된 상태로 유지된다. 이러한 시준기 확대는 본 발명의 모든 시준기에서 구현될 수 있다.
도 19의 실시예에 대하여, 요구되는 최대 이동은 엣지 원형 구멍(700)이 영상(712)의 엣지 어디에서나 한번 점접촉되는 지점까지이며(일 실시예가 도 19A의 점(1904)이다), 섹터 홀의 요구되는 반경(r3)는 도 20B를 참조하여 다음과 같이 계산될 수 있다.
(수식 12) r3 = A-r1
여기서, A는 시준기 평면에 투사로 크기 조정된 영상 강화기 입력(112B)(도 3 참조)의 직경이다. 즉:
(수식 13) A = B×(D1/D2)
X-Y 평면에서 시준기를 이동시키는 과정에서,(영역(504)를 통하여) 최대 DPP로 노출된 화소들은 1/10 DPP로 노출되는 상태로 변경될 수 있는데, 이는 영역(504)가 이동하고 그러한 화소들이 더 이상 그 영역에 포함되지 않게 되기 때문이다. 1s 동안 화소는 영역(504)에서 최대 DPP로 포함된 상태를 영역(504) 외측 1/10 DPP로 변한다. 이러한 실시예의 작동 모드를 고려하면, 1/10 DPP의 10 프레임들이 이미 획득되고, 이 화소의 처리가 디플레이를 위해 영역(504)내와 같은 S/N을 제공하기 위해 마지막 10 프레임들을 사용하는 상술된 방법에 의해 이루어질 수 있다(또는 다른 실시예에서는 0.5s 후에 5 프레임들). 1s 전이 동안, 영역(504)에 포함될 때 이 화소를 그와 같은 S/N으로 유지하기 위한 또 다른 조작이 요구된다.
도 32를 참조하기로 한다. 단계(3200)에서, 현재 프레임으로부터의 화소들은 화소 합계에 첨가되고, 다음 프레임이 고려된다(단계 3210). 따라서, 전이 기간까지 합산된 프레임들은 전체 DPP 데이터를 갖는 가중된 합계에 조합되고(단계 3220), 여기서 전체 DPP 데이터는 새로운 프레임의 보다 낮은 DPP를 보상하고, 일관된 S/N을 유지하기 위해서 가중된다. 예컨데, 하나의 프레임이 전이되면, 디스플레이는 90%의 전체 DPP와 상기 하나의 새로운 프레임의 가중된 합계일 것이다. 2개의 프레임 이후에는, 80% 전체 DPP와 상기 2개의 새로운 프레임 등이다. 전체 DPP의 가중은 그것들이 영역(504)내에 포함되었을 때와 동일하게, 화소들의 S/N을 유지하기 위하여 필요한 DPP를 나타내도록 하기 위해서 그것의 유효 투여량을 감쇠시킨다.
단계 3230에서, 만일 정규화가 실행된 경우, 그 다음 업데이트된 이미지가 표시된다(단계 3240). 이 과정은 전체 EC에 대해 지속하며, 여기서 새로운 프레임들이 점진적으로, 이전의 전체 DPP 데이터에 비해 더 많은 가중을 받는다. 10 프레임이 경과한 때에, 전이 기간이 종료되고, 그리고 도 28C에서 설명된 것과 같은 방법이 작동을 시작할 수 있다(단계 3260).
일 예가 추가적인 명확한 설명을 위해서 아래에 제공되어 있다: 본 실시예에서, 0.1s의 갱신 속도 및 0.1s 내지 1s로 변하는 시간 해상도를 가지고, 다음의 절차로 실시되는데, 여기서 N은 그 화소에 대한 마지막 최대 DPP 프레임의 지수(index)이다.
1. 시간 0에서, 프레임 N의 마지막 최대 DPP 데이터 100%인 화소를 디스플레이한다. 시간 해상도는 0.1s이다.
2. 시간 0.1s에서, 프레임 N의 마지막 최대 DPP 데이터 90%, 및 프레임 N+1의 새로운 DPP 데이터 100%에 대한 가중합인 화소를 디스플레이한다.
3. 시간 0.2s에서, 프레임 N의 마지막 최대 DPP 데이터 80%, 프레임 N+1의 DPP 데이터 100%, 및 프레임 N+2의 DPP 데이터 100%에 대한 가중합인 화소를 디스플레이한다.
4. ....
5. ....
6. ....
7. ....
8. ....
9. ....
10. 시간 0.9s에서, 프레임 N의 마지막 최대 DPP 데이터 10% 및 프레임들 N+1, N+2,...,N+9 각각의 새로운 DPP 데이터 100%에 대한 가중합인 화소를 디스플레이한다.
11. 시간 1.0s에서, 프레임 N의 마지막 최대 DPP 데이터 0%, 및 프레임들 N+1, N+2,...,N+9, N+10 각각의 새로운 DPP 데이터 100%에 대한 가중합인 화소를 디스플레이한다. 시간 해상도는 1s로 변했다.
12. 1/10 DPP 영역에 대한 영상 개선을 위해 상술한 방법을 계산한다. 시간 해상도는 1s이다.
1/10 DPP의 화소들을 단지 1fps의 속도로 갱신하는 방법의 경우, 마지막 최대 DPP 데이터는 화소의 1/10 DPP 노출로 변경한 후에 1s 동안 제공되고, 그 이후 1/10 DPP의 마지막 10 프레임들의 평균이 화소를 갱신하기 위해 사용될 것이다.
화소가 반대 방향으로 상태를 변경할 경우, 즉 1/10 DPP 영역으로부터 최대 DPP 영역으로 변경될 경우, 이러한 전이는 순간적이며, 상태 변경 후 처음 0.1s에서 그 디스플레이되는 영상은 최대 DPP의 처음 0.1s 프레임으로 갱신된다.
도 1A를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 방법들은 비교적 높은 주파수 펄스 X-선에 대하여도 또한 적용될 수 있다. 용어 "비교적 높은 주파수"는 시준기 디자인 및 작동 모드에 관련된다. 36도의 섹터 각도 크기를 가지고 10 rps로 회전하는 도 5의 시준기(500)의 실시예에서, 펄스 주파수는 각각의 36도 프레임 영역 당 적어도 하나의 X-선 펄스가 있도록 하기 위하여 적어도 100/s의 주파수에 있어야만 한다. 화소 보정 방안을 간소화하기 위하여, X-선 펄스 주파수는 최소 주파수의 양의 정수배일 것이 요구된다. 본 실시예에서, 200/s, 300/s, 400/s 등이다. 본 실시예에서, 1,000/s, 즉 최소 주파수의 10배가 비교적 높은 주파수로 간주될 수 있다.
시준기는 X-선에 전적으로 불투명하지 않고, 시준기들은 불투명 영역에서 X-선 대부분을 차단하도록 구성된다. 0.25mm의 HVL(반가층)(납의 그것과 유사함)을 가진 3mm 두께 시준기는 입사 X-선 방사선의 0.5(3/0.25)=1/4096를(산란 없이) 통과하게 한다. 용어 "기본적으로 불투명한"은 이러한 실제적인 시준기를 기술하기 위해 사용될 것이다. 여기서 설명되는 대부분의 시준기들은 도 5의 518과 같은 기본적으로 불투명한 영영 및 및 도 5의 504 및 506과 같은 구멍들 또는 홀들로 구성된다. 도 18의 실시예와 같은 시준기들은 상이한데, 이는 기본적으로 불투명한 영역(1806) 및 구멍(1802)에 더하여, 도 18A의 1804와 같이 반-불투명한 영역을 포함하기 때문이다.
본 발명에 따른 시준기들은 독립형으로 X-선 시스템에 장착될 수 있거나 또는 예컨대 또 다른 시준기와 함께 장착될 수 있는데, 이는 X-선을 영상 강화기의 입력 영역(112)의 일부에 제한하도록 설계된다. 본 발명의 시준기들과 다른 시준기들은 X-선 경로를 따라 모든 순서로 놓여질 수 있다. 영역(112)의 노출 부분은 X-선 차단 경로에서 모든 시준기들의 중첩 영역의 나머지이다. 그러한 연속적인 배치 디자인에서, X-선 방출원으로부터의 각각의 시준기들의 거리 및 영역(112)까지의 거리는 요구되는 기능을 얻기 위하여 상술한 바와 같이 시준기들의 기하학을 고려해야 할 것이다.
동적 ROI과 시선 추적기를 사용한 이미지 최적화
다른 예에서, 상기 예의 시준기 및 이미지 처리의 모든 예(또한 상기 설명되지 않는 예들)들은 사용자에 의해서 감지된 이미지를 추가적으로 향상시키기 위해서 시선 추적기와 함께 사용될 수 있다. 전형적인 다중 프레임 X-선 촬영 시스템에 있어서, 영역이 정의되며, 전형적으로 이미지의 중심에 모여지고, 일반적으로 이미지의 밝기로 불리울 수 있는 것을 결정하게 된다. 때때로 이미지의 대조(contrast)도, 또한 이 영역에 기초하여 결정된다. 전형적으로 상기 영역은 전체 이미지보다 작지만, 또한 전체 이미지와 유사한 크기의 영역일 수 있다.
이 영역의 이미지 컨텐츠에 기초하여, 이미지 품질에 관련된 다양한 파라메터들이 사용자에 대한 이미지를 최적화하기 위해서 결정될 수 있다, 예컨데:
1. X-선 관 전류(연속 또는 펄스 모드와는 무관)
2. X-선 관 피크 킬로 전압(PKV)
3. X-선 펄스 길이
4. AGC(자동 이득 제어), 아날로그 또는 디지털과는 무관
5. 각종 기능에서 구현된 이미지의 톤-보정이나 톤 조정, 예를 들면 밝기, 대조, 감마, 오프셋, 게인, N-도 선형 함수, 비선형 함수 등이다.
이 영역의 이미지 내용에 따라서 이미지를 최적화하는 일 예는, 이 영역에서 10%의 가장 밝은 화소들을 식별하고, 이들 화소들의 평균 값을 계산하며, 이득을 조절하여(상수 인자로 각각의 화소 값을 곱함), 상기 평균 값이 0 내지 255의 디스플레이 레벨을 제공하는 8 비트 디스플레이 시스템에서, 레벨 240으로 설정되도록 하여야 한다.
상기 제한된 영역의 이미지 데이터를 사용하는 이러한 파라메터들의 전형적인 결과는, 상기 영역의 이미지는 사용자의 시각적 인식을 위하여 상기 이미지의 콘텐츠에 최적화되지만, 상기 영역 외측의 이미지 부분은 사용자의 시각적 인식을 위해서 최적화되지 않을 수 있다는 점이다.
예컨데, 폐는 최적화 영역에 존재할 수 있다. 상기 폐는 X-선 방사선에 대해 상대적으로 투명하기 때문에, 최적화는 폐가 원하는 밝기로 나타나도록 방사선을 감소시키기 위해서 작동한다. 그 결과, 근처에 있지만, 최적화 영역의 외부에 있는 척추는, 어둡게 표시되고 세부 사항이 잘 보이지 않게 될 수 있다. 현재 기술의 이러한 문제점을 극복하기 위해, 환자는 척추가 최적화 영역내에 위치하도록 이동되고, 최적화가 척추에 대해 이루어지며, 그것을 밝게 한다. 하지만, 폐는 너무 밝은 이미지이어서, 이미지 내의 폐 세부 사항이 저하된다. 이러한 갈등은 상기 설명한 바와 같은 시선 추적기를 갖는, X-선 조작 시준기를 사용하여 해결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 X-선 관의 입력 파라메터들은 자동으로 또는 사용자 가이드 설정을 통해서, ROI 및 둘레 내에 강도를 강화/조정(그리고, 적절한 이미지 품질을 얻음)을 이루고, 뿐만 아니라 임의의 특징들(예를 들면, 스텐트, 공구 또는 해부학적 구조)이 분명하고 명확하게 보이도록 보장한다.
본 예에서, ROI는 고정되지 않으며, 대신 사용자의 안구 응시의 좌표를 따른다. 상기 시선 추적기는 스크인상에 사용자의 응시점의(X, Y)의 스트림을 제공한다. 상기 ROI는 이러한 좌표를 따라 이동되고, 시준기의 상보적인 조정이 이루어지며, 최적화가 사용자가 응시하는 곳의-ROI 내에 포함된 이미지 내에서 이루어진다.
결과적으로, 이미지는 사용자가 응시하고 있는 영역에서, 또한 그가 언제든지 최상의 이미지를 필요로 하는 곳에서 자동 이미지 최적화 기능을 위한 어떠한 수동 조정이나 보상에 대한 필요성없이 최적화된다.
이러한 기능은 전체 절차에 걸쳐서, 또는 절차중 단지 원하는 간격 도중에 사용될 수 있음이 이해될 수 있을 것이다.
상기 이미지는 상기에서 설명된 파라메터들 모두, 또는 상기 이미지내의 화소의 표시 값을 수정하는 임의의 다른 파라메터들을 이용하여 ROI 콘텐츠마다 최적화될 수 있다.
또한, 상기 ROI는 응시점에서 중심이 이루어질 필요가 없다는 것을 잘 알 수 있을 것이다. 상기 ROI가 응시점을 포함하도록 선택될 때, 원하는 최적화도 가능하다.
상기 최적화 방법은 상기에서 설명된 시준기와 이미지 처리의 예를 사용하지 않고도, 또한 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 방법은 영상 강화기 입력(112)의 시야 위로, 일반적으로 균일한 DPP를 이용하는 다중 프레임 X-선 촬영 시스템에도 적용될 수 있다. 시선 추적기는 그러한 다중 프레임 X-선 촬영 시스템에 추가되어 이미지 영역내의 오퍼레이터의 응시점을 감지하게 된다. 최적화는 상기에서 설명된 바와 같이, 이러한 응시점을 포함하는 이미지 영역에 대해서 그때에 이루어진다.
톤-보정 함수를 이용하는 배경 이미지 처리
도 18A 내지 도 18D를 참조하여 설명된 형태의 시준기를 사용하는 효과 중 하나는, 배경(환형부 1806) 대 ROI(환형부 1802)에서, X-선 방사선의 스펙트럼의 변화이다. 배경 필터(환형부 1806)를 통하여 X-선 DPP를 줄이는 결과는, 이미지의 ROI 영역(간단하게, ROI)과 비교하여 이미지의 상기 영역에서의 X-선 스펙트럼의 변화이다. 이것은 차례로, 배경 영역 대 ROI에서의, 인간 조직(또는 다른 물질)에서의 X-선의 다른 흡수 특징을 초래한다. 도 18A 내지 도 18D에 연관된 시준기의 예에서, 그리고 화소당 배경 영역의 광자 수가, 환자 또는 팬텀(도 1A의 110)이 전혀 존재하지 않는 ROI 내의 화소당 광자 수의 10% 인 예를 고려하면, 각각의 배경 화소 값에 10을 곱함으로써(또는 상기에서 설명된 바와 같이, 마지막 10 배경 이미지를 합산함으로써), 상기 배경 이미지가 ROI 내의 이미지와 유사하게 될 것임을 제안할 수 있을 것이다. 이것은 전형적인 경우가 아니다. 전형적으로, 보다 복잡한 톤 재생 기능은 배경 이미지가 ROI 이미지에 보다 더 비슷하게 될 것이 요구된다. 이것은 도 21A 내지 도 21C를 참조하여 보다 상세하게 설명되어 있다.
상기에서 10%의 선택은 임의적이고, 단지 예로서 이루어진 것임이 이해될 수 있을 것이다. 1% 내지 90% 사이의 다른 값들이 선택될 수 있으며, 0보다 크고 100% 미만의 임의의 값들도 선택될 수 있다. 10% 이외의 값들에 대한 설명의 조정은 당업자들에게 자명하다. X-선 분야에서, 이미지 연구, 측정, 교정 및 평가를 위하여 사용되는 전형적인 도구는 도 21A에 도시된 바와 같은 10 스텝 웨지이다. 그것은 다수의 물질로 구성될 수 있다. 도 1A의 환자 대신에, X-선 경로 내에 그러한 스텝 웨지를 배치하여, 줄무늬 이미지가 취득되고, 각각의 장방형의 줄무늬의 화소들은, 인접하는 스텝들(비교적 높은 S/N를 가정)의 화소 사이의 차이와 비교하여 상대적으로 유사한 값이다. 각각의 줄무늬 내의 평균 값은, 도 21B에서 11 점의 막대(2104)들의 값을 생성하기 위해서 측정될 수 있다. 가로축은 상대적인 스텝 두께를 나타내고, 숫자 0은 흡수가 없음을 나타내며(공기 만의 스트립), 숫자 1은 스텝 웨지(2100)의 가장 얇은 스텝을 나타내고, 숫자 10은 스텝 웨지(2100)의 가장 두꺼운 스텝을 나타내며, 이것은 본 실시 예에서, 가장 얇은 스텝보다 10배 두꺼운 것이다.
세로축은 화소 값을 나타낸다. 이 예에서, 12 비트 시스템이 0 내지 4095의 동적 범위를 제공하기 위해서 선택되었다. 이 예를 위하여 12 비트 시스템이 선택된 이유는, 이것이 디지털 이미지 처리를 위하여 이 분야에서 인기있는 시스템이기 때문이며, 본 발명을 구현하는 데에는 모든 시스템이 사용될 수 있음이 이해될 수 있을 것이고, 다른 시스템에 대한 본 발명의 적용은 당업자에게는 간단한 것이며, 본 발명의 범위는 이러한 예에 의해서 제한되지는 않는다.
또한, 본 예에서, 공기의 평균 화소 레벨은 4000로 설정되었고, 화소 노이즈를 위해서 95의 추가 레벨을 허용하였으며, 4095에서 높은 노이즈 디지털 차단을 회피한다. 이러한 선택은 일 예로서 이루어졌고, 노이즈는 이러한 시스템에서 X-선 DPP에 의존하며, 그리고 공기 투과에 대한 값은 바람직한 X-선 특성에 따라서 이루어져야 한다는 것을 알 수 있다.
이 예에서는, 배경내의 X-선 방사선의 스펙트럼 분포의 변화를 초래하는 배경내의 X-선 강도의 필터링이, 동일한 스텝 웨지(2100)를 통하는 흡수 계수의 특성을 변화시킬 것이다. 각각의 스텝에 대한 배경 방사선을 위한 결과적인 화소 값들이, 도 21B에서 11의 흑색 막대(2106)들로 표시되어 있다
상기에서 설명된 바와 같이, 마지막 10 배경 프레임을 가산(또는 각각의 배경 화소를 10으로 승산)함에 의해서 배경의 제1 처리를 구현하는 경우, 스텝 0에서 최초로 처리된 배경의 화소 값은, 11 묶여진 바(2108)들 내에서 가장 좌측의 묶여진 바에 의해서 도시된 바와 같이, 마지막 10 프레임을 추가 한 후, 배경내의 스텝들의 평균 값을 나타내며, 스텝 0에서 ROI 화소 값과 유사하게 된다.
바 2108 대 바 2104들을 검사하면, 스텝 0를 제외한, 나머지 10의 모든 바 2108들은 10의 남아있는 바 2104 들보다 높은 값임이 명백해진다. 이것은 도 18A의 필터의 환형부(1806)에 의하여 이루어진 스펙트럼 변경에 기인하여, 배경에서 다른 흡수의 결과로 초래된 것이다. 예컨데, ROI 내의 스텝 5의 평균 화소 값은 1419이지만, 초기 처리된 배경에서 이것은 2005이다. 이것은 초기 처리된 배경 이미지 및 ROI 이미지 사이에서 명백한 차이를 초래한다.
이 문제를 해결하기 위해서, 부가적인 처리 단계가 배경 이미지 영역(간단하게, 배경)에 대해 요구된다. 이러한 보정 함수는, ROI 영역 및 도 21B 스텝의 배경 영역을 관련하여 도 21C의 함수(2112)로서 도시되며, 그리고 이것은 여기에서 톤-보정 함수로 언급될 것이다. 상기 톤-보정 함수를 사용하여 이미지를 변화시키는 처리는 톤-보정으로서 여기에서 언급될 것이다.
톤-보정 함수(2112)는 각각의 11 스트립에 대한 톤-보정 계수를 계산함으로써 생성되며, 상기 배경 스트립의 평균 값을 ROI 영역내의 스트립의 동일한 평균 화소 값으로 가져간다. 각각의 이러한 인자는, 배경에서의 평균 스텝 화소 값에 대한 ROI내에서의 평균 스텝 화소 값의 비율이다. 이러한 계산된 값들 사이의 화소 값의 인자들은, 예컨대 지수 또는 n-차원 선형 함수와 같이, 11의 계산된 점들에 대한, 모든 함수의 입방체적 보간법 또는 맞춤과 같은 임의의 보간법을 사용하여 얻어질 수 있다. 이 예에서, 상기 배경 영역내의 화소 값이 낮을수록, 보정 계수들은 더욱 낮아짐을 알 수 있다. 예를 들면, 초기 처리된 배경 화소 값 762에 대한 보정 계수는 0.44(도 21C의 2114)이며, 초기 처리된 배경 화소 값 2524에 대한 보정 계수는 0.79(도 21C의 2116)이다.
본 예에서 톤-보정은, 초기 처리된 배경내에서의 각각의 화소를, 도 21C의 예마다의 관련된 인자로 곱하는 것을 지칭한다.
도 21C의 톤-보정 함수는, 초기 처리된 배경 화소들의 각각을 상기 톤 재생 함수(2112)에 의해서 제공된 관련 인자(배경 화소 보정 계수)로 곱함으로써 초기 처리된 배경을 추가적으로 처리하는 데 사용된다.
비록 본 예에서는, 배경이 ROI에 유사하게 되도록 처리되었지만, 상기 ROI가 배경에 유사하게 되도록 처리하기 위하여 동일한 방법이 사용가능한 것도 알 수 있을 것이다. 그것은 또한 배경상에서 초기 처리를 실행하고, 그리고 배경에 대하여 ROI 상에 톤-재생을 실행하는 것도 가능하다. 상기의 예에서, 그러한 톤-보정의 설명을 얻기 위해서는, 단지 용어 배경과 ROI를 변경시키는 것만을 필요로 한다.
또한, ROI 및 배경에 대한 유사한 스텝 값을 초래하는 초기 처리는, 톤-보정을 위한 필요 사항이 아님을 알 수 있다. 상기 톤-보정은 상기에서 설명된 초기 처리없이, 또는 예컨데, 배경 스텝 0를 ROI 스텝 0의 절반 값으로 가져 오도록 설계되는 초기 처리로서 실행될 수 있다. 이것은 예컨데, 현재의 10%의 배경 방사선내에 10의 마지막 이미지 대신 5의 마지막 이미지를 추가하여, 실행될 수 있다. 상기 톤-보정 처리는 동일하고, 단지 톤-보정 함수(동일한 방식으로 계산됨)만 다른 것이다.
스텝 웨지를 사용하여 톤-보정 함수 계산
다음 예에서, 배경 이미지에 대하여, 그것이 ROI의 그것과 유사하게 보이도록 하기 위하여 톤-보정 함수를 생성하기 위한 방법이 보다 상세하게 제시되어 있다. 이 방법에서는 도 33A가 참조된다.
이 방법의 첫 번째 단계는 데이터 수집이다.
상기 데이타를 수집하기 위하여, 가변 흡수 팬텀이 사용되어 상기 이미지 영역을 통한 상이한 흡수 레벨을 제공하게 된다. 이러한 팬텀은 스텝 웨지(예를 들면, 도 21A의 것), 선형 웨지 팬텀, 연속 경사 함수의 가변 두께 팬텀, 랜덤 두께 팬텀, 또는 이미지의 동적 범위(12 비트 시스템의 0 내지 4095)에 걸쳐서 충분한 측정 지점을 제공하고, 원하는 정확도를 제공하기 위해서 상기 동적 범위에 걸쳐서 균일하게 분배된 임의의 다른 가변 흡수 팬텀 등으로 이루어질 수 있다. 상기 동적 범위에 걸쳐서 보다 균일하게 확산된 보다 많은 스텝들이 있을 수록, 상기 톤-보정 함수가 보다 정확하게 될 것임을 알 수 있다. 10 스텝의 스텝 웨지는 합리적인 정확성을 위한 합리적인 선택이 될 것이다.
가변 흡수 팬텀(VAP)의 선호하는 물질은, 살아있는 조직에 유사하게 거동하는 물질이 될 것이다. 물은 살아있는 부드러운 조직의 합리적인 표현으로 가정하는 것이 일반적이다. 그러한 팬텀을 생산하는 데 사용되는 물과 균등하게 간주되는 물질들이 있으며, 예를 들면, 미국, 인디애나 주, 엘크 하트, 슈퍼텍으로부터 구입가능한 플라스틱 물이다. 그러한 물질들을 사용함으로써, 상기 데이타 수집은 필터링된 배경 방사선 스펙트럼 및 ROI 방사선 스펙트럼의 살아있는 부드러운 조직에 대한 반응을 보다 우수하게 모방한다. 뼈에 상당하는 물질도, 그러한 가변 흡수 팬텀에서 사용될 수 있지만, 당업자들에게는 그것이 단지 부드러운 조직 논의의 확장이며, 따라서 여기에서 보다 더 상세히 설명되지 않을 것임을 이해할 것이다. 상기 가변 흡수 팬텀(VAP)은 환자(10) 대신에 도 1A의 시스템내에 배치된다.
이미지 또는 이미지 세트들이 주어진 PKV1에 대해 획득된다. PKV가 파라메터인 이유는, 상기 PKV가 X-선 스펙트럼에 의존적이며, 따라서, 각각의 톤-보정 커브가 주어진 PKV 대해 계산된다. 상기 획득된 이미지들은, 스텝 웨지의 예에서, 각각의 스텝이, ROI 및 배경의 X-선 스펙트럼의 각각과 함께 취득되도록 설계된다. 즉, 상기 스텝의 일부분이 ROI 내에 있고, 다른 부분은 배경내에 있거나, 또는 하나의 이미지에서, 상기 스텝이 ROI 내에 있고, 다른 이미지에서는 상기 스텝이 배경내에 있도록 하는 것이다.
이제, 이 예에서는, 배경의 화소들 값을 수정하고, ROI를 기준으로서 사용하며, 상기 배경이 ROI와 유사하게 나타나도록 조정하는 것을 선택한다. 상기 ROI의 화소 값은 상기 ROI가 배경처럼 보이도록 조정될 수 있음(또는, 다른 대안들이 상기에서 설명된 바와 같이 사용될 수 있음)을 알 수 있지만, 그 기술은 본 예와 완전하게 유사하기 때문에, 보다 자세한 내용은 여기에서 논의되지 않을 것이다.
그렇게 하기 위하여, 각각의 스텝 i에 대하여(공기의 스텝 0를 포함), 2 화소 그룹의 평균이 계산된다:
1.(단계 3300) ROI 내에 있는 스텝 i의 화소들: AVGri
2.(단계 3305) 배경 내에 있는 스텝 i의 화소들: AVGbi
이러한 두 숫자들은 레벨 AVGbi 갖는 배경 화소에 대한 톤-보정 함수 값을 계산하도록 사용된다(단계 3310): F(AVGbi):
F(AVGbi) = AVGri/AVGbi
10 스텝의 본 예에서, 스텝 웨지 + 공기의 하나의 스텝, 11의 톤-보정 함수 값 세트가 제공된다:
{F(AVGbO), F(AVGb1), F(AVGb2), ..., F(AVGb10)}
12 비트 디스플레이 시스템의 예에서, 4096 보정 값들은 상기 배경내의 화소의 각각의 가능한 값이 보정 톤-보정 함수 값을 갖도록 요구된다. 상기에서 계산된 11의 값들을 초과하는 그러한 값들은 어떤 보간법 및 보외법, 예를 들면 선형, 2차-도(second-degree) 또는 N-도의 일차 함수 피팅, 또는 지수 함수 피팅등을 사용하여 추정될 수 있다(단계 3320). 상기 개념은 동일하며, 차이는 계산된 톤-보정 함수의 정확성에 있으며, 보정 후에 배경이 얼마나 ROI에 유사하게 되었는가로 전형적으로 평가된다. 이것은 다음의 예를 사용하여 설명될 수 있다.
예시적인 테이블이 각각의 10 스텝과 공기 스텝에 대한 함수 값을 측정하기 위하여 사용된 스텝 웨지에 대하여 제공되어 있다:
이 예에서, 스텝 0는 흡수가 없는 영역이고, VAP의 외측 영역이다. 이러한 예에서, 상기 배경은 초기 처리를 통해서 사라졌다(상기에서 상세히 설명된 바와 같이, 예를 들면 10%의 배경 방사선을 보상하기 위해서 마지막 10 프레임을 추가). 이러한 이유로 AVGrO = AVGbO이다. 이 예에서 또한, 노출은 AVGrO = 4000이 되도록 설정되어 있다. 주어진 PKV에 대하여, 이것은 예를 들면, 연속적인 다중 프레임 X-선 촬영 시스템 내의 mA(밀리 암페어)를 결정함에 의해서, 또는 펄스 X-선 시스템에서 펄스 당 전하(밀리 암페어 초: mAs)를 결정함에 의해서 완료된다. 다음의 논의를 목적으로, 우리는 AVGrO = 4000 을 얻기 위하여, X-선 전류 설정을 표시하는 mA-0를 언급할 것이다.
따라서, 0 내지 4095에 대한 보정 계수를 얻기 위해서는, 319 내지 3999 범위에 대하여 보간법이 요구되고, 0 내지 317의 범위와, 4001 내지 40095 범위에 대해서는 보외법이 요구된다. 이것은 예를 들면, 미국, 매사추세츠, 내틱(Natick), 매스 웍스사의 매트랩(MatLab)에서 제공될 수 있는 많은 커브 피팅 방법 중 어느 하나를 사용하여 실행될 수 있다. 특정 피팅 방법은 전형적으로 데이터에 의존한다.
모든 스텝들이 상기 톤-보정 함수를 계산하기 위해서 사용되어야만 하는 것은 아니지만, 전형적으로, 더 많은 스텝들을 사용하는 것이 보다 나은 톤-보정 함수를 지원하는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
커브 피팅의 목적을 위해서, 이러한 커브는 항상 지점(AVGb, F(AVGb)) =(0,0)을 통과할 것으로 예상되는 것이 이해될 것이다. 즉, 상기 흡수체의 두께가 커서 방사선이 이러한 두께에 의해서 충분하게 차단될 때, 이 지점에서 톤-보정 값은 0이다.
상기 예에 따르면, 이는 표내에서, 상대적인 두께 200 및 무한대를 나타내는 2개의 추가적인 라인으로 표시될 수 있다:
따라서, 이러한 추가적인 지점(0,0)은, 보다 양호한 커브 피팅을 위해서, 모든 측정 세트와 함께, 추가적으로 사용될 수 있다.
그것은 또한, ROI(도 18A 및 도 18B의 필터 섹션 1802에 해당하는 도 18D의 1822) 및 배경(도 18A 및 도 18B의 필터 섹션 1806에 해당하는 도 18D의 1826)과 같은 단지 2 이미지 영역보다는 많은 것이, 상기에서 설명된 톤-보정에 관계됨이 이해될 것이다. 도 18A 및 도 18B에서의 필터 섹션(1804)에 일치하는 도 18D내의 전이 영역(1824)과 같은 다른 이미지 영역들이 관련된다. 전이 영역(1824)의 예에서, X-선 스펙트럼은 환형부(1804) 이상의 필터 두께에서의 가변 변화에 기인하여, ROI 중심으로부터의 거리의 함수로서 서서히 변화한다. 배경(1826)을 위하여 설계된 톤-보정 커브는, 전이 영역(1824)을 위해서 최적이 아닐 것임이 이해될 것이다.
따라서, 전이 영역(1824)을 다수의 전이 하위-영역들로 분할하고, 각각의 전이 하위-영역들이 필터링 후 비교적 균일한 X-선 스펙트럼을 갖도록 하는 것이 요구된다. 그러한 각각의 전이 하위-영역에 대하여, 톤 보정 함수가 계산되고(각각의 PKV에 대해), 그리고 관련된 전이 하위-영역을 톤 보정하도록 사용된다. 다른 시도에서, 특정 하위-영역에 대한 톤-보정 함수는, 특정 전이 하위-영역에서의 필터 두께를 고려하여, 상기 배경의 톤-보정 함수로부터 추정될 수 있다. 예컨데, 배경에 가까운 전이 하위-영역 두께에 대하여, 상기 톤 보정 함수는 배경의 톤-보정 함수에 근접할 것이다. 그러한 톤-보정 값의 추정을 위한 하나의 예가, 다음 표에 제공되어 있다.
"배경 근처" 및 "ROI 근처"에 대한 값은, 아래 형태의 지수 평가를 사용하여 배경 값으로부터 추정된다:
추정 값 = 배경 값E
여기서, 상기 "배경 근처"값 추정을 위하여 E = 0.85이고, 상기 "ROI 근처"값 추정을 위하여 E = 0.07이다.
많은 다른 추정이 사용될 수 있다. 상기 지수 추정은 문제가 되는 X-선 지수 흡수 특성을 합리적으로 지원한다.
상기 방법은 각각의 이러한 PKV 값에 대한 톤-보정 함수를 생성하도록 PKV 값의 범위에 대해 실행된다. 예컨데, 50PKV 내지 150PKV의 범위에서, 5 톤-보정 함수들이, 50, 75, 100, 125, 및 150PKV에 대해서 생성될 수 있다.
예를 들면, 90PKV가 환자와 함께 사용되는 경우에, 상기 톤-보정 함수는 선형 보간법 또는 다른 보간법을 사용하여 75PKV 및 100PKV에 대해 계산된 톤-보정 함수로부터 보간법될 수 있다. 상기 보간법된 톤-보정 함수는 이제, 90PKV 방사선으로서 발생된 배경의 톤-보정을 위해서 사용될 수 있다.
상기 톤-보정 함수의 계산을 실행 한 후, 발생할 수 있는 일반적인 상황은, 사용되는 실제 이미지가 공기 섹션을 포함하지 않고, 또한 어쩌면 스텝 1, 2, 3, 4에 동등한 대상체를 포함하지 않는 것이다. 예컨데, 검사되는 대상체(도 1A내의 환자(110))의 가장 "X-선 투명" 부분만이 단지 레벨 2000에 도달하거나, 또는 0 내지 4095의 동적 범위에 도달하는 것이 가능하다. 그러한 경우에, 상기 X-선 전류는 DPP를 증가시키도록 2배가 되어 이 영역이 더욱 밝아지고, 레벨 4000에 도달할 수도 있다. 그러한 경우, 원래 4000으로 설계된 톤-보정 값은, 더 이상 적합하지 않은데, 그 이유는 상기 전류 4000이 상기 톤-보정 함수의 2000 레벨에 동일한 흡수후에 생성되기 때문이다.
이러한 상황을 처리할 수 있도록, 만일 X-선 mA가 2배로 되어 전류 mA가 2 X(mA-0)로 되면, 도 21C의 톤-보정 함수의 x-축 유닛들을 2의 X 축 값으로 곱함으로써 수정하여, 도 21D의 수정된 톤-보정 함수를 얻을 수 있다. 도 21D의 톤-보정 함수에서 사용되기 위한 동적 범위는 여전히 0 내지 4095이다(4095는 도 21D에서 점선(2120)으로 표시되어 있다). 이러한 범위에서, 실제 톤-보정 값들은 0.00 내지 대략 0.71의 범위이며, 이전에서와 같이 1.00에는 미치치 않는다.
따라서, 사용 도중에 X-선 전류가, 상기 톤-보정 함수를 계산하는 동안의 X-선 전류에 대해 변경될 때, 상기 톤-보정 함수의 X-스케일("입력 스케일")이 mA의 변화와 동일한 비율로서, 상기와 같이 조정될 수 있고, 그 다음 새로운 X-선 전류 하에서 요구되는 톤-보정을 제공하도록 이용될 수 있다.
이러한 스케일 조정을 보다 정밀하게 결정하는 것은, 검사되는 대상체를 향해 X-선 관으로부터 방출된 X-선 광자 수의 변화임이 이해될 것이다. 이것은 일반적으로, mA의 변화에 합리적으로 비례하는 것으로 간주되기 때문에, mA가 이러한 목적을 위해서 일반적으로 사용된다.
상기에서 설명된 바와 같이, 톤-보정 함수를 사용하는 것을 참조하여, 상기 톤-보정 함수는 배경의 초기 처리없이 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 톤-보정 함수의 계산은, 동일한 조건 하에서 이루어져야 하며, 즉 상기 톤-보정 함수의 계산에 사용되는 데이터로의 초기 처리의 구현없이 이루어져야 한다.
환자의 신체를 사용하는 배경 이미지 보정 함수 계산
본 발명의 다른 예에서, 상기 톤-보정 함수의 계산은 실시간으로 환자 데이터에 기초할 수 있고(상기에서 설명된 바와 같이 팬텀 대신), 그리고 특정 환자에게 최적화될 수 있다. 이 예를 설명하기 위해서, 도 22A 내지 도 22B를 참조하여 설명하기로 한다. 도면들은 디스플레이 층을 도시하지만, 이것은 단지 편의상 이루어진 것이다. 이들 도면을 참조하여 이루어진 논의는, 이미지 처리, 및 전형적으로 12 비트에서 처리되는 이미지 메모리 데이터 층, 또한 X-선 분배 및 검출기층(각각의 평면 검출기 또는 영상 강화기 또는 이론적인 X-선 검출기등)에도 관련되며, 이들 층에 관련된 기하학적 구조는, 도 22A 및 도 22B, 그리고 도 33B에 대응하는 흐름도를 참조하여 기술된 것과 완전히 유사하다.
이러한 예에는, 상기 실시 예들의 설명을 위해서 선택된 동일한 파라메터들이 제공되며, 예컨데: 톤-보정 함수의 계산이 특정 PKV 및 mA를 위해서 이루어지고, 배경 방사선은, 도 1A 에서 부호 110로 표시된 바와 같은 환자 또는 팬텀이 존재하지 않을 때, ROI 방사선의 10%로 설계된 것이다. 본 예의 설명에서 중요한 편차가 상세하게 설명될 것이다. 이하의 설명은 또한, 환형부(1804) 폭이 0이고, 단지 환형부 중앙 구멍(1802)과 환형부(1806) 만이 고려되는 도 18A의 시준기의 상기 설명된 단순화를 채용할 것이다. 환형부(1804) 경우로의 확장은 상기 설명된 확장과 완전히 유사하다.
도 22A를 참조하기로 한다. 도 22A로 표시되는 기간 동안, 오퍼레이터는 점(2202)을 응시한다. ROI(2204)가 상기 설명된 바와 같이, 응시점(2202) 주위에 설정된다(단계 3330). 높은 방사선 레벨이 ROI(2204)에 집중되며, 그 동안 배경(2206)은 ROI 방사선의 1/10에 노출된다. 주요 공정에서, 데이터가 상기 설명된 바와 같이, 처리된다(전형적으로, 프레임을 추가하는 초기 처리, 선택적으로 곱셈 인자를 사용하는 밝기 조정, 및 저장된 톤-보정 함수를 사용하는 제2 처리). 다른 이미지 강화 처리, 예를 들면 공간 필터의 사용 등도 적용될 수 있다.
배경 공정에서, 톤-보정 커브의 계산이, 환자(110)의 이미지으로부터 취득된 데이터에 기초하여 이루어진다.
도 22A로부터, 데이터의 2 종류가 취득된다:
1. ROI(2202)에서, 이미지 데이터가 획득되고, 도 18A의 환형부(1806)에 의해서 필터링되지 않은 X-선 스펙트럼을 위해서 저장된다(단계 3335)(바람직하게는 12 비트에서, 뿐만 아니라 다른 정확성을 위해서는 8 비트에서 가능하다).
2. 배경(2206)에서, 이미지 데이터가 획득되고, 도 18A의 환형부(1806)에 의해서 필터링된 X-선 스펙트럼을 위해서 저장된다(단계 3340)(바람직하게는 12 비트에서, 뿐만 아니라 다른 정확성을 위해서는 8 비트에서 가능하다).
이제 잠시 후, 오퍼레이터의 응시점은 도 22B의 점(2208)으로 이동한다. 상기 ROI는 응시점을 따르며, ROI(2210)로서 도시되어 있다(단계 3345).
도 22B로부터, 데이터의 2 종류가 취득된다:
3. ROI(2210)에서, 이미지 데이터가 획득되고, 도 18A의 환형부(1806)에 의해서 필터링되지 않은 X-선 스펙트럼을 위해서 저장된다(단계 3350)(바람직하게는 12 비트에서, 뿐만 아니라 다른 정확성을 위해서는 8 비트에서 가능하다).
4. 배경(2206)에서(이전에 ROI(2204)이었던 영역(2214)을 이제 포함), 이미지 데이터가 획득되고, 도 18A의 환형부(1806)에 의해서 필터링된 X-선 스펙트럼을 위해서 저장된다(단계 3360)(바람직하게는 12 비트에서, 뿐만 아니라 다른 정확성을 위해서는 8 비트에서 가능하다).
이러한 수집된 데이터로서, 톤-보정 함수가 계산될 수 있다.
하나의 접근법으로서, 프레임들 각각에 대해서 초기 처리가 실행된다(프레임 합산 및 밝기 조정). 초기 처리하지 않고 톤-보정 함수를 계산하는 다른 접근법은 이미 상기 예에서 잘 설명된 바 있으므로, 보다 상세히 설명되지는 않는다.
이 단계에서, 초기 처리된 데이터를 사용하여, ROI(2204)로부터의 화소 값(일부 또는 전부)이 배경 영역(2214)으로부터의 대응 화소 값들에 의해서 분할되어(단계 3370), 도 22B의 영역(2214)에서 배경 화소의 해당 값(입력)을 위한 도 21C의 톤-보정 배경 화소 보정 계수(출력)를 제공한다.
또한, 초기 처리된 데이터를 사용하여, ROI(2210)로부터의 화소 값(일부 또는 전부)이, 도 22A의 단계에서 획득된 데이타의 해당 배경 영역(2206)으로부터의 대응 화소 값들에 의해서 분할되어, 도 22A의 영역(2206) 내의 배경 화소들의 해당 값을 위한 도 21C의 톤-보정 배경 화소 보정 계수를 제공한다.
이것은 대응하는 계산된 배경 화소 보정 계수를 갖는 톤-보정 함수를 위한 다수의 입력 점 세트를 제공한다. 노이즈로 인해서, 이 세트는 또한 전형적으로, 동일한 값의, 다른 출력 값을 갖는, 입력 값들을 포함한다. 출력 값의 이러한 통계적 분포는, 출력 값의 평균화, 중앙값 또는 임의의 다른 방법을 포함하는 임의의 방법에 의해서 해결될 수 있다. 이 예에서, 평균화 방식이 채용된다. 이 방법은, 가능한 다른 출력 값들을 갖는 여러 입력 값들이, 단일 출력 값을 갖는 하나의 입력 값으로 감소된다.
이러한 점들의 세트를 갖고, 커브 피팅은 실제 환자 데이터에 기초한 톤-보정 함수를 계산하기 위해서(단계 3380), 이 세트(또한, 바람직하게는(0,0)점)에 맞추도록 실행될 수 있다.
오직 하나의 ROI 위치가 이러한 목적을 위해서 사용될 수 있고, 뿐만 아니라 2개 이상의 ROI 위치가 상기 예에서 설명된 것으로 이해될 것이다.
또한, 상이한 ROI 위치가 더 많이 사용될수록, 커브 피팅에서 사용되는 세트내에 더 많은 점들을 얻을 가능성이 더욱 높아지고, 따라서 더욱 정확한 톤-보정 함수가 얻어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
또한, 더 많은 데이터들이 정확도를 개선하기 위해서 계산에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨데, 만일 상기 예가 10 fps에 기초하고, 도 22A 내의 ROI 위치가 5초 이상 지속된다면, 그때에는 상기 ROI 및 배경 데이터는 응시점을 도 22B의 위치로 이동시키기 전에, 마지막 5초 동안에 이루어진 모든 프레임들로부터 수집될 수 있다. 동일한 방식으로, 만일 도 22B 내의 ROI 위치가 3초 이상 지속된다면, 그때에는 상기 ROI 및 배경 데이터는 응시점을 도 22B의 위치로 이동시킨 후에, 첫번 째 3초 동안에 이루어진 모든 프레임들로부터 수집될 수 있다. 모든 이러한 데이터는 일시적으로 평균화될 수 있고, 따라서 노이즈 오류를 줄이고, 톤-보정 함수의 커브 피팅을 위한 보다 정확한 값을 제공할 수 있다.
또한, 톤-보정 함수의 이러한 계산은 환자의 임상 절차 동안, 계산될 수 있음을 알 수 있을 것이며, 여기서 첫번 째 계산은 상기 ROI가 어느 한 위치에서 다른 위치로 최초로 이동한 직후에 바로 이루어지고, 상기 톤-보정 함수는 추가적으로 축적된 데이터를 이용하여 임의의 시간 간격으로 재계산될 수 있다.
처리 시작에서, 디폴트 톤-보정 함수가 사용되고, 그것의 계산 직후, 첫번 째 계산된 톤-보정 함수에 의해서 대체되며, 추가적으로, 부가된 데이터로 인해서 개선되고, 순차적으로 계산된 톤-보정 함수에 의해서 각각의 톤-보정 함수를 대체한다.
여러 환자들로부터 수집된 톤-보정 계산 데이터는 향후 환자들에게 사용될 수 있는 하나 이상의 "일반 환자" 톤-보정 함수를 생성하는데 사용될 수 있다는 점이 이해될 수 있을 것이다.
그러한 데이터는 모든 추가되는 환자로서 개선될 수 있고, 그들의 데이터는 이미 저장된 데이터에 부가되고, 함께 처리된다.
상기에서 설명된 바와 같이, 톤-보정 함수의 사용을 참조하여, 상기 톤-보정 함수는 배경의 초기 처리없이 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 톤-보정 함수의 계산은, 상기 톤-보정 함수의 계산에 사용되는 데이터의 초기 처리의 이행없이, 즉 동일한 조건 하에서 이루어져야 한다.
상기에서, 도 18의 환형부(1824)를 동일한 반경 스텝의 8개의 환형부들로 나누어서, 가장 작은 환형부 # 1의 평균 DPP가 1822의 9/10가 되도록 하고, 다음 환형부 # 2의 평균 DPP가 1822의 8/10가 되도록 하며, 환형부 # 3가 7/10이 되고, 이런 방식으로 지속하여, 마지막 환형부 # 8가 1822의 2/10를 갖도록 하기까지의 예가 제공되어 있다. 이 예에서, 특정 내부 및 외부 반경을 갖는 각각의 환형부는, 도 18A의 각도(1828)와는 무관한 DPP을 제공하는 것으로 가정되어 있다.
이러한 방법은, X-선 방출원이 도 23A에 도시된 바와 같이, 개구의 중심을 향할 때, 정확하게 작동한다. 도 23A에서, 점선(2302)은 시준기(1800)(두께의 반)의 중간 층을 표시한다. X-선 광선(2304)과(2306)들은 환형부(1804)의 상부 표면을 가로 지르고, 동일한 지점에서, 선(2302)은 환형부(1804)의 상부 표면을 가로 지른다. 이것은 광선이 동일한 반경에서, 그렇지만 다른 각도에서 시준기를 통과하는 것을 나타낸다. 상기 X-선 방출원은 개구(1802)와 환형부(1804)를 바로 향하기 때문에, 대칭성은 광선(2304)(2306)의 각각의 경로에서, 시준기(1800)의 물질이 동일하다는 것을 의미한다. 따라서, 감쇠는 동일하고, 도 18A의 각도(1828)와는 무관하다.
도 23B는 시준기(1800)가 우측으로 이동한 상태를 나타낸다. 광선(2304)에 유사한 광선(2308)과, 광선(2306)에 유사한 광선(2310)은, 비록 동일한 반경에서 시준기(1800)를 통과하지만, 시준기 표면에서 동일한 입사각을 갖지는 않는다. 광선(2308)(2310)에 대한 시준기 내부 경로는 서로 다르고, 따라서 그것들은 다른 감쇠를 갖는다. 이것을 극복하기 위해서, 상기 현상에 대한 고려가 이루어지고, DPP 계산에 도입된다.
한 가지 접근법에서, 보정은 시준기(1800) 위치의 파라메터로서, DPP에 이루어진다. 이는 시준기 재료와, 시준기의 기하학적 형상의 X-선 흡수 계수를 사용하여 실행될 수 있다. 발생원(306)으로부터 시준기(1800) 까지의 거리가, 또한 DPP 대 시준기 위치에 영향을 주기 때문에, 이러한 거리도 정확성을 더욱 향상시키기 위해서 계산에 고려될 수 있다.
DPP 계산 대신, 상기 DPP가 시준기(1800)의 상이한 위치에 대해 측정될 수 있고, 감쇠 데이터로서 사용될 수 있다. 정확도는 DPP의 측정에 의해서, 또한 시준기(1800) 거리에 대한 발생원(306)의 함수로서, 더욱 증가될 수 있다.
광선의 입사 각도에 대한 감쇠 민감도의 감소가, 도 24A에서 참조 부호(2312)로 표시된 바와 같이, 대칭 또는 거의 대칭적인 개구 모서리에 의해서 제공될 수 있다. 이러한 설계로서, 광선(2308)과 광선(2310) 사이에서 시준기 재료내의 경로 차이는, 도 23A 및 도 23B의 개구 모서리를 가진 것보다 작다. 이는 설계 최적화가, 선(2302)에 대해 대칭이 아닌 개구 모서리의 각각의 측면에 대해 이루어질 수 있어서, 입사 광선 각도에 대한 감쇠의 민감도를 최소화시킬 수 있음이 이해될 것이다. 이러한 최적화의 결과는, 선(2302)에 대해 대칭이 아닌 개구 모서리의 두 표면일 것이다(도 24A 및 도 24B에서의 환형부(2312)의 상부면 및 하부면).
도 25를 참조하면, 이는 시준기(1800)의 변형 예를 도시한다. X-선 방사선에 대해, 다양한 두께의 알루미늄(Al) 층과 같은 층들을 이용하여, 필터링하여 X-선 방사선의 스펙트럼 분포를 변경시키는 것은 일반적인 사항이다. 그러한 필터링은 전형적으로, X-선 스펙트럼의 저에너지 부분을 감소시킨다(그러나, 이에 한정되지는 않는다). 대부분의 재료를 갖는, 도 18의 시준기는 동일한 기능을 실행할 것이다. 이제, 만일 도 18의 시준기가 다른 층의 필터를 구비하고 사용된다면, 전체 X-선 빔의 단면을 덮도록 설계된 필터의 다른 층은, 개구(1802) 영역에서 원하는 결과를 제공할 뿐만 아니라, 그것은 시준기가 이미 행한 것 위에, 개구(1806)의 외부 영역에서 이러한 효과를 추가한다. 이것은 바람직하지 못한 것일 수 있다. 이점을 극복하기 위하여, 완전하게 X-선 빔 단면을 덮는 필터를 사용하는 대신, 보다 작은 필터(2500)가 시준기(1800)이 일부분으로서, ROI 영역 내에만 추가된다. 이러한 방식으로, 필터는 개구 영역(1802) 내에서 원하는 바대로 작동하며, 그러나 영역(1806) 내에 불필요한 추가적인 필터링을 추가하지 않는다.
도 26을 참조하며, 이것은 본 발명을 실시하기 위한 예시적인 시스템을 나타낸다.
전형적으로 X-선 시스템에서, 이미지(120)내에서 중심에 위치되고(예컨대, 도 2의 ROI(200)), 그리고 고정된 위치를 갖는 ROI가, 이미지 분석에 사용되고, X-선 관(100)을 구동하며, 그리고 이미지(120)를 수정하는 파라메터를 생성하는데 사용되어 있다.
평균 값, 최대 값 및 대조 등의 파라메터들이 이 영역을 위해 계산될 수 있다. 이러한 파라메터들은 전형적으로, X-선 관 작동(예컨데, mA, mAs 및 KVp)을 최적화하는 데 사용된다.
이 예에서, 시선 추적기(128)는, X-선 제어기(130)에 사용자(122)의 응시 좌표를 제공하도록 사용된다. 종래 기술에서와 같이, 고정된 위치의 ROI를 사용하는 대신에, 상기 ROI는 상기 응시 좌표를 따라서 이동함으로써, 그것은 응지점을 포함하거나, 또는 그것은 응시점 근처에 있게 된다. 상기 응시점의 함수로서, 상기 ROI 위치를 조정하고, X-선 관을 구동하기 위하여, 그리고 이미지(120)를 수정하기 위하여 상기 ROI로부터 계산된 분석 및 파라메터들은, 고정된 ROI 대신에 응시점에 따라서 위치된 ROI로부터 만들어지고, 때때로는 응시점으로부터 일정 거리에 위치될 수 있으며, 응시점에 관련된 이미지 정보를 표현하지는 않는다.
예컨데, 상기 이미지의 중심은, 주로 이미지(120)의 어두운 측면을 구성하는 뼈(예컨데, 척추골 및 흉골 등)를 포함할 수 있고, 그리고 상기 이미지(120)의 측부는 이미지의 밝은 부분인 주로 폐를 포함한다. 고정된 중앙 ROI과 함께, X-선 파라메터들 및 이미지 조정(예컨데, 밝기, 대조 및 톤-보정 등)등이 조절되어 상기 중앙 이미지는 선명하게 나올 것이다. 이러한 조정은 ROI 외측의 폐 영역에 과도한 X-선을 구동시키고, 또한 허용가능한 이미지 품질 이상으로 폐 영역의 밝기를 증가시켜서 사용할 수 없는 폐 촬영 결과를 초래할 수도 있을 것이다. 사용자가 폐를 보는 경우, 이미지 품질이 쓸모없게 될 수 있다. 그러한 경우, 사용자는 환자 또는 C-아암 시스템을 새로운 위치로 이동시켜서, 상기 폐가 중앙의 고정된 위치의 ROI로 진입하도록 할 수 있다. 응시점의 함수로서, 이동하는 ROI의 현재의 예로, 사용자가 이미지(120) 측부의 폐를 바라볼 때, 상기 ROI도 또한, 상기 폐 영역으로 이동되며, 상기 X-선 파라메터들과, 이미지 조정은, 상기 위치 이동된 ROI에 따라서, 폐를 위해 요구되는 바와 같이, 만들어진다. 이것은 또한, 본 실시 예에서, 전형적으로 X-선 강도를 줄이고, 응시점에 따라서 환자의 노출을 감소시킬 것이다.
상기 응시점과 ROI 사이의 많은 관계가 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이러한 관계는 응시점에 대한 ROI의 위치, 응시점에 대한 ROI의 크기, 및 응시점에 대한 ROI 형상(직사각형 이미지에서, 상기 ROI는 이미지의 중앙 영역에서 원형일 수 있고, 모서리 근처에서 직사각형일 수 있거나, 또는 임의의 다른 형상을 가정할 수 있으며, 아치 및 90도 직선 모서리의 조합을 포함)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 ROI는 응시점 주위에서 중심에 위치될 수도 있지만, 또한 응시점에 따른 가변 위치를 가질 수도 있다. 이러한 가변 위치는, 응시점 위치, 응시점의 역학, 및 ROI의 고정 또는 가변 형태의 임의의 조합에 의존할 수 있다. 상기 ROI는 위치 고정되고, 그리고 응시점의 함수로서 단지 크기만 변화될 수 있다. 이러한 하나의 예는 이미지(120)에 대해 중심에 위치된 원형의 ROI이고, 여기서 상기 ROI의 직경은 응시점에 따라서 변화한다. 일 예에서, 상기 ROI 직경은, 상기 이미지(120)의 중심으로부터 응시점의 거리가 증가될 때, 증가한다.
본 발명에서. 시선 추적기 용어는 사용자의 응시점과 관련된 정보를 제공할 수 있는 임의의 장치를 나타내기 위해서 사용된다는 것을 이해하여야 한다.
도 26의 예에서, 본 발명은 전형적으로 사용자의 응시점의 정보를 자동으로 제공하는 시선 추적기에 제한되지 않는다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 본 발명의 실시 예에서, 시선 추적기는 ROI의 위치 및/또는 형상에 영향을 주는 입력 장치에 의해서 대체될 수 있다. 예컨데, 조이-스틱, 키보드, 태블릿 PC 또는 스마트 폰의 디스플레이와 같은 대화형 디스플레이, 제스처 판독 장치, 음성 통역기 또는 임의의 다른 적절한 장치들이, 이미지(120)에 대한 좌표를 결정하도록 사용될 수 있고, 그리고 상기 ROI의 위치 및/또는 형상은 그러한 입력에 따라서 변경될 것이다.
톤의 변화가 상기에서, 용어 톤-보정을 사용하여 설명되어 있다. 비록, 많은 예에서 용어 톤-보정이 사용되고, 이것은 상기 예들을 "수정"의 의미로만 제한하지 않지만, 이러한 모든 예들은 이미지의 모든 톤 변화의 의미로 해석될 수 있고, 모든 원하는 이미지 수정을 포함하는 것으로서 해석될 수 있다. 톤-보정 용어는, 모든 원하는 이미지 변형을 포함할 수 있는 톤 변화로서 해석되어야 한다.
다중
ROI
시준기
도 18A 및 도 18B는 부분적으로 투명한 배경(1806)과 완전히 투명한 ROI 섹션(1802)을 갖는 시준기를 개시하며, 여기서 상기 ROI의 직경은 영역(1822)을 노출시키고(도 18D 참조), 부분적으로 투명한 영역(1806)은 도 18D의 영역(1826)을 노출시킨다. 간략화를 위해서, 도 18A의 전이 영역(1804)과, 도 18D의 전이 영역(1824)은 본 예에서 무시되어 있지만, 본 예가 전이 영역을 갖는 구성을 포함할 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
예를 들면, 도 34A내의, 영상 강화기(112)의 입력 평면에서, X-선 빔(106)에 의하여 완전히 노출된 영역(3402)은 직경 12" 일 수 있다. 상기 ROI 노출 영역은, 예를 들면 전체 영역(3402)의 직경의 1/3로, 참조 부호(3404)로 표시된 바와 같이, 설계될 수 있다. 1024 × 1024 화소들의 촬상 영역의 예에서, 상기 12"의 직경은 거의 1024 화소들(도 18D의 1824 및 1826) 상에 결상되고, 그리고 상기 ROI는 직경에서, 거의 1,024/3 = 341 화소들(도 18D의 1822) 상에 결상된다.
어떤 경우에는, 사용자가 영상 강화기(114)의 줌 기능을 활성화시켜서, 단지 입력 영역(112)의 일부분만이 카메라 센서(116) 상에 결상된다. 예를 들면, 12" 대신에, 단지 입력 영역(112)으로부터의 9"의 직경 만이 카메라 센서(116) 상에 결상된다. 그와 같은 예에서, 직경 9"의 영역은 이미지의 1024 × 1024 화소들 상에 결상된다. 사용자는 상기 ROI 영역이 여전히, 표시되는 이미지(120)의 직경의 1/3이 될 것으로 예상할 수 있다. 이러한 경우, 입력(112)의 3" 직경의 영역은, ROI 직경과 같이, 그리고 이전과 같은 4"가 아닌 참조 부호(3406)로 도시된 바와 같은, 341 화소들상에 노출되어야만 한다.
일 예에서, 4"로부터 3"로의 ROI 조사 영역 직경의 조정은, 시준기(1800)를 이동시킴으로써 수행될 수 있으며, 영상 강화기(114)를 향하여 4" 직경을 위해 설계된 ROI 영역(1802)이 X-선 초점(306)으로부터 시준기(1800)의 새로운 거리를 생성하게 된다. 만일, D1이 4" 직경의 ROI에 대한 초점(306)으로부터 시준기(1800)의 새로운 거리라면, 3" 직경의 ROI를 얻기 위해서는, 초점(306)으로부터 시준기(1800)의 새로운 거리가, 본 예에 대해서는, D1 X 3/4이어야 한다. 이러한 비율 계산의 예는 다른 ROI 직경에도 사용될 수 있다. 시준기(1800)는 임의의 동력 기계 시스템을 사용하여 초점(306)에서 멀어지거나 근접될 수 있다. 본 예에서, 시준기(1800)는 도 34A에서 보다 더 일반적인 시준기(150)로서 표시되어 있고, 또한 시준기(150)에 의해서 표현되는 다른 시준기(상기에서 설명된 바와 같이)들도 본 실시 예에 따라서 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
또 다른 예에서, 초점(306)으로부터 시준기(1800)를 멀어지도록 또는 가까워지도록 이동시키는 대신에, 시준기(1800)와 같은 시준기들은 도 34B의 예에 따라서 설계될 수 있고, 시준기(3410)로서 도시될 수 있다. 이러한 시준기는 3가지의 다양한 크기의 ROI에 대한 3 구멍을 갖는다. 예를 들면, 각각의 ROI의 구멍 직경은, 노출 영역 직경의 1/3를 투사하도록 설계되어 있다. 예를 들면, 만일 영상 강화기의 입력 영역(112) 직경이 12"이고, 그리고 그것이 2가지 줌(zoom) 옵션 9" 또는 6"를 갖는다면, 구멍(3414)은 구멍(3412)의 9/12이 될 것이며, 구멍(3416)은 구멍(3412) 직경의 6/12이 될 것이다. 영상 강화기(114)의 각각의 줌에 대하여, 시준기(3410)의 해당 영역이 사용된다면, 상기 ROI는 이미지(120) 직경의 1/3 직경으로 유지된다.
도 34C의 시준기(3420)는, 시준기(3410)와 유사한 방식으로, 그러나 다른 기하학적 형상으로, 영상 강화기(114)의 줌 옵션으로 ROI 구멍의 조정을 가능하게 하는 또 다른 예이다.
직사각형 구멍(3428)(또한, 상대적으로 큰 원형 구멍일 수 있음)은, X-선을 제한하지 않고, 그러한 시스템의 통상적인 사용을 가능하게 하는 시준기 영역을 제공한다.
도 34B와 도 35C의 것과 같은 다수의 홀을 갖는 시준기들은 시준기 평면에 대해 수직으로 이동될 수 있어서, 입력 영역(112) 상에 가변 크기의 ROI를 제공할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 하나의 이상의 구멍 크기와, 상기 시준기 영역에 수직하는 이동을 조합시킴으로써, 하나의 구멍에 비해서, 보다 큰 ROI 크기가 감소된 수직 이동 범위와 함께 제공될 수 있다.
구멍 크기의 다양성이 증가함에 따라서, 보다 큰 ROI 크기를 커버하기 위해서, 더 작은 이동 범위가 시준기 평면에 수직으로 요구된다.
또한 도 34의 예는, 도 23, 도 24 및 도 25를 참조하여 도시된 바와 같은, 모든 구멍 가장자리와 조합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 35A를 참조하면, 본 발명의 시준기(3500)의 또 다른 예를 제공한다. 좌표 시스템(126)이 도 35A에 제시되어 있으며, 도 1B를 참조하여 배향을 제공하기 위한 것이다.
X-선 초점(306)이 도시되어 있고, 원뿔 형상의 X-선 빔(106)은 입력 영역(112)(도 35A에는 도시되어 있지 않으며 -도 34A를 참조바람)을 향해서 위쪽으로 투사된다.
플레이트(3501, 3502, 3503 및 3504)들은 X-선에 부분적으로 투명하다. 이 예에서, 우리는 이러한 각각의 플레이트는 빔(106)의 30%를 전송하지만, 다른 전송 수준을 사용할 수 있다는 점을 알 수 있다고 가정한다. 플레이트(3501, 3502, 3503 및 3504)는 투과되는 X-선 빔의 스펙트럼 분포의 원하는 효과를 고려하여, 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들면, 구리 플레이트가 사용될 수 있다.
점선 원(106A)는 시준기(3500)의 대체적인 평면에서의 X-선 원뿔(106)의 단면을 나타낸다. 직사각형 형상의 X-선 빔(3510)을 제외하고, 나머지 부분의 광(106B)의 강도는 플레이트(3501, 3502, 3503 및 3504)에 기인하여 감소된다. 단지 하나의 플레이트 층만이 있는 경우, 상기 X-선 빔은 그 원래의 강도의 30%로 감소된다. 2개의 플레이트들이 겹치는 영역에서는, 상기 X-선 빔은 그 원래의 강도(30% X 30%)의 9%로 감소 되며, 본 예에서 ROI(3510)는 이제 직사각형이다. 모터는 도 35B에 설명된 바와 같이, 플레이트(3501, 3502, 3503 및 3504)들을 이동시킬 수 있다.
필터링 재료의 두께에 따른 X-선 스펙트럼 변화에 기인하여, 2개의 층의 결과는, 그 각각이 입사 X-선의 30%만이 통과하도록 허용하지만, 전형적으로 9%가 아니며, 원래 X-선 스펙트럼 및 필터 재료에 의존한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 명세서에서는, 본 발명의 설명을 단순화하기 위해서 이러한 관계(30% X 30% = 9%)를 가정한다. 하나의 층 대 2개 층의 실제 흡광도는, 특정 응용 수요에 따라서 설계될 수 있으며, 이는 본 명세서에서는 무시될 것이다.
도 35B에서, 동력화 요소 성분들이 플레이트(3501)를 참조하여 상세히 설명되어 있다. 다른 3개의 플레이트들의 메카니즘은 서로 유사하다.
모터(3501A)는 스크류(3501C)를 구동하고, 너트(3501B)를 이동시킨다. 너트(3501B)는 플레이트(3501)에 연결되며, 따라서 플레이트(3501)가 화살표(3501D)의 방향으로 이동하도록 한다. 따라서, 각각의 플레이트는 각각의 플레이트에 대한 이중 헤드 화살표로 표시된 바와 같이, 다른 플레이트들과는 독립적으로 이동할 수 있다. 상기 플레이트들을 지지하고 이동을 활성화하기 위해서 사용될 수 있는 레일은 본 도면에서는 도시되지 않았다. 여기에서 특정 작동 메카니즘이 본 발명을 설명하기 위해서 제공되어 있지만, 본 발명의 범위는 이러한 작동 메카니즘에 한정되지 않음을 잘 알 수 있을 것이다.
도 35B의 예에서, 구멍(3512)은 빔(106)의 중심에 있고(빔 단면(106A)에 의해 도시된 바와 같이), 그리고 그것은 특정 크기를 갖는다.
도 35C의 예에서, 플레이트(3503,3504)들은 이들 플레이트들 사이의 거리를 변경하지 않고서 오른쪽으로 이동되었다. 플레이트(3501) 및 (3502)들은 이들 플레이트들 사이의 거리를 변화시키지 않고서 위쪽으로 이동되었다. 그 결과, 구멍(3512)은 X-선 빔 단면(106A)의 상부-오른쪽 가장자리를 향해 이동하였지만, 그것의 치수를 변경하지 않았다.
도 35D의 예에서, 구멍(3512)은 일반적으로 X-선 빔의 단면(106A)의 상부-오른쪽 영역에 있지만, 플레이트(3501) 과 (3502) 사이의 거리는 감소되었고, 또한 플레이트(3503) 와 (3504) 사이의 거리도 감소되었다. 결과적으로, 구멍(3512)의 크기는 감소되었고, 생성된 ROI는 보다 작은 것이다.
도 35E에서, 구멍은 여전히 X-선 빔의 단면(106A)의 상부-오른쪽 영역에 있지만, 플레이트들 사이의 거리는 X 방향에서보다 Y 방향으로 특히 긴 큰 직사각형을 생성하도록 다시 변경되었다. 따라서, ROI도 보다 크고, 다른 모양으로 된다.
따라서, 이러한 시준기(3500)의 예로서, 이미지(120)의 ROI는 원하는 위치로 이미지(120)의 영역을 가로질러서 이동될 수 있을 뿐만 아니라, ROI의 크기 및 종횡비도 원하는 대로 변경될 수 있어서, 영상 강화기(114) 내에서의 줌, 또는 다른 이유를 보상할 수 있게 된다.
비록, 도 35는 시준기 플레이트 쌍이 동일 평면상에 배치되어 있음을 의미하지만, 이것은 본 발명의 한정 사항이 아님을 알 수 있을 것이며, 플레이트 쌍의 플레이트들 각각은 서로 다른 평면 내에 배치될 수 있다.
도 36을 참조하면, 상기 ROI가 도 35B에 제시된 위치에 있을 때, 이미지(120)의 다른 영역에서의 X-선 강도 분포를 도시한다. 이 예에서, 시준기(3500)와 입력 영역(112) 사이에는 물체(환자)가 존재하지 않아서, 이상적으로, 시준기(3500) 없이도, 입력 영역(112) 상의 X-선 조사는 균일할 것이다. 본 예에서, 시준기(3500)의 결과로, 이미지(120)의 영역이 3 강도 영역으로 분할되고: 영역(3602), ROI, 여기서는 원래 100% 강도이며, 영역(3604)(4개의 그러한 영역), 여기서는 강도가 ROI의 30%이며, 그리고 영역(3606)(4개의 그러한 영역), 여기서는 강도가 ROI의 9%이다.
배경을 보정하기 위한 상기 설명된 방법은, 본 발명의 실시 예의 배경을 수정하는 데에 완전히 적용가능하며, 여기서 각각의 영역(3604)과 (3606)들은 그 자신의 보정 파라미터들을 필요로 한다.
따라서, 현재의 예가 상기에서 설명된 교정 방법과 함께 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한 도 18 및 도 24에 연관된 것과 같은 가장자리 전이 개념도, 구멍(3512)을 마주하는 시준기(3500)의 플레이트들의 가장자리들에도 적용 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록, 상기에서는 영상 강화기를 참조하여 설명되었지만, 이것은 평면 패널 검출기를 포함하는 모든 검출기에 적용가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 상기 검출기의 형상, 줌 영역 및 상기 ROI들은 혼합된 특성이 될 수 있고, 동일한 특성일 필요는 없다(즉, 원형 또는 사각형 또는 다른 형상).
상술한 방법 및 기술들은 위에서 실시 예로서 언급된 구성 및 방법에 제한되지 않음을 당업자는 이해할 것이다. 이것들은 실시예로서 제공된 것이고, 다른 구성들 및 방법들이 특정 디자인 및 디자인 생성에서 실시되는 기술들에 따라, 최종적인 결과를 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
상기 실시예들은 단지 예로서 기술된 것이고, 이는 본 발명의 범위를 제한되게 특정하기 위한 것이 아니다.
본 발명의 범위는 이어지는 특허청구범위에 의해서만 단지 제한된다.
Claims (19)
- X-선 방출원;
입력 영역을 갖는 검출기;
검출된 이미지를 표시하도록 구성된 모니터;
상기 표시된 이미지상에서 환자의 관심 영역(ROI)의 위치를 결정하기 위한 수단; 및
상기 X-선 방출원에 의해서 노출된 상기 입력 영역의 선택된 부분 상에, 상기 관심 영역(ROI)을 투사하는 수단을 포함하는 시준기를 포함하고,
상기 시준기는 상기 검출기의 입력 영역에 평행한 평면 내에서 이동가능하고,
상기 시준기는 상기 검출기의 다른 줌 인자들에 비례하는 다른 크기들을 갖는 다수의 구멍들을 포함하고, 상기 구멍들의 각각의 하나는 상기 검출기의 해당 줌을 위하여 상기 노출된 영역의 상기 선택된 부분을 투사하도록 구성된 X-선 시스템. - X-선 방출원;
입력 영역을 갖는 검출기;
검출된 이미지를 표시하도록 구성된 모니터;
상기 표시된 이미지상에서 환자의 관심 영역(ROI)의 위치를 결정하기 위한 수단; 및
상기 X-선 방출원에 의해서 노출된 상기 입력 영역의 선택된 부분 상에, 상기 관심 영역(ROI)을 투사하는 수단을 포함하는 시준기를 포함하며,
상기 시준기는 상기 검출기의 입력 표면 평면에 일반적으로 평행한 평면 내에 장착된 두 쌍의 플레이트들을 포함하고:
상기 제1 쌍을 형성하는 제1 및 제2 플레이트들은, 서로에 대해 일반적으로 평행하고, 그리고 서로 일정거리 이격된 상호 마주하는 가장자리들이 장착되며;
상기 제2 쌍을 형성하는 제3 및 제4 플레이트들은, 서로에 대해 일반적으로 평행하고, 그리고 서로 일정거리 이격된 상호 마주하는 가장자리들이 장착되고;
상기 4개의 플레이트들은 상기 관심 영역(ROI)을 투사하기 위해서 그 사이에 완전 투명한 간격을 형성하며;
상기 각각의 4개의 플레이트들은 X-선 방사선에 대해 부분적으로 투명하고;
상기 쌍에서 다른 플레이트의 가장자리에 마주하는 가장자리에 수직한 방향으로, 그것의 평면내에서 상기 다른 플레이트와는 독립적으로 상기 플레이트들의 각각 하나를 이동시키는 수단; 과
상기 간격을 통하여 수신된 이미지에 따라서 상기 플레이트들을 통해서 수신된 이미지의 외관을, 적어도 하나의 화소 값을 변경함으로써 수정하기 위한 수단을 포함하는 X-선 시스템. - 제2항에 있어서, 상기 4개의 플레이트들을 위치시키는 것은, 하나의 플레이트에 의해서 커버된 제1 부분적인 투명 영역과, 2개의 플레이트들에 의해서 커버된 제2 부분적인 투명 영역을 생성하도록 구성되고, 그리고 상기 수정 수단은 상기 하나의 플레이트를 통해서 수신된 이미지와, 상기 2개의 플레이트를 통해서 수신된 이미지를, 적어도 하나의 화소 값을 변경함으로써 상기 간격을 통해서 수신된 이미지로 조정하는 수단을 포함하는 것임을 특징으로 하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 추가적으로, 상기 검출기와 상기 모니터의 사이에 연결된 이미지 처리 유닛을 포함하고, 상기 이미지 처리 유닛은 상기 ROI 외측 영역에서 상기 모니터상에 표시된 검출된 이미지를 상기 ROI 내의 이미지 부분에 따라서 수정하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 이미지 수정은 상기 이미지용 톤 재생 함수를 결정하는 것을 포함하는 것임을 특징으로 하는 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 톤 재생 함수는 밝기 함수, 대조 함수, 감마 함수, 오프셋 함수, N-도 선형 함수 및 비-선형 함수 중의 어느 하나로 구현되는 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 이미지 수정은 상기 X-선 방출원 파라메터들을 제어하는 것을 포함하는 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 X-선 방출원 파라메터들은, 전류, 피크 킬로 전압(PKV), 펄스 길이 및 자동 이득 제어(AGC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제2항에 있어서, 추가적으로, 상기 검출기와 상기 모니터의 사이에 연결된 이미지 처리 유닛을 포함하고, 상기 이미지 처리 유닛은 상기 ROI 외측 영역에서 상기 모니터상의 디스플레이를 위해 검출된 이미지를 상기 ROI 내의 이미지 부분에 따라서 수정하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 이미지 수정은 상기 이미지용 톤 재생 함수를 결정하는 것을 포함하는 것임을 특징으로 하는 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 톤 재생 함수는 밝기 함수, 대조 함수, 감마 함수, 오프셋 함수, N-도 선형 함수 및 비-선형 함수 중의 어느 하나로 구현되는 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 이미지 수정은 상기 X-선 방출원 파라메터들을 제어하는 것을 포함하는 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 X-선 방출원 파라메터들은, 전류, 피크 킬로 전압(PKV), 펄스 길이 및 자동 이득 제어(AGC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 시준기는 상기 검출기의 줌 설정과, 상기 결정된 ROI에 따라서 이동하도록 구성되는 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시준기는 상기 검출기의 사전 설정된 줌 옵션에 따라서, 사전 설정된 위치를 포함하도록 구성되는 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시준기는 상기 시준기 평면에 수직하는 방향으로도 이동 가능한 것임을 특징으로 하는 X-선 시스템.
- X-선 방출원,
입력 영역을 갖는 검출기, 및
상기 X-선 방출원에 의해서 노출된 상기 입력 영역의 선택된 부분 상에 관심 영역(ROI)을 투사하는 수단을 포함하는 시준기를 포함하고,
상기 시준기는 상기 검출기의 입력 영역에 평행한 평면 내에서 이동가능하고, 상기 시준기는 상기 검출기의 다른 줌 인자들에 비례하는 다른 크기들을 갖는 다수의 구멍들을 포함하며, 상기 구멍들의 각각의 하나는 상기 검출기의 해당 줌을 위하여 상기 노출된 영역의 상기 선택된 부분을 투사하도록 구성된 X-선 시스템을 제공하는 단계;
상기 검출기를 요구되는 줌으로 설정하는 단계; 그리고
상기 시준기를 이동시켜서 상기 요구되는 줌을 구성하는 구멍을 적절한 위치에 배치하는 단계;를 포함하는 X-선 조사 영역의 이미지 내에서 ROI의 디스플레이 크기를 제어하는 방법. - X-선 방출원,
입력 영역을 갖는 검출기, 및
상기 X-선 방출원에 의해서 노출된 상기 입력 영역의 선택된 부분 상에 관심 영역(ROI)을 투사하는 수단을 포함하는 시준기를 포함하며,
상기 시준기는 상기 검출기의 입력 표면 평면에 일반적으로 평행한 평면 내에 장착된 두 쌍의 플레이트들을 포함하고:
상기 제1 쌍을 형성하는 제1 및 제2 플레이트들은, 서로에 대해 일반적으로 평행하고, 그리고 서로 일정거리 이격된 상호 마주하는 가장자리들이 장착되며,
상기 제2 쌍을 형성하는 제3 및 제4 플레이트들은, 서로에 대해 일반적으로 평행하고, 그리고 서로 일정거리 이격된 상호 마주하는 가장자리들이 장착되고,
상기 각각의 4개의 플레이트들은 X-선 방사선에 대해 부분적으로 투명하도록 구성되는 X-선 시스템을 제공하는 단계;
상기 쌍에서 다른 플레이트의 가장자리에 마주하는 가장자리에 수직한 방향으로, 그것의 평면내에서 독립적으로 상기 플레이트들의 각각의 하나를 이동시키는 단계;
상기 플레이트들 사이에서 완전 투명한 간격을 형성하기 위해서, 상기 플레이트 중 적어도 하나를 이동시킴으로써, 상기 검출기 입력 영역 상에서 노출된 영역 이미지의 위치와 크기를 결정하는 단계; 그리고
상기 플레이트들을 통하여 수신된 이미지의 외관을, 적어도 하나의 화소 값을 보정함으로써, 상기 간격을 통하여 수신된 이미지로 수정하는 단계;들을 포함하는 X-선 조사 영역의 이미지 내에서 ROI의 디스플레이 크기를 제어하는 방법. - 제18항에 있어서, 추가적으로 상기 검출기와 상기 모니터의 사이에 연결된 이미지 처리 유닛을 포함하고, 상기 이미지 처리 유닛은 상기 모니터상의 디스플레이를 위해 검출된 이미지를 상기 ROI 내의 이미지 부분에 따라서 수정하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 방법.
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