JP6659695B2 - 関心領域の動的設定可能な２次元ｘ線検出器、これを含むコーンビームｃｔ装置及びその動作方法 - Google Patents

関心領域の動的設定可能な２次元ｘ線検出器、これを含むコーンビームｃｔ装置及びその動作方法 Download PDF

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Description

本発明は、関心領域の位置及びサイズをフレームごとに変更させるように関心領域及びサイズに対する関心領域テーブルを内蔵する２次元Ｘ線検出器、これを用いたコーンビームＣＴ装置及びその動作方法に関する。
Ｘ線を用いた断層撮影装置（ＣＴ）は、Ｘ線が物体を透過しながらＸ線が減衰する現象を用いる。Ｘ線は、物体を透過しながら光電効果、コンプトン散乱（Ｃｏｍｐｔｏｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）などの物理的な現象によってその強度が次第に弱まるが、物体成分とその物理的な密度によって減衰する程度が異なる。
Ｘ線断層映像は物体成分のＸ線減衰係数の映像を見せるものであり、Ｘ線減衰係数は、一般的に物質の密度が高いほど、また、物質をなす成分の原子番号が高いほど増加する。
例えば、人体を撮影対象とする場合、人体の骨の組織や歯は軟部組織に比べてＸ線減衰係数が高い（一般的に、Ｘ線減衰係数は、Ｘ線光子のエネルギーが高いほど減少する）。
これによって、物体の断層映像を取得するためにはＸ線を人体に様々な角度に照射して取得される投影映像の集合が必要であり、このような投影映像の集合は、Ｘ線源（ｘ−ｒａｙ ｓｏｕｒｃｅ）及びＸ線検出器を１つの走査装置上に位置させてから走査装置を等角に回転させて取得する。
例えば、一部の断層撮影装置は、Ｘ線源及びＸ線検出器を固定させて物体（対象体）を回転させて投影映像の集合を取得したりもするが、その原理は同様である。
このように一定の角度で投影映像を順次に取得する過程を走査といい、一般的には単一素子型Ｘ線検出器を配列型に構成したＸ線ＣＴを主に使用している。
単一素子型Ｘ線検出器は大型で厚い形態を有し、Ｘ線感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）が高い長所があり、円弧に配列して一走査角度における１次元投影データを一時に取得することができ、走査装置の一回転で一断面の映像を取得することができる。
また、単一素子型Ｘ線検出器は、Ｘ線検出器を複数の円弧に配列して複数の断面に対する投影データを同時に取得し、走査装置の一回転で複数の断面の映像を取得することができる。
このような構造を有するＣＴを、通常マルチリング（ｍｕｌｔｉ−ｒｉｎｇ）ＣＴと呼ぶ。マルチリングＣＴは、シングルリング（ｓｉｎｇｌｅ−ｒｉｎｇ）ＣＴと比較して、断面当たり走査時間を短縮することができることから一般的に用いられている。
マルチリングＣＴはＸ線ＣＴの撮影時間を短縮し、ヘリカル（ｈｅｌｉｃａｌ）の走査機能を備えて３次元の断層撮影を可能にする。
ただし、マルチリングＣＴは、ヘリカル走査のために走査装置を数回回転しなければならず、一回の走査装置の回転で３次元映像を取得するためには検出器リングの数が少なくても数百個以上でなければならないため、経済的な問題が存在した。
このような問題を克服するために２次元面検出器の技術が開発されて商用化されている。２次元面検出器の画素数は数百万個以上となるレベルまで発展し、これに伴う開発として、デジタルＸ線撮影であるデジタルラジオグラフィー（ｄｉｇｉｔａｌ ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）の技術も一般化されている。
また、２次元面検出器の開発に伴うＣＴ技術も発展したが、このようなＣＴ技術を一般的にコーンビーム（ｃｏｎｅ−ｂｅａｍ）ＣＴとも呼ぶ。実施形態では、歯科用のＣＴ及びマイクロＣＴがその代表的な例である。
コーンビームＣＴは、投影映像を２次元面検出器として取得するために、走査装置の一回転だけでも３次元断層映像を再構成することができる。したがって、ＣＴ映像の解像度を高めるためにはＸ線検出器のピクセルサイズは小さく、対象物体を十分に含むことができる程度に検出器全体のサイズは大きくなければならないため、高解像度の２次元Ｘ線検出器の画素数は通常２６００×２６００以上、すなわち、６７０万個以上となる。
この場合、一画素のデータビット数は一般的に１６ビットであり、一枚の投影映像は１００Ｍビット以上であるが、このデータを１Ｇｂｐｓの送信速度に送信する場合、理論的に秒当たり１０枚未満の映像を収集することになる。
２次元Ｘ線検出器の送信チャネルとして、普通、ＧｉｇＥ又はＣａｍｅｒａ Ｌｉｎｋ及びＵＳＢなどが用いられるが、このチャネルの物理的な送信速度は約１．０〜５．０Ｇｂｐｓであり、実際例として、２６００×２６００の解像度を有する常用検出器の場合に、ＧｉｇＥチャネルを使用すれば秒当たり７枚、Ｃａｍｅｒａ Ｌｉｎｋを使用すれば秒当たり１５枚程度の映像を収集することになる。したがって、ＣＴ撮影は、一回転しながら約４５０枚以上を撮影するためには、秒当たり１５枚の場合に３０秒以上の撮影時間が求められることから、撮影速度の向上にその限界があった。
このような２次元Ｘ線検出器の撮影時間を数秒帯に減らすための従来方法として、検出器の解像度を落とし画素数を減らす方法を多く用いる。画素数を減らす方法をビニング（ｂｉｎｎｉｎｇ）というが、２×２、４×４、８×８、１６×１６などの隣接する画素データをひとまとめにして画素サイズを大きくするため、解像度は落ちるもののデータ量は減少することができ、秒当たり投影映像数を高めることができる。
ただし、このような従来方法は根本的に解像度を低下させる方法であり、高解像度のＣＴシステムには適していないため、現在の送信速度の限界を克服しながら高解像度で高速撮影を行うことのできる方法が求められている。
韓国登録特許第１０−１０７６３１９号（２０１１．１０．１８）、「動的制御が可能な視準器を備えたコーンビームＣＴ装置」 韓国登録特許第１０−１３２３０３４号（２０１３．１０．２２）、「単一エネルギー光子線源を用いたコーンビームＣＴ撮影装置及びこれを用いた映像取得方法」 米国公開特許第２０１５／０２１６４９８号（２０１５．０８．０６）、「GEOMETRＩC CHARACTERＩZATＩON AND CALＩBRATＩON OF A CONE-BEAM COMPUTER TOMOGRAHY APPARATUS」
本発明の目的は、投影データの送信速度の限界を克服してＣＴ装置の高速撮影を行うことのできる関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器と、これを含むコーンビームＣＴ装置及びその動作方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、内蔵された関心領域テーブルに基づいてフレームごとに関心領域の位置とサイズを設定し、設定された関心領域による投影データのみを送信して投影データ量を縮小できる関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器と、これを含むコーンビームＣＴ装置及びその動作方法を提供することにある。
更なる本発明の目的は、設定された関心領域による関心領域投影データを高解像度で取得し、関心外の領域に照射されたＸ線によって投影された関心領域以外の投影データにビニング方法を適用して低解像度で取得し、投影データ量を縮小し得る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器と、これを含むコーンビームＣＴ装置及びその動作方法を提供することにある。
本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器は、フレームごとに関心領域の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルと、前記関心領域テーブルに基づいて前記関心領域を制御する関心領域制御部とを含む。
前記関心領域制御部は、前記関心領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域投影データを取得して送信し得る。
また、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器は、関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データにビニング方法を適用して投影データ量を縮小するビニング処理部をさらに含み得る。
本発明の一実施形態に係るコーンビームＣＴ装置は、フレームごとに関心領域（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルに基づいて前記関心領域を制御し、前記制御された関心領域に照射されたＸ線によって投影される投影データを処理する２次元Ｘ線検出器と、前記投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成する映像処理部とを含む。
前記２次元Ｘ線検出器は、フレームごとに前記関心領域の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルと、前記関心領域テーブルに基づいて前記関心領域を制御する関心領域制御部とを含み得る。
前記関心領域制御部は、前記関心領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域投影データを取得して送信し得る。
また、前記２次元Ｘ線検出器は、関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データにビニング方法を適用して投影データ量を縮小するビニング処理部をさらに含み得る。
前記２次元Ｘ線検出器は、前記関心領域に投影された関心領域投影データ、及び関心以外の領域に投影された関心領域以外の投影データを結合して前記投影データを処理し得る。
前記映像処理部は、前記ビニング方法が適用された関心領域以外の投影データに補間法を適用して仮想の高解像度データに復元した後前記断層映像を再構成し得る。
本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器とこれを含むコーンビームＣＴ装置の動作方法は、フレームごとに前記関心領域の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルに基づいて前記関心領域を制御するステップと、前記関心領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域投影データ、及び関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データを含む投影データを処理するステップと、前記投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成するステップとを含む。
本発明の実施形態によれば、投影データの送信速度の限界を克服してＣＴ装置の高速撮影を行うことができる。
また、本発明の実施形態によれば、内蔵された関心領域テーブルに基づいてフレームごとに関心領域の位置とサイズを設定し、設定された関心領域による投影データのみを送信して投影データ量を縮小させることができる。
また、本発明の実施形態によれば、設定された関心領域による関心領域投影データを高解像度で取得し、関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影された関心領域の他の投影データにビニング方法を適用して低解像度で取得することで、投影データ量を縮小させることができる。
コーンビームＣＴ装置の例を説明するために示す図である。 コーンビームＣＴ装置で走査しながら投影データを取得する例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器の構成を説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器における関心領域の位置及びサイズを制御する例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置の構成を説明するためのブロック図である。 本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置を用いて投影データを取得する例を示す図である。 関心領域テーブルを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器とこれを含むコーンビームＣＴ装置の動作方法のフローチャートを示す図である。
以下、添付図面及び添付図面に記載された内容を参照して本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明が実施形態によって制限されたり限定されたりすることはない。
本明細書で用いられる用語は実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限するためのものではない。本明細書で、単数型は文句で特に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は１つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。
本明細書で用いられる「実施形態」、「例」、「側面」、「例示」等は、記述された任意の態様（ａｓｐｅｃｔ）又は設計が異なる態様又は設計よりも良好であるか、利点があるものと解釈されることはない。
また、「又は」という用語は、排他的論理和「ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ｏｒ」よりも包含的な論理和「ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ ｏｒ」を意味する。すなわち、別に言及しない限り、又は文脈から明確ではない限り、「ｘがａ又はｂを用いる」という表現は包含的な自然順列（ｎａｔｕｒａｌ ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｓ）のうちいずれか１つを意味する。
また、本明細書及び請求項で用いられる単数表現（「ａ」又は「ａｎ」）は、別に言及しない限り、又は単数形態に関するものと文脈から明確ではない限り、一般的に「１つ以上」を意味するものと解釈されなければならない。
また、本明細書及び請求項で用いられる第１、第２などの用語は、複数の構成要素を説明するために用いられるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されることはない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ用いられる。
他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術及び科学的な用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が共通して理解され得る意味として用いられる。また、一般的に用いられる予め定義されている用語は、明白に定義されていない限り理想的又は過度に解釈されることはない。
一方、本発明の説明において、関連する公知機能又は構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。そして、本明細書で用いられる用語（ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ）は本発明の実施形態を適切に表現するために用いられる用語であって、これはユーザ、運用者の意図又は本発明が属する分野の慣例などによって変わり得る。したがって、本用語に対する定義は本明細書の全般にわたった内容に基づいて下されなければならない。
図１は、コーンビームＣＴ装置の例を説明するために示す図である。
図１を参照すると、コーンビームＣＴ装置は、対象体１００を中心に一側にはＸ線源（Ｘ−ｒａｙ ｓｏｕｒｃｅ）１１０を、そして、反対の他側には２次元Ｘ線検出器１２０を置いて、与えられた角度で投影映像（あるいは、投影データ）１３０を取得する。
Ｘ線源１１０から照射されるＸ線は、Ｘ線源１１０の出口に設置された視準器（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）によって制限され、一般的には視野角の水平方向及び垂直方向にそれぞれ異なる検出器のサイズに基づいて制限される。
ここで、ビームのサイズを制限する理由は、撮影しようとする視野角（ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）内にのみＸ線の照射を制限することで、対象体１００に照射されるＸ線量（ｘ−ｒａｙ ｄｏｓｅ）を減らすためである。
Ｘ線源１１０及び２次元Ｘ線検出器１２０は、回転運動及び並進運動が可能な構成で自由度１の回転運動と自由度１の並進運動（線形運動）が可能である。
また、Ｘ線源１１０の回転中心は、Ｘ線源１１０の並進運動の軸上に存在する。
実施形態により、Ｘ線源１１０及び２次元Ｘ線検出器１２０は、互いに向かい合うように構成して対象体１００を中心に一定速度で回転する。
他の実施形態として、Ｘ線源１１０及び２次元Ｘ線検出器１２０は固定され、対象体１００を回転させて投影映像１３０を取得してもよいが、Ｘ線源１１０及び２次元Ｘ線検出器１２０の回転又は対象体１００の回転によって投影される投影映像１３０の原理は同一である。
再び図１を参照すると、φＸは水平方向の視野角を意味し、φＺは垂直方向の視野角を意味する。対象体１００に対する断層映像を再構成するためには、水平方向及び垂直方向の視野角による様々な角度における投影映像を取得しなければならないため、コーンビームＣＴ装置は、回転中心軸を中心にＸ線源１１０及び２次元Ｘ線検出器１２０を一定の角度（単位走査角）にフレームごとに移動させることができる。
図２は、コーンビームＣＴ装置で走査しながら投影データを取得する例を説明するために示すものである。
図２を参照すると、コーンビームＣＴ装置は、Ｘ線源２０１及び２次元Ｘ線検出器２０２から対象体２００を中心に複数の走査角度における走査を行う。ここで、走査のための回転中心軸２０３は対象体２００の中央に位置する。
より詳しくは、コーンビームＣＴ装置は、Ｘ線源２０１から回転中心軸２０３に照射されたＸ線によって投影される２次元Ｘ線検出器２０２における投影データを取得し得る。
例えば、コーンビームＣＴ装置は、回転中心軸２０３を基準にして隣接する走査角度（ｓｃａｎ ａｎｇｌｅ）及び走査角度で回転する回転量である単位走査角における複数の投影データを取得し得る。
一般的に単位走査角が小さいほど、すなわち、投影データの数が多いほど断層映像の空間解像度は向上するものの、撮影時間が長くなるため患者が受けるＸ線量は増加することになる。
一方、投影データの数が少な過ぎると、断層映像の空間解像度が低下するだけでなく、ストリークアーチファクト（ｓｔｒｅａｋ ａｒｔｉｆａｃｔ）が示されて、断層映像の可読性が低下する。
したがって、コーンビームＣＴ装置における投影データの数は、一般的に１０００以下に決定するが、実施形態に応じて以上又は以下であってもよい。
コーンビームＣＴ装置は、フレームごとに走査による投影データ集合｛ｐｉ（ｓ、ｔ）｝を取得し、投影データの集合から３次元断層映像（ｆ（ｘ、ｙ、ｚ））を算出し得る。
ここで、投影データ（ｐｉ（ｓ、ｔ））において、ｓ及びｔは２次元Ｘ線検出器面における水平軸方向及び垂直軸方向への座標を意味し、ｉは単位走査角として回転した数を意味する（すなわち、単位走査角をΔβとするとき、ｉ番目の回転で走査角はβ＝ｉΔβであり、ｉ＝０、１、２、３、...、Ｎ−１である）。また、３次元断層映像ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）において、（ｘ、ｙ、ｚ）は、図１に示すように対象体１００内における３次元空間座標を意味する。
投影データ集合が多いほど高画質の断層映像を取得することができ、コーンビームＣＴ装置から取得された投影データ集合から断層映像を取得するために映像再構成の方法を用いる。
映像再構成方法は、投影データを空間フィルタリングした後、逆投影（ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）する方法を適用する。
一般に、コーンビームＣＴ装置は、３次元に拡張されたフィルタ逆投影方法（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）において、フェルドカンプ（Ｆｅｌｄｋａｍｐ）アルゴリズムを用いる。フィルタ逆投影の映像再構成方法は、空間解像度が良好であり、高速演算できることから幅広く用いられるが、この方法以外にも、反復再構成アルゴリズム（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が適用され得る。
再び図２を参照すると、コーンビームＣＴ装置は、高い解像度の映像を取得するためにピクセルのサイズが小さく、解像度が良好で画素数の多い２次元Ｘ線検出器２０２を使用しなければならない。
ただし、従来におけるコーンビームＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器２０２は、高い解像度を取得するための投影データの膨大な量になり、その処理速度が低下し、送信速度が低いという限界があった。
これにより、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器は、投影データ量を縮小させるために関心領域（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）を設定し、関心以外の領域に対するデータを処理する方法を用いる。
例えば、幅Ｗ及び高さＨである２次元Ｘ線検出器２０２の全体サイズのうち、Ｗ×Ｈで１／３Ｗ×１／３Ｈの小さい領域のみを送信するとき、投影データ量は１／９に減少し、１秒当たり投影映像の個数は９倍に増加することで、撮影時間を１／９に減らすことができる。
ただし、このような場合、対象体２００の全てに対する投影データは取得できず、関心領域投影データのみを３次元映像に取得するという問題がある。
これにより、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器は、関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データの解像度を低くするためのビニング（ｂｉｎｎｉｎｇ）方法を適用する。
前記ビニング方法とは、投影データ内の隣接する画素データをひとまとめにして画素のサイズを増加させて解像度を低下しデータ量を減らす方法である。
一般的に、ビニング方法は、２×２、４×４、８×８、１６×１６のビニングモードが用いられるが、４×４ビニングを用いる場合、１６個の画素を１つの画素として取り扱うことによりデータ量は１／１６に減少する。
これによって、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器は、ビニング方法を適用して１／３Ｗ×１／３Ｈの関心領域のみを高解像度として取得し、その他の領域は４×４のビニングを適用して低解像度として取得することで、投影データ量を縮小し、１秒当たり投影データ（投影映像）の個数を増やし得る。
図３は、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器の構成を説明するためのブロック図を示す。
図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器３００は、フレームごとに関心領域テーブルに基づいて関心領域の位置及びサイズを制御する。
そのために、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器３００は、関心領域テーブル３１０及び関心領域制御部３２０を含む。
関心領域テーブル３１０は、フレームごとに関心領域（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）の位置及びサイズの設定が可能である。
以下では図７を参照して関心領域テーブルについて詳説する。
図７は、関心領域テーブルを説明するために示す図である。
図７を参照すると、関心領域テーブルは、投影データを収集するためにＮ個の走査角度によって設定され、Ｎ個の走査角度により予め設定された関心領域の移動情報ｓ０、ｔ０、ＷＲ、ｈＲを含む。
ここで、ｓ０及びｔ０は関心領域の開始点の座標を示し、ＷＲは関心領域のサイズの幅を示し、ｈＲは関心領域のサイズの高さを示す。
関心領域テーブルに含まれた関心領域の移動座標、幅、及び高さを含むサイズは、走査角度、２次元Ｘ線検出器、及び２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置が適用される実施形態によって様々に適用されて設定され得る。
例えば、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器は、関心領域の位置及びサイズを含んでいる移動情報を関心領域テーブルに格納して含み、フレームごとに関心領域テーブルから関心領域の移動情報を抽出して関心領域を制御し得る。
再び図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器３００の関心領域制御部３２０は、関心領域テーブル３１０に基づいて関心領域を制御する。
より詳しくは、関心領域制御部３２０は、関心領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域投影データのみを取得して送信し得る。
実施形態によって、関心領域制御部３２０は、関心領域に照射されたＸ線により投影される関心領域投影データ、及び関心以外の領域に照射されたＸ線により投影される関心領域以外の投影データを結合して送信し得る。
また、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器３００は、関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データにビニング方法を適用して投影データ量を縮小するビニング処理部３３０をさらに含み得る。
例えば、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器３００は、関心領域投影データのみを送信するか、関心領域以外の投影データを取得して解像度を低くするかを判断する。このような判断は、ユーザの命令コマンドに基づいて行われ、実施形態によって、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器３００にインストールされたプログラム又はソフトウェアの予め設定された判断基準によって行われることができる。
本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器３００の関心領域制御部３２０は、関心以外の領域を除いて関心領域に投影された関心領域投影データのみを取得することができ、取得された関心領域投影データのみを送信することにより投影データ量を減少して送信速度を向上させることができる。
実施形態に係る関心領域制御部３２０は、関心以外の領域に投影された関心領域以外の投影データを取得し、ビニング処理部３３０から関心領域以外の投影データに、画素をひとまとめにするビニング方法を適用することで相対的に解像度の低い低解像度の投影データを取得することができる。
これによって、関心領域制御部３２０は、関心領域に投影された関心領域投影データを高解像度として取得し、関心以外の領域に投影された関心領域以外の他投影データを低解像度として取得して結合することで、投影データ量を縮小させることができる。
図４は、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器における関心領域の位置及びサイズを制御する例を説明するために示す図である。
図４を参照すると、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器４００は、関心領域テーブルに基づいて関心領域４０１の位置及びサイズを制御する。
例えば、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器４００は、関心領域４０１を水平方向４０５に移動させ得る。
実施形態により、関心領域４０１の座標４０２をＯ（ｓ０、ｔ０）にして、幅４０３をＷＲ、高さ４０４をｈＲにするとき、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器４００は、関心領域４０１の座標４０２、幅４０３、及び高さ４０４の情報を含んでいる関心領域テーブルの移動情報に基づいて関心領域４０１の位置及びサイズを制御することができる。
これによって、本発明の一実施形態に係る２次元Ｘ線検出器４００は、Ｎ個の走査角度に応じて予め設定された関心領域４０１の移動情報を含む関心領域テーブルを用いて、フレームごとにより正確な関心領域４０１のサイズ及び移動を制御することができる。
図５は、本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定の可能な２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置の構成を説明するためのブロック図である。
図５を参照すると、本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定の可能な２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置５００は、関心領域テーブルに基づいて関心領域の位置及びサイズを制御し、関心領域に照射されたＸ線によって投影された投影データを処理する２次元Ｘ線検出器から受信された投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成する。
そのために、本発明の実施形態に係るコーンビームＣＴ装置５００は、２次元Ｘ線検出器５１０及び映像処理部５２０を含む。
２次元Ｘ線検出器５１０は、フレームごとに関心領域（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルに基づいて関心領域を制御し、制御された関心領域に照射されたＸ線によって投影される投影データを処理する。
例えば、２次元Ｘ線検出器５１０は、関心領域テーブルに基づいて移動情報の順に関心領域の位置及びサイズを制御する。
より詳しくは、２次元Ｘ線検出器５１０は、フレームごとに関心領域の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブル（図示せず）、関心領域テーブルに基づいて関心領域を制御する関心領域制御部（図示せず）、及び関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データにビニング方法を適用して投影データ量を縮小するビニング処理部（図示せず）を含み得る。
実施形態によって、２次元Ｘ線検出器５１０は、関心以外の領域を除いて関心領域に投影された関心領域投影データのみを取得することができ、取得された関心領域投影データのみを送信することにより、投影データ量を縮小して送信速度の向上を図ることができる。
他の実施形態により、２次元Ｘ線検出器５１０は、関心以外の領域に投影された関心領域以外の投影データを取得し、取得された関心領域以外の投影データに、画素をひとまとめにするビニング方法を適用し、関心領域投影データに比べて相対的に解像度の低い低解像度の投影データを取得することができる。
これによって、２次元Ｘ線検出器５１０は、関心領域に投影された関心領域投影データを高解像度として取得し、関心以外の領域に投影された関心領域以外の投影データを低解像度として取得して結合することにより、投影データ量を縮小して送信することができる。
映像処理部５２０は、処理された投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成する。
前記投影データは関心領域投影データのみを含んでもよく、関心領域投影データ及びビニング方法が適用された関心領域以外の投影データを全て含んでもよく、２次元Ｘ線検出器５１０に投影された投影映像を全て含む用語であり得る。
例えば、映像処理部５２０は、関心領域投影データ、及び関心領域以外の投影データのうち少なくともいずれか１つ以上の投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成する。
ここで、映像処理部５２０は、ビニング方法が適用された関心領域以外の投影データに補間法を適用して仮想の高解像度データに復元した後、断層映像を再構成し得る。
前記映像再構成アルゴリズムは、投影データに空間フィルタリング（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）した後、逆投影（ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）する方法であってもよく、実施形態に応じて、フェルドカンプアルゴリズムという３次元に拡張された逆投影方法を用いてもよい。
また、映像再構成アルゴリズムとして、ＳＡＲＴ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ａｌｇｅｂｒａｉｃ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）のような反復再構成（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）方法も適用してもよい。
他の実施形態によって、本発明の実施形態に係るコーンビームＣＴ装置５００は検出器制御部（図示せず）をさらに含んでもよい。
例えば、検出器制御部は、ユーザの入力に基づいて２次元Ｘ線検出器５１０を制御する。
また、検出器制御部は関心以外の領域を除去するか、関心以外の領域に対する関心領域以外の投影データを取得して解像度を低くするかの判断によって制御コマンドを生成し、２次元Ｘ線検出器５１０の動作を制御することもできる。
ここで、前記制御コマンドは、関心領域テーブルに含まれた移動情報の追加、削除、及び変更のうち少なくともいずれか１つであってもよく、２次元Ｘ線検出器５１０の作動（ｏｎ／ｏｆｆ）及び動作（ｍｏｔｉｏｎ）のうち少なくともいずれか１つによる制御コマンドでもあってもよい。
更なる実施形態により、本発明の実施形態に係るコーンビームＣＴ装置５００は、データ量が縮小した投影データ（関心領域投影データのみが含まれた投影データ、又は、高解像度の関心領域投影データ及び低解像度の関心領域以外の投影データを含む投影データ）、及び再構成された断層映像のうち少なくともいずれか１つ以上を外部に送信するための通信部（図示せず）をさらに含んでもよい。
図６は、本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置を用いて投影データを取得する例を示す図である。
図６を参照すると、本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置は、Ｘ線源６０１及び２次元Ｘ線検出器６００から対象体６０２に対する投影データ（投影映像）を取得する。
例えば、本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置は、対象体内部の中心点６０４を中心に半径がｒである円を対象体の関心領域６０３に設定し、対象体の関心領域６０３に照射されたＸ線によって２次元Ｘ線検出器６００に投影された投影データを取得する。
ここで、対象体内部の中心点６０４に照射されたＸ線は、２次元Ｘ線検出器６００における関心領域の中心点６０６に連結される。
図６を参照すると、本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置内で、関心領域の中心点６０６の水平座標をＳ１、関心領域６０５の幅をＷＲにすると、Ｓ１及びＷＲは単位走査角による走査角度βによって毎回変わる。
ただし、走査角度によって変動する座標及び幅は、簡単な幾何学的な解決法によって正確なＳ１、ＷＲ、及び関心領域６０５の開始座標ｓ０、ｔ０から取得され、実施形態によりＳ１は走査角度によるｓｉｎｅ関数になり得る。
例えば、走査角度の幅が設定された基準から大きく逸脱しない場合、ＷＲを定数にして、Ｓ０＝Ｓ１−ＷＲ／２に近似しても大きい無理はない。
したがって、本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器を含むコーンビームＣＴ装置の２次元Ｘ線検出器６００は、フレームごとに関心領域６０５の位置及びサイズを制御して対象体の関心領域６０３による投影データを高解像度として取得できる。
図８は、本発明の実施形態に係る関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器とこれを含むコーンビームＣＴ装置の動作方法のフローチャートを示す。
図８を参照すると、ステップ８１０において、フレームごとに関心領域（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルに基づいて２次元Ｘ線検出器における関心領域の位置及びサイズを制御する。
ステップ８１０は、関心領域テーブルに基づいて順次に２次元Ｘ線検出器における関心領域の位置及びサイズを制御するステップである。
ステップ８２０において、関心領域に照射されたＸ線（Ｘ−ｒａｙ）によって投影される関心領域投影データ、及び関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データを含む投影データを処理する。
実施形態により、ステップ８２０は、関心以外の領域を除いて関心領域に投影された関心領域投影データのみを取得するステップである。
他の実施形態により、ステップ８２０は、関心以外の領域に照射されたＸ線によって２次元Ｘ線検出器に投影された関心領域以外の投影データを取得し、取得された関心領域以外の投影データに画素をひとまとめにするビニング（ｂｉｎｎｉｎｇ）方法を適用するステップであり得る。
ステップ８３０において、投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成する。
ステップ８３０は、関心領域投影データ、及び関心領域以外の投影データのうち少なくともいずれか１つ以上の投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成するステップであり得る。
実施形態に係る方法は、多様なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組合せて含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明の動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。
上述したように実施形態をたとえ限定された図面によって説明したが、当技の術分野で通常の知識を有する者であれば、前記に基づいて様々な技術的な修正及び変形を適用することができる。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で実行されたり、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組合せられたり、他の構成要素又は均等物によって置き換えたり置換されても適切な結果を達成することができる。
したがって、他の具現、他の実施形態、及び特許請求の範囲と均等なものも後述する特許請求の範囲に属する。
１００、２００、６０２：対象体
１１０、２０１、６０１：Ｘ線源
１２０、２０２、６００、４００：２次元Ｘ線検出器
１３０：投影映像（投影データ）
２０３：回転中心軸
６０３：対象体の関心領域
６０４：対象体内部の中心点
６０５、４０１：関心領域
６０６：関心領域の中心点
４０２：関心領域の座標
４０３：関心領域の幅
４０４：関心領域の高さ
４０５：水平方向

Claims (7)

  1. フレームごとに関心領域（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルと、
    前記関心領域テーブルに基づいて前記関心領域の前記位置及び前記サイズを制御する関心領域制御部と、
    関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データにビニング方法を適用して投影データ量を縮小するビニング処理部と、
    を含み、
    前記関心領域テーブルは、前記関心領域の開始点、並びに前記関心領域の前記サイズの高さ及び幅を含む移動情報を含み、
    前記関心領域制御部は、フレームごとに前記移動情報を抽出することによって、前記移動情報の順に前記関心領域の前記位置及び前記サイズを制御する、２次元Ｘ線検出器。
  2. 前記関心領域制御部は、前記関心領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域投影データを取得して送信する、請求項１に記載の２次元Ｘ線検出器。
  3. フレームごとに関心領域（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルに基づいて前記関心領域の前記位置及び前記サイズを制御し、前記制御された関心領域に照射されたＸ線によって投影される投影データを処理する２次元Ｘ線検出器と、
    前記投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成する映像処理部と、
    を含み、
    前記関心領域テーブルは、前記関心領域の開始点、並びに前記関心領域の前記サイズの高さ及び幅を含む移動情報を含み、
    前記２次元Ｘ線検出器は、フレームごとに前記移動情報を抽出することによって、前記移動情報の順に前記関心領域の前記位置及び前記サイズを制御し、
    前記２次元Ｘ線検出器は、
    フレームごとに前記関心領域の前記位置及び前記サイズの設定可能な前記関心領域テーブルと、
    前記関心領域テーブルに基づいて前記関心領域を制御する関心領域制御部と、
    関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データにビニング方法を適用して投影データ量を縮小するビニング処理部と、
    を含む、コーンビームＣＴ装置。
  4. 前記関心領域制御部は、前記関心領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域投影データを取得して送信する、請求項３に記載のコーンビームＣＴ装置。
  5. フレームごとに関心領域（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルに基づいて前記関心領域の前記位置及び前記サイズを制御し、前記制御された関心領域に照射されたＸ線によって投影される投影データを処理する２次元Ｘ線検出器と、
    前記投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成する映像処理部と、
    を含み、
    前記関心領域テーブルは、前記関心領域の開始点、並びに前記関心領域の前記サイズの高さ及び幅を含む移動情報を含み、
    前記２次元Ｘ線検出器は、フレームごとに前記移動情報を抽出することによって、前記移動情報の順に前記関心領域の前記位置及び前記サイズを制御し、
    前記２次元Ｘ線検出器は、前記関心領域に投影された関心領域投影データ、及び関心以外の領域に投影された関心領域以外の投影データを結合して前記投影データを処理する、コーンビームＣＴ装置。
  6. 前記映像処理部は、前記ビニング方法が適用された関心領域以外の投影データに補間法を適用して仮想の高解像度データに復元した後前記断層映像を再構成する、請求項３に記載のコーンビームＣＴ装置。
  7. 関心領域（ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器とこれを含むコーンビームＣＴ装置の動作方法において、
    フレームごとに前記関心領域の位置及びサイズの設定可能な関心領域テーブルに基づいて前記関心領域の前記位置及び前記サイズを制御するステップと、
    前記関心領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域投影データ、及び関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データを含む投影データを処理するステップと、
    前記投影データに映像再構成アルゴリズムを適用して断層映像を再構成するステップと、
    を含み、
    前記関心領域テーブルは、前記関心領域の開始点、並びに前記関心領域の前記サイズの高さ及び幅を含む移動情報を含み、
    前記関心領域の前記位置及び前記サイズを制御するステップは、フレームごとに前記移動情報を抽出することによって、前記移動情報の順に前記関心領域の前記位置及び前記サイズを制御することを含み、
    前記投影データを処理するステップは、関心以外の領域に照射されたＸ線によって投影される関心領域以外の投影データにビニング方法を適用して投影データ量を縮小することを含む、関心領域の動的設定可能な２次元Ｘ線検出器とこれを含むコーンビームＣＴ装置の動作方法。
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