KR100573919B1

KR100573919B1 - 컴퓨터 단층촬영 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100573919B1
Application number: KR1020020029527A
Authority: KR
Inventors: 시오타타다히로
Original assignee: 가부시키가이샤 시마쓰세사쿠쇼
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2006-04-26
Also published as: CN1161604C; US20020191736A1; TW541418B; CN1389723A; KR20020092190A; JP2002357567A; US6798861B2

Abstract

운전자가 회전선반을 움직일 방향, 회전선반의 회전축 방향에 대한 X선 검출기의 시계(field of view) FOV(z) 및 촬영횟수 n을 설정하고 연속 촬영명령을 내리면, 회전선반이 회전하는 동안에 X선 형광투시 데이터를 수집하는 촬영작업과, 회전선반이 FOV(z)만큼 설정된 방향으로 움직이는 작용이 반복되며, 촬영이 n번 수행된다. 그 다음 , 단층사진을 얻기 위해, 얻어진 데이터가 재구성된다. 따라서, 비록 고해상도 삼차원 데이터를 얻기 위해 고배율이 설정되고, 삼차원 데이터를 위해 필요한 영역이 X선 검출기의 시계에서 커버될 수 없는 경우라도, 연속 단층사진을 얻는 게 가능하다.

단층촬영, 컴퓨터

Description

컴퓨터 단층촬영 장치 및 방법{Computer Tomography Apparatus and Method}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 처리과정을 보여주는 순서도이다.

본 발명은 X선을 이용한 컴퓨터 단층촬영 장치(X선 CT 장치) 및 컴퓨터 단층촬영 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 X선 원추형 빔(beam) CT 장치에 관한 것이다.

X선 CT 장치는 일반적으로 X선 공급원(source)과 X선 검출기 사이의 X선 광축(optical axis)에 대해 직각인 축을 중심으로 목표물을 회전시키면서, 촬영되는 목표물에 X선을 조사(照射)하고, 360°모든 방향으로부터의 형광투시 영상을 수집하는 것이다. 수집된 데이터의 재구성 처리를 통해 X선 단층사진이 제공된다.

일반적인 X선 CT 장치는 X선 공급원으로부터 일차원적으로 펼쳐진 각각의 라인(line)(각각의 조각들, slice)에 대한 형광투시 영상데이터를 수집된 자료로서 축적하고, 그 데이터로부터 조각들의 X선 단층사진을 연산한다.

이에 반하여, 원추형 빔 CT(간단히, 원추형 CT)라 불리는 기술에 있어서는, 이차원의 유효 시계(effective field of view)를 가진 X선 검출기가 사용된다. 이러한 X선 원추형 빔 CT 장치는 이차원 형광투시 영상을 얻기 위해 X선 공급원의 X선 광축에 수직인 축 주위로 목표물을 회전시키면서 검사대상인 목표물에 원추형 X선 빔을 조사한다. 이차원 형광투시 영상이 한번에 수집됨으로써 복수의 조각들에 대한 X선 단층사진이 제공될 수 있다.

상기 원추형 CT에 있어서, 한 번의 촬영에 의해 제공되는 데이터는 이 분야의 통상의 CT와 비교해볼 때 크게 증가한다. 따라서, 목표물의 삼차원 데이터를 수집하기 위해 요구되는 시간이 통상의 CT에 비해 크게 감소된다. 그러나, 통상의 CT이든 원추형 CT이든 불문하고, 작은 영역에 대한 고해상도의 단층 X선 사진을 얻기 위해서는, X선 공급원으로부터 목표물의 회전축 중심까지의 거리인 SOD(물체에 대한 공급원의 거리)와 X선 공급원으로부터 X선 검출기까지의 거리인 SID(영상에 대한 공급원의 거리)가 형광투시 영상의 상배율을 증가시키기 위해서 조절될 필요가 있다. 그러나, 상배율이 커짐에 따라, 원추형 빔의 시계가 줄어들게 되어, 작은 영역의 X선 단층사진만을 얻을 수 있을 뿐이다. 따라서, 비교적 큰 목표물에 대한 고해상도의 삼차원 데이터를 얻기는 어렵다.

본 발명의 목적은, 넓은 영역에 대한 고해상도의 삼차원 데이터를 용이하게 수집할 수 있는 컴퓨터 단층촬영 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 수단이 채택된다. 본 발명의 컴퓨터 단층촬영 장치는, 원추형 X선 빔을 검사대상인 목표물에 조사하는 X선 공급원; 목표물의 X선 형광투시 데이터를 얻을 목적으로, X선 공급원에 대향하도록 X선 공급원의 X선 광축에 배치된 이차원 X선 검출기; 목표물을 장착하고 X선 광축에 수직인 축 주위로 목표물을 회전시킬 목적으로 X선 공급원과 이차원 X선 검출기 사이에 배치된 회전선반; 회전선반의 회전축에 대해 수직인 평면 상에서 잘려지는 목표물에 대한 다수 개의 단층사진을 재구성하기 위한 데이터처리부; 촬영횟수를 설정하기 위한 촬영횟수 설정부 및 촬영횟수가 설정된 횟수에 도달할 때까지 촬영을 할 때마다 이차원 X선 검출기의 유효시계만큼 회전선반의 회전축 방향으로 회전선반을 움직이기 위한 이동장치를 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터 단층촬영 장치는 회전선반이 그 회전축 방향으로 움직일 때 방향을 설정하기 위한 방향설정부를 포함할 수 있으며, 상기 이동장치는 회전선반을 상기 방향설정부에 의해 설정된 방향으로 이동시킨다.

상기 컴퓨터 단층촬영 장치에 있어서, 상기 데이터처리부는 목표물의 삼차원 데이터를 얻기 위해 재구성되는 다수의 단층사진들을 서로 연결하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 촬영횟수와 회전선반 이동방향이 미리 설정되어 있다. 따라서, 회전선반을 회전시키면서 360°X선 형광투시 데이터를 수집하는 촬영 과정과 회전축 방향으로 회전선반을 시계(field of view)만큼 움직이는 과정은 자동적으로 반복된다. 그러므로, 비록 상배율이 증가하고 회전선반의 회전축 방향에서의 시계가 좁아지더라도, 여러 번의 촬영에 의해 얻어진 형광투시 데이터를 서로 연결함으로써 회전축 방향에 대한 실질적인 시계를 확장할 수 있다.

즉, 회전선반이 회전축 방향에 대해 설정된 시계만큼 회전축 방향으로 한번 움직이는 동안, 설정된 횟수만큼의 촬영이 수행된다. 따라서, 시계에서의 촬영에 의해, 설정된 횟수만큼의 복수의 촬영횟수에 상당하는 데이터를 얻을 수 있으므로, 전체 촬영 데이터에 의해 상기 회전선반의 회전축 방향에 있어 실제의 시계 폭을 얻을 수 있다. 따라서, 고해상도의 단층사진을 얻기 위해 고배율로 촬영함으로써 회전축 방향에 대한 실질적인 시계가 좁아진다 하더라도, 촬영횟수를 증가시킴으로써 넓은 지역에 대한 3차원 데이터를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 개개의 촬영에 의해 수집되는 형광투시 데이터를 재구성함으로써 얻어지는 복수의 단층사진들은 목표물에 관한 삼차원데이터로 서로 연결된다. 그러므로, 얻어지는 삼차원 데이터는 넓은 시계를 가지는 고해상도 데이터가 되며, 예컨대, 바아(bar) 모양 또는 기둥 모양과 같은 한 방향으로 긴 검사대상 목표물에 대해서도 고해상도의 삼차원 데이터를 쉽게 얻을 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 단층촬영 장치의 구성도이다. 도 1은 개략도와 블록선도를 각각 이용하여 컴퓨터 단층촬영 장치의 기계적 구성과 전 기적 구성을 보여주고 있다.

컴퓨터 단층촬영 장치는 X선 공급원(1), 이차원 X선 검출기(2)와 회전선반 (3)을 가지고 있다. 상기 X선 공급원(1)은 X선 공급원의 X선 광축 L이 수평방향(x 방향)으로 향하도록 놓여진다. 상기 이차원 X선 검출기(2)는 X선 공급원(1)에 대향하도록 X선 광축 L상에 위치한다. 상기 회전선반(3)은 X선 공급원(1)과 이차원 X선 검출기(2) 사이에 위치한다.

상기 X선 공급원(1)은 X선 제어기(11)로부터 공급되는 튜브전류(tube current)와 튜브전압(tube voltage)에 의해 구동 및 제어되며, 수평 광축 L을 따라 원추형 모양의 X선 빔을 발산한다. X선 제어기(11)는 고전압발생 회로를 포함하고 있으며, 제어부(40)에 의해 제어된다.

상기 이차원 X선 검출기(2)는 영상 증강기(21)와 CCD 카메라(22)를 포함한다. CCD 카메라(22)로부터 출력된 각 픽셀(pixel) 데이터는 데이터처리부(45)로 입력된다. 이차원 X선 검출기(2)는 모터(미도시)를 구비한 검출기 이동장치(2a)를 구동함으로써 x 방향으로 움직일 수 있다. 즉, 이차원 X선 검출기(2)는 X선 공급원(1)으로부터 멀어지거나 가까워지는 방향으로 움직일 수 있다.

회전선반(3)은 검사대상 목표물 W를 그 위에 장착하고 있으며, 목표물 W를 회전시킨다. 다시 말하면, 상기 회전선반(3)은 내부 모터(미도시)를 구동함으로써, 그것의 회전축, 즉 수직방향(z 방향)을 중심으로 하여 회전 가능하다. 상기 회전선반(3)은 모터(미도시)를 구비한 z 방향 이동장치(3a)를 구동함으로써 z 방향, 즉 회전축 방향으로 움직일 수 있다. 또한, 상기 회전선반(3)은 모터(미도시)를 구비 한 x 방향 이동장치(3b)를 구동함으로써 x 방향으로도 움직일 수 있다.

상기 검출기 이동장치(2a), 회전선반(3), 회전선반(3)의 z 방향 이동 장치(3a), 회전선반의 x 방향 이동장치(3b)의 모터들은 각각 검출기 이동용 드라이버(41), 선반 회전용 드라이버(42), 선반 z 방향 이동용 드라이버(43) 그리고, 선반 x 방향 이동용 드라이버(44)로부터 보내진 구동신호에 의해 구동되고 제어된다. 각각의 드라이버(41, 42, 43, 44)는 제어부(40)에 의해 제어된다.

상기 이차원 X선 검출기(2)의 CCD 카메라(22)로부터 출력된 각 픽셀 데이터는 데이터처리부(45)로 입력된다. 그러면 데이터처리부(45)는 픽셀 데이터를 사용하여 다양한 처리를 행하며, 또한 단층사진의 재구성 연산(calculation)을 수행한다. 이러한 재구성 연산에 의해 제공되는 단층사진 또는 목표물 W의 형광투시 영상은 표시기(46)에 표시된다.

키보드, 스위치 등의 조작부(47)는 제어부(40)에 연결된다. 운전자는 조작부(47)를 조작함으로써 후술하는 것과 같은 다양한 명령과 설정을 입력할 수 있다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 처리과정을 보여주는 순서도이다.

우선, 표시기(46)의 X선 형광투시 영상을 보면서, 운전자는 배율을 결정하고 X선 상태를 조절하기 위해 SID 및 SOD를 조절할 목적으로 검출기 이동장치(2a)나 x 방향 이동장치(3b)를 통하여 이차원 X선 검출기(2) 또는 회전선반(3)을 x 방향으로 움직이기 위해 상기 조작부(47)를 조작한다. 이 때, 만일 배율이 높아서, 한 번의 촬영만으로는 수직방향에 대한 시계 FOV(z)가 목표물 W에 대한 삼차원 정보를 제공 할 수 있는 지역을 커버할 수 없다면, 운전자는 연속 원추형 CT 항목을 선택한다.

운전자가 연속 원추형 CT 빔을 선택할 때, 운전자는 회전선반(3)의(z 방향에 있어서의) 초기 위치, z 방향에 있어서의 시계 FOV(z), 회전선반(3)이 초기 위치로부터 z 방향으로 움직일 때의 방향, 촬영횟수 n, 그리고 단층 사진을 제공하기 위한 다른 조건들을 설정한 후, 연속 원추형 CT의 개시명령을 내린다.

상기 CT 장치는 이차원 X선 검출기(2)와 회전선반(3)의 x 방향 위치에 근거하여 z방향에 있어서의 시계 FOV(z)의 최대값을 계산한다. z 방향에 대한 최대시계 FOV(z)는 표시기(46)에 표시된다. 따라서, z 방향에 대한 시계 FOV(z)를 설정하기 위해, 운전자는 표시기(46)에 표시되는 z 방향에 있어 최대 시계 FOV(z)를 사용하거나, 이차원 X선 검출기(2)의 왜곡현상 등을 고려하여 z 방향에 대한 좀 더 좁은 폭의 어떤 원하는 시계 FOV(z)를 설정할 수 있다. 이 경우, z 방향에 대하여 설정된 시계 FOV(z)는, 항상 시계의 중심으로부터 시계의 한 측면까지의 폭이 시계의 중심으로부터 시계의 다른 한 측면까지의 폭과 동일하도록 설정된다. 설정된 시계 FOV(z)의 범위에 대하여, 단지 픽셀 데이터만이 단층사진을 재구성하기 위해 사용된다.

이러한 연속 CT의 개시명령이 내려질 때, 상기 회전선반(3)은 설정된 초기 위치로부터 회전하며, X선 형광투시 데이터가 수집된다. 데이터 수집이 완료되었을 때, 단층사진의 재구성처리가 행해지며, 얻어진 데이터는 보존된다. 다음에, 촬영(데이터 수집)횟수가 설정된 촬영 횟수 n에 다다르지 못했을 경우, 회전선반(3)은 설정된 방향인 z 방향으로, 설정된 시계 FOV(z)만큼 움직인 뒤, X선 형광투시 데이 터가 수집된다. 단층사진의 재구성처리 계산은 데이터를 사용하여 행해지며, 상기 제공된 데이터는 보존된다. 촬영횟수가 설정된 촬영횟수 n에 도달했을 때, 지금까지 보존된 모든 데이터가 서로 연결되며, 그 결과 데이터는 표시기(46)에 표시되어 처리 작업이 종료된다.

상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 고해상도데이터를 수집하기 위해 배율을 높임으로써, z 방향에 대한 시계 FOV(z)가 좁아져서 한 번의 촬영만으로는 목표물 W의 삼차원 데이터를 제공할 수 있는 지역을 커버할 수 없을 경우에는, 운전자는 단지 연속 원추형 CT 빔 항목을 선택하고 상기 연속 원추형 CT 작업을 수행하기 위해 요구되는 조건들을 설정하기만 하면 된다. 이러한 단순 조작을 통해, 회전선반(3)이 z 방향으로 자동적으로 움직이는 동안, X선 형광투시 데이터를 수집할 수 있다. 따라서, 넓은 지역에 대한 고해상도의 삼차원 데이터를 얻을 수 있다.

상술한 실시예에서는, 본 발명이 수평축의 X선 광축을 가진 CT 장치에 적용되었지만, 본 발명은 또한, 수직방향의 X선 광축을 가진 CT 장치에도 적용될 수 있다. 즉 본 발명의 요지는, 회전선반이 회전축 방향에 대해 설정된 시계만큼 회전선반의 회전축 방향을 따라 한 번 움직이는 동안에 X선 형광투시 데이터가 수집될 수 있다는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 운전자는 단순히 연속 원추형 CT 항목을 선택하고, 회전선반의 회전축 방향에 대한 시계와, 회전선반이 회전축 방향으로 움직일 때의 방향 및 촬영 횟수를 설정하면 된다. 따라서, 한번의 데이터 수집작업이 실행된 후에, 상기 회전선반은 회전축방향에 대한 시계만큼 설정방향으로 자동적으로 움직여서, 데이터 수집 작업이 반복된다. 결과적으로, 고해상도로 설정하기 위해 배율을 올릴 경우에도, 넓은 지역에 대한 연속적인 단층사진을 얻을 수 있으며, 비교적 큰 목표물에 대한 삼차원정보가 고해상도로 제공될 수 있다. 또한, 연속 촬영횟수가 증가할수록, 회전선반의 회전축 방향에 대한 시계상의 한계를 대폭 없앨 수 있다.

Claims

원추형 X선 빔을 검사대상인 목표물에 조사하기 위한 X선 공급원과;

목표물의 X선 형광투시 데이터를 얻기 위해 상기 X선 공급원에 대향하도록 X선 공급원의 X선 광축에 배치된 이차원 X선 검출기와;

목표물을 장착하고 X선 광축에 수직인 축을 중심으로 목표물을 회전시키기 위하여, 상기 X선 공급원과 이차원 X선 검출기 사이에 배치된 회전선반과;

상기 회전선반을 적어도 회전축 방향으로 이동시키는 이동기구와;

상기 회전선반을 회전시키면서 촬영하여 얻어진 이차원 X선 검출기로부터의 픽셀 데이터를 사용하여, 상기 회전선반의 회전축과 수직을 이루는 평면 상에서 잘려지는 목표물에 대한 다수의 단층사진을 재구성하기 위한 데이터처리부와;

를 구비하는 컴퓨터 단층촬영 장치에 있어서,

상기 회전선반을 그 회전축 방향으로 이동시킬 때의 방향을 설정하는 방향설정부와, 촬영횟수를 설정하기 위한 촬영횟수 설정부를 구비함과 함께,

연속촬영 명령을 부여함으로써, 상기 회전선반의 초기위치에서의 촬영후, 촬영횟수가 상기 설정횟수로 되도록, 촬영할 때마다 상기 회전선반을 이차원 X선 검출기의 상기 회전축 방향으로의 유효시계만큼 상기 설정된 방향으로 이동시키는 이동기구제어부를 구비하며,

상기 데이터처리부는, 상기 연속촬영 명령의 부여에 의해 얻어진 다수의 촬영데이터마다 재구성된 다수의 X선 단층사진을 서로 연결하여 목표물의 삼차원 데이터로서 합체시키는 처리기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영 장치.
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