KR100604498B1

KR100604498B1 - 3차원 역투영 방법 및 ｘ선 ｃｔ 장치

Info

Publication number: KR100604498B1
Application number: KR1020030032217A
Authority: KR
Inventors: 하기와라아키라
Original assignee: 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2006-07-24
Also published as: JP2004041674A; CN1264480C; JP3950782B2; EP1372114A2; US20030219093A1; CN1460452A; KR20030091722A; US6865247B2; EP1372114A3

Abstract

콘 빔(cone beam) 재구성에 있어서의 계산량을 감소시키기 위해, 본 발명은 멀티 검출기를 이용하여 획득된 미처리 데이터(raw data) 중에서 재구성 필드상의 복수 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하고(S4), 미처리 데이터와 콘 빔 재구성 가중치(weight)를 승산함으로써 투영 라인 데이터를 생성하고(S5), 투영 라인 데이터를 필터링하여 화상 위치 라인 데이터 Df를 생성하고(S6), 화상 위치 라인 데이터를 기초로 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터를 결정하고(S7, S8, S9), 화상 재구성을 위해 이용된 모든 뷰(view)의 역투영 화소 데이터를 각 화소에 대해 가산하여 역투영 데이터를 결정한다(S10, S11). 라인의 수는 원하는 화질에 따라 가변적일 수 있다.

Description

3차원 역투영 방법 및 Ｘ선 ＣＴ 장치{THREE DIMENSIONAL BACK PROJECTION METHOD AND AN X-RAY CT APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 X선 CT 장치의 개략 블록도,

도 2는 X선관 및 멀티 검출기의 회전을 도시하는 개략도,

도 3은 콘 빔의 개략도,

도 4는 제 1 실시예에 따른 X선 CT 장치 동작의 개략 흐름도,

도 5는 재구성 필드상의 라인을 X선 투과 방향으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 6은 검출기면으로 투영된 라인의 개략도,

도 7은 view = 0°에서 각 라인의 미처리 데이터 Dr을 투영면으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 8은 view = 0°에서 각 라인의 투영 라인 데이터 Dp를 투영면으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 9는 view = 0°에서 투영면으로 각 라인의 화상 위치 라인 데이터 Df를 투영면으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 10은 view = 0°에서 각 라인의 고밀도 화상 위치 라인 데이터 Dh를 투영 면으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 11은 view = 0°에서 재구성 필드상의 각 라인의 역투영 화소 데이터 D2를 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 12는 view = 0°에서 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 13은 view = 90°에서 각 라인의 미처리 데이터 Dr을 투영면으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 14는 view = 90°에서 각 라인의 투영 라인 데이터 Dp를 투영면으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 15는 view = 90°에서 각 라인의 화상 위치 라인 데이터 Df를 투영면으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 16은 view = 90°에서 각 라인의 고밀도 화상 위치 라인 데이터 Dh를 투영면으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 17은 view = 90°에서 재구성 필드상의 각 라인의 역투영 화소 데이터 D2를 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 18은 view = 90°에서 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 19는 각 화소에 대해 역투영 화소 데이터 D2를 모든 뷰에 가산함으로써 역투영 데이터 D3을 획득하는 것을 도시하는 개략도,

도 20은 데이터 결여 영역의 생성을 도시하는 개략도,

도 21은 보간 및/또는 외삽에 의해 계산된 미처리 데이터에 의해 데이터 결여 영역을 채우는 것을 도시하는 개략도,

도 22는 투영면상에 투영된 미처리 데이터를 도시하는 개략도,

도 23은 투영면상에 투영된 미처리 데이터의 데이터 결여 영역을 보간 및/또는 외삽에 의해 계산된 미처리 데이터로 채우는 것을 도시하는 개략도,

도 24는 재구성 필드상의 라인을 X선 투과 방향의 투영면으로 투영하는 것을 도시하는 개략도,

도 25는 투영면상에 투영된 라인을 도시하는 개략도,

도 26은 투영면에 투영된 미처리 데이터(보간 데이터 생성) 및 투영면에 투영된 라인을 도시하는 개략도,

도 27은 투영면에 투영된 미처리 데이터(보간 데이터 비생성) 및 투영면에 투영된 라인을 도시하는 개략도,

도 28은 투영면에 투영된 미처리 데이터(필요한 경우 보간 데이터 생성) 및 투영면에 투영된 라인을 도시하는 개략도,

도 29는 재구성 필드로부터 투영면으로 투영된 영역을 도시하는 개략도,

도 30은 투영면에 투영된 미처리 데이터(보간 데이터 비생성) 및 투영면에 투영된 라인을 도시하는 개략도,

도 31은 투영면에 투영된 미처리 데이터의 보간 및/또는 외삽에 의해 검출기 영역에 고밀도를 갖는 미처리 데이터를 도시하는 개략도,

도 32는 제 7 실시예에 따른 X선 CT 장치의 동작을 도시하는 개략 흐름도,

도 33은 적절한 수의 라인을 도시하는 개략도,

도 34는 너무 적은 수의 라인을 도시하는 개략도,

도 35는 너무 많은 수의 라인을 도시하는 개략도,

도 36은 적절한 수의 라인을 도시하는 개략도,

도 37은 표준 화질에 대한 거리와 라인수의 관계를 도시하는 개략도,

도 38은 저화질에 대한 거리와 라인수의 관계를 도시하는 개략도,

도 39는 고화질에 대한 거리와 라인수의 관계를 도시하는 개략도,

도 40은 제 8 실시예에 따른 X선 CT 장치의 동작을 도시하는 개략 흐름도,

도 41은 적절한 수의 라인을 도시하는 개략도,

도 42는 적절한 수의 라인을 도시하는 개략도,

도 43은 뷰와 라인수의 관계를 도시하는 개략도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 조작 콘솔 2 : 입력 장치

3 : 중앙 처리 장치 5 : 데이터 버퍼

7 : 저장 유닛 10 : 촬상 테이블

12 : 크레이들 20 : 스캐닝 갠트리

21 : X선관 22 : X선 제어기

23 : 콜리메이터 24 : 멀티 검출기

25 : DAS 26 : 회전 제어기

29 : 제어 인터페이스

본 발명은 3차원 역투영(back projection) 방법 및 X선 CT(computed tomography) 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 멀티 검출기(multidetector)를 이용한 액시얼 스캔(axial scan) 또는 헬리컬 스캔(helical scan)에 의해 획득된 투영 데이터를 기초로 한 화상 재구성("콘 빔(cone beam) 재구성"이라고 지칭함)에 의해 계산량을 감소시킬 수 있는 3차원 역투영 방법 및 X선 CT 장치에 관한 것이다.

현재 X선 CT 장치는 데이터 캡쳐링, 전처리, 필터링, 역투영 및 후처리를 통해 CT 화상을 재구성하기 위해 필터 역투영(filtered back projection) 방안을 이용하는 것이 주류를 이루고 있다.

필터링에서는 미처리 데이터(raw data)에 FFT 연산을 수행하고, 주파수 영역에서 재구성 함수와 승산한 후, 역 FFT 연산을 수행한다.

관련된 종래 기술은 일본 공개 미심사 특허 출원 제 S59-168840 호에 개시되어 있다.

최근, 다수의 검출기 어레이를 갖는 멀티 검출기를 이용한 X선 CT 장치가 개발되고 있다.

그러한 멀티 검출기를 이용하여 획득된 미처리 데이터는 데이터 양이 커지기 때문에 특히 필터링에서 FFT 연산량이 매우 많아지게 되는 문제점이 있다. 예를 들어, 256 검출기 어레이를 갖는 멀티 검출기의 경우, 뷰마다 적어도 256 회의 FFT 연산이 필요하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 소위 콘 빔 재구성에 있어서, 연산량을 감소시킬 수 있는 3차원 역투영 방법 및 X선 CT 장치를 제공하는 것이다.

제 1 관점에서, 본 발명은 복수의 검출기 어레이를 갖는 멀티 검출기에 의한 액시얼 스캔 또는 헬리컬 스캔에 의해 수집된 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 하나 또는 복수의 평행 라인에 각각 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하는 단계와, 상기 미처리 데이터 Dr에 콘 빔 재구성 가중치를 승산하여 투영 라인 데이터 Dp를 생성하는 단계와, 투영 라인 데이터 Dp에 필터 처리를 수행하여 화상의 필드 위치 라인 데이터 Df를 생성하는 단계와, 화상의 각 위치 라인 데이터 Df를 기초로 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 결정하는 단계와, 화상 재구성을 위해 이용된 모든 뷰의 역투영 화소 데이터 D2를 각 대응 화소에 대해 가산하여 역투영 데이터 D3을 결정하는 단계를 포함하는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

상기 제 1 관점에 따른 3차원 역투영 방법에서, 재구성 필드상의 하나 또는 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하고, 그것에 대해서만 필터링을 수행하기 때문에 필터링에서의 FFT 연산의 수가 크게 감소되도록 할 수 있다. 예를 들어, 9개의 라인이 있는 경우, 각 뷰에 대하여 단지 9회의 FFT 연산이면 충분할 수 있다.

라인의 수가 1개라면, 연산의 수는 콘 빔 보정을 하지 않는 종래의 2차원 역투영과 동일할 수 있다.

제 2 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 상기 복수 라인의 수가 라인에 직교하는 방향의 재구성 필드에서의 최대 화소수의 1/512 내지 1/1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

상기 제 2 관점에 따른 3차원 역투영 방법은, 하나 또는 복수 라인수를 이 라인에 직교하는 방향의 재구성 필드에서의 최대 화소수의 1/512 내지 1/1의 범위로 설정함으로써, 처리 시간의 절약 효율성과 화질의 저하가 적절하게 균형을 이루도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 라인수의 비율이 1/512로 접근하면, 처리 시간 단축 효과는 향상될 수 있지만, 화질은 저하될 것이다. 한편, 라인수의 비율이 1/1로 접근하면, 처리 시간 단축 효과는 낮아질 것이다. 라인수의 비율이 1/1로 된다면, 처리는 라인에 직교하는 방향의 보간이 없는 경우와 동일하게 될 것이다.

제 3 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, X선관 또는 멀티 검출기의 회전 평면에 직교하는 방향 또는 헬리컬 스캔의 직선 이동 방향을 z축으로서 정의하고, view = 0°에서 X선 빔의 중심축 방향을 y축으로서 정의하고, z축 및 y축 둘다에 직교하는 방향을 x축으로서 정의할 때, -45°≤view < 45° 또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도 범위 및 135°≤view < 225° 또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도 범위에서는 x축이 라인 방향으로 되고, 45°≤view < 135° 또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도 범위 및 225°≤view < 315° 또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도 범위에서는 y축이 라인 방향으로 되는 것을 특징으로 하는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

본 명세서에서, view = -45°과 view = 315°는 설명을 위해 상이하게 지정되었지만, 실제로 이들은 동일한 것이며, 동일한 뷰임을 알아야 한다.

재구성 필드상의 라인의 데이터를 결정할 때, 라인과 검출기면 사이의 각도가 평행에 근접할수록 정밀도가 높아지고, 각도가 수직에 근접할수록 정밀도가 낮아질 것이다.

상기 제 3 관점에 따른 3차원 역투영 방법에서, 라인과 검출기면 사이의 각도가 약 45°보다 작게 되지 않기 때문에, 정밀도의 저하는 허용 오차 내로 제어될 수 있다.

제 4 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 스캔 라인 방향의 화상의 위치 라인 데이터 Df를 보간 또는 외삽하여, 화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh를 생성하는 단계와, 화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh를 샘플링하고, 필요한 경우 보간 또는 외삽하여, 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 결정하는 단계를 더 포함하는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

상기 제 4 관점에 따른 3차원 역투영 방법은, 재구성 필드의 화소 밀도에 비하여, 라인 방향의 데이터 밀도를 상당히 높게 생성할 수 있다. 이로써 데이터 Dh를 X선 투과 방향으로 재구성 필드에 투영하여 역투영 화소 데이터 D2를 결정하는 처리의 대부분이 샘플링하는 것만으로 가능해져, 처리의 간략화 및 고속화가 가능해진다. 그러나, 필요에 따라 보간 및/또는 외삽이 삽입될 수 있다.

보간 및/또는 외삽는 0차의 보간 및/또는 외삽(최근방 데이터의 카피), 1차의 보간 및/또는 외삽, 또는 2차 이상의 보간 및/또는 외삽(예를 들면, 해닝(Hanning) 보간 또는 큐빅(Cubic) 보간) 중 임의의 것으로부터 선택될 수 있음을 알아야 한다.

제 5 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 소정의 뷰 각도로 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인 중 하나에 각각 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출할 때, 대응하는 미처리 데이터의 일부 또는 전부가 존재하지 않는 경우, 인접한 미처리 데이터에 의해 보간 및/또는 외삽을 수행하여 대응하는 미처리 데이터 Dr을 계산하는 단계를 더 포함하는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

재구성 필드가 멀티 검출기의 에지 근방에 위치될 때, 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr이 존재하지 않는 경우가 있을 수 있다.

상기 제 5 관점에 따른 3차원 역투영 방법에서, 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인이 검출기면 또는 X선 투과 방향으로 가상 투영면에 투영되는 위치 근방에 존재하는 미처리 데이터를 이용하여 보간 및/또는 외삽을 수행함으로써, 대응하는 미처리 데이터 Dr이 계산될 수 있다. 이것에 의해, 본 발명은 재구성 필드가 멀티 검출기의 에지 근방에 위치되는 경우에도 데이터를 처리할 수 있다.

제 6 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 소정의 뷰 각도로 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인 중 하나에 각각 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출할 때, 대응하는 미처리 데이터의 일부 또는 전부가 존재하지 않는 경우, 인접한 미처리 데이터에 의해 보간 및/또는 외삽을 수행하여 재구성 필드에 대응하는 미처리 데이터를 계산함으로써, 그러한 계산된 미처리 데이터 중에서 복수 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하는 단계를 더 포함하는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

재구성 필드가 멀티 검출기의 에지 근방에 위치되는 경우, 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr이 존재하지 않는 경우가 있을 수 있다.

제 6 관점에 따른 3차원 역투영 방법에서, 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인을 멀티 검출기면 또는 X선 투과 방향으로 가상 투영면에 투영되는 지점 근방에 존재하는 미처리 데이터를 이용하여 보간 및/또는 외삽을 수행함으로써, 재구성 필드에 대응하는 영역의 미처리 데이터를 계산할 수 있다. 이것에 의해, 본 방법은 재구성 필드가 멀티 검출기의 에지 근방에 위치되는 경우에도 데이터를 처리할 수 있다.

제 7 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 재구성 필드에 대응하는 필드는 재구성면상의 원형 필드 또는 정방형 필드가 X선 투영 방향으로 투영되는 필드인 3차원 역투영 방법을 제공한다.

재구성 필드는 X선 빔이 모든 빔 각도로 투과할 수 있는 원형 필드 또는 원형 필드에 외접하는 정방형 필드일 수 있다.

상기 제 7 관점에 따른 3차원 역투영 방법은 어느 경우라도 데이터를 처리할 수 있다.

제 8 관점에서, 본 발명은 상기 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 소정의 뷰 각도에서 미처리 데이터의 보간 및/또는 외삽을 수행하여 멀티 검출기의 검출기 어레이의 방향으로 고밀도 미처리 데이터를 생성하는 단계와, 검출기 어레이의 방향에서의 고밀도 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하는 단계를 더 포함하는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

복수의 재구성 필드에 대한 CT 화상을 재구성할 때, 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터가 각 재구성 필드에 대해 결정될 수 있지만, 재구성 필드에서 결정된 미처리 데이터는 임의의 다른 재구성 필드에서 이용되지 않을 수도 있다.

반대로, 상기 제 8 관점에 따른 3차원 역투영 방법은, 멀티 검출기의 검출기 어레이의 방향으로의 보간 및/또는 외삽에 의해 고밀도 미처리 데이터가 생성될 수 있으므로, 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr은 복수의 재구성 필드에 대한 CT 화상을 재구성할 때 샘플링에 의해 획득될 수 있다. 또한, 재구성 필드가 샘플링 이후에 추가되는 경우, 검출기 방향의 고밀도 미처리 데이터가 재이용될 수 있다.

보간 및/또는 외삽는 0차의 보간 및/또는 외삽(최근방 데이터의 카피), 1차의 보간 및/또는 외삽, 또는 2차 이상의 보간 및/또는 외삽(예를 들면, 해닝 보간 또는 큐빅 보간) 중 임의의 것으로부터 선택될 수 있음을 알아야 한다.

제 9 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 미처리 데이터가 소정의 뷰 각도에서의 미처리 데이터의 검출기 어레이 방향의 밀도보다 2 내지 4배 높은 밀도를 갖도록 보간 및/또는 외삽이 수행되는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

멀티 검출기의 검출기 어레이 방향에서 보간 및/또는 외삽을 수행함으로써 미처리 데이터의 밀도를 증가시키는 경우, 밀도가 과도하게 높으면 처리 시간 단축 효과가 감소되고, 밀도가 부족하게 증가되면 화질이 저하될 것이다.

상기 제 9 관점에 따른 3차원 역투영 방법에서, 보간 및/또는 외삽는 실제로 존재하는 미처리 데이터의 밀도를 검출기 어레이 방향의 밀도보다 2 내지 4배 높은 범위로 증가시켜, 처리 시간 단축 효과와 화질 저하를 적절하게 매칭시킨다.

제 10 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 하나 또는 복수 라인의 라인수는 조작자에 의해 지정된 화질에 따라 변화될 수 있다.

일반적으로, 재구성 필드상의 복수 라인으로부터 검출기면에 투영된 라인 밀도가 더 높은 경우에 화질이 향상될 것이다. 그러나, 데이터 계산량은 그에 따라 증가될 것이다.

전술한 바와 같은 제 10 관점에 따른 3차원 역투영 방법에서, 재구성 필드상의 하나 또는 복수 라인의 수는 조작자에 의해 지정된 화질에 따라 조절될 수 있다. 그로 인해, 원하는 화질에 대해 데이터 계산량이 최적화될 것이다.

제 11 관점에서, 본 발명은 상기 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 하나 또는 복수 라인의 라인수가 검출기 어레이의 중앙으로부터 재구성 필드까지의 거리에 따라 변화될 수 있는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

재구성 필드상의 라인수가 고정된 경우, 검출기 어레이의 중앙으로부터 재구성 필드까지의 거리가 보다 긴 경우는 재구성 필드상의 복수 라인으로부터 검출기면으로 투영된 라인 밀도가 감소될 것이며(라인이 서로 더 이격될 것임), 한편 검출기 어레이의 중앙으로부터 재구성 필드까지의 거리가 보다 짧은 경우는 재구성 필드상의 복수 라인으로부터 검출기면으로 투영된 라인 밀드가 증가될 것이다(라인이 서로 근접할 것임). 그러나, 검출기면상에 투영된 라인의 밀도가 너무 낮으면, 화질이 저하될 것이다. 또한, 검출기면에 투영된 라인 밀도가 너무 높으면, 계산량이 크게 증가될 것이다(계산량의 증가에 비해 화질은 비례적으로 향상되지 않을 것임).

따라서, 제 11 관점에 따른 3차원 역투영 방법에서, 재구성 필드상의 하나 또는 복수 라인의 수는 검출기 어레이의 중앙으로부터 재구성 필드까지의 거리에 따라 조절될 것이다. 이것은 검출기면상에 투영된 라인 밀도가 항상 적절하게 되도록 한다(원하는 화질에 대해 데이터 계산량이 최적화될 것임).

제 12 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 3차원 역투영 방법으로서, 하나 또는 복수 라인의 라인수가 뷰에 따라 변할 수 있는 3차원 역투영 방법을 제공한다.

재구성 필드상의 라인수가 고정되는 경우, 예를 들어 재구성 필드가 회전 중심으로부터 오프셋되어 위치되면, X선관이 오프셋 하고 있는 방향의 뷰에서는 재구성 필드상의 복수 라인의 검출기면에 투영된 라인 밀도는 보다 낮을 것이며(라인이 서로 이격됨), X선관이 오프셋하고 있는 방향과 반대되는 방향의 뷰에서는 재구성 필드상의 복수 라인의 검출기면상에 투영된 라인 밀도는 보다 높을 것이다(라인이 서로 인접함). 그러나, 검출기면에 투영된 라인 밀도가 너무 낮으면, 화질이 저하될 것이다. 또한, 검출기면에 투영된 라인 밀도가 너무 높으면, 계산량이 크게 증가될 것이다(계산량의 증가에 비해 화질은 비례적으로 향상되지 않을 것임).

따라서, 상기 제 12 관점에 따른 3차원 역투영 방법에서, 재구성 필드상의 라인수는 각 뷰에 대해 조절될 것이다. 그로 인해, 검출기면상에 투영된 라인 밀도는 항상 최적일 것이다(원하는 화질에 대해 최적의 계산량이 제공될 것임).

제 13 관점에서, 본 발명은 X선관과, 복수의 검출기 어레이를 갖는 멀티 검출기와, X선관 또는 멀티 검출기 중 적어도 하나를 피검체(object)의 주변에서 회전시키거나 또는 회전함과 동시에 양 수단을 피검체에 대하여 직선적으로 상대 이동하면서 미처리 데이터를 수집하는 스캐너 수단과, 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 하나 또는 복수의 평행 라인에 각각 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하는 미처리 데이터 추출기 수단과, 미처리 데이터 Dr과 콘 빔 재구성 가중치를 승산하여 투영 라인 데이터 Dp를 생성하는 콘 빔 재구성 가중치 승산기 수단과, 투영 라인 데이터 Dp를 필터링하여 화상의 위치 라인 데이터 Df를 생성하는 필터 수단과, 화상의 위치 라인 데이터 Df를 기초로 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 결정하는 역투영 화소 데이터 획득 수단과, 화상을 재구성하기 위해 이용된 모든 뷰의 역투영 화소 데이터 D2를 각 화소에 대해 가산하여 역투영 데이터 D3을 결정하는 역투영 데이터 계산 수단을 포함하는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 바와 같은 제 13 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 1 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 14 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 X선 CT 장치로서, 하나 또는 복수 라인의 수가 라인에 직교하는 방향의 재구성 필드에서의 최대 화소수의 1/512 내지 1/1의 범위에 있는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 바와 같은 제 14 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 2 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 15 관점에서, 본 발명은 X선관 또는 멀티 검출기의 회전 평면에 직교하는 방향 또는 헬리컬 스캔의 직선 이동 방향을 z축으로서 정의하고, view = 0°에서 X선 빔의 중심축 방향을 y축으로서 정의하고, z축 및 y축 둘다에 직교하는 방향을 x축으로서 정의할 때, -45°≤view < 45° 또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도 범위 및 135°≤view < 225° 또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도 범위에서는 x축이 라인 방향으로 되고, 45°≤view < 135° 또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도 범위 및 225°≤view < 315° 또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도 범위에서는 y축이 라인 방향으로 되는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 바와 같은 제 15 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 3 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 16 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 X선 CT 장치로서, 화상의 위치 라인 데이터 Df에 대해 라인 방향에서 보간 및/또는 외삽을 수행하여 화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh를 생성하는 라인 방향 보간 및/또는 외삽 수단을 더 포함하되, 역투영 화소 데이터 획득 수단은 화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh의 샘플링을 수행하고, 또한 보간 및/또는 외삽을 하여 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 결정하는 X선 CT 장치를 제공한다.

상기 제 16 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 4 관점에 개시된 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 17 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 X선 CT 장치로서,소정의 뷰 각도의 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출할 때, 대응하는 미처리 데이터의 일부 또는 전부가 존재하지 않는 경우, 인접한 미처리 데이터에 의해 보간 및/또는 외삽을 수행하여 대응하는 미처리 데이터 Dr을 계산하도록 동작가능한 보간 및/또는 외삽 처리 수단을 더 포함하는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 제 17 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 5 관점에 개시된 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 18 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 X선 CT 장치로서, 소정의 뷰 각도로 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 하나 또는 복수의 평행 라인 중 하나에 각각 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출할 때, 재구성 필드에 대응하는 영역에서의 미처리 데이터의 일부 또는 전부가 존재하지 않는 경우, 인접한 미처리 데이터에 의해 보간 및/또는 외삽을 수행하여 재구성 필드에 대응하는 미처리 데이터를 계산함으로써, 그러한 계산된 미처리 데이터 중에서 하나 또는 복수 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하는 보간 및/또는 외삽 처리 수단을 더 포함하되, 미처리 데이터 추출기 수단은 계산된 미처리 데이터 중에서 하나 또는 복수 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 제 18 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 6 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 19 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 X선 CT 장치로서, 재구성 필드에 대응하는 필드는 재구성면상의 원형 필드 또는 정방형 필드가 X선 투영 방향으로 투영되는 필드인 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 제 19 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 7 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 20 관점에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 구성에 따른 X선 CT 장치로서, 소정의 뷰 각도에서 미처리 데이터의 보간 및/또는 외삽을 수행하여 멀티 검출기의 검출기 어레이의 방향으로 고밀도 미처리 데이터를 생성하는 검출기 어레이 방향 보간 및/또는 외삽 처리 수단을 더 포함하되, 미처리 데이터 추출 수단은 검출기 어레이의 방향에서의 고밀도 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 제 20 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 8 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 21 관점에서, 본 발명은 전술한 구성에 따른 X선 CT 장치로서, 검출기 어레이 방향 보간 및/또는 외삽 처리 수단은 미처리 데이터가 소정의 뷰 각도에서의 미처리 데이터의 검출기 어레이 방향의 밀도보다 2 내지 4배 높은 밀도를 갖도록 보간 및/또는 외삽을 수행하는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 제 21 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 9 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 22 관점에서, 본 발명은 전술한 구성에 따른 X선 CT 장치로서, 상기 장치는 하나 또는 복수 라인의 라인수를 조작자에 의해 지정된 화질에 따라 변화시키는 라인 카운트 설정 수단을 더 포함하는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 제 22 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 10 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 23 관점에서, 본 발명은 전술한 구성에 따른 X선 CT 장치로서, 상기 장치는 하나 또는 복수 라인의 라인수를 검출기 어레이의 중앙으로부터 재구성 필드까지의 거리에 따라 변화시키는 라인 카운트 설정 수단을 더 포함하는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 제 23 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 11 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

제 24 관점에서, 본 발명은 전술한 구성에 따른 X선 CT 장치로서, 상기 장치는 하나 또는 복수 라인의 라인수를 뷰에 따라 가변시키는 라인 카운트 설정 수단을 더 포함하는 X선 CT 장치를 제공한다.

전술한 제 24 관점에 따른 X선 CT 장치는 전술한 제 12 관점에 따른 3차원 역투영 방법을 바람직하게 실시할 수 있다.

본 발명의 3차원 역투영 방법 및 X선 CT 장치에 따르면, 콘 빔 재구성을 위한 계산량을 감소시킬 수 있다. 특히, 필터링에서의 FFT 계산량을 크게 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.

이하, 첨부 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다.

제 1 실시예

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 X선 CT 장치의 개략 블록도를 도시한다.

X선 CT 장치(100)는 조작 콘솔(1)과, 촬상 테이블(10)과, 스캐닝 갠트리(scanning gantry)(20)를 갖는다.

조작 콘솔(1)은 조작자로부터의 입력을 수신하는 입력 장치(2)와, 본 발명에 따른 3차원 역투영 처리를 실행하는 중앙 처리 유닛(3)과, 스캐닝 갠트리(20)로부터 획득된 투영 데이터를 저장하는 데이터 버퍼(5)와, 투영 데이터로부터 재구성된 CT 화상을 표시하는 CRT(6)와, 프로그램, 데이터 및 X선 CT 화상을 저장하는 저장 유닛(7)을 포함한다.

촬상 테이블(10)은 촬상될 피검체를 스캐닝 갠트리(20)의 보어(bore)(공동)의 내부 및 외부로 운반하는 크레이들(12)을 포함한다. 크레이들(12)은 촬상 테이블(10)에 내장된 모터에 의해 구동될 수 있다.

스캐닝 갠트리(20)는 X선관(21)과, X선 제어기(22)와, 콜리메이터(collimator)(23)와, 멀티 검출기(24)와, 데이터 획득 시스템(data acquisition system; DAS)(25)과, 피검체의 체축 근처에서 X선관(21)을 이동시키는 회전 제어기(26)와, 제어 신호를 조작 콘솔(1) 및 촬상 테이블(10)로/로부터 송수신하는 제어기 인터페이스(29)를 포함한다.

도 2 및 도 3은 X선관(21) 및 멀티 검출기(24)의 개략도를 도시한다.

X선관(21) 및 멀티 검출기(24)는 회전 중심 IC의 근처를 회전할 수 있다. 여기서, 수직 방향을 y축으로, 수평 방향을 x축으로, 이들 두 축에 직교하는 방향을 z축으로서 나타내며, X선관(21) 및 멀티 검출기(24)의 회전 평면은 x-y 평면일 수 있다. 크레이들(12)은 z축으로 이동한다.

X선관(21)은 콘 빔 CB로 지칭되는 X선 빔을 생성한다. 콘 빔 CB의 중심축이 y 방향에 평행할 때, view = 0°의 각도로 된다.

멀티 검출기(24)는 예를 들면, 256 검출기 어레이를 가질 수 있다. 또한, 각 검출기 어레이는 예를 들면, 1024 채널을 가질 수 있다.

이하의 설명에서, 헬리컬 스캔이 가정된다. 액시얼 스캔에서는 크레이들(12)이 직선으로 이동하지 않지만 헬리컬 스캔과 동일하게 본발명을 실시할 수 있다.

도 4는 X선 CT 장치(100)의 개략적인 동작을 나타내는 흐름도를 도시한다.

단계 S1에서, X선관(21) 및 멀티 검출기(24)를 촬상될 피검체의 주변에서 회전시키고, 그와 동시에 크레이들(12)을 직선으로 이동시킴으로써, 미처리 데이터 D0(view, δ, j, i)이 획득될 것이며, 여기서 view는 뷰 각도, δ는 상대 각도, j는 검출기 어레이의 번호, i는 채널의 번호이다.

상대 각도 δ는 동일 뷰 각도에서 현재 뷰가 몇 회전째인지를 나타내는 파라미터이며, 예를 들어, 제 1 회전에 대해 δ= 0°, 제 2 회전에 대해 δ= 360°, 제 3 회전에 대해 δ= 720°등으로 나타낸다.

단계 S2에서, 미처리 데이터 D0(view, δ, j, i)에 대해 전처리(오프셋 보정, 대수 보정, X선 방사 보정, 감도 보정)가 수행될 것이다.

단계 S3에서, CT 화상의 재구성에 필요한 모든 뷰(360°에 대한 뷰 또는 '180°+ 팬(fan) 각도'에 대한 뷰) 중 하나가 선택될 것이다.

단계 S4에서, 선택된 뷰의 미처리 데이터 중에서, 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr이 추출될 것이다.

도 5에, 재구성 필드 P상의 복수의 평행 라인 L0 내지 L8이 도시된다.

라인수는 라인에 직교하는 방향의 재구성 필드상의 최대 화소수의 1/64 내지 1/2일 수 있다. 예를 들어, 재구성 필드 P상의 화소수가 512×512 화소인 경우, 라인수는 9일 것이다. -45°≤view < 45°(또는 그것을 주로하고 주변을 포함하는 뷰 각도) 및 135°≤view < 225°(또는 그것을 주로하고 주변을 포함하는 뷰 각도)인 경우, x축이 라인 방향이어야 한다. 45°≤view < 135°(또는 그것을 주로하고 주변을 포함하는 뷰 각도) 및 225°≤view < 315°(또는 그것을 주로하고 주변을 포함하는 뷰 각도)인 경우, y축이 라인 방향이어야 한다.

또한, 회전 중심 IC를 통해, 투영면 pp는 라인 L0 내지 L8에 평행한 것으로 가정한다.

도 6은 해당 뷰가 view = 0°인 경우, X선 투과 방향으로 검출기면상에 투영된 라인 L0 내지 L8인 라인 T0 내지 T8을 도시한다.

라인 T0 내지 T8에 대응하는 검출기 어레이 j 및 채널 i를 갖는 미처리 데이터를 검색할 때, 데이터는 라인 L0 내지 L8에 대응하는 미처리 데이터 Dr이어야 한다. 이 때, 도 7에 도시된 바와 같이, T0 내지T8을 X선 투과 방향으로 투영면 pp상에 투영한 라인 L0' 내지 L8'을 가정하면 이들 라인 L0' 내지 L8'에 미처리 데이터 Dr을 전개한다.

도 4를 다시 참조하면, 단계 S5에서, 콘 빔 재구성 가중치를 각 라인 L0' 내지 L8'에 대한 미처리 데이터 Dr에 승산하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 투영 라인 데이터 Dp를 생성할 수 있다.

여기서, 콘 빔 재구성 가중치는 (r1/r0)²일 수 있으며, r0은 X선관(21)의 초점으로부터 미처리 데이터 Dr에 대응하는 멀티 검출기(24)의 검출기 어레이 j, 채널 i까지의 거리이고, r1은 X선관(21)의 초점으로부터 미처리 데이터 Dr에 대응하는 재구성 필드상의 포인트까지의 거리이다.

단계 S6에서, 투영된 라인 데이터 Dp의 필터링이 수행될 것이다. 보다 구체적으로, 이 단계에서는 투영된 라인 데이터 Dp에 대해 FFT를 수행하여, 필터 함수(재구성 함수)를 그것과 승산한 후, 역 FFT를 수행하여, 도 9에 도시된 바와 같이, 화상 위치 라인 데이터 Df를 제공한다.

단계 S7에서, 화상의 위치 라인 데이터 Df에 대해 라인 방향으로 보간을 수행하여, 도 10에 도시된 바와 같이, 화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh를 생성할 것이다.

화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh의 데이터 밀도는 라인 방향의 재구성 필드에서의 최대 화소수의 8 내지 32배이어야 한다. 예를 들어, 16배인 경우 재구성 필드 P에서의 화소수가 512×512일 때 데이터 밀도는 8192 도트/라인(dots/line)이어야 한다.

단계 S8에서, 고밀도 화상 위치 라인 데이터 Dh를 샘플링하고, 필요에 따라 보간 및/또는 외삽을 수행하여, 도 11에 도시된 바와 같이, 라인 L0 내지 L8상의 화소의 역투영 데이터 D2를 획득할 것이다.

단계 S9에서, 고밀도 화상 위치 라인 데이터 Dh를 샘플링하고, 보간 및/또는 외삽을 수행하여, 도 12에 도시된 바와 같이, 라인 L0 내지 L8 사이의 화소의 역투영 데이터 D2를 획득할 것이다.

도 7 내지 12에서, 뷰 각도는 -45°≤view < 45°(또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도) 및 135°≤view < 225°(또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도)이지만, 45°≤view < 135°(또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도) 및 225°≤view < 315°(또는 이를 중심으로 주변을 포함하는 뷰 각도)의 범위의 뷰 각도는 도 13 내지 18에 도시된 바와 같을 것이다.

도 4로 되돌아가면, 단계 S10에서, 도 19에 도시된 바와 같이, 도 12 또는 도 18에 도시된 역투영 데이터 D2가 각 화소에 대해 가산될 것이다.

단계 S11에서, CT 화상을 재구성하는데 필요한 모든 뷰(보다 구체적으로는, 360°에 대한 뷰 또는 '180°+ 팬 각도'에 대한 뷰)에 대해 단계 S3 내지 S10을 반복하여, 역투영 데이터 D3(x, y)을 획득한다.

단계 S12에서, 역투영 데이터 D3(x, y)에 대해 후처리를 수행하여 CT 화상을 획득할 것이다.

바람직한 제 1 실시예의 X선 CT 장치(100)에 따르면, 라인 L0 내지 L8에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하고, 그것에 대해서만 필터링(S6)을 수행하기 때문에, FFT 계산량을 크게 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 라인수가 9이면, 각 뷰에 대해 단지 9회의 FFT 계산이면 충분할 것이다.

복수 화소 간격의 라인수를 적절하게 선택함으로써, 화질의 저하를 무시할 수 있는 레벨로 최소화할 수 있다. 일반적으로, 계산 시간의 단축 효과와 화질 저하 사이에 균형을 유지하기 위한 바람직한 라인수는, 라인에 직교하는 방향의 재구성 필드의 최대 화소수의 1/512 내지 1/1의 범위, 보다 바람직하게는 1/64 내지 1/2의 범위로부터 선택될 수 있다.

도 20에 도시된 바와 같이, 화상 재구성 필드 P에 대응하는 미처리 데이터가 존재하는 데이터 존재 영역 Ar 외에 미처리 데이터가 존재하지 않는 데이터 결여 영역 Am이 발생될 수 있는 경우가 있다.

그러한 경우, 도 21에 도시된 바와 같이, 존재하는 미처리 데이터를 이용해서 외삽을 수행하여 데이터 결여 영역 Am의 미처리 데이터 Dr을 생성함으로써 전체를 하나의 단일 검출기면 dp로서 취급할 수 있다.

액시얼 스캔 실시예에서, 재구성 필드 P가 멀티 검출기(24)의 에지 근방에 위치된다면, 라인 L0 내지 L8에 대응하는 미처리 데이터 Dr 중 일부가 존재하지 않는 경우가 있을 수 있다.

그러한 경우, 존재하는 미처리 데이터 Dr을 외삽함으로써, 결여되어 있는 미처리 데이터 Dr을 계산할 수 있다.

제 2 실시예

제 2 실시예에서, 멀티 검출기(24)의 검출기 어레이 j, 채널 i의 미처리 데이터를 투영면 pp에 투영하여, 재구성 필드 P상의 라인 L0 내지 L8로부터 투영면 pp에 투영된 라인 L0' 내지 L8'에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 결정한다.

반대로, 제 1 실시예에서는, 재구성 필드 P상의 라인 L0 내지 L8로부터 검출기면 dp로 투영된 라인 T0 내지 T8에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출한다.

보다 구체적으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 멀티 검출기(24)의 검출기 어레이 j, 채널 i의 미처리 데이터가 투영면 pp상으로 투영된다.

그 다음, 도 23에 도시된 바와 같이, 재구성 필드 P상의 라인 L0 내지 L8을 투영면 pp로 투영하여, 도 24에 도시된 바와 같이, 라인 L0' 내지 L8'을 설정한다.

다음, 도 25에 도시된 바와 같이, 라인 L0' 내지 L8'에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출할 수 있다. 도 26에 도시된 바와 같이, 라인 L0' 내지 L8'의 일부가 데이터 결여 영역 Am에 걸쳐 있는 경우, 데이터 존재 영역 Ar의 투영 데이터의 외삽에 의해 미처리 데이터를 계산할 수 있다.

미처리 데이터 Dr을 결정한 후, 제 1 실시예와 마찬가지의 처리를 수행할 수 있다.

제 3 실시예

제 3 실시예에서, 외삽에 의해 계산된 미처리 데이터 Dr로 모든 데이터 결여 영역 Am을 필터링하는 대신에, 라인 L0' 내지 L8'에 대응하는 라인상의 미처리 데이터 Dr만을 외삽에 의해 계산한다.

보다 구체적으로, 도 27에 도시된 바와 같이, 라인 L0' 내지 L8'에 대응하는 미처리 데이터 Dr만을 외삽에 의해 계산한다. 데이터 결여 영역 Am의 전부를 외삽에 의해 계산된 미처리 데이터 Dr로 채우는 것은 아니다.

제 4 실시예

제 4 실시예에서, 라인 L0' 내지 L8'에 대응하는 미처리 데이터를 결정하는데 필요한 데이터 결여 영역 Am이 데이터 존재 영역 사이에 있는 경우, 데이터 결여 영역 Am은 보간 및/또는 외삽에 의해 계산된 미처리 데이터 Dr로 채워질 것이다.

보다 구체적으로, 도 28에 도시된 바와 같이, 라인 L0' 내지 L8'에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 결정하는데 필요한 데이터 결여 영역 Am의 미처리 데이터 Dr을 보간 및/또는 외삽로 계산할 것이다. 라인 L0' 내지 L8'에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 결정하는데 불필요한 임의의 다른 데이터 결여 영역 Am에는 보간 및/또는 외삽이 수행되지 않는다.

제 5 실시예

제 5 실시예에서, 재구성 필드 P에 대응하는 영역내의 데이터 결여 영역만이 보간 및/또는 외삽에 의해 계산된 미처리 데이터 Dr에 의해 채워질 것이다.

보다 구체적으로, 도 29에 도시된 바와 같이, 재구성 필드 P로부터 X선 투과 방향으로 투영된 투영면 pp의 영역 Ea에 포함되는 데이터 결여 영역 Am의 미처리 데이터 Dr을 보간 및/또는 외삽에 의해 계산할 것이다. 다른 데이터 결여 영역 Am에는 보간 및/또는 외삽이 수행되지 않는다.

비록 본 명세서의 설명에서 재구성 필드 P는 모든 뷰 각도에서 X선 빔이 투과할 수 있는 원형 영역에 외접하는 정방형 영역인 것으로 가정되지만, 원형 영역을 재구성 필드로 하여, 이 원형 영역으로부터 X선 투과 방향으로 투영면 pp에 투영된 영역 Eb에 포함된 데이터 결여 영역 Am의 미처리 데이터 Dr을 보간 및/또는 외삽에 의해 계산하고, 다른 데이터 결여 영역 Am에는 보간 및/또는 외삽을 적용하지 않을 수 있다.

제 6 실시예

제 6 실시예에서, 보간 및/또는 외삽에 의해 멀티 검출기(24)의 검출기 어레이 방향으로 고밀도 미처리 데이터를 생성하여, 그러한 고밀도 미처리 데이터를 상이한 위치에서의 재구성 필드에 대해 이용할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 28 및 30에 도시된 바와 같이, 재구성 필드가 상이하게 위치될 때, 라인 L0' 내지 L8'은 상이한 위치에 위치될 수 있다. 이 때문에, 재구성 필드에서 결정된 미처리 데이터는 다른 재구성 필드에서 이용되지 않을 수 있다.

이것을 해결하기 위해, 도 31에 도시된 바와 같이, 검출기 어레이 방향(z 방향)에서의 보간 및/또는 외삽에 의해 고밀도 미처리 데이터를 생성할 수 있다. 이 때, 고밀도 미처리 데이터는 데이터가 검출기 어레이 방향에서 실제 존재하는 미처리 데이터의 밀도(도 30의 d의 역수)보다 2배 내지 4배 높은 밀도(도 31의 △z의 역수)를 갖도록 될 수 있다.

그 다음, 재구성 필드의 CT 화상을 재구성하기 위해, 샘플링에 의해 재구성 필드의 라인 L0' 내지 L8'에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 획득할 수 있다.

제 7 실시예

제 7 실시예에서, 복수 라인수 m은 멀티 검출기(24)의 검출기 어레이의 중앙으로부터 재구성 필드 P까지의 거리 △z에 따라 변화될 수 있다.

도 32는 제 7 실시예에 따른 X선 CT 장치의 동작을 도시하는 개략 흐름도이다.

이 흐름은 도 4의 단계 S4 대신에 단계 S4'이 있다는 것을 제외하고는 도 4의 흐름과 동일하다. 이제, 단계 S4'에 대해서만 기술할 것이다.

단계 S4'에서, 해당 뷰에서의 멀티 검출기(24)의 검출기 어레이로부터 재구성 필드 P까지의 거리 △z(view)에 따른 라인수 m을 먼저 결정한 후, 미처리 데이터 세트 중에서 재구성 필드 P상의 복수 화소 간격으로 이격된 평행한 m 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출한다.

도 33은 △z = △z1일 때 적절한 라인수 m = 9를 도시한다.

이러한 라인수의 경우, 재구성 필드상의 라인 L0 내지 L8을 멀티 검출기(24)의 검출기면 dp에 투영한 라인 밀도가 최적으로 될 것이다.

도 34에서, △z = △z1일 때의 부적절한 라인수 m = 3의 다른 예를 도시한다.

이러한 라인수의 경우, 재구성 필드 P상의 라인 L0 내지 L2를 멀티 검출기(24)의 검출기면 dp에 투영한 라인 밀도가 부적절하게 될 것이다(라인이 서로 너무 멈).

도 35에서, △z = △z2에 대해 부적절한 라인수 m = 9를 도시한다.

이러한 경우, 재구성 필드 P상의 라인 L0 내지 L8이 멀티 검출기(24)의 검출기면 dp에 투영될 때, 라인 밀도는 부적절할 것이다(라인이 서로 너무 가까움).

도 36에서, △z = △z2에 대해 적절한 라인수 m = 3을 도시한다.

이러한 경우, 재구성 필드 P상의 라인 L0 내지 L2이 멀티 검출기(24)의 검출기면 dp에 투영되는 라인 밀도가 적절할 것이다.

도 37은 조작자가 입력 장치(2)를 통해 "표준 화질"을 지정할 때, 거리 △z에 따라 결정된 예시적인 라인수 m을 도시한다.

도면에서, p는 헬리컬 피치, d는 검출기 어레이 방향에서의 검출기 폭을 나타낸다.

도 38은 조작자가 입력 장치(2)를 통해 "저화질"을 지정할 때, 거리 △z에 따라 결정된 예시적인 라인수 m을 도시한다.

도 39는 조작자가 입력 장치(2)를 통해 "고화질"을 지정할 때, 거리 △z에 따라 결정된 예시적인 라인수 m을 도시한다.

제 7 실시예에 따른 X선 CT 장치에 따르면, 라인수 m에만 대응하는 미처리 데이터 Dr이 추출되고, 그것에 대해서만 필터링(S6)이 수행되므로, 필터링에 있어서의 FFT 계산량이 크게 감소될 수 있다. 또한, 보다 큰 거리 △z에 대해서는 라인수 m은 증가될 수 있고, 보다 작은 거리 △z에 대해서는 라인수 m이 감소될 수 있으므로, 헬리컬 스캔에서의 각 뷰에 대한 거리 △z와 관련하여 최적의 FFT 계산량이 달성되고, 액시얼 스캔에서의 재구성 필드의 위치에 대응하여 최적의 FFT 계산량이 달성될 수 있다. 또한, 조작자에 의해 지정된 화질을 고려하여 라인수 m을 조절하여, 화질 및 계산 시간을 최적으로 제어할 수 있다.

제 8 실시예

제 8 실시예에서는 액시얼 스캔에 있어서 재구성 필드 P가 회전 중심 IC로부터 오프셋되는 경우, 뷰에 따라 복수 라인수를 변화시킨다.

도 40에는, 제 8 실시예에 따른 X선 CT 장치의 동작을 도시하는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다.

이 흐름은 도 4의 단계 S4를 대체하는 단계 S4"을 제외하고는 도 4의 흐름과 동일하다. 이하의 설명에서는 단계 S4"에 대해서만 기술할 것이다.

단계 S4"에서, 해당 뷰에 따른 라인수 m을 결정하여, 미처리 데이터 중에서 재구성 필드 P상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 평행한 m 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출한다.

도 41 및 도 42에 도시된 바와 같이, 재구성 필드 P는 회전 중심 IC로부터 y 방향으로 △y만큼 오프셋되어 있는 것으로 가정된다. 또한, 콘 빔 CB의 중심축이 y축에 평행하고, X선관(21)이 재구성 필드 P의 오프셋 방향에 있을 경우, 뷰 각도 view = 0°인 것으로 가정한다. 액시얼 스캔이기 때문에, 검출기 어레이의 중심과 재구성 필드 P 사이의 거리 △z는 한정적인 값 △za일 수 있다.

도 41에서, view = 0°에 대해 적절한 라인수 m = 4를 도시한다.

이러한 경우, 재구성 필드 P상의 라인 L0 내지 L3이 멀티 검출기(24)의 검출기면 dp에 투영될 때 라인 밀도가 적절할 것이다.

도 42에서, view = 180°에 대해 적절한 라인수 m = 2를 도시한다.

이러한 경우, 재구성 필드 P상의 라인 L0 내지 L1이 멀티 검출기(24)의 검출기면 dp에 투영될 때 라인 밀도가 적절할 것이다.

도 43은 거리 △z = △za, 오프셋량 △y인 경우, 뷰에 따라 결정된 라인수 m을 도시하는 개략도이다.

제 8 실시예의 X선 CT 장치에 따르면, 라인수 m에만 대응하는 미처리 데이터 Dr이 추출되고, 그것에 대해서만 필터링(S6)이 수행되므로, 필터링에 있어서의 FFT 계산량이 크게 감소될 수 있다. 또한, 오프셋을 고려하여 뷰에 따라 라인수 m이 증가 또는 감소될 수 있으므로, 재구성 필드 P상의 라인이 멀티 검출기(24)의 검출기면 dp에 투영될 때의 라인 밀도가 뷰에 관계없이 항상 최적이도록 하여, 최적의 FFT 계산량이 달성된다.

다른 실시예

(1) 제 1 내지 제 6 실시예에서, "라인수"/"라인에 직교하는 방향의 재구성 필드 P의 화소수" = 9/512 ≒ 1/57 이지만, 라인수 m은 1 내지 512의 범위일 수도 있다. 본 발명자에 의해 수행된 실험에 의하면, "라인에 직교하는 방향의 재구성 필드 P의 화소수" = 512인 경우, 라인수 ≠8에 대해 화질이 저하되고, 한편 라인수를 65보다 크게 증가시킬 때, 임상(clinical) 문제를 발생시킬 수도 있는 화질의 커다란 변화는 인식되지 않으므로, 라인수는 바람직하게 9 내지 65 = 9/512 내지 65/512 ≒ 1/64 내지 1/8일 수 있다.

(2) 제 1 내지 제 6 실시예에서, 라인수 m은 지정된 화질에 따라 가변적일 수 있다. 보다 구체적으로, 고화질이 지정되는 경우 라인수 m이 증가될 수 있고, 저화질이 지정되는 경우 라인수 m이 감소(즉, 계산이 감소)될 수 있다.

(3) 제 7 실시예에서는 라인수 m이 거리 △z 및 지정된 화질에 따라 변화되고, 제 8 실시예에서는 라인수 m이 거리 △z, 오프셋 △y 및 뷰에 따라 변화되었지만, 라인수 m은 이들을 조합하여, 일반적으로, 거리 △z, 오프셋 △y, 뷰 및 지정된 화질에 따라 가변될 수 있다.

(4) 제 2 내지 제 6 실시예 중 하나를 제 7 또는 제 8 실시예와 조합할 수 있다.

(5) 상기 실시예에서는 재구성 필드 P에 대해 512 화소가 가정되었지만, 본 발명은 1024 화소 또는 다른 수의 화소를 포함하는 임의의 다른 구성에도 동일하게 적용될 수 있다.

(6) 상기 실시예에서는 콘 빔 CB의 중심축이 y축에 평행한 뷰를 view = 0°로 가정하였지만, 임의의 각도를 view = 0°로 지정할 수 있다.

(7) 제 1, 제 7 및 제 8 실시예에서는 재구성 필드 P상의 라인이 검출기면 dp에 투영되고, 제 2 내지 제 6 실시예에서는 라인 L0 내지 L8이 투영면 pp에 투영되었지만, 반대로, 제 1, 제 7 및 제 8 실시예에서는 라인이 투영면 pp에 투영되거나, 또는 제 2 내지 제 6 실시예에서는 라인 L0 내지 L8이 검출기면 dp에 투영될 수 있다.

(8) 제 5 실시예를 확장함으로써, 미처리 데이터 획득 및 전처리를 재구성 필드 P에 대응하는 영역내에서 수행할 수 있다.

(9) 상기 실시예에서는 재구성 필드 P를 직교 좌표계로서 표현하였지만, 본 발명은 극 좌표계의 표현에도 동일하게 적용될 수 있다.

(10) 상기 실시예에서는 X선 CT 장치를 의료용으로 가정하였지만, 본 발명은 산업용의 임의의 다른 유형의 X선 CT 장치에도 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명의 정신 및 영역을 벗어나지 않고서도 본 발명의 매우 다양한 다른 실시예를 구성할 수 있다. 본 발명은, 첨부된 특허 청구 범위에 정의된 것을 제외하고는, 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 한정되지 않음을 알아야 한다.

본 발명의 3차원 역투영 방법 및 X선 CT 장치에 따르면, 콘 빔 재구성을 위한 계산량을 감소시킬 수 있고, 특히, 필터링에서의 FFT 계산량을 크게 감소시킬 수 있다.

Claims

복수의 검출기 어레이를 갖는 멀티 검출기에 의한 액시얼 스캔(axial scan) 또는 헬리컬 스캔(helical scan)에 의해 수집된 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 하나 또는 복수의 평행 라인에 각각 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하는 단계와,

상기 미처리 데이터 Dr에 콘 빔 재구성 가중치(cone beam reconstruction weight)를 승산하여 투영 라인 데이터 Dp를 생성하는 단계와,

상기 투영 라인 데이터 Dp에 필터 처리를 수행하여 화상의 필드 위치 라인 데이터(field positional line data) Df를 생성하는 단계와,

화상의 상기 각 위치 라인 데이터 Df를 기초로 상기 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 결정하는 단계와,

상기 화상 재구성을 위해 이용된 모든 뷰(view)의 역투영 화소 데이터 D2를 각 대응 화소에 대해 가산하여 역투영 데이터 D3을 결정하는 단계를 포함하는

3차원 역투영 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 또는 복수 라인의 수는 상기 라인에 직교하는 방향의 상기 재구성 필드에서의 최대 화소수의 1/512 내지 1/1의 범위에 있는 3차원 역투영 방법.
제 1 항에 있어서,

X선관 또는 멀티 검출기의 회전 평면에 직교하는 방향 또는 헬리컬 스캔의 직선 이동 방향을 z축으로서 정의하고, 뷰 각도 = 0°에서 X선 빔의 중심축 방향을 y축으로서 정의하고, z축 및 y축 둘 모두에 직교하는 방향을 x축으로서 정의할 때, -45°≤뷰 각도< 45° 및 135°≤뷰 각도< 225°의 범위에서는 x축이 라인 방향으로 되고, 45°≤뷰 각도< 135° 및 225°≤뷰 각도< 315°의 범위에서는 y축이 라인 방향으로 되는 3차원 역투영 방법.
제 1 항에 있어서,

스캔 라인 방향의 상기 화상의 위치 라인 데이터 Df를 보간 또는 외삽하여, 화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh를 생성하는 단계와,

상기 화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh를 샘플링하고, 필요한 경우 보간 또는 외삽하여, 상기 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 결정하는 단계를 더 포함하는 3차원 역투영 방법.
제 1 항에 있어서,

주어진 뷰 각도로 미처리 데이터 중에서 상기 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인 중 하나에 각각 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출할 때, 상기 대응하는 미처리 데이터의 일부 또는 전부가 존재하지 않는 경우, 인접한 미처리 데이터에 의해 보간 및/또는 외삽을 수행하여 상기 대응하는 미처리 데이터 Dr을 계산하는 단계를 더 포함하는 3차원 역투영 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 재구성 필드에 대응하는 필드는 재구성 면상의 원형 필드 또는 정방형 필드가 X선 투영 방향으로 투영되는 필드인 3차원 역투영 방법.
제 1 항에 있어서,

주어진 뷰 각도에서 미처리 데이터의 보간 및/또는 외삽을 수행하여 상기 멀티 검출기의 검출기 어레이의 방향으로 고밀도 미처리 데이터를 생성하는 단계와,

상기 검출기 어레이의 방향에서의 상기 고밀도 미처리 데이터 중에서 상기 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 상기 미처리 데이터 Dr을 추출하는 단계를 더 포함하는 3차원 역투영 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 미처리 데이터가 주어진 뷰 각도에서의 미처리 데이터의 검출기 어레이 방향의 밀도보다 2 내지 4배 높은 밀도를 갖도록 보간 및/또는 외삽이 수행되는 3차원 역투영 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 또는 복수 라인의 라인수는 조작자에 의해 지정된 화질에 따라 변화될 수 있는 3차원 역투영 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 또는 복수 라인의 라인수는 상기 검출기 어레이의 중앙으로부터 상기 재구성 필드까지의 거리에 따라 변화될 수 있는 3차원 역투영 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 또는 복수 라인의 라인수는 상기 뷰에 따라 가변될 수 있는 3차원 역투영 방법.
X선관과,

복수의 검출기 어레이를 갖는 멀티 검출기와,

상기 X선관 또는 상기 멀티 검출기 중 적어도 하나를 피검체(object)의 주변에서 회전시키거나 또는 회전하면서, 또한 양 장치를 상기 피검체에 대하여 상대적인 궤적(trajectory)을 통해 직선적으로 이동함으로써 미처리 데이터를 수집하는 스캐너 장치와,

상기 미처리 데이터 중에서 재구성 필드상의 하나 또는 복수의 평행 라인에 각각 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출하는 미처리 데이터 추출기 장치와,

상기 미처리 데이터 Dr과 콘 빔 재구성 가중치를 승산하여 투영 라인 데이터 Dp를 생성하는 콘 빔 재구성 가중치 승산기 장치와,

상기 투영 라인 데이터 Dp를 필터링하여 화상의 위치 라인 데이터 Df를 생성하는 필터 장치와,

상기 화상의 위치 라인 데이터 Df를 기초로 상기 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 결정하는 역투영 화소 데이터 획득 장치와,

상기 화상 재구성을 위해 이용된 모든 뷰의 역투영 화소 데이터 D2를 각 화소에 대해 가산하여 역투영 데이터 D3을 결정하는 역투영 데이터 계산 장치를 포함하는

X선 CT 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 하나 또는 복수 라인의 수는 상기 라인에 직교하는 방향의 상기 재구성 필드에서의 최대 화소수의 1/512 내지 1/1의 범위에 있는 X선 CT 장치.
제 13 항에 있어서,

X선관 또는 멀티 검출기의 회전 평면에 직교하는 방향 또는 헬리컬 스캔의 직선 이동 방향을 z축으로서 정의하고, 뷰 각도 = 0°에서 X선 빔의 중심축 방향을 y축으로서 정의하고, z축 및 y축 둘 모두에 직교하는 방향을 x축으로서 정의할 때, -45°≤뷰 각도< 45° 및 135°≤뷰 각도< 225°의 범위에서는 x축이 라인 방향으로 되고, 45°≤뷰 각도< 135° 및 225°≤뷰 각도< 315°의 범위에서는 y축이 라인 방향으로 되는 X선 CT 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 화상의 위치 라인 데이터 Df에 대해 라인 방향에서 보간 및/또는 외삽을 수행하여 화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh를 생성하는 라인 방향 보간 및/또는 외삽 장치를 더 포함하되,

상기 역투영 화소 데이터 획득 장치는 상기 화상의 고밀도 위치 라인 데이터 Dh의 샘플링을 수행하고, 또한 보간 및/또는 외삽을 하여 상기 재구성 필드상의 각 화소의 역투영 화소 데이터 D2를 결정하는 X선 CT 장치.
제 13 항에 있어서,

주어진 뷰 각도의 미처리 데이터 중에서 상기 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출할 때, 상기 대응하는 미처리 데이터의 일부 또는 전부가 존재하지 않는 경우, 인접한 미처리 데이터에 의해 보간 및/또는 외삽을 수행하여 상기 대응하는 미처리 데이터 Dr을 계산하도록 동작가능한 보간 및/또는 외삽 처리 장치를 더 포함하는 X선 CT 장치.
제 13 항에 있어서,

주어진 뷰 각도로 미처리 데이터 중에서 상기 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 하나 또는 복수의 평행 라인 중 하나에 각각 대응하는 미처리 데이터 Dr을 추출할 때, 상기 재구성 필드에 대응하는 상기 미처리 데이터의 일부 또는 전부가 존재하지 않는 경우, 인접한 미처리 데이터에 의해 보간 및/또는 외삽을 수행하여 상기 재구성 필드에 대응하는 상기 미처리 데이터를 계산함으로써, 그러한 계산된 미처리 데이터 중에서 하나 또는 복수 라인에 대응하는 상기 미처리 데이터 Dr을 추출하는 보간 및/또는 외삽 처리 장치를 더 포함하되,

상기 미처리 데이터 추출기 장치는 상기 계산된 미처리 데이터 중에서 하나 또는 복수 라인에 대응하는 상기 미처리 데이터 Dr을 추출하는 X선 CT 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 재구성 필드에 대응하는 필드는 재구성면상의 원형 필드 또는 정방형 필드가 X선 투영 방향으로 투영되는 필드인 X선 CT 장치.
제 13 항에 있어서,

주어진 뷰 각도에서 미처리 데이터의 보간 및/또는 외삽을 수행하여 상기 멀티 검출기의 검출기 어레이의 방향으로 고밀도 미처리 데이터를 생성하는 검출기 어레이 방향 보간 및/또는 외삽 처리 장치를 더 포함하되,

상기 미처리 데이터 추출 장치는 상기 검출기 어레이의 방향에서의 상기 고밀도 미처리 데이터 중에서 상기 재구성 필드상의 복수 화소의 균등한 간격으로 이격된 복수의 평행 라인에 대응하는 상기 미처리 데이터 Dr을 추출하는 X선 CT 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 검출기 어레이 방향 보간 및/또는 외삽 처리 장치는 상기 미처리 데이터가 주어진 뷰 각도에서의 미처리 데이터의 검출기 어레이 방향의 밀도보다 2 내지 4배 높은 밀도를 갖도록 보간 및/또는 외삽을 수행하는 X선 CT 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 하나 또는 복수 라인의 라인수를 조작자에 의해 지정된 화질에 따라 변화시키는 라인 카운트 설정 장치를 더 포함하는 X선 CT 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 하나 또는 복수 라인의 라인수를 상기 검출기 어레이의 중앙으로부터 상기 재구성 필드까지의 거리에 따라 변화시키는 라인 카운트 설정 장치를 더 포함하는 X선 CT 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 하나 또는 복수 라인의 라인수를 상기 뷰에 따라 가변시키는 라인 카운트 설정 장치를 더 포함하는 X선 CT 장치.