KR100704245B1 - 방사선 단층촬영장치 및 방사선 검출신호 처리방법 - Google Patents

방사선 단층촬영장치 및 방사선 검출신호 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 방사선 단층촬영장치는, 촬상계 주사의 실행의 경우는 촬상계 주사기구가 한쪽의 직선궤도 상에 콘 모양의 X선빔을 조사하는 X선관을 이동시키는 것과 동기하여, 다른 쪽의 직선궤도 상에 피검체로부터의 투과 X선상을 검출하는 FPD를 이동시키므로, 비주회(非周回)형의 촬상계 주사가 행해진다. 이 때의 단층화상 재구성의 실행은, 단층화상 재구성부가 다른 촬영각도에서 FPD에 의해 검출되는 피검체의 투과 X선상의 X선 검출신호에 의거하여, X선 단층화상을 재구성하는 경우에, 시간지연 제거부(7)에서 X선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호를 이용한다. 따라서, 화질저하를 일으키는 X선 검출신호의 시간지연분이 단층화상 재구성의 전에 미리 제거된다.
방사선, FPD, 단층화상, 직선궤도, 시간지연분, 피검체.

Description

방사선 단층촬영장치 및 방사선 검출신호 처리방법{RADIOGRAPHIC APPARATUS AND RADIATION DETECTION SIGNAL PROCESSING METHOD}
※ 발명을 설명하기 위해 현재 바람직하다고 생각되는 것의 형태가 도시되어 있지만, 발명이 도시되어 있는 구성 및 방책에 한정되는 것은 아닌 것이 이해되어야 한다.
도 1은 종래장치에 의한 X선 단층화상의 재구성 방식을 설명하기 위한 모식도,
도 2는 실시예에 관한 X선 단층촬영장치의 전체구성을 나타내는 블럭도,
도 3은 X선 단층촬영장치에 이용하고 있는 FPD의 구성을 나타내는 평면도,
도 4는 실시예 장치에 의한 단층촬영 실행시의 X선 검출신호의 샘플링 상황을 나타내는 모식도,
도 5는 실시예 장치에서 시간지연 제거용의 재귀적 연산처리를 나타내는 플로우차트,
도 6은 실시예 장치에 의한 X선 단층화상의 재구성방식을 설명하기 위한 모식도,
도 7은 실시예 장치에 의한 단층촬영의 처리를 나타내는 플로우차트,
도 8은 변형예에 관한 X선 단층촬영장치의 촬상계의 개략구성을 나타내는 모 식도이다.
본 발명은, 피검체의 주위에 피검체를 사이에 두고 대향하도록 설정된 2개의 비주회(非周回) 궤도의 한쪽의 궤도 상에 콘 모양의 방사선빔을 조사하는 방사선 조사수단을 이동시키는 것과 동기하여, 다른쪽의 궤도 상에 피검체의 투과 X선상을 검출하는 면 모양의 방사선상 검출수단을 이동시킨다. 이 이동에 따라, 다른 촬영각도로부터 방사선상 검출수단에 의해 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 의거하여, 피검체의 방사선 단층화상을 재구성하는 비주회형의 방사선 단층촬영장치에 관한 것이고, 특히 방사선 검출신호에 포함되는 시간지연분에 의한 방사선 단층화상의 화질저하를 억제하기 위한 기술에 관한 것이다.
종래, 병원 등의 의료기관에서는, 콘 모양의 X선빔을 조사하는 X선관과 피검체의 투과 X선상을 검출하는 X선 검출기가 피검체의 주위에 설정된 주회(周回) 궤도를 1주(적어도 반주) 돌도록 이동하는 X선 CT장치인 주회형의 X선 단층촬영장치가 있다. 또한, 그 이외에, 비주회형의 X선 단층촬영장치도 이용되고 있다.
특히, 비주회형의 X선 단층촬영장치는, 피검체의 주위에 피검체를 사이에 두고 대향해서 설정된 2개의 비주회 궤도(예컨대 2개의 직선궤도)의 한쪽의 궤도 상에 콘 모양의 X선빔을 조사하는 X선관을 이동시키는 것과 동기하여, 다른쪽의 궤도 상에 피검체의 투과 X선상을 검출하는 면 모양의 X선 검출기를 이동시킨다. 이 X선 관과 X선 검출기의 이동에 따라, 다른 촬영각도에서 X선 검출기에 의해 검출된다. 그리고, 검출된 피검체의 복수개의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 근거하여, 피검체의 X선 단층화상을 재구성하는 장치이다.
이 비주회형의 X선 단층촬영장치는, 주회형 장치와 비교하여, X선관과 X선 검출기를 피검체의 주위를 반주(半周)이상에 걸쳐 이동시키지 않고, X선 단층촬영을 할 수 있다(일본국 특개 2002-263093호 공보의 제2 페이지, 및, 도 1~도 3 참조).
또한, 비주회형의 X선 단층촬영장치의 경우에 이용할 수 있는 피검체의 투과 X선상을 검출하는 면 모양의 X선 검출기로서, 최근에 종래형의 이미지 인텐시파이어 대신에, 플랫 패널형 방사선 검출기(FPD)를 이용할 수 있게 되어 있다.
종래의 비주회형의 X선 단층촬영장치에서의 X선 단층화상의 재구성의 방식을, 도 1을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도 1에서 나타내는 바와 같이, 피검체(M)에서의 X선의 단층촬영 대상층(Ma)이 추출되는 상태에서 선명하게 표시되게 된다. X선 단층촬영의 경우, X선관(51)으로부터 조사되는 X선의 조사각도를 변화시키도록, X선관의 위치를 도면 중 오른쪽의 위치 P1로부터 도면 중 왼쪽의 위치 P2로 수평 이동한다. 이 때, X선관(51)의 조사각도의 변경과 연동해서 I·I관(52)의 위치가 도면 중 왼쪽으로부터 도면 중 오른쪽으로 수평 이동시키면서, 촬영각도가 다른 복수매분의 피검체의 투과 X선상의 X선 검출신호를 취득한다. 이들 취득된 X선 검출신호를 이용해서 투과 X선상을 중첩하여 합성하도록 적분처리(가산하기) 한다.
즉, 단층촬영 대상층(Ma)에 위치하는 점 A, B가, 항상 I·I관(52)의 X선 검출면(52a)의 동일 점a, 점b에 투영되도록, I·I관(52)을 X선관(51)의 조사각도에 맞춰 이동시키는 것이다. 이렇게 구성함으로써 단층촬영 대상층(Ma)으로부터 떨어진 위치의 점C는, X선의 조사각도의 변화에 따라 X선 검출면(52a)에서의 투영 위치가 변화된다. X선관(51)이 위치 P1에 있을 때의 촬영각도에서는, 점C가 X선 검출면(52a)의 점c1에 투영된다. 또한, X선관(51)이 다른 위치 P2로 이동했을 때의 촬영각도에서는, 점C가 X선 검출면(52a)의 점c2에 투영된다.
취득된 X선 검출신호를 적분하면, 예컨대, 점C의 신호는 X선 단층화상 전체에 분포되게 되고, 그 결과, 적분을 완전히 끝낸 X선 단층화상에서의 점C는 흐려진 상이 된다. 즉, 단층촬영 대상층(Ma)으로부터 떨어져 있는 거리가 커질수록 점C의 흐려짐 정도도 커진다. 따라서, 다른 촬영각도로부터 취득한 복수매분의 투과 X선상의 X선 검출신호를 이용해서 투과 X선상을 합성하도록 적분하는 것에 의해, 단층촬영 대상층(Ma)만이 선명하게 나타난 상, 즉 피검체(M)를 단층촬영 대상층(Ma)의 위치에서 절단해서 본 것 같은 X선 단층화상을 얻을 수 있다.
그러나, 종래의 비주회형의 X선 단층촬영장치의 경우, X선 단층화상에는 X선 검출신호에 포함되는 시간지연분에 의한 화질저하가 따른다는 문제가 있다.
즉, 먼저 취득한 X선 검출신호의 판독 잔분이 시간지연분으로서 다음 X선 검출신호에 노이즈(오차분)로서 중첩한다. 이 노이즈가 X선 단층화상의 화질저하를 일으키는 원인이 되어, 문제가 되고 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 방사선 검출신호에 포함되는 시간지연분에 의한 방사선 단층 화상의 화질저하를 억제할 수 있는 비주회형의 방사선 단층촬영장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 다음과 같은 구성을 채용한다.
방사선 단층화상이 얻어지도록 구성된 방사선 단층촬영장치에 있어서, 상기 장치는 이하의 요소를 포함한다.
검사대(天板) 상의 피검체에 콘 모양의 방사선빔을 조사하는 방사선 조사수단과,
피검체를 사이에 두고 대향 배치되어, 피검체의 투과 방사선상을 검출하는 면 모양의 방사선상 검출수단과,
피검체를 사이에 두고 대향하도록 설정된 2개의 비주회 궤도의 한쪽의 궤도 상에 방사선 조사수단을 이동시키는 것과 동기하여, 다른쪽의 궤도 상에 방사선상 검출수단을 이동시키는 촬상계 주사수단과,
상기 촬상계 주사수단의 주사에 의한 방사선 조사수단과 방사선상 검출수단의 이동에 따라 다른 촬영각도에서 방사선상 검출수단에 의해 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 의거하여 피검체의 방사선 단층화상을 재구성하는 단층화상 재구성수단과,
상기 방사선상 검출수단에서 출력되는 방사선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 제거한 지연 제거 방사선 검출신호를 구하는 시간지연 제거수단을 구비하고,
또, 상기 단층 화상 재구성수단은 상기 시간지연 제거수단에 의해 구해지는 지연 제거 방사선 검출신호를 이용하여 방사선 단층화상의 재구성을 행한다.
본 발명에 의하면, 방사선 단층촬영장치(이하, 적절히「단층촬영장치」라고 함)에 의해 단층촬영을 실행하는 경우, 촬상계 주사수단에 의한 주사에 의해, 피검체를 사이에 두고 대향하게 설정된 2개의 비주회 궤도의 한쪽의 궤도 상에 방사선 조사수단을 이동시키는 것과 동기하여, 다른쪽의 궤도 상에 면 모양의 방사선상 검출수단을 이동(주사)시킨다. 이 주사에 따라 다른 조사각도에서 방사선 조사수단으로 피검체에 콘 모양의 방사선빔을 조사하고, 방사선상 검출수단에서 복수매에 상당하는 피검체의 투과 방사선상을 검출하는 동시에, 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 의거하여 단층화상 재구성수단이 방사선 단층화상을 재구성한다.
이 방사선 단층화상을 재구성할 때, 시간지연 제거수단에서 방사선상 검출수단으로부터 출력되는 방사선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 제거한 지연제거 방사선 검출신호를 구한다. 단층화상 재구성수단은 시간지연 제거수단에서 구해지는 지연제거 방사선 검출신호를 이용하여 방사선 단층화상을 재구성한다.
즉, 본 발명의 단층촬영장치는 방사선 검출신호에 포함되는 시간지연분에 의한 방사선 단층화상의 화질저하를 억제할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 단층화상 재구성수단은 다른 촬영각도에서 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 대하여, 상기 시간지연 제거수단이 구해지는 지연제거 방사선 검출신호를 이용하여 투과 방사선상을 중첩하여 합성하 도록 적분하는 것에 의해 방사선 단층화상을 재구성하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 단층화상 재구성수단에 의한 방사선 단층화상의 재구성을 다른 촬영각도에서 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 대하여 구해진 지연제거 방사선 검출신호를 이용하고, 투과 방사선상을 중첩하여 합성하도록 적분처리한다는 간단한 데이터처리로 행할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 방사선 단층촬영장치에 있어서, 상기 장치는 이하의 요소를 더 포함한다.
상기 시간지연 제거수단에 의해 다른 촬영각도에서 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 대하여, 상기 시간지연 제거수단이 구해지는 지연제거 방사선 검출신호를 순차로 기억하는 지연제거 방사선신호 기억수단을 구비하고,
상기 단층화상 재구성수단은, 상기 지연제거 방사선신호 기억수단에 순차로 기억되는 복수의 지연제거 방사선 검출신호를 이용하여 투과 방사선상을 중첩하여 합성하도록 적분함으로써 방사선 단층화상을 재구성한다.
이 구성에 의하면, 방사선 검출신호에 포함되는 시간지연분에 의한 방사선 단층화상의 화질저하를 억제하는 것을 바람직하게 실현할 수 있다.
또, 방사선 단층촬영장치에 있어서, 상기 장치는 이하의 요소를 더 포함한다.
상기 방사선 검출수단으로부터 방사선 검출신호를 소정의 샘플링 시간간격으로 추출하는 신호 샘플링 수단을 구비하고,
또, 상기 시간지연 제거수단은 샘플링 시간간격으로 추출되는 각 방사선 검 출신호에 포함되는 시간지연분을 감쇠시정수가 다른 복수의 지수함수로 구성되는 임펄스 응답에 의한 것으로 가정하여 재귀적 연산처리에 의해 방사선 검출신호에서 제거한다.
이 구성에 의하면, 신호 샘플링 수단에 의해 방사선 검출수단에서 방사선 검출신호가 소정의 샘플링 시간간격으로 추출되는 동시에, 시간지연 제거수단에 의한 재귀적 연산처리에 의해 방사선 검출신호로부터 시간지연분을 제거하여 지연제거 방사선 검출신호를 산출할 때, 방사선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 감쇠시정수가 다른 복수개의 지수함수로 구성되는 임펄스 응답에 의한 것으로 가정한다. 따라서, 단독의 지수함수로 구성되는 임펄스 응답에 의한 것으로 가정하는 경우와 비교하여, 구해지는 지연제거 방사선 검출신호는 시간지연분이 충분히 제거된 것으로 된다.
구체적으로는, 시간지연 제거수단은 방사선 검출신호로부터 시간지연분을 제거하는 재귀적 연산처리를 다음 식 A~C를 이용하여 행하도록 구성되는 것이 더 바람직하다.
Figure 112005009048145-pat00001
단, Δt : 샘플링 시간간격
k : 샘플링한 시계열 내의 k번째의 시점을 나타내는 첨자
Yk : k번째의 샘플링 시점에서 추출된 X선 검출신호
Xk : Yk로부터 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호
Xk-1 : 일시점 전의 Xk
Sn(k-1) : 일시점 전의 Sn
exp : 지수함수
N : 임펄스 응답을 구성하는 시정수가 다른 지수함수의 개수
n : 임펄스 응답을 구성하는 지수함수 중 하나를 나타내는 첨자
αn : 지수함수 n의 강도
τn : 지수함수 n의 감쇠시정수
또, 단층화상 재구성수단은, 컨볼루션 처리한 투영 데이터를, 더욱이 피검체의 단층촬영 대상층에 가상 설정한 격자점군에 역투영하여 방사선 단층화상의 재구성을 행할 수도 있다.
또, 방사선 단층촬영장치로서는, 예컨대, 의용장치, 공업용장치에 적용할 수 있다. 특히, 공업용장치로서는, 비파괴 검사기구를 들 수 있다.
또, 방사선상 검출수단은, 반도체 등을 이용한 다수개의 방사선 검출소자를 방사선 검출면에 종횡으로 배열한 플랫 패널형 X선 검출기이다.
플랫 패널형 X선 검출기를 이용한 경우, 플랫 패널형 X선 검출기가 갖는 방사선 검출신호의 시간지연이 시간지연 제거수단에 의해 해소되는 동시에, 출력 화상에의 복잡한 검출 왜곡을 제거할 수 있다.
또, 본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 다음과 같은 구성을 채용한다.
피검체를 사이에 두고 대향하도록 설정된 2개의 비주회 궤도의 한쪽의 궤도 상에 방사선 조사수단을 이동시키는 것과 동기하여, 다른 쪽의 궤도 상에 방사선 검출수단을 이동시키면서 방사선 검출신호를 소정의 샘플링 시간간격으로 추출하고, 해당 샘플링 시간간격으로 출력되는 방사선 검출신호에 의거하여 방사선 화상을 얻는 신호처리를 행하는 방사선 검출신호 처리방법에 있어서, 상기 방법은 이하의 과정을 포함한다.
상기 소정의 샘플링 시간간격으로 추출되는 각 방사선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 1개의 지수함수 또는 감쇠시정수가 다른 복수개의 지수함수로 구성되는 임펄스 응답에 의한 것으로서 가정하여 재귀적 연산처리에 의해 각 방사선 검출신호로부터 제거하는 과정.
또, 구체적으로는, 시간지연 제거수단은 방사선 검출신호에서 시간지연분을 제거하는 재귀적 연산처리를 다음 식 A~C을 이용하여 행하도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 방사선 검출신호로부터 시간지연분을 제거하는 재귀적 연산처리를 식 A~C;
Figure 112005009048145-pat00002
단, Δt : 샘플링 시간간격
k : 샘플링한 시계열 내의 k번째의 시점을 나타내는 첨자
Yk : k번째의 샘플링 시점에서 추출된 X선 검출신호
Xk : Yk로부터 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호
Xk-1 : 일시점 전의 Xk
Sn(k-1) : 일시점 전의 Sn
exp : 지수함수
N : 임펄스 응답을 구성하는 시정수가 다른 지수함수의 개수
n : 임펄스 응답을 구성하는 지수함수 중 하나를 나타내는 첨자
αn : 지수함수 n의 강도
τn : 지수함수 n의 감쇠시정수
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 2는 실시예에 관한 의용 X선 단층촬영장치의 전체구성을 나타내는 블럭도이다.
X선 단층촬영장치는 도 2에서 나타내는 바와 같이, X선 단층촬영 대상으로서의 피검체(M)를 재치하는 검사대(天板)(1)와, 검사대(1) 상의 피검체(M)에 콘 모양의 X선빔을 조사하는 방사선 조사수단으로서의 X선관(2)과, 피검체(M)를 사이에 두고 대향 배치되고, 피검체(M)의 투과 X선상을 검출하는 면 모양의 방사선상 검출수 단으로서의 플랫 패널형 X선 검출기(3)(이하, 적절히「FPD」라고 함)와, 피검체(M)를 사이에 두고 대향하도록 설정된 2개의 비주회 궤도로서의 직선궤도(NA, NB)의 한쪽의 직선궤도(NA) 상에 X선관(2)을 이동시키는 것과 동기하여, 다른쪽의 직선궤도(NB) 상에 FPD(3)를 이동시키는 촬상계 주사수단으로서의 촬상계 주사기구(4)를 구비하고 있다.
실시예 장치에 의해 단층촬영을 실행하는 경우, 촬상계 주사기구(4)에 의한 주사에 의해, 직선궤도(NA)에 X선관(2)을 이동시키는 것과 동기하여, 직선궤도(NB) 상에 FPD(3)를 이동시키는 것에 의해 비주회형의 촬상계 주사를 행하지 않으면서, 순차로 다른 조사각도에서 X선관(2)에서 피검체(M)에 콘 모양의 X선빔을 조사한다. FPD(3)는 다른 촬영각도의 피검체(M)의 투과 X선상의 X선 검출신호를 검출한다.
구체적으로는, 촬상계 주사기구(4)에는 X선관(2)의 위치 이동기능 및 X선 조사각도(머리부분 각도)의 변경기능이나, FPD(3)의 위치 이동기능 등이 구비되어 있다. 도 2에서 나타내는 바와 같이, 촬상계 주사기구(4)는 촬상계 주사제어부(4A)의 제어에 따라, X선관(2)을 위치(F1), 위치(F2), 위치(F3)와 순번으로 수평이동시킴과 동시에, X선관(2)의 머리부분 각도를 조정하여 X선 조사각도를 변화시킨다. 또, X선 조사각도의 변경에 맞춰, FPD(3)를 위치(f1), 위치(f2), 위치(f3)와 순번으로 이동시켜 촬상계의 주사를 행한다.
X선관(2)은 X선 조사제어부(2A)의 제어를 받으면서 적시에 피검체(M)에 콘 모양의 X선빔을 조사한다.
FPD(3)는 도 3에서 나타내는 바와 같이, 피검체(M)로부터의 투과 X선상이 투 영되는 X선 검출면(3A)에 다수개의 X선 검출소자(3a)가 피검체(M)의 체축(體軸)방향(X)과 폭방향(Y)에 따라 종횡으로 배열된 구성으로 되어 있다. 실시예 장치에 이용되는 FPD(3)의 경우, 예컨대, 종 30cm × 횡 30cm 정도의 넓이의 X선 검출면(3A)에, X선 검출소자(3a)가 종 1024 × 횡 1024의 매트릭스 모양으로 배열되어 있다. FPD(3)는 박형·경량이므로, FPD(3) 주변의 구조가 간결하게 되는 동시에, 표면이 플랫이므로 화상 왜곡이 적은, 결과 방사선 검출신호가 피검체(M)의 투과 방사선상의 형상과 정확하게 대응하게 된다.
또, 실시예 장치의 경우, 검사대(1)는 검사대계 구동기구(도시생략)에 의해 좌우나 전후의 이동 외에 상하이동도 가능하게 되어 있다. 따라서, 검사대(1)의 이동에 의해 X선관(2) 및 FPD(3)와 피검체(M)와의 위치관계를 변화할 수 있어, 촬영부위 혹은 촬영배율의 주정을 행할 수 있는 구성으로 되어 있다.
또, 실시예의 X선 단층촬영장치는 도 2에서 나타내는 바와 같이, FPD(3)의 후단에 FPD(3)로부터 X선 검출신호(방사선 검출신호)를 소정의 샘플링 시간간격 Δt로 디지털화하여 추출하는 신호 샘플링 수단으로서의 A/D 변환기(5)와, A/D 변환기(5)에서 추출한 X선 검출신호를 일시적으로 기억하는 검출신호 메모리(6)와, FPD(3)로부터 추출된 X선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호(지연제거 방사선 검출신호)를 구하는 시간지연 제거부(7)와, X선 검출신호로부터 시간지연분을 남긴 지연제거 X선 검출신호를 일시적으로 기억하는 지연제거 신호 메모리(8)를 구비하고 있다. 지연제거 신호 메모리(8)는 본 발명의 지연제거 방사선신호 기억수단에 상당한다.
A/D 변환기(5)는 투과 X선상의 X선 검출신호를 샘플링 시간간격 Δt로 연속적으로 추출하고, 다음의 X선 검출신호 메모리(6)로 송신한다. 즉, 도 4에서 나타내는 바와 같이, 예컨대 1/30초 간격의 샘플링 시간간격 Δt에서, 그 시점의 투과 X선상에 대하여 전체 X선 검출신호가 수집되고, X선 검출신호 메모리(6)에 기억되어 간다.
또, A/D 변환기(5)는, X선을 조사하기보다 이전에 X선 검출신호의 샘플링 동작(추출)을 개시하도록 구성되어 있다. X선을 조사하기 이전의 A/D 변환기(5)에 의한 X선 검출신호의 추출 개시는, 오퍼레이터의 수동조작에 의해 행해지는 구성이라도 되고, X선 조사지시 조작 등과 연동하여 자동적으로 행해지는 구성이라도 된다.
시간지연 제거부(7)는 X선 검출신호 메모리(6)에서 기억한 각 X선 검출신호를 판독하여, X선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 감쇠시정수가 다른 복수개의 지수함수로 구성되는 임펄스 응답에 의한 것으로 가정하고, 재귀적 연산처리에 의해 각 X선 검출신호로부터 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호를 구한다. 이 구해진 지연제거 X선 검출신호를 지연제거 신호 메모리(8)에 송신하는 동시에, 단층화상 재구성부(9)에도 송신한다.
결국, FPD(3)의 경우, 1회의 촬상으로 취득되는 신호성분 중 추출하지 않고 잔존하는 신호성분이, 다음의 촬상 시의 X선 검출신호에 시간지연분으로서 포함되므로, 시간지연 제거부(7)에서 해당 X선 검출신호의 잔존분을 제거하여 시간지연이 없는 지연제거 X선 검출신호로 하는 것이다. 이 시간지연 제거부(7)의 경우, X선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 감쇠시정수가 다른 단복수개의 지수함수로 구성 되는 임펄스 응답에 의한 것으로 가정하므로, 1개의 지수함수로 구성되는 임펄스 응답에 의한 것으로 가정하는 경우와 비교하여, 구해진 지연제거 X선 검출신호는 시간지연분이 충분히 제거되게 된다.
구체적으로는, 시간지연 제거부(7)는, 각 X선 검출신호로부터 시간지연분을 제거하는 재귀적 연산처리를 식 A~C를 이용하여 행한다.
또, 도 2 및 식 A~C가 나타내는 바와 같이, 현시점의 지연제거 X선 검출신호를 구할 때, 시간지연 제거부(7)에서 행해지는 재귀적 연산처리에 있어서, 지연제거 신호 메모리(8)에 일시적으로 기억되고 있는 일시점 전의 지연제거 X선 검출신호가 이용된다.
Figure 112005009048145-pat00003
단, Δt : 샘플링 시간간격
k : 샘플링한 시계열 내의 k번째의 시점을 나타내는 첨자
Yk : k번째의 샘플링 시점에서 추출된 X선 검출신호
Xk : Yk로부터 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호
Xk-1 : 일시점 전의 Xk
Sn(k-1) : 일시점 전의 Sn
exp : 지수함수
N : 임펄스 응답을 구성하는 시정수가 다른 지수함수의 개수
n : 임펄스 응답을 구성하는 지수함수 중 하나를 나타내는 첨자
αn : 지수함수 n의 강도
τn : 지수함수 n의 감쇠시정수
결국, 식 A의 2항의 『
Figure 112005009048145-pat00004
』가 시간지연분에 해당하므로, 실시예 장치에서는, 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호(Xk)가 식 A~C라는 간결한 점화식에 의해 빠르게 구해진다.
다음에, 시간지연 제거부(7)에 의한 재귀적 연산처리의 프로세스에 대하여 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도 5는, 실시예 장치에서 시간지연 제거를 위한 재귀적 연산처리의 프로세스를 나타내는 플로우차트이다.
[단계 Q1] k=0으로 세트되고, 식 A의 X0 = 0, 식 C의 Sn0 = 0이 X선 조사 전의 초기치로서 모두 세트된다. 지수함수의 수가 3개(N=3)인 경우는, S10, S20, S30이 모두 1로 세트되게 된다.
[단계 Q2] 식 A,C에서 k=1로 세트된다. 식 C, 즉 Sn1 = X0 + exp(Tn)·Sn0에 따라 S11, S21, S31이 구해지고, 또 구해진 S11, S21, S31과 X선 검출신호(Y1)가 식 A에 대입되는 것으로 지연제거 X선 검출신호(X1)가 구해진다.
[단계 Q3] 식 A, C에서 k를 1만큼 증가(k=k+1)한 후에, 식 C에 1시점 전의 Xk-1이 대입되어 S1k, S2k, S3k가 구해지고, 또 구해진 S1k, S2k, S3k과 X선 검출신호(Yk)가 식 A에 대입되는 것으로 지연제거 X선 검출신호(Xk)가 구해진다.
[단계 Q4] 미처리의 X선 검출신호(Yk)가 있으면, 단계 Q3으로 되돌아가, 미처리의 X선 검출신호(Yk)가 없으면, 다음의 단계 Q5로 진행한다.
[단계 Q5] 1회의 샘플링분(투과 X선상 하나 분)의 지연제거 X선 검출신호(Xk)가 구해지는 1회의 샘플링분에 대하여 재귀적 연산처리가 종료된다.
또, 실시예 장치의 경우, 시간지연 제거부(7)에서 지연제거 X선 검출신호를 구할 때에, X선을 조사하는보다 이전에 A/D 변환기(5)에서 추출된 X선 검출신호를 이용한다. 따라서, X선을 조사한 시점에서 X선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 제거하여 X선을 조사한 시점에서 바로 지연제거 X선 검출신호를 적정하게 구할 수 있다.
또, 실시예의 X선 단층촬영장치는 도 2에서 나타내는 바와 같이, 시간지연 제거부(7)의 후단에 단층화상 재구성부(9)를 구비하고 있다. 단층화상 재구성부(9)는 촬상계 주사기구(4)의 주사에 의한 X선관(2)과 FPD(3)의 이동에 따라, 연속적 또는 간헐적으로 다른 촬영각도에서 FPD(3)에 의해 검출되는 복수매에 상당하는 피검체(M)의 투과 X선상의 X선 검출신호에 의거하여, 피검체(M)의 X선 단층화상을 재구성한다.
구체적으로, 단층화상 재구성부(9)는, 다른 촬영각도에서 검출되는 피검체(M)의 투과 X선상의 X선 검출신호에 대하여 시간지연 제거부(7)가 구해진 지연제거 X선 검출신호를 중첩하여 합성하도록 신호 적분처리부(10)에서 적분처리하는 것에 의해 X선 단층화상을 재구성한다.
단층화상 재구성부(9)에 의한 재구성으로 취득된 X선 단층화상은, 단층화상 메모리(11)에 송신되어 기억된다. 또, X선 단층화상은, 필요에 따라 화상 모니터(12)의 화면에 비추어지거나, 프린터(도시생략)에 의해 시트에 인쇄되게 하여 표시된다.
실시예에 관한 비주회형의 X선 단층촬영장치에서 X선 단층화상의 재구성의 방식은 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.
여기에서는, 피검체(M)에서 단층촬영 대상층(Ma)이 추출된 상태에서 선명하게 표시되게 된다. X선 단층촬영의 경우, X선관(2)에 의한 X선의 조사각도를 변화시키는 동시에, X선관(2)의 조사각도의 변경과 연동하여 FPD(3)의 위치도 변화시키면서, 촬영각도의 다른 복수매에 상당하는 피검체(M)의 투과 X선상의 X선 검출신호를 취득한다. 이 취득된 X선 검출신호를 투과 X선상을 중첩하여 합성하도록 적분한다(가산한다).
즉, 단층촬영 대상층(Ma)에 위치하는 점G, H가 항상 FPD(3)의 X선 검출면(3A)의 동일점g, 점h에 투영되도록, FPD(3)를 X선관(2)의 조사각도에 맞춰 이동시킨다. 이렇게 하면, 단층촬영 대상층(Ma)에서 벗어난 위치의 점 I는 X선 조사각도의 변화에 따라서 X선 검출면(3A)에서의 투영위치가 변화한다. X선관(2)이 위치K1 에 있는 때의 조사각도에서는, 점 I가 위치k1에 있는 X선 검출면(3A)의 점i1에 투영되고, X선관(2)이 다른 위치K2로 이동한 때의 조사각도에서는 점 I가 위치k2에 있는 X선 검출면(3A)의 점i2가 투영된다.
따라서, X선 검출신호를 적분하면, 점I의 신호는 X선 단층화상 전체에 분포하게 되고, 그 결과, 적분을 완전하게 끝낸 X선 단층화상에서는 점C는 흐려진 상이 된다. 단층촬영 대상층(Ma)으로부터 떨어져 있는 거리가 커질수록 점이 흐려진 정도도 커지게 된다. 따라서, 다른 촬영각도의 복수매에 상당하는 투과 X선상의 X선 검출신호를 투과 X선상을 합성하도록 적분하는 것에 의해, 단층촬영 대상층(Ma)만큼이 선명하게 나타난 상이 얻어진다. 즉 피검체(M)를 단층촬영 대상층(Ma)의 위치에서 절단하여 본 것과 같은 X선 단층화상이 얻어진다.
이와 같이, 실시예 장치에 의하면, 단층화상 재구성부(9)의 신호적분 처리부(10)에서 지연제거 X선 검출신호를 적분한다는 간단한 데이터처리로 가진 X선 단층화상을 재구성할 수 있다.
또, 실시예 장치는 촬영실행에 필요한 지령이나 데이터 등을 입력하기 위한 조작부(13)도 장비하고 있다. 이 조작부(13)는 키보드나 마우스 등의 입력기구류로 구성되어 있다.
또, 실시예 장치의 경우, X선 조사제어부(2A)나 촬상계 주사제어부(4A), A/D 변환기(5), 시간지연 제거부(7), 단층화상 재구성부(9) 등은, 조작부(13)로부터 입력되는 지시나 데이터 혹은 단층촬영의 진행에 따라 주제어부(14)로부터 송신되는 각종 명령에 따라 제어·처리를 실행한다.
다음에, 상술한 구성을 가지는 실시예 장치에 의한 단층촬영의 실행 프로세스에 대하여 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도 7은 실시예 장치에 의한 X선 단층촬영의 실행 프로세스를 나타내는 플로우차트이다.
[단계 S1] 오퍼레이터가 조작부(13)에 의한 입력조작에 의해 단층촬영의 개시를 지령한다.
[단계 S2] X선 미조사 상태에서 A/D 변환기(5)가 샘플링 시간간격 Δt(=1/30초)으로 FPD(3)로부터 X선 조사 전의 투과 X선상 하나 분의 X선 검출신호(Yk)를 추출 시작하는 동시에, 추출한 X선 검출신호가 X선 검출신호 메모리(6)에 기억되어 간다.
[단계 S3] 오퍼레이터의 설정에 따라 촬상계 주사기구(4)가 직선궤도(NA)에 X선관(2)을 이동시키는 것과 동기하여, 직선궤도(NB) 상에 FPD(3)를 이동시키는 비주회형의 촬상계 주사를 개시한다.
[단계 S4] 오퍼레이터의 설정에 따라 X선이 단속적 내지 연속적으로 피검체(M)에 조사되는 것과 평행하여, 샘플링 시간간격 Δt로 A/D 변환기(5)에 의한 투과 X선상 하나 분의 X선 검출신호(Yk)의 추출과 X선 검출신호 메모리(6)에의 기억이 반복하여 행해진다.
[단계 S5] X선 검출신호 메모리(6)로부터 X선 검출신호(Yk)를 투과 X선상의 1매분 마다 기록하여 시간지연 제거부(7)에서 식 A~C를 이용하여 재귀적 연산처리 를 행하는 것에 의해 각 X선 검출신호(Yk)에서 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호(Xk)를 구한다. 이 구해진 지연제거 X선 검출신호(Xk)를 지연제거 신호메모리(8)에 기억하는 처리가 반복하여 행해진다.
[단계 S6] 지연제거 신호메모리(8)에 기억되어 있는 지연제거 X선 검출신호(Xk)를 단층화상 재구성부(9)의 신호 적분처리부(10)가 투과 X선상을 합성하도록 시시각각 적분처리(가산)를 행한다.
[단계 S7] 촬상계 주사기구(4)에 의한 촬상계 주사 및 신호 적분처리부(10)에 의한 적분처리가 완료하기까지, 단계 S4 ~ 단계 S6의 처리가 계속된다. 촬상계 주사기구(4)에 의한 촬상계 주사 및 신호 적분처리부(10)에 의한 적분처리가 완료하면, 단층촬영 대상층(Ma)에 대하여 X선 단층화상을 완성하게 되고, 다음의 단계 S8로 진행한다.
[단계 S8] 단층촬영 대상층(Ma)의 X선 단층화상이, 단층화상 메모리(11)에 기억되는 동시에, 필요에 따라 화상 모니터(12)의 화면에 비추어지거나, 프린터(도시생략)에 의해 시트에 인쇄되게 하여 표시되고, 단층촬영은 종료한다.
이상과 같이, 이 실시예의 X선 단층촬영장치에 의하면, 촬상계 주사가 실행될 때, 촬상계 주사기구(4)가 피검체(M)를 사이에 두고 대향하도록 설정된 2개의 직선궤도(NA, NB) 중 한쪽의 직선궤도(NA) 상에 콘 모양의 X선빔을 조사하는 X선관(2)을 이동시키는 것과 동기하여, 다른쪽의 직선궤도(NB) 상에 피검체(M)의 투과 X선상을 검출하는 FPD(3)를 이동시킨다. 따라서, 비주회형의 촬상계 주사가 행해진 다. 또, X선 단층화상 재구성이 실행될 때, 단층화상 재구성부(9)가 연속적 또는 간헐적으로 다른 촬영각도에서 FPD(3)에 의해 검출되는 피검체(M)의 투과 X선상의 X선 검출신호에 의거하여 X선 단층화상을 재구성하는 경우, 시간지연 제거부(7)에서 X선 검출신호에 포함되는 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호를 이용한다. 그 결과, 화질저하를 일으키는 X선 검출신호에 포함되는 시간지연분이 X선 단층화상의 재구성시에 미리 제거된다.
따라서, X선 검출신호에 포함되는 시간지연분에 의한 X선 단층화상의 화질저하를 제어할 수 있는 비주회형의 X선 단층촬영장치를 제공할 수 있다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이하와 같이 변형 실시하는 것도 가능하다.
(1) 상기 실시예에서는, 피검체(M)를 사이에 두고 대향하도록 설정된 2개의 비주회궤도가 직선궤도(NA, NB)이지만, 도 8에서 나타내는 바와 같이 비주회궤도가 원호궤도(Na, Nb)로 되도록 주사하는 구성이라도 된다.
(2) 상기 실시예에서는, 면 모양의 방사선 검출수단으로서 FPD(3)를 이용하는 구성이지만, FPD 이외의 이미지 인텐시파이어 등을 이용한 구성이라도 된다.
(3) 상기 실시예에서는, 단층화상 재구성부(9)의 단층화상 재구성이 신호 적분처리부(10)에 의한 적분처리로 행해지는 구성이지만, 단층화상 재구성부(9)의 단층화상 재구성이 예컨대, 지연제거 X선 검출신호(Xk)를 컨볼루션 처리한 투영데이터를 다시 피검체(M)의 단층촬영 대상층에 가상 설정한 격자점군에 역투영하는 처리로 행해지도록 구성하여도 된다.
(4) 상기 실시예에서는, 비주회형의 촬상계 주사 시, X선관(2) 및 FPD(3)가 직선적으로 이동하는 구성이지만, 단층촬영 시에 X선관(2) 및 FPD(3)가 나선이동, 타원이동 등의 다른 이동형태를 가진 구성의 것도 변형예로서 들 수 있다.
(5) 상기 실시예에서는, 의용장치이지만, 본 발명은 의용에 한정하지 않고, 비파괴 검사기기 등의 공업용 장치에도 적용할 수 있다.
(6) 실시예 장치는, 방사선으로서 X선을 이용하는 장치이지만, 본 발명은 X선 이외의 방사선을 이용하는 장치에도 적용할 수 있다.
※ 본 발명은, 그 사상 또는 본질로부터 벗어나지 않는 다른 구체적인 형태에서 실시될 수 있고, 따라서, 발명의 범위를 나타내는 것으로서, 이상의 설명에서 뿐만 아니라, 부가된 클레임을 참조하여야 한다.
본 발명의 단층촬영장치는 방사선 검출신호에 포함되는 시간지연분에 의한 방사선 단층화상의 화질저하를 억제할 수 있다.
단층화상 재구성수단에 의한 방사선 단층화상의 재구성을 다른 촬영각도에서 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 대하여 구해진 지연제거 방사선 검출신호를 이용하고, 투과 방사선상을 중첩하여 합성하도록 적분처리한다는 간단한 데이터처리로 행할 수 있다.

Claims (12)

  1. 방사선 단층화상이 얻어지도록 구성된 방사선 단층촬영장치에 있어서, 검사대(天板) 상의 피검체에 콘 모양의 방사선 빔을 조사하는 방사선 조사수단;
    피검체를 사이에 두고 대향 배치되고, 피검체의 투과 방사선상을 검출하는 면 모양의 방사선상 검출수단;
    피검체를 사이에 두고 대향하도록 설정된 2개의 비주회궤도의 한쪽의 궤도 상에 방사선 조사수단을 이동시키는 것과 동기하여, 다른쪽의 궤도 상에 방사선상 검출수단을 이동시키는 촬상계 주사수단;
    상기 촬상계 주사수단의 주사에 의한 방사선 조사수단과 방사선상 검출수단의 이동에 따라 다른 촬영각도에서 방사선상 검출수단에 의해 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 의거하여, 피검체의 방사선 단층화상을 재구성하는 단층화상 재구성수단;
    상기 방사선 검출수단으로부터 방사선 검출신호를 소정의 샘플링 시간간격으로 취출하는 신호 샘플링수단;
    상기 신호 샘플링수단에 의해 소정의 샘플링시간간격으로 취출되는 각 방사선 검출신호중, 소정의 샘플링 시간간격내에 방사선 검출수단으로부터 판독하지 못하고 다음의 판독시점에 판독되고, 이 시점에 실제로 판독되어야 할 방사선 검출신호에 가산되는 지연시간분의 방사선 검출신호를 1개의 지수함수 또는 감쇠 시정수가 다른 복수개의 지수함수로 구성되는 임펄스 응답에 의한 것으로 가정하여, 재귀적 연산처리에 의해 각 방사선 검출신호로부터 지연시간분의 방사선 검출신호를 감산함으로써, 지연제거 방사선 검출신호를 구하는 시간지연 제거수단을 구비하고, 또, 상기 단층화상 재구성수단은, 상기 시간 지연 제거수단에 의해 구해지는 지연제거 방사선 검출신호를 이용하여 방사선 단층화상의 재구성을 행하는, 방사선 단층촬영장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단층화상 재구성수단은, 다른 촬영각도에서 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 대하여, 상기 시간지연 제거수단이 구하는 지연제거 방사선 검출신호를 이용하여 투과 방사선상을 중첩하여 합성하도록 적분하는 것에 의해 방사선 단층화상을 재구성하는, 방사선 단층촬영장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간지연 제거수단에 의해, 다른 촬영각도에서 검출되는 피검체의 투과 방사선상의 방사선 검출신호에 대하여, 상기 시간지연 제거수단이 구하는 지연제거 방사선 검출신호를 순차로 기억하는 지연제거 방사선신호 기억수단을 더 구비하고,
    상기 단층화상 재구성수단은, 상기 지연제거 방사선신호 기억수단에 순차로 기억되는 복수의 지연제거 방사선 검출신호를 이용하여 투과 방사선상을 포개어 합성하도록 적분하는 것에 의해 방사선 단층화상을 재구성하는, 방사선 단층촬영장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    시간지연 제거수단은 방사선 검출신호로부터 시간지연분을 제거하는 재귀적 연산처리를 식 A~C;
    Figure 112005009048145-pat00005
    단, Δt : 샘플링 시간간격
    k : 샘플링한 시계열 내의 k번째의 시점을 나타내는 첨자
    Yk : k번째의 샘플링 시점에서 추출된 X선 검출신호
    Xk : Yk로부터 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호
    Xk-1 : 일시점 전의 Xk
    Sn(k-1) : 일시점 전의 Sn
    exp : 지수함수
    N : 임펄스 응답을 구성하는 시정수가 다른 지수함수의 개수
    n : 임펄스 응답을 구성하는 지수함수 중 하나를 나타내는 첨자
    αn : 지수함수 n의 강도
    τn : 지수함수 n의 감쇠시정수
    에 의해 행해지도록 구성하는, 방사선 단층촬영장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단층화상 재구성수단은, 컨볼루션 처리한 투영데이터를, 또 피검체의 단층촬영 대상층에 가상 설정한 격자점군에 역투영하여 방사선 단층화상의 재구성을 행하는, 방사선 단층촬영장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 면 모양의 방사선상 검출수단은, 반도체 등을 이용한 다수개의 방사선 검출소자를 방사선 검출면에 종횡으로 배열한 플랫 패널형 X선 검출기인, 방사선 단층촬영장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 의용장치인, 방사선 단층촬영장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 공업용 장치인, 방사선 단층촬영장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공업용 장치는 비파괴 검사기기인, 방사선 단층촬영장치.
  11. 피검체를 사이에 두고 대향하도록 설정된 2개의 비주회궤도의 한쪽의 궤도 상에 방사선 조사수단을 이동시키는 것과 동기하여, 다른쪽의 궤도 상에 방사선 검출수단을 이동시키면서 방사선 검출신호를 소정의 샘플링 시간간격으로 추출하고, 해당 샘플링 시간간격으로 출력되는 방사선 검출신호에 의거하여 방사선 화상을 얻는 신호처리를 행하는 방사선 검출신호 처리방법에 있어서,
    상기 소정의 샘플링 시간간격으로 추출되는 각 방사선 검출신호중, 소정의 샘플링 시간간격내에 방사선 검출수단으로부터 판독하지 못하고 다음의 판독시점에 판독되고, 이 시점에 실제로 판독되어야 할 방사선 검출신호에 가산되는 시간지연분의 방사선 검출신호를 1개의 지수함수 또는 감쇠시정수가 다른 복수개의 지수함수로 구성되는 임펄스 응답에 의한 것으로 가정하여, 재귀적 연산처리에 의해 각 방사선 검출신호로부터 지연시간분의 방사선 검출신호를 감산하는 과정을 포함하는 방사선 검출신호 처리방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 방사선 검출신호로부터 시간지연분을 제거하는 재귀적 연산처리를 식 A~C;
    Figure 112005009048145-pat00006
    단, Δt : 샘플링 시간간격
    k : 샘플링한 시계열 내의 k번째의 시점을 나타내는 첨자
    Yk : k번째의 샘플링 시점에서 추출된 X선 검출신호
    Xk : Yk로부터 시간지연분을 제거한 지연제거 X선 검출신호
    Xk-1 : 일시점 전의 Xk
    Sn(k-1) : 일시점 전의 Sn
    exp : 지수함수
    N : 임펄스 응답을 구성하는 시정수가 다른 지수함수의 개수
    n : 임펄스 응답을 구성하는 지수함수 중 하나를 나타내는 첨자
    αn : 지수함수 n의 강도
    τn : 지수함수 n의 감쇠시정수
    에 의해 행해지도록 구성하는, 방사선 검출신호 처리방법.
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