KR100857030B1 - method for acquiring high resolution x?ray CT image - Google Patents
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Abstract
본 발명은 X-선 단층촬영장치에서 단층영상을 획득하는 방법에 관한 것으로, 특히, X-선 검출기에서 획득한 데이터를 재정렬한 후, 재결합함으로써 보다 높은 공간분해능의 단층 영상을 획득하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 관심영역이 검출기 배열의 크기보다 큰 물체를 촬영할 때, 재구성된 단층 영상에서 발생하는 영상왜곡을 제거하고, 높은 공간분해능의 영상을 획득할 수 있는 고해상도의 X선 단층 영상을 획득하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for acquiring a tomography image in an X-ray tomography apparatus, and more particularly, to a method for acquiring a higher spatial tomography image by rearranging and recombining data obtained from an X-ray detector. will be. More specifically, when photographing an object whose region of interest is larger than the size of the detector array, the image distortion generated in the reconstructed tomography image is removed, and a high resolution x-ray tomography image capable of obtaining a high spatial resolution image is obtained. It is about a method.
본 발명인 고해상도의 X선 단층 영상을 획득하는 방법을 이루는 구성수단은 원거리에서 피사체를 촬영한 팬빔방식 투영데이터를 패러럴빔 방식의 투영데이터로 변환하여 재배열하는 제1 단계, 근거리에서 피사체를 촬영한 팬빔방식 투영데이터를 패러럴빔 방식의 투영데이터로 변환하여 재배열하는 제2 단계, 상기 근거리에서 촬영한 데이터의 검출기 간 거리를 기준으로 상기 원거리에서 촬영하여 재배열된 투영데이터를 보간 계산하는 제3 단계, 상기 제2 단계에서의 재배열된 투영데이터와 상기 제3 단계에서의 보간 계산된 재배열된 투영데이터의 데이터 크기를 비교하여 정규화 계산을 수행하는 제 4단계, 상기 정규화된 각각의 데이터를 병합하고, 병합된 투영데이터를 패러럴빔 방식의 재구성 알고리즘을 사용하여 재구성하는 제5 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The constituent means of the method of acquiring a high-resolution X-ray tomography image of the present invention is a first step of rearranging and rearranging the projection data of the fan beam imaged from a long distance to the parallel beam type projection data. A second step of rearranging and rearranging the fan beam type projection data into parallel beam type projection data; and a third step of interpolating the rearranged projection data based on the distance between the detectors of the photographed data at a short distance and interpolating the rearranged projection data. And a fourth step of performing normalization calculation by comparing the data size of the rearranged projection data in the second step with the interpolated calculated rearranged projection data in the third step. Merging and reconstructing the merged projection data using a parallel beam reconstruction algorithm. It characterized by comprising.
X선, 단층, 고해상도 X-ray, tomography, high resolution
Description
도 1은 일반적인 X선 단층 촬영장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a general X-ray tomography apparatus.
도 2는 피사체의 위치에 따른 팬빔과 관심영역의 크기를 보여주는 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating the size of a fan beam and a region of interest according to a position of a subject.
도 3은 본 발명에 따른 고해상도의 Ｘ선 단층 영상을 획득하는 방법을 보여주는 절차도이다.3 is a flowchart illustrating a method of obtaining a high-resolution x-ray tomography image according to the present invention.
도 4는 피사체와의 거리를 조절하여 촬영한 경우의 재구성 단층 영상의 예시도이다.4 is an exemplary diagram of a reconstructed tomography image when photographing by adjusting a distance from a subject.
도 5는 패러럴빔으로 리소팅하여 정규화 계산을 수행하지 않고 병합한 투영데이터와 정규화 계산을 수행한 후 병합한 투영데이터를 보여준다.FIG. 5 shows the merged projection data without performing normalization calculation by being lit by parallel beam and the merged projection data after performing normalization calculation.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : X선 발생장치 11 : 피사체10: X-ray generator 11: subject
12 : 팬빔 20 : 검출기12: fan beam 20: detector
본 발명은 X-선 단층촬영장치에서 단층영상을 획득하는 방법에 관한 것으로, 특히, X-선 검출기에서 획득한 데이터를 재정렬한 후, 재결합함으로써 보다 높은 공간분해능의 단층 영상을 획득하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 관심영역이 검출기 배열의 크기보다 큰 물체를 촬영할 때, 재구성된 단층 영상에서 발생하는 영상왜곡을 제거하고, 높은 공간분해능의 영상을 획득할 수 있는 고해상도의 X선 단층 영상을 획득하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for acquiring a tomography image in an X-ray tomography apparatus, and more particularly, to a method for acquiring a higher spatial tomography image by rearranging and recombining data obtained from an X-ray detector. will be. More specifically, when photographing an object whose region of interest is larger than the size of the detector array, the image distortion generated in the reconstructed tomography image is removed, and a high resolution x-ray tomography image capable of obtaining a high spatial resolution image is obtained. It is about a method.
X-선은 임의의 물체를 투과할 때, 물체의 성질과 거리에 따라 감쇄하는 특성이 있다. 이와 같은 특성을 이용하여 인체 또는 물체의 내부의 형상을 검사할 수 있는 X-선 촬영장치는 의료용 또는 산업용 비파괴 검사에 널리 쓰이고 있다.X-rays have the property of attenuating according to the nature and distance of an object when passing through any object. X-ray imaging apparatus for inspecting the shape of the human body or the object using such characteristics is widely used in medical or industrial non-destructive testing.
필름 또는 2차원 검출기를 이용하여 피검체의 X-선 투과영상을 획득하는 투영 영상촬영장치는 가장 널리 쓰이고 있으나, 피검체의 단면을 촬영할 수 없는 단점이 있다. Projection imaging apparatuses for obtaining an X-ray transmission image of a subject using a film or a two-dimensional detector are most widely used, but there is a disadvantage in that a cross section of the subject cannot be photographed.
이러한 단점을 극복하기 위하여, 도 1에서와 같이 피사체(11)의 주위를 X-선 발생장치(10)와 검출기(20)가 360° 회전하거나, 피사체(11)를 회전하여 각각의 각도에서 다수의 투과 데이터을 획득하여 이를 컴퓨터에서 재구성함으로써 피사체(11)의 단면정보를 복원하여 검사에 활용하는 X-선 단층촬영장치(CT, Computed Tomography)(30)가 발명되어 사용되고 있다.In order to overcome this disadvantage, as shown in FIG. 1, the
X-선 단층촬영장치는 다각도에서 획득되어진 다수의 투과 데이터를 역투영 법(back projection)이라고 알려진 수학적 방법을 주로 사용하여 단면 영상을 계산하게 된다(A. C. Kak and Malcolm Slaney, "Principles of Computerized Tomographic Imaging", IEEE Press. 1988 참조).X-ray tomography equipment computes cross-sectional images from a large number of transmission data acquired from multiple angles using a mathematical method known as back projection (AC Kak and Malcolm Slaney, "Principles of Computerized Tomographic Imaging"). ", IEEE Press. 1988).
이와 같은 방법의 예로써, 1차원 검출기(20)를 사용하는 경우, X-선 발생장치의 초점에서 발생하는 X-선은 검출기의 좌우 양단과 호를 이루어 부채모양의 형태(팬빔, 12)를 가지며, 이를 팬빔(fan-beam) 방식의 단층촬영장치라고 한다.As an example of such a method, when the one-
상기와 같이 X-선 단층촬영장치에서 측정대상인 피사체(11)의 크기가 적당히 작아서, X-선이 이루는 부채꼴모양의 팬빔(12)의 내부에 포함되는 경우, 재구성된 단층영상은 정상적인 화질을 확보할 수 있다.As described above, when the size of the
그러나, 피사체의 크기가 팬빔의 크기보다 더 큰 경우, 1차원 검출기에서 획득된 투과 데이터는 필터링을 하는 과정에서 비정상적인 왜곡 성분을 가지게 되며, 이것이 영상의 화질을 급격히 저하시키는 요인이 된다(I. K. Cheun et al, "X-ray micro-tomography system for small-animal imaging with zoom-in imaging capability", Phys. Med. Biol. 49 (2004) 참조)However, if the size of the subject is larger than the size of the fan beam, the transmission data obtained by the 1-dimensional detector has an abnormal distortion component during the filtering process, which is a factor that drastically degrades the image quality (IK Cheun et. al, "X-ray micro-tomography system for small-animal imaging with zoom-in imaging capability", Phys. Med. Biol. 49 (2004))
즉, 도 2의 (a)와 같이, X-선 발생장치로부터 멀리 있는 경우, 팬빔의 영역이 상대적으로 넓어서, 피사체를 포함할 수 있으나, 도 2의 (b)와 같이 X-선 발생장치에 가까이 피사체가 있는 경우, 팬빔의 영역이 상대적으로 좁아져서, 피사체를 다 포함할 수 없게 된다.That is, as shown in (a) of FIG. 2, when the fan beam is far from the X-ray generator, the area of the fan beam is relatively wide to include a subject, but as shown in FIG. If there is a subject near, the area of the fan beam becomes relatively narrow, so that the subject cannot be included.
도 2의 (b)의 경우는, 일반적인 투영영상 진단방법에서, 검출기에 맺히는 피사체의 상이 확대되어 더욱 세밀한 데이터를 관찰하고자 하는 경우에 유용하지만, 단층 영상 진단방법에서는 재구성하는 알고리즘의 특성상, 필터링 과정에서 데이터가 상당히 왜곡되고, 결과적으로 단층 영상의 화질을 저하시키게 된다.2 (b) is useful when the image of the subject formed on the detector is enlarged to observe more detailed data in the general projection image diagnosis method. However, in the tomography image diagnosis method, the filtering process is performed due to the characteristics of the reconstruction algorithm. The data is distorted considerably at, resulting in poor image quality of tomographic images.
도 2의 (a)와 같은 방식으로 피사체 전체를 팬빔에 포함시켜서 촬영하여 단층 영상을 재구성한 경우, 도 4의 (a)와 같이 정상적인 단층 영상을 얻을 수 있다.In the case of reconstructing a tomography image by capturing the entire subject by including the entire subject in the fan beam in the same manner as in FIG. 2A, a normal tomography image may be obtained as in FIG.
그러나, 도 2의 (b)와 같은 방식으로 피사체 전체를 팬빔에 포함시키지 못한 경우, 재구성한 단층영상을 도 4의 (b)와 같이 데이터는 확대가 되었으나, 영상에 왜곡이 생겨 화질이 저하되는 결과가 보여준다.However, when the entire subject is not included in the fan beam in the same manner as in FIG. 2B, the data is enlarged as shown in FIG. 4B, but the image quality is degraded due to distortion in the image. The result shows.
상기와 같은 단점을 보완하기 위하여, 도 2의 (a)에서 한번 촬영하여 단층영상을 재구성한 후, 재구성된 단층 영상으로부터 가상의 데이터를 계산하여 도 2의 (b)에서 측정한 데이터와 계산상으로 결합하여 이러한 데이터의 왜곡을 방지하는 재투영(re-projection)방법을 제안하기도 하였다.In order to compensate for the above drawbacks, after reconstructing the tomography image by taking a single shot in FIG. 2 (a), the virtual data is calculated from the reconstructed tomography image, and the data and calculations in FIG. In addition, we have proposed a re-projection method to prevent such distortion of data.
그러나, 이러한 재투영 방법은 도 2의 (a)에서 촬영한 데이터에, 우선 재구성알고리즘을 적용하여 단층영상을 얻고, 재구성된 영상으로부터 가상의 투영 데이터를 계산해야하는 하는데, 이 과정에서 과다한 계산량으로 인한 비용이 많이 요구되는 단점이 있다.However, in such a reprojection method, a tomographic image is first obtained by applying a reconstruction algorithm to the data photographed in FIG. 2 (a), and virtual projection data must be calculated from the reconstructed image. There is a disadvantage that requires a lot of cost.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, X-선 검출기에서 획득한 데이터를 재정렬한 후, 재결합함으로써 보다 높은 공간분해능의 단층 영상을 획득하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide a method for obtaining a higher spatial resolution tomographic image by rearranging and recombining data obtained from an X-ray detector. It is done.
즉, 관심영역이 검출기 배열의 크기보다 큰 물체를 촬영할 때, 재구성된 단층 영상에서 발생하는 영상왜곡을 제거하고, 높은 공간분해능의 영상을 획득할 수 있는 고해상도의 X선 단층 영상을 획득하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.That is, when the object of interest is larger than the size of the detector array, an image distortion occurring in the reconstructed tomography image is removed, and a method for obtaining a high resolution X-ray tomography image capable of obtaining a high spatial resolution image is provided. Its purpose is to provide.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 고해상도의 X선 단층 영상을 획득하는 방법을 이루는 구성수단은 원거리에서 피사체를 촬영한 팬빔방식 투영데이터를 패러럴빔 방식의 투영데이터로 변환하여 재배열하는 제1 단계, 근거리에서 피사체를 촬영한 팬빔방식 투영데이터를 패러럴빔 방식의 투영데이터로 변환하여 재배열하는 제2 단계, 상기 근거리에서 촬영한 데이터의 검출기 간 거리를 기준으로 상기 원거리에서 촬영하여 재배열된 투영데이터를 보간 계산하는 제3 단계, 상기 제2 단계에서의 재배열된 투영데이터와 상기 제3 단계에서의 보간 계산된 재배열된 투영데이터의 데이터 크기를 비교하여 정규화 계산을 수행하는 제 4단계, 상기 정규화된 각각의 데이터를 병합하고, 병합된 투영데이터를 패러럴빔 방식의 재구성 알고리즘을 사용하여 재구성하는 제5 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, the constituent means constituting the method of obtaining the high-resolution X-ray tomography image of the present invention is rearranged by converting the fan beam projection data of the subject photographed from a long distance into the parallel beam projection data. In the first step, the second step of converting rearranged by converting the fan-beam projection data photographed the subject at a near distance to the parallel beam projection projection data, by photographing at a distance based on the distance between the detector of the photographed data at the near Performing a normalization calculation by comparing the data size of the rearranged projection data in the third step with the rearranged projection data in the second step and interpolating the rearranged projection data in the third step Step 4, Merging the normalized respective data and reconstructing the merged projection data in a parallel beam method And a fifth step of reconstructing using an algorithm.
또한, 상기 제1 단계에의 피사체는 X선이 이루는 부채꼴 모양의 팬빔 내부에 모두 포함되고, 상기 제2 단계에서의 피사체는 X선이 이루는 부채꼴 모양의 팬빔 내부에 모두 포함되지 않는 것을 특징으로 한다.In addition, the subject in the first step is all contained in the fan-shaped fan beam of the X-rays, the subject in the second step is characterized in that not all included in the fan-shaped fan beam of the X-rays. .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 고해상도의 X-선 단층영상을 획득하는 방법에 관한 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of a method for obtaining a high-resolution X-ray tomography image of the present invention consisting of the above configuration means.
도 3은 본 발명인 고해상도의 X-선 단층영상을 획득하는 방법에 관한 절차도이다. 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.3 is a flowchart illustrating a method of obtaining a high-resolution X-ray tomography image of the present invention. This will be described with reference to the following.
먼저, 원거리에서 피사체를 촬영하여 팬빔방식 투영데이터를 생성한다(S10). 그런 후, 상기 팬빔방식 투영 데이터를 패러럴빔 방식의 투영데이터로 변환하여 재배열한다(S20).First, a fan beam type projection data is generated by photographing a subject from a long distance (S10). Thereafter, the fan beam projection data is converted into parallel beam projection data and rearranged (S20).
상기와 같이 원거리에서 피사체를 촬영한 팬빔방식 투영데이터를 패러럴빔 방식의 투영데이터로 재배열한 후에는 근거리에서 피사체를 촬영하여 팬빔방식 투영데이터를 생성한다(S30). 그런 후, 상기 팬빔방식 투영 데이터를 패러럴빔 방식의 투영데이터로 변환하여 재배열한다(S40).As described above, after rearranging the fan beam type projection data photographed from a long distance to the parallel beam type projection data, the subject is photographed at a short distance to generate the fan beam type projection data (S30). Thereafter, the fan beam projection data is converted into parallel beam projection data and rearranged (S40).
상기와 같이 원거리 및 근거리에서 피사체를 촬영하여 팬빔방식의 투영 데이터를 얻고, 이를 패러럴빔 방식의 투영데이터로 변환하여 재배열하는 절차를 수행한다. 상기 원거리 촬영 및 근거리 촬영 순서는 바뀔 수 있다. 즉, 단계 S30과 S40을 먼저 수행한 후 단계 S10과 S20을 수행할 수도 있다.As described above, a photographing of a subject at a long distance and a short distance is performed to obtain projection data of a fan beam method, and converts the projection data to a parallel beam method of projection data and rearranges them. The distance shooting and the near shooting order may be reversed. That is, steps S30 and S40 may be performed first, and then steps S10 and S20 may be performed.
그런 다음, 근거리에서 촬영한 데이터의 검출기 간 거리(도 1의 DS)를 기준으로 원거리에서 촬영하여 재배열된 투영데이터를 보간 계산하는 단계를 거친다(S50). 그런 후, 상기 보간 계산을 수행한 재배열된 투영 데이터와 상기 근거리에서 피사체를 촬영하여 얻어져 재배열된 패러럴빔 방식의 투영 데이터의 데이터 크기를 비교하여 정규화 계산을 수행한다(S60).Then, a step of interpolating the rearranged projection data photographed at a long distance based on the distance between the detectors (DS of FIG. 1) of the data photographed at a short distance is performed (S50). Thereafter, the normalized calculation is performed by comparing the data size of the rearranged projection data obtained by performing the interpolation calculation and the rearranged parallel beam projection data obtained by photographing a subject at a short distance (S60).
그 다음, 상기 정규화된 각각의 데이터를 병합하고, 병합된 투영데이터를 패러럴빔 방식의 재구성 알고리즘을 사용하여 재구성하는 단계를 수행한다(S70).Next, the normalized data is merged, and the merged projection data is reconstructed using a parallel beam reconstruction algorithm (S70).
상기 원거리 및 근거리에서 피사체를 촬영하여 투영데이터를 재배열하는 단계는 리소팅(re-sorting) 알고리즘을 사용하여 이루어진다. 이와 같이 리소팅 알고리즘을 이용하여 팬빔방식에서 촬영한 데이터를 패러럴빔 방식의 데이터로 변환하는 이유는, 패러럴빔 방식으로 변환되면, 원거리와 근거리에서 촬영한 데이터를 병합하는 과정이 가능해질 뿐만 아니라, 매우 쉽게 수행할 수 있기 때문이다.Rearranging the projection data by photographing the subject at the far and near distances is performed using a re-sorting algorithm. The reason for converting the data photographed in the fan beam method into the parallel beam method using the litsing algorithm is that the process of merging the photographed data from a long distance and a short distance is possible, It's very easy to do.
상기 정규화 계산을 수행하는 것은 본 발명에서 필수적 단계이다. 정규화를 수행하지 않고 데이터를 병합하여 보면, 첨부된 도 5의 (b)(정규화를 수행한 후 병합한 데이터)에 도시된 것과 달리 첨부된 도 5의 (a)에서와 같이 서로 다른 신호강도를 나타낸다. 따라서, 본 발명과 같이 반드시 정규화 과정이 필요함을 알 수 있다. 정규화하여 병합한 투영데이터는 첨부된 도 5 (a)와 같이, 마치 매우 긴 x-ray 검출기를 사용하여 한번에 촬영한 것과 매우 흡사한 데이터를 얻을 수 있다.Performing the normalization calculation is an essential step in the present invention. When merging data without performing normalization, unlike in FIG. 5B (data merged after normalization), different signal intensities are obtained as shown in FIG. 5A. Indicates. Therefore, it can be seen that the normalization process is necessary as in the present invention. The projection data normalized and merged can obtain data very similar to photographing at once using a very long x-ray detector, as shown in FIG.
상기 각각의 데이터를 병합한 후, 패러럴빔 방식의 재구성 알고리즘을 사용하여 재구성하는 단계에서는 데이터를 필터링하고, 패러럴방식의 역투영 연산을 수행하게 된다. 그러면, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 왜곡이 없고, 도 4 (c)에 도시된 바와 같이 우수한 화질의 확대된 재구성 단층영상을 얻을 수 있다.After merging the respective data, in the reconstruction using a parallel beam reconstruction algorithm, the data is filtered and a parallel reverse projection operation is performed. Then, as shown in (b) of FIG. 4, there is no distortion, and an enlarged reconstructed tomography image having excellent image quality can be obtained as shown in (c) of FIG. 4.
상기와 같은 구성 및 실시예를 가지는 본 발명인 고해상도의 X-선 단층영상을 획득하는 방법에 의하면, 피사체의 단면정보를 확대하기 위한 근거리 촬영시의 영상왜곡의 결함을 극복함으로써, 우수한 화질의 확대 단층영상을 제공할 수 있는 장점이 있다.According to the method for acquiring a high-resolution X-ray tomography image of the present invention having the above-described configuration and embodiment, an enlarged tomography of excellent image quality is achieved by overcoming defects of image distortion during close-up photography for enlarging cross-sectional information of a subject. There is an advantage in providing an image.
또한, 재투영(re-projection)의 계산 단계 없이, 직접 팬빔의 데이터를 패러럴빔으로 변환한 후, 보간계산과 정규화 과정을 거쳐 데이터 병합을 함으로써, 계산량이 매우 절감되어, 연산을 위한 컴퓨터비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있다.In addition, by directly converting the data of the fan beam to the parallel beam without re-projection calculation step and then merging the data through interpolation and normalization, the computational amount is greatly reduced, thereby reducing the computer cost for the calculation. There is an advantage that can be greatly reduced.
그리고, 팬빔방식의 재구성방법은 패러럴빔방식의 재구성방법에 비해 연산비용이 매우 큰 단점이 있는데, 본 발명에 의한 방법에 의하면 팬빔방식의 재구성방법이 생략됨으로써, 연산비용이 더욱 절감되는 효과가 있다.In addition, the reconstruction method of the fan beam method has a disadvantage in that the operation cost is very large as compared to the reconstruction method of the parallel beam method. According to the method of the present invention, the operation cost is further reduced by omitting the reconstruction method of the fan beam method. .
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2006
- 2006-12-22 KR KR1020060132937A patent/KR100857030B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR980008713A (en) * | 1996-07-30 | 1998-04-30 | 양재신 | Driving distance indicator in case of fuel filling warning |
| KR20010011378A (en) * | 1999-07-27 | 2001-02-15 | 임성순 | Synthetic fiber |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| KR101034270B1 (en) * | 2008-11-26 | 2011-05-16 | 한국전기연구원 | apparatus for restructing high contrast X-ray tomographic and method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20080058813A (en) | 2008-06-26 |
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