KR101076319B1 - A cone-beam ct apparatus with dynamically controlled collimator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘빔을 이용하여 1회전 스캔만으로도 3차원 및 다면영상을 재구성할 수 있는 콘빔 CT 장치를 구성함에 있어서, 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안, 피사체(또는 선원/검출기)의 회전 각도에 따라 시준기를 동적으로 제어하여 원하는 촬영영역(Field of View, FOV)에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 조절함으로써 별도의 이송장치를 통해 피사체를 이송시키거나, 선원 또는 검출기의 위치를 이동시키지 않고도 원하는 촬영영역만을 촬영할 수 있어, 피사체의 X선 피폭 선량을 최소화하는 동시에, 동일한 해상도에서 삼차원 영상 재구성을 위한 처리시간을 감소시킬 수 있는 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 피사체를 향하여 콘빔 형태의 X선을 방사하는 X선 발생부, 상기 X선 발생부에서 방사되는 X선이 선택된 촬영영역(Field of view, FOV)으로만 조사될 수 있도록, 개구부를 통해 콘빔의 조사영역을 제한하는 시준기, 상기 시준기를 통해 조사되어 피사체를 투과한 X선을 검출하는 X선 검출부, 상기 X선 검출부로부터 촬영 데이터를 수신하고, 수신한 촬영 데이터로부터 3차원 영상을 재구성하여 화면에 출력하는 영상처리부, 회전축을 중심으로 피사체를 회전시키는 회전구동부 및 상기 X선 발생부, 시준기, X선 검출부, 영상처리부 및 회전구동부의 구동을 제어하되, 피사체의 촬영각도에 따라 상기 시준기를 동적으로 제어하여 선택된 촬영영역에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 조절하는 제어부를 포함하여 구성되되, 상기 시준기는 상기 X선 발생부에서 방출되는 빔의 진행방향을 중심으로 각각 상, 하, 좌, 우에 위치하는 4개의 사각 형상의 연판(鉛版)으로 구성되며, 상기 제어부는, 피사체의 촬영 각도에 따라 상기 시준기를 구성하는 4개의 연판의 상·하 또는 좌·우 이동을 동적으로 비선형(nonlinear) 제어하여, 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안 선택된 촬영영역에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치를 제공한다.The present invention relates to a cone beam CT device having a collimator capable of dynamic control, and more particularly, to construct a cone beam CT device capable of reconstructing three-dimensional and multi-faceted images by only one rotation scan using a cone beam. During the scanning process, the collimator dynamically controls the collimator according to the rotation angle of the subject (or source / detector) to adjust the opening of the collimator so that the X-ray beam is irradiated only to the desired field of view (FOV). This allows you to capture only the desired shooting area without moving the subject through a separate transfer device or shifting the position of the source or detector, minimizing the X-ray exposure dose of the subject and simultaneously processing for three-dimensional image reconstruction at the same resolution. The present invention relates to a cone beam CT device having a collimator capable of dynamic control capable of reducing time.
The present invention provides an X-ray generator that emits cone-shaped X-rays toward a subject, so that the X-rays emitted from the X-ray generator can be irradiated only to a selected field of view (FOV). A collimator for limiting the irradiation area of the cone beam through the X-ray detector for detecting the X-rays irradiated through the collimator through the collimator, receiving image data from the X-ray detector, and reconstructs the 3D image from the received image data The image processing unit outputs to the screen, the rotational drive unit for rotating the subject around the rotation axis and the X-ray generator, collimator, X-ray detector, the image processing unit and the driving control unit, the collimator according to the shooting angle of the subject And a control unit for controlling the opening of the collimator so that the X-ray beam can be irradiated only to the selected photographing area by dynamically controlling the light. It consists of four rectangular shaped plates positioned at the top, bottom, left and right, respectively, with respect to the advancing direction of the beam emitted from the X-ray generator, and the control unit is configured according to the photographing angle of the subject. Dynamically nonlinear control of the up, down, left, and right movements of the four soft plates that constitute the collimator allows X-ray beams to be irradiated only to the selected imaging area during a single scan. Provided is a cone beam CT device having a collimator capable of dynamic control.
Description
본 발명은 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘빔을 이용하여 1회전 스캔만으로도 3차원 및 다면영상을 재구성할 수 있는 콘빔 CT 장치를 구성함에 있어서, 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안, 피사체(또는 선원/검출기)의 회전 각도에 따라 시준기를 동적으로 제어하여 원하는 촬영영역(Field of View, FOV)에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 조절함으로써 별도의 이송장치를 통해 피사체를 이송시키거나, 선원 또는 검출기의 위치를 이동시키지 않고도 원하는 촬영영역만을 촬영할 수 있어, 피사체의 X선 피폭 선량을 최소화하는 동시에, 동일한 해상도에서 삼차원 영상 재구성을 위한 처리시간을 감소시킬 수 있는 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cone beam CT device having a collimator capable of dynamic control, and more particularly, to construct a cone beam CT device capable of reconstructing three-dimensional and multi-faceted images by only one rotation scan using a cone beam. During the scanning process, the collimator dynamically controls the collimator according to the rotation angle of the subject (or source / detector) to adjust the opening of the collimator so that the X-ray beam is irradiated only to the desired field of view (FOV). This allows you to capture only the desired shooting area without moving the subject through a separate transfer device or shifting the position of the source or detector, minimizing the X-ray exposure dose of the subject and simultaneously processing for three-dimensional image reconstruction at the same resolution. The present invention relates to a cone beam CT device having a collimator capable of dynamic control capable of reducing time.
CT(컴퓨터단층촬영)는 1973년 Hounsfield의 EMI scanner가 개발된 이래, 1개의 검출기로 회전과 선형이동을 반복하며 영상을 획득하던 1세대, 다수 검출기를 사용하는 2세대, 부채꼴형 검출기를 사용하던 3세대, 원형고리 검출기를 사용하는 4세대를 거쳐 고속 촬영이 가능한 나선형 CT로 발전하였고, 최근에는 검출기를 여러 층으로 배열한 다중 검출기 CT가 실용화되어 진단과 치료에 이용되고 있다.Computed tomography (CT) has been developed since Hounsfield's EMI scanner was developed in 1973, with the first generation of multiple detectors, the second generation using multiple detectors, and the fan-shaped detector. It has developed into a spiral CT capable of high-speed imaging through the third generation and the fourth generation using a circular ring detector. Recently, a multi-detector CT having multiple layers of detectors has been put to practical use for diagnosis and treatment.
이와 같은 종래의 CT는 1차원 배열의 검출기를 사용하여 회전 스캔함으로써 2차원 단면상을 형성하고 있으며, 이 경우 3차원 정보를 획득하기 위해서는 단면에 수직인 방향으로 이동하면서 스캔을 해야한다. 따라서, 피사체의 크기에 따라 다수번의 회전스캔을 반복함으로써 3차원 정보를 획득하여야 하고, 이에 따라 필연적으로 피사체의 X선 피폭량이 증가하게 된다. X선은 고에너지 전자기파(electromagnetic wave)로, 물질과 반응하여 이온화를 일으키는 이온화 방사선(ionizing radiation)의 하나로서, 인체에 대한 인위적인 피폭은 어떠한 경우에도 최소화하는 것이 바람직하다.In the conventional CT, a two-dimensional cross-sectional image is formed by rotating scanning by using a detector of a one-dimensional array. In this case, in order to acquire three-dimensional information, a scan is performed while moving in a direction perpendicular to the cross-section. Therefore, three-dimensional information must be obtained by repeating a plurality of rotational scans according to the size of the subject, thereby increasing the amount of X-ray exposure of the subject. X-rays are high-energy electromagnetic waves, one of ionizing radiation that reacts with a substance to cause ionization. It is desirable to minimize artificial exposure to the human body in any case.
이에 반해, 콘빔 CT는 면적검출기를 사용하여 원추형의 투과 X선을 2차원적으로 검출하고, 이를 이용하여 3차원 체적 정보를 획득함으로써 피사체에 대한 1회전 스캔만으로 3차원 및 다면 영상을 재구성할 수 있다. 이에 따라, 종래의 CT에 비해 3차원 또는 다면영상을 얻는데 필요한 촬영 횟수를 획기적으로 줄일 수 있으며, 이로 인해 방사선 진단 과정에서 불가피한 환자의 피폭을 최소화함과 동시에 실시간 영상 획득을 실현할 수 있는 대안으로 주목받고 있다.In contrast, the cone beam CT detects two-dimensionally conical transmission X-rays using an area detector and acquires three-dimensional volume information, thereby reconstructing three-dimensional and multi-dimensional images by only one rotational scan of the subject. have. As a result, the number of shots required to obtain a three-dimensional or multi-dimensional image can be drastically reduced compared to conventional CT, and as a result, it is possible to minimize the exposure of an inevitable patient during radiographic diagnosis and to realize real-time image acquisition. I am getting it.
콘빔 CT는 회전 스캔을 통하여 얻어진 데이터로부터 3차원 영상 재구성이 가능한 공간(영역)을 FOV(Field of View)로 정의하며, FOV의 모양과 크기는 X선 빔과 회전축의 기하학적 배치에 따라 결정된다. 또한, 콘빔 CT를 이용하여 1회전 촬영으로 진단 가능한 최대영역을 최대 FOV라고 하며, 콘빔 CT의 최대 FOV에 따라 신체부위를 다양하게 촬영할 수 있게 된다. 일반적으로 널리 사용되는 사각형 모양의 X선 빔을 사용할 경우 도 1에 도시된 바와 같이, 회전체의 회전축을 중심으로 원기둥 모양의 최대 FOV가 형성된다.The cone beam CT defines a space (area) in which three-dimensional image reconstruction is possible from the data obtained through the rotation scan as a field of view (FOV), and the shape and size of the FOV are determined by the geometric arrangement of the X-ray beam and the rotation axis. In addition, the maximum area that can be diagnosed by one-turn imaging using the cone beam CT is called a maximum FOV, and various body parts can be photographed according to the maximum FOV of the cone beam CT. In general, when a rectangular X-ray beam is widely used, as shown in FIG. 1, a maximum FOV having a cylindrical shape is formed around a rotation axis of the rotating body.
그러나 콘빔 CT를 이용할 경우 항상 최대 FOV를 모두 촬영할 필요는 없으며, 필요에 따라 최대 FOV 내의 관심영역만을 촬영함으로써 피사체에 피폭 선량을 저감화 시키는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 최대 FOV 내에 존재하는 관심영역에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기를 조절함으로써 관심부위만을 촬영할 수 있다. However, when using the cone beam CT, it is not always necessary to photograph all the maximum FOV, and it is desirable to reduce the exposure dose to the subject by photographing only the region of interest within the maximum FOV as necessary. That is, as illustrated in FIG. 2, only the ROI may be photographed by adjusting the collimator so that the X-ray beam may be irradiated only to the ROI within the maximum FOV.
그러나 이때, 관심영역의 중심점은 콘빔CT의 회전축 중심점과 일치하여야 한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 관심영역이 회전축의 일측에 치우쳐 있는 경우, 회전축을 중심으로 회동하는 1회전의 스캔과정에서 콘빔의 조사영역이 FOV를 벗어나게 되는 경우가 발생하여 시준기의 단순조작만으로는 관심영역에 대한 3차원 영상 데이터의 획득이 용이하지 않다는 문제점이 발생하게 된다.However, the center point of the ROI should coincide with the center point of the axis of rotation of the cone beam CT. That is, as shown in FIG. 3, when the ROI is biased to one side of the rotating shaft, the irradiation area of the cone beam may be out of the FOV during the scanning process of one rotation rotating around the rotating shaft. The problem arises that acquisition of 3D image data for the ROI is not easy.
이에 따라, 종래의 콘빔 CT장치에는 촬영부위의 중심점과 회전축의 중심점이 항상 일치하도록 촬영시마다 선원 및 검출기의 위치를 매번 이동하여 정렬시키거나, 피사체의 이송을 위한 추가적인 장치가 반드시 구비되어야 하는 문제점이 있었다.Accordingly, the conventional cone beam CT device has a problem in that the positions of the source and the detector are moved and aligned every time the image is taken so that the center point of the imaging portion and the center point of the rotational axis always coincide with each other, or an additional device must be provided for transporting the subject. there was.
이 때, 촬영 대상이 되는 피사체가 크거나 무거울 경우 피사체를 이송시키는 것은 큰 불편함을 야기하였으며, 특히 의료진단을 위하여 환자를 촬영하는 경우, 촬영시마다 환자를 원하는 위치로 이송하여 고정시키는데 있어서 상당한 불편함이 초래됨은 물론, 환자의 자세 변화 등의 이유로 환자의 내부 장기의 상태도 변화를 보이는 경우가 빈번하게 발생하여 정확한 진단이 어려워질 수 있다는 문제점이 있다. At this time, it is very inconvenient to move the subject when the subject to be photographed is large or heavy. Particularly, in case of taking a patient for medical diagnosis, it is inconvenient to move the patient to a desired position and fix it every time. In addition, the change of the posture of the patient, such as a change in the position of the internal organs of the patient often occurs because there is a problem that it is difficult to accurately diagnose.
본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 콘빔을 이용하여 1회전 스캔만으로도 3차원 및 다면영상을 재구성할 수 있는 콘빔 CT 장치를 구성함에 있어서, 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안, 피사체(또는 선원/검출기)의 회전 각도에 따라 시준기를 동적으로 제어하여 원하는 촬영영역(Field of View, FOV)에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 조절함으로써 별도의 이송장치를 통해 피사체를 이송시키거나, 선원 또는 검출기의 위치를 이동시키지 않고도 원하는 촬영영역만을 촬영할 수 있어, 피사체의 X선 피폭 선량을 최소화하는 동시에, 동일한 해상도에서 삼차원 영상 재구성을 위한 처리시간을 감소시킬 수 있는 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems according to the prior art. That is, an object of the present invention is to configure a cone beam CT device capable of reconstructing three-dimensional and multi-dimensional images by only one rotation scan by using a cone beam, while a one rotation scan process is performed, a subject (or a source / detector). By controlling the collimator dynamically according to the angle of rotation, the opening of the collimator is adjusted so that the X-ray beam can be irradiated only to the desired field of view (FOV), thereby moving the subject through a separate conveying device, Alternatively, it is possible to capture only the desired shooting area without moving the position of the detector, thereby minimizing the X-ray exposure dose of the subject, and having a collimator capable of dynamic control to reduce processing time for three-dimensional image reconstruction at the same resolution. The present invention provides a cone beam CT device.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은, 피사체를 향하여 콘빔 형태의 X선을 방사하는 X선 발생부, 상기 X선 발생부에서 방사되는 X선이 선택된 촬영영역(Field of view, FOV)으로만 조사될 수 있도록, 개구부를 통해 콘빔의 조사영역을 제한하는 시준기, 상기 시준기를 통해 조사되어 피사체를 투과한 X선을 검출하는 X선 검출부, 상기 X선 검출부로부터 촬영 데이터를 수신하고, 수신한 촬영 데이터로부터 3차원 영상을 재구성하여 화면에 출력하는 영상처리부, 회전축을 중심으로 피사체를 회전시키는 회전구동부 및 상기 X선 발생부, 시준기, X선 검출부, 영상처리부 및 회전구동부의 구동을 제어하되, 피사체의 촬영각도에 따라 상기 시준기를 동적으로 제어하여 선택된 촬영영역에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 조절하는 제어부를 포함하여 구성되되, 상기 시준기는 상기 X선 발생부에서 방출되는 빔의 진행방향을 중심으로 각각 상, 하, 좌, 우에 위치하는 4개의 사각 형상의 연판(鉛版)으로 구성되며, 상기 제어부는, 피사체의 촬영 각도에 따라 상기 시준기를 구성하는 4개의 연판의 상·하 또는 좌·우 이동을 동적으로 비선형(nonlinear) 제어하여, 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안 선택된 촬영영역에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치를 제공한다.As a technical idea for achieving the above object, the present invention provides an X-ray generator that emits a cone-beam-shaped X-ray toward a subject, and an X-ray radiated by the X-ray generator in which a photographing area is selected (Field of view, FOV). A collimator for limiting the irradiation area of the cone beam through the opening, an X-ray detector for detecting the X-rays irradiated through the collimator and passing through the subject, and receiving imaging data from the X-ray detector, Control the driving of the image processing unit for reconstructing the three-dimensional image from the received photographing data on the screen, the rotation driving unit for rotating the subject around the rotation axis and the X-ray generator, collimator, X-ray detector, image processing unit and the rotation driving unit However, the collimator dynamically controls the collimator according to the photographing angle of the subject to adjust the opening of the collimator so that the X-ray beam is irradiated only to the selected photographing area. It is configured to include a control, wherein the collimator is composed of four rectangular-shaped soft plate (鉛版) located in the upper, lower, left, right respectively around the direction of the beam emitted from the X-ray generator, The controller dynamically non-linearly controls up, down, left, or right movement of the four soft plates constituting the collimator according to the photographing angle of the subject, so that only one X region is selected during the one-turn scanning process. Provided is a cone beam CT device having a collimator capable of dynamic control, characterized in that the sun beam can be irradiated.
본 발명에 따른 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치는 촬영부위의 중심점이 회전축의 중심점을 벗어나 위치하여도 별도의 이송장치를 통해 피사체를 이송시키거나, 선원 또는 검출기의 위치를 이동시킬 필요없이 회전 스캔 과정에서의 시준기의 동적 제어를 통해 사용자가 원하는 촬영부위만을 선택하여 촬영할 수 있다.The cone beam CT device having a collimator capable of dynamic control according to the present invention needs to move a subject through a separate transfer device or move a position of a source or a detector even when the center point of the photographing part is located outside the center point of the rotation axis. The dynamic control of the collimator during the rotational scan process allows the user to select and capture only the desired photographing area.
또한, 종래에 비해 불필요한 영역에 대한 촬영을 수행하지 않아 피사체의 X선 피폭 선량을 낮출수 있어, X선 피폭 정도에 따라 특성이 민감하게 변화하는 물질을 촬영하는 경우나 의료 진단을 위한 환자 촬영의 경우에 매우 유용하며, 동일한 해상도에서 삼차원 영상 재구성을 위한 처리시간을 줄일 수 있어, 의료진 및 환자의 대기시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, compared to the conventional method, it is possible to reduce an X-ray exposure dose of a subject by not performing imaging on an unnecessary area, and thus, when photographing a substance whose characteristics are sensitively changed depending on the degree of X-ray exposure, In this case, it is very useful and can reduce the processing time for 3D image reconstruction at the same resolution, thereby reducing the waiting time of the medical staff and the patient.
도 1은 콘빔CT 장치에서 최대 FOV가 형성된 예를 나타낸 도면.
도 2는 콘빔CT 장치에서 형성된 최대 FOV 내에 선택 FOV가 설정된 예를 나타낸 도면.
도 3은 콘빔CT 장치에서 회전축의 중심을 벗어난 영역에 선택 FOV가 형성된 예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT의 개략적인 구성을 보여주는 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 제어가 가능한 시준기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 회전각도별 촬영 위치마다 시준기의 개구부가 제어된 예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 시준기의 개구부 위치 및 간격을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면.1 is a view showing an example in which a maximum FOV is formed in a cone beam CT device.
2 is a view showing an example in which a selected FOV is set within a maximum FOV formed in a cone beam CT device;
3 is a view showing an example in which a selected FOV is formed in an area off the center of a rotation axis in a cone beam CT device;
4 is a block diagram showing a schematic configuration of a cone beam CT having a collimator capable of dynamic control according to an embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing the configuration of a collimator capable of dynamic control according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing an example in which the opening of the collimator is controlled for each photographing position for each rotation angle according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a process of calculating the opening position and spacing of the collimator according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면의 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
콘빔 CT는, 스캔 과정에서 회전축을 중심으로 회전하는 대상에 따라 촬영장치가 고정된 상태에서 피사체를 회전시키는 방식인 피사체 회전형과 피사체를 고정하고 촬영장치가 피사체 주위를 회전하는 방식인 촬영장치 회전형의 두 가지 형태가 있으며, 이하의 실시예에서는 피사체 회전형을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 이에 국한되는 것은 아니며, 촬영장치 회전형의 경우에도 회전축을 중심으로 하는 촬영장치와 피사체의 배치와 상대적인 운동은 기하학적으로 동일하므로 본 발명은 피사체 회전형 및 촬영장치 회전형 방식의 콘빔 CT장치에 모두 적용이 가능하다.
The cone beam CT is a method of rotating a subject in a state in which a photographing apparatus is fixed according to an object that is rotated about a rotation axis during a scanning process, and a photographing apparatus that fixes a subject and a photographing apparatus rotates around a subject. There are two types of typical types, and the following embodiments will be described using a subject rotation type as an example, but the present invention is not limited thereto. In the case of the photographing apparatus rotation type, the arrangement of the photographing apparatus and the subject centered on the rotation axis and Since the relative motion is geometrically the same, the present invention can be applied to both the object rotating type and the imaging device rotating type cone beam CT device.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT의 개략적인 구성을 보여주는 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 제어가 가능한 시준기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 회전각도별 촬영 위치마다 시준기의 개구부가 제어된 예를 나타낸 도면이다.Figure 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a cone beam CT having a collimator capable of dynamic control according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a configuration of a collimator capable of dynamic control according to an embodiment of the present invention FIG. 6 is a view schematically showing an example in which an opening of a collimator is controlled at each photographing position for each rotation angle according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT는, 피사체를 향하여 콘빔 형태의 X선을 방사하는 X선 발생부(410); 상기 X선 발생부(410)에서 방사되는 X선이 선택된 촬영영역(선택 FOV)으로만 조사될 수 있도록, 개구부를 통해 콘빔의 조사영역을 제한하는 시준기(420); 상기 시준기(420)를 통해 조사되어 피사체를 투과한 X선을 검출하는 X선 검출부(440); 상기 X선 검출부(440)로부터 촬영 데이터를 수신하고, 수신한 촬영 데이터로부터 3차원 영상을 재구성하여 화면에 출력하는 영상처리부(450); 회전축을 중심으로 피사체를 회전시키는 회전구동부(430); 및 상기 X선 발생부(410), 시준기(420), X선 검출부(440), 영상처리부(450) 및 회전구동부(430)의 구동을 제어하되, 피사체의 회전각도에 따라 상기 시준기를 동적으로 제어하여 선택된 촬영영역(FOV)에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 조절하는 제어부(460);를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 4, the cone beam CT having a collimator capable of dynamic control according to the present invention includes an
본 발명에 따른 회전구동부(430)는 콘빔CT 장치를 이용한 스캔과정이 진행되는 동안 X선 촬영장비를 고정시킨 후 회전축을 중심으로 피사체를 1회 회전시킨다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이, 이에 국한되는 것은 아니며 피사체를 고정시킨 후 X선 발생부(410), 시준기(420) 및 X선 검출부(440)를 회전축을 중심으로 1회 회전시킬 수도 있다. The
X선 발생부(410)는 피사체를 향하여 콘빔(cone-beam) 형태의 X선을 발생시키는 X선 발생장치(X-ray generator)로서, 콘빔 형태의 X선은 도 5에 도시된 바와 같이, X선 발생부(410)의 X선 초점에서 시준기(420)를 통과하여, X선 검출부(440)에 입사된다.The
시준기(420)는 선택 FOV에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 회전구동부(430)에 의한 1회전 회동시, 회전각도별 촬영 위치마다 제어부(460)에 의해 개구부가 동적으로 제어된다. The
시준기(420)의 개구부 형상은 시준기의 구성에 따라 다양한 형태로 설정될 수 있으며, 도 5에서는 X선을 차폐하는 4개의 사각형 연판(鉛版)이 X선 발생부(410)에서 방출되는 빔의 진행방향을 중심으로 상, 하, 좌, 우에 위치되어 사각 형상의 개구부를 형성하도록 구성된 시준기의 예를 보여주고 있다.The opening shape of the
이와 같은 구성을 통해, 제어부(460)는 상기 시준기(420)를 구성하는 4개의 연판의 상하 또는 좌우 이동을 피사체의 회전각도에 따라 동적으로 비선형 제어함으로써, 선택된 촬영영역(선택 FOV)에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 조절할 수 있게 된다.Through such a configuration, the controller 460 dynamically non-linearly controls up, down, left, and right movements of the four soft plates constituting the
다시 말해서, 도 6에 도시된 바와 같이 회전축의 중심점을 벗어난 위치에 선택 FOV가 존재할 경우, 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안 선택 FOV는 회전축을 중심으로 회전하게 되며, 이에 따라, 회전각도별 촬영 위치마다 선택된 FOV에만 X선 빔이 조사되도록 하기 위해서는, 시준기 개구부의 폭과 위치를 회전각도별 촬영 위치마다 선택 FOV에 맞춰 동적으로 제어하여, 조사되는 X선 빔의 시준범위를 비선형적으로 조절하여야 한다.In other words, when the selection FOV exists at a position outside the center point of the rotation axis as shown in FIG. 6, the selection FOV rotates about the rotation axis during the scanning process of one rotation, and accordingly, the photographing according to the rotation angle In order to irradiate the X-ray beam only to the FOV selected for each position, the collimation range of the irradiated X-ray beam must be adjusted non-linearly by dynamically controlling the width and the position of the collimator opening according to the selected FOV for each photographing position for each rotation angle. do.
이를 위해, 제어부(460)는 회전각도별 촬영 위치마다 선택된 FOV에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 회전각도별 선택 FOV에 따른 시준기(420) 개구부의 폭과 위치를 산출하고, 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안 회전각도별로 산출된 개구부의 폭과 위치에 따라 시준기를 구성하는 4개의 연판의 움직임을 동적으로 제어하여 시준기의 개구부를 조절하게 된다.To this end, the controller 460 calculates the width and position of the opening of the
이와 같은 구성을 통해, 본원 발명에 따른 콘빔 CT 장치는 회전축의 중심점을 벗어난 위치에 선택 FOV가 존재하더라도 별도의 이송장치를 통해 피사체를 이송시키거나, 선원 또는 검출기의 위치를 이동시킬 필요없이 단순히 시준기의 움직임을 동적으로 제어함으로써 원하는 영역에만 X선 빔을 조사할 수 있게 된다.
Through such a configuration, the cone beam CT device according to the present invention simply provides a collimator without having to move a subject or move a source or a detector through a separate transfer device even when a selected FOV exists at a position outside the center point of the rotation axis. By dynamically controlling the movement of the X-ray beam can be irradiated only to the desired area.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 시준기의 개구부 위치 및 간격을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 회전축에 수직인 단면을 개략적으로 보여주고 있다.7 is a view for explaining a process of calculating the opening position and the spacing of the collimator according to an embodiment of the present invention, schematically showing a cross section perpendicular to the axis of rotation.
본 발명에 따른 시준기의 개구부는 앞서 설명한 바와 같이, 제어부에 의해 회전각도별로 산출된 개구부의 폭과 위치에 따라 4개의 연판제가 움직이는데, 4개 연판제를 움직이는 상/하 및 좌/우의 이동 원리는 동일하므로 이하에서는 상·하의 이동원리만을 설명하기로 한다.As described above, the opening of the collimator according to the present invention has four soft plates moving according to the width and position of the openings calculated for each rotation angle by the control unit. Since the same, only the principle of moving up and down will be described below.
본 발명에 따른 회전각도별 시준기 개구부의 상·하 폭과 위치를 산출하는 방법은, 회전축에 수직인 단면상에서 X선 발생부의 X선 초점을 지나면서 선택 FOV 단면원에 접하는 직선과 시준기의 이동 궤도와의 교점을 산출함으로써 수행된다.The method for calculating the upper and lower widths and positions of the collimator openings for each rotation angle according to the present invention includes a straight line contacting the selected FOV cross section circle and the trajectory of the collimator while passing through the X-ray focal point on the cross section perpendicular to the rotation axis. By calculating the intersection with.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 회전축에 수직인 단면상에서, 회전하는 피사체의 회전축 중심점을 원점 O로 하고, X선 발생부의 X선 초점과 상기 중심점을 잇는 직선을 X축으로 설정할 때, X선 초점의 위치를 (-F, 0), 선택 FOV의 단면원의 중심 좌표를 (a,b), 선택 FOV 단면원의 반경을 R', X선 초점의 위치와 시준기의 거리를 C라고 가정하면, 선택 FOV에만 X선 빔이 조사되게 하기 위해서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 시준기의 개구부 양 끝단(yc1, yc2)을 통과한 X선 빔의 궤적은 선택 FOV를 구성하는 단면원의 양단에 접하는 직선을 이루게 된다.For example, as shown in FIG. 7, when the center of rotation axis of the rotating object is the origin O on a cross section perpendicular to the rotation axis, and the line connecting the X-ray focal point and the center point of the X-ray generator is set to the X axis. Position the X-ray focal point (-F, 0), center coordinates of the cross section circle of the selected FOV (a, b), radius R of the cross section circle of the selected FOV, position C and the distance of the collimator In this case, in order to irradiate the X-ray beam only to the selected FOV, as shown in FIG. 7, the trajectory of the X-ray beam passing through both ends y c1 and y c2 of the collimator constitutes the selective FOV. A straight line is formed in contact with both ends of the section circle.
여기서, X선 초점 위치인 (-F, 0)을 지나는 직선의 기울기를 m이라고 한다면 이 직선은,Here, if the slope of the straight line passing through the X-ray focus position (-F, 0) is m, the straight line is
으로 나타낼 수 있다. It can be represented as
이 때, 이 직선이 상기 선택 FOV를 구성하는 중심 좌표가 (a,b)이고, 반경이 R'인 단면원에 접하게 되므로 원과 접선의 관계식에 의해,At this time, since the straight line is in contact with the cross-sectional circle having the center coordinates (a, b) and the radius R ', the straight line is in contact with the tangential equation.
이 성립하며, 이로부터 아래와 같은 이차방정식을 구할 수 있다.From this, the following quadratic equation can be obtained.
이 식으로부터, 직선의 기울기 m의 두 해는 아래와 같이 산출된다.From this equation, two solutions of the slope m of the straight line are calculated as follows.
이에 따라, 시준기의 이동궤도를 나타내는 직선Accordingly, a straight line representing the trajectory of the collimator
와 X선 초점을 지나면서 선택 FOV에 접하는 직선과의 교점의 y좌표는 각각And the y-coordinate of the intersection with the straight line that passes through the X-ray focal point and the selected FOV
로 얻어질 수 있다.Can be obtained as
즉, 피사체의 회전각도(θ)에 따라 선택 FOV의 중심좌표(a,b)가 결정되고(이때, R'는 일정), 그에 따라 상기 평면도 상의 상·하 시준기의 마주보는 양 끝단의 위치(yc1, yc2)를 산출할 수 있게 되므로(좌·우 방향의 개구를 조절하는 시준기의 위치도 유사한 과정을 통해 산출할 수 있음), 제어부는 이렇게 산출된 결과값을 바탕으로 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안 회전각도별 촬영 위치마다 선택된 FOV로만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 동적으로 비선형 제어할 수 있게 된다.That is, the center coordinates a and b of the selected FOV are determined according to the rotation angle θ of the subject (where R 'is constant), and thus the positions of opposite ends of the up and down collimators on the plan view ( Since y c1 , y c2 ) can be calculated (the position of the collimator for adjusting the opening in the left and right directions can be calculated through a similar process), the control unit scans one rotation based on the calculated result. During the process, the opening of the collimator can be dynamically controlled non-linearly so that the X-ray beam can be irradiated only at the selected FOV for each photographing position according to the rotation angle.
이에 따라, 본 발명에 따른 콘빔 CT 장치는 피사체의 촬영부위가 회전축의 일측에 치우쳐 있다 하더라도 별도의 이송장치를 통해 피사체를 이송시키거나, 선원 또는 검출기의 위치를 이동시켜 촬영부위의 중심점과 회전축의 중심점을 항상 일치시킬 필요없이 회전각도별로 선택 FOV의 부분에만 X선을 조사할 수 있게 되며, 그 결과 피사체에 불필요한 피폭을 줄여 피사체의 X선 피폭 선량을 낮출수 있고, 불필요한 영역에 대한 삼차원 영상 재구성을 위한 처리를 수행하지 않아 처리시간이 단축되는 장점이 있다.
Accordingly, the cone-beam CT device according to the present invention, even if the photographing portion of the subject is biased to one side of the rotation axis, to transfer the subject through a separate transfer device, or to move the position of the source or detector to the center point of the imaging region and the rotation axis It is possible to irradiate X-rays only to the part of FOV selected by rotation angle without having to always match the center point. As a result, it is possible to reduce unnecessary exposure to the subject, thereby lowering the dose of X-ray exposure of the subject, and reconstructing three-dimensional images of unnecessary areas. There is an advantage that the processing time is shortened because the processing is not performed.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
310 : X선 빔 320, 420 : 시준기
410 : X선 발생부 430 : 회전구동부
440 : X선 검출부 450 : 영상처리부
460 : 제어부310:
410: X-ray generator 430: rotation drive unit
440: X-ray detector 450: Image processor
460: control unit
Claims (4)
피사체를 향하여 콘빔 형태의 X선을 방사하는 X선 발생부;
상기 X선 발생부에서 방사되는 X선이 선택된 촬영영역(Field of view, FOV)으로만 조사될 수 있도록, 개구부를 통해 콘빔의 조사영역을 제한하는 시준기;
상기 시준기를 통해 조사되어 피사체를 투과한 X선을 검출하는 X선 검출부;
상기 X선 검출부로부터 촬영 데이터를 수신하고, 수신한 촬영 데이터로부터 3차원 영상을 재구성하여 화면에 출력하는 영상처리부;
회전축을 중심으로 피사체를 회전시키는 회전구동부; 및
상기 X선 발생부, 시준기, X선 검출부, 영상처리부 및 회전구동부의 구동을 제어하되, 피사체의 촬영각도에 따라 상기 시준기를 동적으로 제어하여 선택된 촬영영역에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 조절하는 제어부;
를 포함하여 구성되되,
상기 시준기는,
상기 X선 발생부에서 방출되는 빔의 진행방향을 중심으로 각각 상, 하, 좌, 우에 위치하는 4개의 사각 형상의 연판(鉛版)으로 구성되며,
상기 제어부는,
피사체의 촬영 각도에 따라 상기 시준기를 구성하는 4개의 연판의 상·하 또는 좌·우 이동을 동적으로 비선형(nonlinear) 제어하여, 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안 선택된 촬영영역에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치.
In the cone beam CT device,
An X-ray generator that emits cone-shaped X-rays toward the subject;
A collimator for limiting the irradiation area of the cone beam through the opening so that the X-rays radiated from the X-ray generation unit can be irradiated only to a selected field of view (FOV);
An X-ray detector for detecting X-rays transmitted through the collimator through the collimator;
An image processing unit which receives the imaging data from the X-ray detection unit, reconstructs a 3D image from the received imaging data, and outputs it to a screen;
A rotation driving unit rotating the subject about the rotation axis; And
While controlling the driving of the X-ray generator, collimator, X-ray detector, image processing unit and the rotational drive, the collimator is dynamically controlled according to the photographing angle of the subject so that the X-ray beam can be irradiated only to the selected photographing area. A control unit for adjusting the opening;
Consists of including
The collimator,
Consists of four rectangular-shaped soft plate (upper version) located in the upper, lower, left and right, respectively, with respect to the traveling direction of the beam emitted from the X-ray generator,
The control unit,
Dynamically nonlinear control of the up, down, left, and right movements of the four soft plates constituting the collimator according to the shooting angle of the subject, so that the X-ray beam is applied only to the selected photographing area during the one-turn scanning process. Cone beam CT device having a collimator capable of dynamic control characterized in that it can be irradiated.
피사체를 향하여 콘빔 형태의 X선을 방사하는 X선 발생부;
상기 X선 발생부에서 방사되는 X선이 선택된 촬영영역(Field of view, FOV)으로만 조사될 수 있도록, 개구부를 통해 콘빔의 조사영역을 제한하는 시준기;
상기 시준기를 통해 조사되어 피사체를 투과한 X선을 검출하는 X선 검출부;
상기 X선 검출부로부터 촬영 데이터를 수신하고, 수신한 촬영 데이터로부터 3차원 영상을 재구성하여 화면에 출력하는 영상처리부;
피사체를 사이에 두고, 상기 X선 발생부, 시준기 및 X선 검출부를 회전시키는 회전구동부; 및
상기 X선 발생부, 시준기, X선 검출부, 영상처리부 및 회전구동부의 구동을 제어하되, 피사체의 촬영각도에 따라 상기 시준기를 동적으로 제어하여 선택된 촬영영역에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 시준기의 개구부를 조절하는 제어부;
를 포함하여 구성되되,
상기 시준기는,
상기 X선 발생부에서 방출되는 빔의 진행방향을 중심으로 각각 상, 하, 좌, 우에 위치하는 4개의 사각 형상의 연판(鉛版)으로 구성되며,
상기 제어부는,
피사체의 촬영 각도에 따라 상기 시준기를 구성하는 4개의 연판의 상·하 또는 좌·우 이동을 동적으로 비선형(nonlinear) 제어하여, 1회전의 스캔과정이 진행되는 동안 선택된 촬영영역에만 X선 빔이 조사될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 동적 제어가 가능한 시준기를 구비한 콘빔 CT 장치.In the cone beam CT device,
An X-ray generator that emits cone-shaped X-rays toward the subject;
A collimator for limiting the irradiation area of the cone beam through the opening so that the X-rays radiated from the X-ray generation unit can be irradiated only to a selected field of view (FOV);
An X-ray detector for detecting X-rays transmitted through the collimator through the collimator;
An image processing unit which receives the imaging data from the X-ray detection unit, reconstructs a 3D image from the received imaging data, and outputs it to a screen;
A rotation driving unit rotating the X-ray generator, the collimator and the X-ray detector with the subject in between; And
While controlling the driving of the X-ray generator, collimator, X-ray detector, image processing unit and the rotational drive, the collimator is dynamically controlled according to the photographing angle of the subject so that the X-ray beam can be irradiated only to the selected photographing area. A control unit for adjusting the opening;
Consists of including
The collimator,
Consists of four rectangular-shaped soft plate (upper version) located in the upper, lower, left and right, respectively, with respect to the traveling direction of the beam emitted from the X-ray generator,
The control unit,
Dynamically nonlinear control of the up, down, left, and right movements of the four soft plates constituting the collimator according to the shooting angle of the subject, so that the X-ray beam is applied only to the selected photographing area during the one-turn scanning process. Cone beam CT device having a collimator capable of dynamic control characterized in that it can be irradiated.
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|---|---|---|---|
| KR1020110028458A KR101076319B1 (en) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | A cone-beam ct apparatus with dynamically controlled collimator |
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- 2011-03-29 KR KR1020110028458A patent/KR101076319B1/en active IP Right Grant
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