KR101146006B1 - Method and apparatus to remove ring artifacts in x-ray CT - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엑스선 CT의 단면영상에서 발생하는 링 아티팩트를 효과적으로 제거하여 단면영상의 화질을 손상시키지 않고 단면영상의 정확도를 향상시킬 수 있는 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법은 엑스선 디텍터를 통하여 획득한 다수의 투영데이터로부터 사이노그램을 구성하는 단계와, 상기 사이노그램으로부터 상기 엑스선 디텍터의 감지소자별로 지배 화소값수를 계산하는 단계와, 상기 지배 화소값수에 따라 상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하는 단계와, 상기 감지소자가 I형 결함소자인 경우 상기 I형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계와, 상기 I형 결함소자의 화소값이 보정된 사이노그램에서 합곡선 오차를 계산하는 단계와, 상기 합곡선의 오차에 따라 상기 감지소자가 II형 결함소자인지 판단하는 단계와, 상기 감지소자가 II형 결함소자인 경우 상기 II형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method and an apparatus for removing ring artifacts in an X-ray CT that can effectively remove the ring artifacts generated in the cross-sectional image of the X-ray CT to improve the accuracy of the cross-sectional image without compromising the image quality of the cross-sectional image. In the X-ray CT, a method for removing ring artifacts comprises constructing a sinogram from a plurality of projection data obtained through an X-ray detector, and calculating the number of dominant pixel values for each sensing element of the X-ray detector from the sinogram. Determining whether the sensing device is an I-type defective device according to the number of dominant pixel values, correcting pixel values obtained from the I-type defective device when the sensing device is an I-type defective device; Calculating a curve curve error from the sinogram whose pixel value of the type I defect device is corrected, determining whether the sensing device is a type II defect device according to the error of the curve, and the sensing device is a In the case of a type defect device, correcting a pixel value obtained from the type II defect device.

Description

엑스선 씨티에서의 링 아티팩트 제거방법 및 장치{Method and apparatus to remove ring artifacts in x-ray CT}Method and apparatus to remove ring artifacts in x-ray CT}

본 발명은 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엑스선 CT의 단면영상에서 발생하는 링 아티팩트를 효과적으로 제거하여 단면영상의 화질을 손상시키지 않고 단면영상의 정확도를 향상시킬 수 있는 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for removing ring artifacts in X-ray CT, and more particularly, to effectively remove ring artifacts generated in cross-sectional images of X-ray CT to improve the accuracy of cross-sectional images without compromising image quality of the cross-sectional images. The present invention relates to a method and apparatus for removing ring artifacts in X-ray CT.

엑스선(x-ray) CT(computed tomography)는 물체의 단면을 자르지 않고 물체의 단면을 촬영하는 기계이다. 종래의 엑스선 CT 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 일반적으로 엑스선 빔(110)을 투사하는 엑스선관(120)(x-ray tube)과 촬영대상 물체(130)를 통과하여 나오는 엑스선을 감지하는 엑스선 디텍터(140), 상기 엑스선 디텍터에서 획득한 신호들로부터 단면영상을 계산하는 컴퓨터, 그리고 엑스선관과 엑스선 디텍터를 회전축(150)을 중심으로 회전시키는 회전장치로 구성된다. 상기 엑스선 디텍터(140)에서 획득한 신호는 엑스선이 촬영대상 물체(130)에 투영(projection)되어 물체의 고유한 엑스선 감쇠특성에 의해 감쇠된 투영데이터이다. 상기 투영데이터를 여러 각도에서 얻은 후 엑스선 투사방향의 역방향으로 투영하는 역투영(back-projection)을 수행하면 단면영상을 계산할 수 있으며, 상기 단면영상을 계산하는 과정을 영상 재구성(reconstruction)이라고 한다. 상기 엑스선 디텍터(140)는 엑스선 감지소자들이 고밀도로 집적되어 있으며, 상기 엑스선 감지소자로는 주로 섬광체(scintillator)에 광다이오드(photo diode)를 접합한 방식을 많이 쓰고 있다. 상기 섬광체는 엑스선을 가시광선으로 변환하며 광다이오드는 가시광선을 전기신호로 변환한다. 일반적인 인체 촬영용 CT는 수백 내지 수천 개의 섬광체-광다이오드 쌍으로 이루어진 엑스선 감지소자를 사용하고 있다. 좋은 화질의 단면 영상을 얻기 위해서는 상기 엑스선 감지소자의 감도가 매우 균일해야 한다. 그렇지 않을 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 엑스선 디텍터(140)의 특정 감지소자의 결함으로 인하여 투영데이터의 모양이 원래 형상에서 바뀌게 된다. 여기서, 엑스선 디텍터 감지소자의 소자번호(j)의 범위를 1부터 J까지 표기하였다. 상기 투영데이터에 발생하는 결함의 양상은 양의 방향으로 생기는 양의 첨두(peak) 혹은 음의 방향으로 생기는 음의 첨두의 형태로 발생할 수 있다. 첨두가 양의 방향으로 생기는 경우는 디텍터 감지소자가 정상 이상으로 감도가 좋은 경우이며, 음의 방향으로 생기는 경우는 그 반대인 경우이다. 상기 감지소자의 결함은 엑스선 CT의 단면영상에서 원 모양의 링 아티팩트(ring artifact)로 나타난다. 상기 링 아티팩트는 일반적으로 여러 개가 함께 나타난다. 상기 링 아티팩트는 영상을 통해 정확한 진단을 하는데 있어서 심각한 문제를 유발할 수 있다. 상기 링 아티팩트를 제거하기 위해 엑스선 감지소자의 감도를 균일하게 하는 것이 중요하다. 그러나 수많은 감지소자를 일일이 물리적으로 보정하는 것은 어려운 일이며, 보정을 한 후에도 시간에 따라 감지소자의 상태가 변화하기 때문에 추가적인 보정이 필요하다. 따라서 소프트웨어적인 영상처리를 통하여 상기 링 아티팩트를 제거하는 것이 필요하다.X-ray computed tomography (CT) is a machine that photographs the cross section of an object without cutting the cross section of the object. A conventional X-ray CT system, as shown in Figure 1, generally detects the X-rays passing through the X-ray tube 120 (x-ray tube) projecting the X-ray beam 110 and the object to be photographed (130) The X-ray detector 140, a computer for calculating a cross-sectional image from the signals obtained by the X-ray detector, and a rotating device for rotating the X-ray tube and the X-ray detector about the rotation axis 150. The signal acquired by the X-ray detector 140 is projection data in which X-rays are projected onto the photographing object 130 and attenuated by the inherent X-ray attenuation characteristics of the object. After the projection data is obtained from various angles and the back-projection is performed to project in the reverse direction of the X-ray projection direction, the cross-sectional image can be calculated, and the process of calculating the cross-sectional image is called image reconstruction. The X-ray detector 140 is integrated with high-density X-ray sensing elements. As the X-ray sensing element, a method of bonding a photo diode to a scintillator is used. The scintillator converts X-rays into visible light and a photodiode converts visible light into an electric signal. A typical CT for human body imaging uses an X-ray sensing device composed of hundreds to thousands of scintillator-photodiode pairs. In order to obtain a good quality cross-sectional image, the sensitivity of the X-ray sensing element should be very uniform. Otherwise, as shown in FIG. 2, the shape of the projection data is changed from the original shape due to a defect of a specific sensing element of the X-ray detector 140. Here, the range of the element number j of the X-ray detector sensing element is indicated from 1 to J. FIG. The defects occurring in the projection data may occur in the form of positive peaks occurring in the positive direction or negative peaks occurring in the negative direction. If the peak occurs in the positive direction, the detector sensing element is more sensitive than normal, and the peak occurs in the negative direction and vice versa. Defects of the sensing element appear as ring artifacts of a circular shape in the cross-sectional image of the X-ray CT. The ring artifacts generally appear together. The ring artifact can cause serious problems in making an accurate diagnosis through an image. In order to remove the ring artifact, it is important to make the sensitivity of the X-ray sensing device uniform. However, it is difficult to physically calibrate a large number of sensing elements one by one, and further correction is necessary because the state of the sensing element changes with time even after the calibration. Therefore, it is necessary to remove the ring artifact through software image processing.

엑스선 디텍터 기술의 발달로 엑스선 감지소자가 고밀도 또는 대면적의 2차원 배열로 집적된 디텍터가 출현하였는데, 상기 2차원의 엑스선 디텍터를 통상 엑스선 평판 디텍터(flat panel detector; FPD)라 한다. 상기 평판 디텍터는 사용목적에 따라 다양한 면적으로 생산되고 있으며, 유방 촬영용의 18cm × 24cm, 폐 촬영용의 35cm × 43cm 등이 있다. 상기 평판 디텍터는 일반적인 엑스선 촬영장치와 CT 시스템에 모두 사용된다. 특히 엑스선 씨암(c-arm) 촬영장치에도 상기 평판 디텍터가 사용되고 있으며 씨암을 200도 정도 회전하여 획득한 투영데이터로부터 단면영상을 재구성하는 콘빔(cone beam) CT도 출현하였다. 상기 콘빔 CT는 2차원 투영데이터를 획득하기 때문에 엑스선관과 평판 디텍터 쌍을 1회전만 하여도 3차원 영상을 만들 수 있다. 상기 3차원 영상은 2차원 영상에 비해 인체 내부 정보를 더 정확히 제공하기 때문에 상기 콘빔 CT의 의학적 응용은 크게 늘어나고 있다. 상기 콘빔 CT의 평판 디텍터는 수백만 개 이상의 2차원 배열로 이루어진 엑스선 감지소자로 구성되어 있다. 상기 평판 디텍터의 엑스선 감지소자의 일부는 완전히 기능을 상실하여 엑스선의 유무에 상관없이 일정한 값을 내보낼 수 있으며, 일부는 입력 엑스선량에 비례하지 않는 오류 신호를 출력할 수 있다. 일반적으로 많은 2차원 배열의 엑스선 감지소자로 구성된 평판 디텍터는 1차원 배열의 엑스선 감지소자로 구성된 디텍터보다 결함소자의 수가 많기 때문에 출력 균일도가 낮고 단면영상에서의 링 아티팩트도 더 심하다. 따라서 상기 평판 디텍터를 사용하는 상기 콘빔 CT도 일반 엑스선 CT에 비해 링 아티팩트가 더 심하게 나타나는 문제점이 있다. 또한 상기 평판 디텍터의 감지소자의 감도도 시간에 따라 변하는 특성이 강하므로 상기 콘빔 CT에서 링 아티팩트가 나타나는 문제점이 있다.With the development of X-ray detector technology, a detector in which an X-ray sensing device is integrated in a two-dimensional array having a high density or a large area has appeared. The two-dimensional X-ray detector is commonly referred to as an X-ray flat panel detector (FPD). The flat panel detector is produced in various areas according to the purpose of use, and there are 18 cm x 24 cm for mammography and 35 cm x 43 cm for lung imaging. The flat panel detector is used in both general X-ray imaging apparatus and CT system. In particular, the flat panel detector is used in an X-ray c-arm photographing apparatus, and the siam is 200 degrees. Cone beam CT has also emerged, which reconstructs the cross-sectional image from the projection data obtained by rotating it by a degree. Since the cone beam CT acquires 2D projection data, the 3D image may be generated by only one rotation of the X-ray tube and the flat panel detector pair. Since the 3D image provides more accurate information on the human body than the 2D image, the medical application of the cone beam CT has been greatly increased. The flat panel detector of the cone beam CT is composed of X-ray sensing elements composed of millions of two-dimensional arrays. Some of the X-ray sensing elements of the flat panel detector are completely lost in function and thus may emit a constant value regardless of the presence or absence of X-rays, and some may output an error signal that is not proportional to the input X-ray amount. In general, a flat panel detector composed of many two-dimensional arrays of X-ray sensing elements has a lower output uniformity and more ring artifacts in the cross-sectional image because of the larger number of defects than a detector composed of one-dimensional arrays of X-ray sensing elements. Therefore, the cone beam CT using the plate detector also has a problem in that ring artifacts are more severe than in general X-ray CT. In addition, since the sensitivity of the sensing element of the flat panel detector also varies with time, ring artifacts appear in the cone beam CT.

상기 링 아티팩트를 제거하기 위한 종래의 기술로는 재구성한 후의 단면영상에서 영상처리를 통하여 링 아티팩트를 제거하는 방법과 재구성하기 전의 투영데이터에서 링 아티팩트를 제거하는 방법이 있다. 재구성한 후의 단면영상에서의 링 아티팩트 제거를 위한 종래의 기술은 통상적으로 단면영상을 극좌표로 변환하여 원형의 링 아티팩트를 직선 형태로 변환한 후 필터링으로 제거하고 다시 직교 좌표계로 변환하는 방법을 사용한다. 그러나 상기 좌표계 변환을 이용한 단면영상에서의 링 아티팩트 제거방법은 좌표계 변환에서 필수적으로 수반되는 계산량 오차 문제가 있으며, 따라서 링 아티팩트의 정확한 위치를 알 수 없는 문제점이 있다. 재구성하기 전의 투영데이터에서의 링 아티팩트 제거를 위한 종래의 기술은 투영데이터를 디텍터의 회전 방향으로 누적시킨 데이터에서 특정한 문턱치(threshold)를 기준으로 하여 상기 문턱치보다 큰 값을 가진 위치를 결함이 있는 엑스선 감지소자의 위치로 판정한 후, 상기 결함이 있는 위치에서 필터링으로 링 아티팩트를 제거하는 방법이다. 그러나 상기 문턱치를 기준으로 하는 방법은 문턱치가 너무 높거나 낮을 경우 과대평가 또는 과소평가되어 결함이 있는 감지소자의 정확한 위치를 찾아내기가 어려운 문제점이 있다. 또한 상기 결함이 있는 감지소자의 위치를 정확하게 찾지 못하고 잘못된 위치에서 필터링을 수행하면 단면영상의 화질을 손상시키는 문제점이 있다.Conventional techniques for removing the ring artifacts include a method of removing ring artifacts through image processing in a cross-sectional image after reconstruction, and a method of removing ring artifacts from projection data before reconstruction. Conventional techniques for removing ring artifacts from cross-sectional images after reconstruction typically use a method of converting cross-sectional images to polar coordinates, converting circular ring artifacts into straight lines, removing them by filtering, and converting them into Cartesian coordinate systems. . However, the ring artifact removal method in the cross-sectional image using the coordinate system transformation has a problem of computational error that is essential in the coordinate system transformation, and thus, there is a problem in that the exact position of the ring artifact is not known. Conventional techniques for eliminating ring artifacts in projection data prior to reconstruction have a defective X-ray at a position having a value larger than the threshold on the basis of a specific threshold in the data accumulated in the direction of rotation of the detector. After determining the position of the sensing element, the ring artifact is removed by filtering at the defective position. However, the method based on the threshold has a problem that it is difficult to find the exact position of the defective sensing element by being overestimated or underestimated when the threshold is too high or too low. In addition, if the location of the defective sensing element is not accurately located and the filtering is performed at the wrong location, there is a problem of damaging the image quality of the cross-sectional image.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 엑스선 CT의 단면영상에서 발생하는 링 아티팩트를 효과적으로 제거하여 단면영상의 화질을 손상시키지 않고 단면영상의 정확도를 향상시킬 수 있는 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by effectively removing the ring artifacts generated in the cross-sectional image of the X-ray CT in X-ray CT that can improve the accuracy of the cross-sectional image without compromising the image quality of the cross-sectional image It is an object of the present invention to provide a ring artifact removal method and apparatus.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법은 엑스선 디텍터를 통하여 획득한 다수의 투영데이터로부터 사이노그램을 구성하는 단계와, 상기 사이노그램으로부터 상기 엑스선 디텍터의 감지소자별로 지배 화소값수를 계산하는 단계와, 상기 지배 화소값수에 따라 상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하는 단계와, 상기 감지소자가 I형 결함소자인 경우 상기 I형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계와, 상기 I형 결함소자의 화소값이 보정된 사이노그램에서 합곡선의 오차를 계산하는 단계와, 상기 합곡선의 오차에 따라 상기 감지소자가 II형 결함소자인지 판단하는 단계와, 상기 감지소자가 II형 결함소자인 경우 상기 II형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for removing ring artifacts in an X-ray CT, comprising constructing a sinogram from a plurality of projection data obtained through an X-ray detector, and detecting the X-ray detector from the sinogram. Calculating the number of dominant pixel values for each element, determining whether the sensing device is an I-type defective device according to the number of dominant pixel values, and if the sensing device is an I-type defective device, pixels obtained from the I-type defective device Compensating a value, Computing the error of the sum curve in the sinogram that the pixel value of the I-type defect device is corrected, and Determining whether the sensing device is a type II defect device according to the error of the curve And correcting the pixel value obtained from the type II defective element when the sensing element is a type II defective element.

본 발명에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거장치는 엑스선 디텍터를 통하여 획득한 다수의 투영데이터로부터 사이노그램을 구성하고, 상기 사이노그램으로부터 상기 엑스선 디텍터의 감지소자별로 지배 화소값수를 계산하고, 상기 지배 화소값수에 따라 상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하고, 상기 감지소자가 I형 결함소자인 경우 상기 I형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하고, 상기 I형 결함소자의 화소값이 보정된 사이노그램에서 합곡선의 오차를 계산하고, 상기 합곡선의 오차에 따라 상기 감지소자가 II형 결함소자인지 판단하고, 상기 감지소자가 II형 결함소자인 경우 상기 II형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The ring artifact removing device in the X-ray CT according to the present invention comprises constructing a sinogram from a plurality of projection data obtained through the X-ray detector, and calculates the number of dominant pixel values for each sensing element of the X-ray detector from the sinogram, It is determined whether the sensing device is an I-type defective device according to the number of the dominant pixel values. When the sensing device is an I-type defective device, the pixel value obtained from the I-type defective device is corrected, and the pixel value of the I-type defective device is corrected. Calculate the error of the curve from the corrected sinogram, determine whether the sensing element is a type II defect element according to the error of the curve, and if the sensing element is a type II defect element from the type II defect element And a controller for correcting the acquired pixel value.

본 발명에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법 및 장치는 다음과 같은 효과가 있다.Ring artifact removal method and apparatus in the X-ray CT according to the present invention has the following effects.

엑스선 디텍터의 결함소자에 의한 결함화소의 위치를 찾아 그 위치에서만 화소값을 보정하므로 엑스선 CT의 단면영상에서 발생하는 링 아티팩트를 효과적으로 제거하여 단면영상의 화질을 손상시키지 않고 단면영상의 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.By finding the position of the defective pixel by the defective element of the X-ray detector and correcting the pixel value only at that position, it is possible to effectively eliminate the ring artifacts that occur in the cross-sectional image of the X-ray CT to improve the accuracy of the cross-sectional image without compromising the image quality of the cross-sectional image. It becomes possible.

도 1은 종래 기술에 따른 엑스선 CT 시스템의 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 엑스선 CT의 투영데이터를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법의 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이노그램 구성방법을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지배 화소값수를 계산하는 과정을 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히스토그램을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지배 화소값수와 필터통과신호를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속적인 결함소자의 처리방법을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 I형 결함의 보정 전후의 합곡선을 나타낸 도면.
도 10a과 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 링 아티팩트 제거 전과 제거 후의 단면영상을 나타낸 참고도.
1 is a block diagram of an X-ray CT system according to the prior art.
2 is a view showing projection data of the X-ray CT according to the prior art.
3 is a flowchart of a ring artifact removal method in an X-ray CT in accordance with the present invention.
4 is a diagram illustrating a sinogram configuration method according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a process of calculating the number of dominant pixel values according to an embodiment of the present invention.
6 illustrates a histogram according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a number of dominant pixel values and a filter passing signal according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a view showing a method of processing a continuous defective device according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing a curve before and after correction of an I-type defect according to an embodiment of the present invention.
10A and 10B are reference views showing cross-sectional images before and after removing ring artifacts according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법 및 장치를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method and a device for removing ring artifacts in an X-ray CT according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법의 흐름도를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법은 엑스선 디텍터를 통하여 획득한 다수의 투영데이터로부터 사이노그램(sinogram)을 구성하는 단계(S310)와, 상기 사이노그램으로부터 상기 엑스선 디텍터의 감지소자별로 지배 화소값수(number of a dominant pixel-value)를 계산하는 단계(S320)와, 상기 지배 화소값수에 따라 상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하는 단계(S330)와, 상기 감지소자가 I형 결함소자인 경우 상기 I형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계(S340)와, 상기 I형 결함소자의 화소값이 보정된 사이노그램에서 합곡선(sum curve) 오차를 계산하는 단계(S350)와, 상기 합곡선의 오차에 따라 상기 감지소자가 II형 결함소자인지 판단하는 단계(S360)와, 상기 감지소자가 II형 결함소자인 경우 상기 II형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계(S370)를 포함한다. 각 단계에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.3 is a flowchart illustrating a ring artifact removal method in X-ray CT according to the present invention. As shown in FIG. 3, the ring artifact removal method in the X-ray CT according to the present invention comprises constructing a sinogram from a plurality of projection data acquired through the X-ray detector (S310), and the sino. Calculating a number of a dominant pixel-value for each sensing element of the X-ray detector from a gram (S320), and determining whether the sensing element is an I-type defective element according to the dominant pixel value (S330). ), Correcting the pixel value obtained from the I-type defect element when the sensing element is an I-type defect element (S340), and a cross curve in the sinogram in which the pixel value of the I-type defect element is corrected. sum curve) calculating an error (S350), determining whether the sensing device is a type II defective device according to the error of the curve (S360), and the type II when the sensing device is a type II defective device With defective element Emitter and a step (S370) of correcting the obtained pixel value. Each step will be described in detail as follows.

상기 엑스선 디텍터를 통하여 획득한 다수의 투영데이터로부터 사이노그램을 구성하는 단계(S310)는 엑스선 CT에서 링 아티팩트를 제거하는 첫 번째 단계로, 도 4에 도시하여 설명하기로 한다. 상기 사이노그램은 여러 회전각도 n(1, 2, …… , N)에서 받은 투영데이터(P(1, j), P(2, J), …… , P(N, j))에 대하여, 가로축을 엑스선 디텍터의 감지 소자번호 j(1, 2, …… , J)의 축으로 하고, 세로축을 상기 회전각도(n)의 축으로 하고, 상기 투영데이터를 그레이 레벨(gray level)로 표시하여 2차원 영상으로 나타낸 것을 말하며, P(n, j)로 표시된다. 여기서, 상기 소자번호(j)는 1에서 J까지의 값을 가지며, 보통 1000에서 2000 사이의 값을 갖는다. 상기 회전각도(n)는 1에서 N까지의 값을 가지며, 보통 300에서 1000 사이의 값을 갖는다. 상기 투영데이터의 하나의 값은 엑스선 디텍터의 하나의 감지소자로부터 받은 값이며, 상기 사이노그램의 하나의 화소(pixel)를 이룬다. 상기 엑스선 디텍터의 특정 감지소자에 결함이 있는 경우 투영데이터에서 상기 감지소자의 소자번호 위치에서 첨두로 그 영향이 나타나기 때문에 사이노그램 상에서는 결함이 있는 감지소자의 영향이 도 4의 사이노그램에 화살표로 도시한 수직선 결함(410)의 형태로 나타난다. 상기 결함이 있는 사이노그램을 이용하여 단층영상을 만들 경우 링 아티팩트가 나타나게 된다.A step S310 of constructing a sinogram from the plurality of pieces of projection data acquired through the X-ray detector is a first step of removing ring artifacts from the X-ray CT, which will be described with reference to FIG. 4. The sinogram is used for projection data P (1, j), P (2, J), ..., P (N, j) received at various rotation angles n (1, 2, ..., N). , The horizontal axis is the axis of the sensing element number j (1, 2, ..., J) of the X-ray detector, the vertical axis is the axis of the rotation angle n, and the projection data is displayed in gray level. This refers to a two-dimensional image, which is represented by P (n, j). Here, the device number j has a value from 1 to J, and usually has a value between 1000 and 2000. The rotation angle n has a value from 1 to N and usually has a value between 300 and 1000. One value of the projection data is a value received from one sensing element of the X-ray detector, and forms one pixel of the sinogram. In the case where the specific sensing element of the X-ray detector is defective, the influence of the defective sensing element on the sinogram is indicated by the arrow in the sinogram of FIG. It appears in the form of a vertical line defect 410 shown. When a tomographic image is created using the defective sinogram, ring artifacts appear.

상기 엑스선 디텍터의 결함은 두 가지 형태로 분류할 수 있다. 첫 번째는, 입력되는 엑스선량에 상관없이 일정한 출력값을 내놓는 경우인데 이를 I형 결함이라 칭한다. 두 번째는, 입력된 엑스선량에 비례하는 출력값을 내지만 그 출력값에 일정 크기의 옵셋(offset) 값이 더해지는 경우로 이를 II형 결함이라 칭한다. 상기 I형 결함과 II형 결함은 다른 성격의 링 아티팩트를 만들기 때문에 이를 구별하여 보정해야만 링 아티팩트를 효과적으로 제거할 수 있다. 그러나 종래의 링 아티팩트 제거 방법에서는 I형과 II형을 구별하지 않았다. 상기 I형 결함이 있는 사이노그램, PI(n, j)는 아래의 수학식 1과 같이 정의된다.Defects of the X-ray detector may be classified into two types. In the first case, a constant output value is produced regardless of the input X-ray dose, which is called an I-type defect. Secondly, the output value is proportional to the input X-ray amount, but an offset value of a certain magnitude is added to the output value, and this is called a type II defect. Since the type I defects and the type II defects make ring artifacts having different characteristics, the ring artifacts can be effectively removed only by distinguishing and correcting them. However, the conventional ring artifact removal method did not distinguish between type I and type II. The sinogram having the type I defect, P I (n, j) is defined as in Equation 1 below.

Figure 112010030954275-pat00001
Figure 112010030954275-pat00001

즉, I형 결함이 없는 디텍터 감지소자 위치에서의 사이노그램 값은 정상값이지만 I형 결함이 있는 결함소자 위치에서는 입력 엑스선량과 무관하게 일정한 값 Aj를 출력한다.That is, the sinogram value at the detector sensing element position without the I type defect is a normal value, but a constant value A j is output at the defective element position having the I type defect regardless of the input X-ray dose.

상기 II형 결함이 있는 사이노그램, PII(n, j)는 아래의 수학식 2와 같이 정의된다.The type II defective sinogram, P II (n, j) is defined as in Equation 2 below.

Figure 112010030954275-pat00002
Figure 112010030954275-pat00002

즉, II형 결함이 없는 디텍터 감지소자 위치에서의 사이노그램 값은 정상값이지만 II형 결함이 있는 결함소자 위치에서는 정상적인 사이노그램 화소값에 부가되어 일정 크기의 옵셋값 aj가 나타난다.That is, although the sinogram value at the detector sensing element position without the type II defect is a normal value, the offset value a j of a certain size appears in addition to the normal sinogram pixel value at the defect element position having the type II defect.

상기 사이노그램으로부터 상기 엑스선 디텍터의 감지소자별로 지배 화소값수를 계산하는 단계(S320)는 I형 결함을 가진 결함소자의 위치를 찾기 위한 단계이다. 도 5는 본 발명에 따른 지배 화소값수를 계산하는 과정을 나타낸 흐름도이다. 상기 지배 화소값수를 계산하는 과정은 상기 사이노그램(P(n, j))의 세로축 크기(N)와 가로축 크기(J)를 구하는 단계(S511)와, 상기 엑스선 디텍터 감지소자의 소자번호(j0)를 1로 초기화하는 단계(S512)와, 상기 지배 화소값수의 변수(k)를 0으로 초기화하는 단계(S513)와, 선택된 소자번호(j0)에서의 전체 회전각도의 투영데이터로 이루어진 사이노그램(P(n, j0))의 히스토그램(h(m))을 구하는 단계(S514)와, 상기 히스토그램(h(m))을 내림차순으로 정렬된 히스토그램(hs(ms))을 구하는 단계(S515)와, 상기 지배 화소값수의 변수(k)를 1 만큼 증가시키는 단계(S516)와, 상기 정렬된 히스토그램(hs(ms))에 대한 누적 빈도수(S)를 구하는 단계(S517)와, 상기 누적 빈도수(S)가 0.5N보다 크거나 같은 경우를 판단하는 단계(S518)와, 상기 누적 빈도수(S)가 0.5N보다 크거나 같은 경우의 지배 화소값수의 변수(k)를 선택된 소자번호(j0 )에서의 지배 화소값수(H(j0))로 결정하는 단계(S519)와, 상기 선택된 소자번호(j0)에 1을 더하는 단계(S520)와 상기 선택된 소자번호(j0)가 최대 소자번호(J)가 될 때까지 반복 루프를 수행하는 단계(S521)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, m은 화소값(pixel value), ms는 내림차순으로 정렬된 히스토그램(hs(ms))의 독립변수를 나타낸다.Calculating the number of dominant pixel values for each sensing element of the X-ray detector from the sinogram (S320) is a step for finding a position of a defective element having an I type defect. 5 is a flowchart illustrating a process of calculating the number of dominant pixel values according to the present invention. The calculating of the number of dominant pixel values may include obtaining a vertical axis size N and a horizontal axis size J of the sinogram P (n, j) (S511), and an element number of the X-ray detector sensing element. initializing j 0 ) to 1 (S512), initializing the variable k of the number of dominant pixel values to 0 (S513), and projecting data of all rotation angles at the selected element number j 0 . Obtaining a histogram h (m) of the made sinogram P (n, j 0 ) (S514) and a histogram h s (m s ) in which the histogram h (m) is arranged in descending order. ) (S515), increasing the variable k of the dominant pixel value by 1 (S516), and calculating the cumulative frequency (S) for the sorted histogram (h s (m s )). Step S517, determining the case where the cumulative frequency S is greater than or equal to 0.5N, and step S518; and when the cumulative frequency S is greater than or equal to 0.5N, And pear pixel determining a parameter (k) of gapsu a controlled pixel gapsu (H (j 0)) of the selected element number (j 0) (S519), step adds 1 to the selected element number (j 0) And performing an iterative loop until the selected device number j 0 becomes the maximum device number J (S520). Here, m is a pixel value and m s is an independent variable of the histogram h s (m s ) arranged in descending order.

상기 지배 화소값수를 계산하는 흐름도를 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 사이노그램(P(n, j))의 세로축 크기(N)와 가로축 크기(J)를 구하는 단계(S511)는 상기 지배 화소값수를 계산하는 과정 중에서 판단하는 단계(S518와 S521)에서 사용되는 판단지표가 되는 0.5N과 J를 구하기 위한 단계이다. 상기 엑스선 디텍터 감지소자의 소자번호(j0)를 1로 초기화하는 단계(S512)부터 상기 소자번호(j0)가 최대 소자번호(J)가 될 때까지 반복 루프를 수행하는 단계(S521)까지의 과정은 엑스선 디텍터 감지소자의 소자번호(j0)를 1부터 J까지 하나씩 증가시키면서, 각각의 선택된 소자번호(j0)에 대한 지배 화소값수(H(j0))를 계산하기 때문에 상기 반복 루프를 수행하는 단계(S521)가 끝나면 전체 소자번호(j)에 대한 지배 화소값수(H(j))를 구할 수 있다. 상기 선택된 소자번호(j0)에 대한 지배 화소값수(H(j0))를 계산하기 위해 소자번호(j0)에서의 전체 회전각도의 사이노그램(P(n, j0))에 대한 히스토그램(h(m))을 구하는 단계(S514)를 수행한다. 상기 히스토그램은 화소값(pixel value)을 가로축으로 하고, 상기 화소값의 빈도수(frequency)를 세로축으로 하여, 각 화소값에 대한 빈도수를 나타낸 것이다. 상기 엑스선 디텍터 감지소자의 디지털 출력값이 B 비트(bit)로 이루어진다면 상기 화소값의 범위는 0에서 2B-1로 총 2B 개의 경우의 수가 생긴다. 결함이 없는 소자 위치에서의 화소값들은 다양한 값을 가지는 반면 I형의 결함을 가진 소자 위치에서의 화소값들은 아주 적은 경우의 수를 가질 것이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히스토그램을 나타낸 도면이다. 여기서, 선택된 소자번호(j0)는 888번째 소자와 바로 인접한 889번째 소자이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 888번째 소자에서는 3개의 화소값만이 월등히 큰 빈도수를 나타내는 반면, 889번째 소자에서는 다양한 화소값들이 비슷한 수준의 빈도수를 나타내고 있다. 상기 888번째 소자의 히스토그램에서 나타난 소수의 화소값만이 월등히 큰 빈도수 갖는 특징은 전형적인 I형 결함소자의 특징이다. 상기 889번째 소자의 히스토그램에서 나타난 다양한 화소값들의 비슷한 수준의 빈도수는 정상적인 소자의 특징이다. 따라서 바로 인접한 소자들 사이에서도 히스토그램의 특징으로부터 I형 결함의 여부를 명확하게 구분할 수 있다.The flowchart of calculating the number of dominant pixel values is described in detail as follows. The step S511 of obtaining the vertical axis size N and the horizontal axis size J of the sinogram P (n, j) is used in the step S518 and S521 of determining the number of dominant pixel values. It is a step to find 0.5N and J which are the judgment indicators. Initializing the device number j 0 of the X-ray detector sensing device to 1 (S512) to performing a repeating loop until the device number j 0 becomes the maximum device number J (S521). The process of repeats the above step since the number of dominant pixel values H (j 0 ) for each selected device number j 0 is calculated while increasing the device number j 0 of the X-ray detector sensing element from 1 to J one by one. After the step S521 of performing the loop, the dominant pixel value number H (j) of the entire device number j may be obtained. For the selected element number (j 0) controlled pixel gapsu (H (j 0)) device number (j 0) No-gram (P (n, j 0) ) between the total rotational angle in order to calculate for A step S514 of obtaining a histogram h (m) is performed. The histogram shows a frequency value for each pixel value with the pixel value being the horizontal axis and the frequency of the pixel value being the vertical axis. If the digital output value of the X-ray detector sensing element is composed of B bits, the pixel value ranges from 0 to 2 B −1, resulting in a total of 2 B cases. Pixel values at device locations without defects may have various values while pixel values at device locations with defects of type I will have very few cases. 6 is a diagram illustrating a histogram according to an embodiment of the present invention. Here, the selected device number j 0 is the 889th device immediately adjacent to the 888th device. As shown in FIG. 6, only three pixel values show an extremely high frequency in the 888th device, while various pixel values show similar frequencies in the 889th device. The characteristic that only a small number of pixel values shown in the histogram of the 888th element has an extremely high frequency is a characteristic of a typical type I defective element. A similar frequency of various pixel values shown in the histogram of the 889th device is a characteristic of a normal device. Therefore, even between immediately adjacent devices, it is possible to clearly distinguish the type I defect from the histogram characteristics.

상기 정렬된 히스토그램(hs(ms))을 구하는 단계(S515)부터 상기 지배 화소값수 H(j0)를 결정하는 단계(S519)까지는 상기 지배 화소값수를 결정하는 판단기준에 의해 명시적이고 수학적인 방법으로 상기 지배 화소값수를 결정하기 위한 과정이다. 먼저, 상기 히스토그램 (h(m))을 큰 값에서 작은 값의 순서인 내림차순으로 정렬하여, 상기 정렬된 히스토그램(hs(ms))을 만든다. 상기 정렬된 히스토그램(hs(ms))이 내림차순으로 정렬되었기 때문에 hs의 독립변수 ms도 화소값 m의 순서로부터 hs의 순서에 맞게 재정렬되며, 계산의 편리를 위해 1부터 시작되어 1씩 증가하는 자연수로 매핑시킨다. 상기 지배 화소값수의 변수(k)를 1 만큼 증가시킨 후, 상기 정렬된 히스토그램(hs(ms))에 대하여 ms= 1부터 ms= k까지의 hs(ms)의 값을 모두 더하여 상기 누적 빈도수(S)를 구한다. 여기서, 상기 누적 빈도수(S)의 최대값은 최대 회전각도(N)과 같다. 상기 지배 화소값수 H(j0)를 결정하는 판단기준을 0.5N으로 하여 상기 누적 빈도수 S가 0.5N보다 크거나 같은 경우의 지배 화소값수의 변수 k를 상기지배 화소값수 H(j0)로 결정한다. 여기서, 상기 판단기준이 되는 0.5N는 전체 회전각도 N의 50%에 해당되는 값이며, 지배적인 화소값이 되려면 S가 적어도 N의 50% 이상이 되어야 한다. 상기 누적 빈도수 S가 0.5N 이상인 경우의 k를 선택된 소자번호(j0)에서의 지배 화소값수 H(j0)로 결정하고 j0가 최대 소자번호 J가 될 때까지 S513 단계부터 S521 단계까지의 반복 루프를 수행하여, 전체 소자번호 j에 대한 지배 화소값수 H(j)를 계산할 수 있다.From the step (S515) of obtaining the sorted histogram (h s (m s )) to the step (S519) of determining the dominant pixel value H (j 0 ), it is explicit and mathematical by a criterion for determining the dominant pixel value. In this method, the dominant pixel value is determined. First, the histogram (h (m)) is sorted in descending order, which is the order of the large values to the small values, to form the sorted histogram h s (m s ). Since the sorted histogram h s (m s ) is sorted in descending order, the independent variable m s of h s is also rearranged from the order of pixel values m to the order of h s , starting from 1 for convenience of calculation. Map to a natural number incrementing by one. Then increments the variable (k) of the representative pixel gapsu by one, the value of h s (m s) of the alignment of the histogram (h s (m s)) from the m s = 1 with respect to the up to m s = k The cumulative frequency S is obtained by adding them all together. Here, the maximum value of the cumulative frequency (S) is equal to the maximum rotation angle (N). A decision criterion for determining the dominant pixel value H (j 0 ) is 0.5N, and the variable k of the dominant pixel value when the cumulative frequency S is greater than or equal to 0.5N is determined as the dominant pixel value H (j 0 ). do. Herein, 0.5 N, which is the criterion, is a value corresponding to 50% of the total rotation angle N, and S must be at least 50% of N to become a dominant pixel value. Determining a k of not less than the cumulative total S is controlled by the pixel gapsu 0.5N H (j 0) of the selected element number (j 0), and j is 0 from step S513 to step S521 until a maximum number of elements J By performing the iterative loop, the dominant pixel value number H (j) for the entire element number j can be calculated.

상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하는 단계(S330)에서는 상기 지배 화소값수 H(j)의 특성을 이용한다. 상기 I형 결함소자의 위치에서 상기 지배 화소값수는 주변값에 비해 뚜렷하게 작은 값을 갖기 때문에 상기 I형 결함소자의 위치를 알 수 있다. 상기 작은 값은 엑스선 디텍터의 상태에 따라 달라질 수 있으며, 통상적으로 1에서 20정도의 범위에서 결정될 수 있다. 일 실시예로, 총 회전각도의 빈도수가 360일 때 H(j)가 100이면 사이노그램의 화소값들이 다양한 값을 가지고 있으므로, j번째 소자가 정상소자임을 의미하며, H(j)가 5이면 화소값이 5개 정도의 특정한 값들만을 가지고 있으므로, 즉 j번째 소자가 결함소자임을 의미한다.In step S330 of determining whether the sensing device is an I-type defective device, the characteristic of the dominant pixel value number H (j) is used. Since the number of the dominant pixel values at the position of the type I defect element is significantly smaller than the peripheral value, the position of the type I defect element can be known. The small value may vary depending on the state of the X-ray detector, and may typically be determined in the range of 1 to 20 degrees. In an embodiment, when H (j) is 100 when the frequency of the total rotation angle is 360, since the pixel values of the sinogram have various values, it means that the j th element is a normal element, and H (j) is 5 In this case, since the pixel value has only about five specific values, that is, the j th element is a defective element.

상기 결함소자의 위치를 쉽게 찾기 위해, 아래의 수학식 3과 같이, 지배 화소값수 H(j)를 고역통과필터(high pass filter)에 통과시켜 얻은 필터통과신호 Hd(j)를 추가적으로 사용할 수 있다.To easily locate the defective device, a filter pass signal H d (j) obtained by passing the dominant pixel value H (j) through a high pass filter can be additionally used as shown in Equation 3 below. have.

Figure 112010030954275-pat00003
Figure 112010030954275-pat00003

상기 필터통과신호 Hd(j)는 상기 H(j)의 음의 방향으로의 첨두를 더 강화시켜 강한 음의 값을 갖도록 한다. 따라서 Hd(j) 값이 적당한 음의 문턱치보다 작을 때의 소자번호 j의 위치를 I형 결함소자의 위치로 결정할 수 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지배 화소값수 H(j)와 필터통과신호 Hd(j)를 타나낸 도면이다. 도 7의 아래쪽 확대영역에 도시한 바와 같이, 결함소자의 위치에서 H(j)는 음의 방향으로의 첨두를 나타내며, Hd(j)는 상기 첨두가 더 강화되어 강한 음의 값을 나타낸다.The filter passing signal H d (j) further enhances the peak of the H (j) in the negative direction so as to have a strong negative value. Therefore, the position of the element number j when the value of H d (j) is smaller than the appropriate negative threshold can be determined as the position of the type I defective element. FIG. 7 is a diagram illustrating a dominant pixel value H (j) and a filter passing signal H d (j) according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in the lower magnified area of Fig. 7, H (j) represents a peak in the negative direction at the position of the defective element, and H d (j) represents a stronger negative value with the peak being further strengthened.

상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하는 단계(S330)에서 결함소자가 단독으로 나타나지 않고 연속적으로 나타나는 경우에도 상기 지배 화소값수 H(j)와 필터통과신호 Hd(j)의 특징으로부터 I형 결함소자의 위치를 결정할 수 있다. 상기 결함소자가 연속적으로 나타날 경우, 링 아티팩트도 연속으로 나타나 두꺼운 링 아티팩트, 혹은 띠 아티팩트가 나타난다. 상기 결함소자가 연속적으로 발생할 경우, 연속적인 결함소자의 개수만큼 H(j)와 Hd(j)를 분리하여 결함소자인지 판단할 수 있다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속적인 결함소자의 처리방법을 나타낸 도면이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 887번째와 888번째의 소자가 연속적인 결함을 가지고 있다. 상기 연속적인 결함소자가 2개일 경우, H(j)의 홀수와 짝수 위치를 분리하여 새로운 H1(j), H2(j)를 만든다. 즉, H1(j)= H(2j-1), H2(j)= H(2j)로 분리하여 H1(j), H2(j) 각각에 상기 고역통과필터를 통과시켜 H1d(j), H2d(j)를 얻는다. 이와 같이 분리하여 얻은 홀수 소자번호에 대한 H1(j)와 H1d(j)의 그래프에서는 887번째의 하나의 소자만 유일하게 결함소자의 특성을 보이고 있으며, 짝수 소자번호에 대한 H2(j)와 H2d(j)의 그래프에서는 888번째의 하나의 소자만 유일하게 결함소자의 특성을 보이고 있기 때문에 결함소자의 위치를 더 정확하게 결정할 수 있다. L개의 결함화소가 연속적으로 나타난다면 H(j)를 L개로 분할한 H1(j), H2(j),……, HL(j)로부터 각각 결함소자의 위치를 찾을 수 있다.In the step S330 of determining whether the sensing device is an I-type defective device, even when the defective device does not appear alone, but continuously, the I device is characterized by the characteristics of the dominant pixel value number H (j) and the filter passing signal H d (j). The location of the defective element can be determined. When the defective device appears continuously, ring artifacts also appear continuously, resulting in thick ring artifacts or band artifacts. When the defective device occurs continuously, it is possible to determine whether the defective device by separating the H (j) and H d (j) by the number of consecutive defective devices. 8 is a view showing a method of processing a continuous defective device according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 8, the 887th and 888th elements have continuous defects. If there are two consecutive defective devices, the odd and even positions of H (j) are separated to form new H 1 (j) and H 2 (j). In other words, H 1 (j) = H (2j-1), H 2 (j) = H (2j) separated by passing the high-pass filter through each of the H 1 (j), H 2 (j) H 1d (j), H 2d (j) is obtained. In the graphs of H 1 (j) and H 1d (j) for the odd number of elements separated in this manner, only one element of the 887th element shows defect characteristics and H 2 (j for even number of elements. ) And H 2d (j), since only one of the 888th devices shows the characteristics of the defective device, the position of the defective device can be determined more accurately. If L defective pixels appear in succession, H 1 (j), H 2 (j),... … The position of the defective element can be found from H L (j), respectively.

상기 I형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계(S340)는 상기 I형 결함소자의 위치를 찾은 상기 사이노그램 상에서 이루어진다. 상기 I형의 결함소자 위치의 불량 화소값들을 인접한 정상 화소값으로부터 추정하여 채우는 과정을 통해 상기 사이노그램을 보정할 수 있다. 상기 불량 화소값을 주위의 정상값을 이용해 채우는 방법을 인페인팅(inpainting)이라 한다. 상기 인페인팅은 인페인팅 행렬과 결함화소를 중심으로 하는 부분 사이노그램의 컨볼루션(convolution)으로 수행되며, 아래의 수학식 4와 같이 정의된다.Correcting the pixel value obtained from the type I defective element (S340) is performed on the sinogram that finds the position of the type I defective element. The sinogram may be corrected by estimating and filling defective pixel values of the position of the defective device of type I from adjacent normal pixel values. The method of filling the bad pixel value with the surrounding normal value is called inpainting. The inpainting is performed by convolution of a partial sinogram centered on an inpainting matrix and a defective pixel, and is defined as Equation 4 below.

Figure 112010030954275-pat00004
Figure 112010030954275-pat00004

여기서, c는 보정된 화소값, H는 인페인팅 행렬, P1은 결함화소를 중심으로 하는 부분 사이노그램, a와 b는 행렬의 행과 열을 각각 나타내며, a는 1에서 A, b는 1에서 B의 범위를 갖는다. 상기 H와 P1의 행렬의 크기는 서로 동일하며, 상기 결함화소가 하나의 결함소자에 의해 한 줄의 수직선 형태로 나타날 경우는 A=3, B=3의 3×3 행렬이 필요하며, 두 개 이상의 연속적인 결함소자에 의해 두 줄 이상의 연속적인 수직선 형태로 나타날 경우는 5×5 이상의 행렬이 필요하다. 상기 컨볼루션은 결함화소값을 주위의 정상값에 인페인팅 행렬만큼 웨이팅(weighting)을 가하고 더하는 가중평균(weighted average)을 계산하는 과정이다. 여기서, 인페인팅 행렬의 모든 성분의 합은 1이 되어야 한다. 상기 컨볼루션은 2차원적으로 시행되는데 상기 결함화소의 위치에서만 수행되므로 연산 속도는 크게 문제가 되지 않는다. 상기 결함화소가 한 줄의 수직선 형태일 때의 인페인팅 행렬의 일 실시예는 아래의 수학식 5와 같다. Where c is the corrected pixel value, H is the inpainting matrix, P 1 is the partial sinogram centered on the defective pixel, a and b represent the rows and columns of the matrix, and a is 1 to A and b is It has a range from 1 to B. The matrix sizes of H and P 1 are the same, and when the defective pixels are represented by a single defective element in the form of a vertical line, a 3 × 3 matrix of A = 3 and B = 3 is required. In the case of two or more continuous vertical lines by two or more consecutive defective elements, a matrix of 5 × 5 or more is required. The convolution is a process of calculating a weighted average that weights and adds defective pixel values to the surrounding normal values by an inpainting matrix. Here, the sum of all components of the inpainting matrix should be 1. The convolution is performed two-dimensionally, and is performed only at the position of the defective pixel, so that the computation speed does not matter much. An embodiment of the inpainting matrix when the defective pixel is in the form of a single vertical line is expressed by Equation 5 below.

Figure 112010030954275-pat00005
Figure 112010030954275-pat00005

상기 I형 결함소자의 화소값이 보정된 사이노그램에서 합곡선 오차를 계산하는 단계(S350)는 상기 II형 결함소자의 위치를 찾기 위한 단계이다. 상기 II형 결함소자에 의한 결함화소는 정상화소에 작은 비정상적 옵셋이 첨가되어 나타나므로 일반적인 사이노그램 상에서 찾기가 어렵다. 상기 사이노그램(P(n, j))를 회전각도(n)의 방향인 수직방향으로 더한 합곡선(sum curve), y(j)를 구하면 상기 비정상적 옵셋이 누적되어 나타날 수 있다. 상기 합곡선의 정의는 아래의 수학식 6과 같다.The calculating of the curve curve error in the sinogram in which the pixel value of the type I defective device is corrected (S350) is a step for finding the position of the type II defective device. The defective pixel due to the type II defective element is difficult to find on a general sinogram because a small abnormal offset is added to the normal pixel. The abnormal offset may accumulate when the sum curve, y (j), is obtained by adding the sinogram P (n, j) in the vertical direction, which is the direction of the rotation angle n. The definition of the curve is shown in Equation 6 below.

Figure 112010030954275-pat00006
Figure 112010030954275-pat00006

여기서, 상기 합곡선 y(j)는 디텍터 감지소자의 소자번호 j의 함수이다. 상기 디텍터 감지소자에 결함이 있는 경우 일반적으로 연속적인 모양을 갖는 합곡선에 뾰쪽한 모양의 첨두가 나타난다. 이 첨두는 양의 방향 또는 음의 방향일 수 있다. 즉, 결함소자가 정상적인 값보다 큰 값을 내보낼 때는 첨두의 방향이 양이 되고, 반대의 경우에는 첨두의 방향이 음이 된다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 I형 결함 보정 전후의 합곡선을 나타낸 도면이다. 여기서, y(j)는 I형 결함을 보정하기 전의 사이노그램 P(n, j)에 대한 합곡선이고, y'(j)는 I형 결함을 보정한 후의 사이노그램 P'(n, j)에 대한 합곡선이다. 그리고 ys'(j)는 y'(j)를 평활화(smoothing)시켜 만든 합곡선이다. 상기 평활화는 이동평균필터(moving average filter)나 저역통과필터(low pass filter)를 적용하여 구현할 수 있다. I형 결함을 보정하기 전과 후의 합곡선, y(j)와 y'(j)를 비교해 보면, 매우 큰 첨두를 보인 I형 결함이 보정된 것을 확인할 수 있다. 상기 I형 결함이 보정된 합곡선 y'(j)에는 큰 첨두가 나타나지 않지만, 도 9에의 확대영역에 도시한 바와 같이, II형 결함소자에 의한 오류가 여전히 존재한다.Here, the curve y (j) is a function of element number j of the detector sensing element. When the detector detecting element is defective, a sharp peak appears on the curve having a continuous shape. This peak may be in the positive or negative direction. In other words, when the defective element emits a value larger than the normal value, the peak direction becomes positive, and in the opposite case, the peak direction becomes negative. 9 is a diagram showing a curve before and after correcting type I defects according to an exemplary embodiment of the present invention. Where y (j) is the summation curve for the sinogram P (n, j) before correcting type I defects, and y '(j) is the sinogram P' (n, after correcting type I defects j) for j). And y s '(j) is a curve created by smoothing y' (j). The smoothing may be implemented by applying a moving average filter or a low pass filter. Comparing the curves before and after correcting the type I defects, y (j) and y '(j), it can be seen that type I defects with a very large peak are corrected. Although a large peak does not appear in the curved line y '(j) in which the type I defect is corrected, as shown in the enlarged area in FIG. 9, an error due to the type II defective element still exists.

상기 II형 결함소자의 위치를 찾기 위해 상기 합곡선 오차를 이용하며, 상기 합곡선 오차 e(j)는 아래의 수학식 7과 같이 정의된다.The chamfer error is used to find the position of the type II defective element, and the chamfer error e (j) is defined as in Equation 7 below.

Figure 112010030954275-pat00007
Figure 112010030954275-pat00007

도 9의 우측 확대영역에 도시한 바와 같이, II형의 결함소자가 있는 위치에서 y'(j)과 ys'(j)의 두 파형간신호차이가 상대적으로 크게 나타남을 볼 수 있다. 따라서 상기 엑스선 디텍터의 감지소자가 II형 결함소자인지 판단하는 단계(S360)는 상기 합곡선 오차(e(j))를 이용할 수 있다. 상기 합곡선 오차의 크기가 특정 문턱치보다 클 경우 II형 결함소자의 위치로 판단한다. 상기 문턱치는 디텍터의 특성에 따라 달라질 수 있다. As shown in the enlarged area on the right side of FIG. 9, it can be seen that the signal difference between the two waveforms of y '(j) and y s ' (j) is relatively large at the position where the type II defective element is present. Accordingly, in the determining of whether the sensing element of the X-ray detector is a type II defect device (S360), the curve error e (j) may be used. If the magnitude of the curve error is larger than a specific threshold, it is determined as the location of the type II defective device. The threshold may vary depending on the characteristics of the detector.

상기 II형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계(S370)는 상기 I형 결함화소를 보정한 사이노그램의 상기 II형 결함소자의 위치에서 이루어진다. 상기 II형 결함소자 위치의 결함화소값을 보정한 사이노그램 P"(n, j)는 상기 I형 결함화소를 보정한 사이노그램 P'(n, j)에서 평균 합곡선 오차 e(j)/N을 차감하는 계산으로 이루어지며, 아래의 수학식 8과 같이 정의된다.Correcting the pixel value obtained from the type II defective element (S370) is performed at the position of the type II defective element of the sinogram that corrects the type I defective pixel. The sinogram P " (n, j) correcting the defective pixel value of the type II defective element position has an average sum curve error e (j) in the sinogram P '(n, j) correcting the type I defective pixel. ) / N is calculated by subtracting and defined as Equation 8 below.

Figure 112010030954275-pat00008
Figure 112010030954275-pat00008

여기서, N은 총 회전각도의 수를 나타내는 것으로, 상기 사이노그램의 수직방향의 수와 같다. 합곡선 오차 e(j)는 상기 수직방향으로 누적된 오차이므로 N으로 나눈 평균 합곡선 오차 e(j)/N을 차감한다. Here, N denotes the total number of rotation angles, which is equal to the number of vertical directions of the sinogram. Since the curve error e (j) is an error accumulated in the vertical direction, the average curve curve e (j) / N divided by N is subtracted.

본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거장치는 도 1의 종래 기술에 따른 엑스선 CT 시스템에 아래의 특징을 갖는 제어 부를 더 구비한다. 상기 제어부는 엑스선 디텍터를 통하여 획득한 다수의 투영데이터로부터 사이노그램을 구성하고, 상기 사이노그램으로부터 상기 엑스선 디텍터의 감지소자별로 지배 화소값수를 계산하고, 상기 지배 화소값수에 따라 상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하고, 상기 감지소자가 I형 결함소자인 경우 상기 I형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하고, 상기 I형 결함소자의 화소값이 보정된 사이노그램에서 합곡선 오차를 계산하고, 상기 합곡선의 오차에 따라 상기 감지소자가 II형 결함소자인지 판단하고, 상기 감지소자가 II형 결함소자인 경우 상기 II형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 것을 특징으로 한다.The ring artifact removing device in the X-ray CT according to an embodiment of the present invention further includes a control unit having the following features in the X-ray CT system of FIG. 1. The control unit configures a sinogram from a plurality of projection data acquired through the X-ray detector, calculates the number of dominant pixel values for each sensing element of the X-ray detector from the sinogram, and detects the dominant pixel values according to the dominant pixel values. Determining whether it is an I-type defective device, correcting the pixel value obtained from the I-type defective device when the sensing device is an I-type defective device, and combining the curve error in the sinogram whose pixel value of the I-type defective device is corrected. And calculating whether the sensing device is a type II defective device according to the error of the curve, and correcting the pixel value obtained from the type II defective device when the sensing device is a type II defective device. .

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법 및 장치를 설명하였다. 참고로, 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법 및 장치는 효과적으로 링 아티팩트를 제거함을 알 수 있다. 도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 링 아티팩트 제거 전의 단면영상이고, 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 링 아티팩트 제거 후의 단면영상이다. 상기 단면영상을 획득한 실험은 실험용 쥐의 복부를 촬영한 것이다. 상기 실험에서 사용한 엑스선 CT는 일본의 하마마쯔사가 생산한 1248×1248개의 화소를 가진 평판 디텍터(모델명: C7943CP-02)를 사용한 것이며, 평판 디텍터의 화소 크기는 100μm, 섬광체 판은 CsI로 이루어져 있다. 엑스선관은 20kV에서 150kV 사이의 대역에서 동작하는 마이크로 초점 튜브이며 초점 크기는 5μm에서 50μm의 범위이다. 엑스선관의 최대 전류는 0.5mA이다. 상기 링 아티팩트 제거 전의 단면영상과 제거 후의 단면영상을 비교해 보면, 링 아티팩트가 효과적으로 제거되어 영상의 해상도 및 대조도가 크게 개선됨을 알 수 있다.In the above, the method and apparatus for removing ring artifacts in X-ray CT according to an embodiment of the present invention have been described. For reference, as shown in FIG. 10, it can be seen that the ring artifact removing method and apparatus in the X-ray CT of the present invention effectively remove the ring artifact. FIG. 10A is a cross-sectional image before removing a ring artifact according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a cross-sectional image after removing a ring artifact according to an embodiment of the present invention. The experiment obtained the cross-sectional image is taken of the abdomen of the experimental rat. The X-ray CT used in the experiment was a flat plate detector (model name: C7943CP-02) having 1248 × 1248 pixels produced by Hamamatsu, Japan. The pixel size of the flat plate detector was 100 μm and the scintillator plate was made of CsI. X-ray tubes are microfocus tubes operating in the band between 20kV and 150kV and have a focal size ranging from 5μm to 50μm. The maximum current of the X-ray tube is 0.5 mA. Comparing the cross-sectional image before the ring artifact removal with the cross-sectional image after the removal, it can be seen that the ring artifact is effectively removed, thereby greatly improving the resolution and contrast of the image.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 엑스선 빔
120 : 엑스선관
130 : 촬영대상 물체
140 : 엑스선 디텍터
150 : 회전축
410 : 수직선 결함
<수학식에 대한 부호의 설명>
n : 회전각도 (1, 2, ……, N)
N : 최대 회전각도
j : 감지소자의 소자번호 (1, 2, ……, J)
J : 최대 소자번호
P(n, j) : 사이노그램
PI(n, j) : I형 결함이 있는 사이노그램
PII(n, j) : II형 결함이 있는 사이노그램
Aj : I형 결함값
aj : II형 결함에 의한 옵셋값
j0 : 선택된 소자번호
k : 지배 화소값수의 변수
m : 화소값
h(m) : 히스토그램
ms : 정렬된 히스토그램의 독립변수
hs(ms) : 정렬된 히스토그램
S : 누적 빈도수
H(j0) : 선택된 소자번호 j0에 대한 지배 화소값수
H(j) : 전체 소자번호 j에 대한 지배 화소값수
Hd(j) : 필터통과신호
H1(j) : 홀수 소자번호에 대한 H(j)
H1d(j) : 홀수 소자번호에 대한 Hd(j)
H2(j) : 짝수 소자번호에 대한 H(j)
H2d(j) : 짝수 소자번호에 대한 Hd(j)
c : 보정된 화소값
H : 인페인팅 행렬
P1: 부분 사이노그램
a : 행렬의 행
b : 행렬의 열
y(j) : P(n, j)에 대한 합곡선
P'(n, j) : I형 결함을 보정한 후의 사이노그램
P''(n, j) : II형 결함을 보정한 후의 사이노그램
y'(j) : P'(n, j)에 대한 합곡선
ys'(j) : y'(j)를 평활화한 합곡선
e(j) : y'(j)에서 ys'(j)를 뺀 오차
<Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110: X-ray beam
120: X-ray tube
130: object to be photographed
140: X-ray detector
150: rotation axis
410 vertical line defect
<Explanation of Symbols for Equation>
n: rotation angle (1, 2, ……, N)
N: maximum rotation angle
j: Element number of sensing element (1, 2, ……, J)
J: Maximum device number
P (n, j): sinogram
P I (n, j): Sinogram with type I defect
P II (n, j): sinogram with type II defects
A j : Type I defect value
a j : Offset value due to type II defect
j 0 : Selected device number
k: variable of dominant pixel values
m: pixel value
h (m): histogram
m s : Independent variable of sorted histogram
h s (m s ): sorted histogram
S: cumulative frequency
H (j 0 ): Number of dominant pixel values for the selected device number j 0
H (j): Number of dominant pixel values for the entire device number j
H d (j): Filter pass signal
H 1 (j): H (j) for odd element number
H 1d (j): H d (j) for odd element number
H 2 (j): H (j) for even device number
H 2d (j): H d (j) for even element numbers
c: corrected pixel value
H: inpainting matrix
P 1 : partial sinogram
a: row of matrix
b: column of the matrix
y (j): Sum curve for P (n, j)
P '(n, j): sinogram after correcting type I defect
P '' (n, j): sinogram after correcting type II defects
y '(j): The curve for P' (n, j)
y s '(j): Smoothed curve of y' (j)
e (j): y '(j) minus y s ' (j)

Claims (5)

엑스선 디텍터를 통하여 획득한 다수의 투영데이터로부터 사이노그램(P(n, j))을 구성하는 단계와,
상기 사이노그램(P(n, j))으로부터 상기 엑스선 디텍터의 감지소자별로 지배 화소값수를 계산하는 단계와,
상기 지배 화소값수에 따라 상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하는 단계와,
상기 감지소자가 I형 결함소자인 경우 상기 I형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계와,
상기 I형 결함소자의 화소값이 보정된 사이노그램(P'(n, j))을 회전각도(n) 방향으로 합하여 얻은 합곡선(y'(j))과 상기 합곡선(y'(j))을 평활화(smoothing)시켜 만든 합곡선(ys'(j)) 사이의 차로 합곡선 오차(e(j)=y'(j)-ys'(j))를 계산하는 단계와,
상기 합곡선 오차(e(j))의 크기가 상기 엑스선 디텍터에 설정된 문턱치보다 클 경우에 상기 감지소자를 II형 결함소자로 판단하는 단계와,
상기 감지소자가 II형 결함소자인 경우 상기 II형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 단계를 포함하는 엑스선 씨티(CT)에서의 링 아티팩트 제거방법.
Constructing a sinogram (P (n, j)) from a plurality of projection data obtained through the X-ray detector,
Calculating a number of dominant pixel values for each sensing element of the X-ray detector from the sinogram P (n, j);
Determining whether the sensing device is an I-type defective device according to the number of dominant pixel values;
Correcting the pixel value obtained from the I-type defective device when the sensing device is an I-type defective device;
A compound curve y '(j) obtained by adding the sinograms P' (n, j) in which the pixel values of the I-type defect element are corrected in the rotation angle n direction, and the compound curve y '( calculating the curve error (e (j) = y '(j) -y s ' (j)) by the difference between the curve (y s ' (j)) produced by smoothing j)); ,
Determining the sensing device as a type II defective device when the magnitude of the curve error e (j) is larger than a threshold set in the X-ray detector;
And correcting the pixel value obtained from the type II defective device when the sensing device is a type II defective device.
제 1 항에 있어서, 상기 지배 화소값수를 계산하는 단계는,
상기 사이노그램(P(n, j))의 세로축 크기(N)와 가로축 크기(J)를 구하는 단계와,
상기 엑스선 디텍터 감지소자의 소자번호(j0)를 1로 초기화하는 단계와,
상기 지배 화소값수의 변수(k)를 0으로 초기화하는 단계와,
선택된 소자번호(j0)에서의 전체 회전각도의 투영데이터로 이루어진 사이노그램(P(n, j0))의 히스토그램(h(m))을 구하는 단계와,
상기 히스토그램(h(m))을 내림차순으로 정렬한 히스토그램(hs(ms))을 구하는 단계와,
상기 지배 화소값수의 변수(k)를 1 만큼 증가시키는 단계와,
상기 정렬한 히스토그램(hs(ms))에 대한 누적 빈도수(S)를 구하는 단계와,
상기 누적 빈도수(S)가 0.5N보다 크거나 같은 경우를 판단하는 단계와,
상기 누적 빈도수(S)가 0.5N보다 크거나 같은 경우의 지배 화소값수의 변수(k)를 선택된 소자번호(j0)에서의 지배 화소값수(H(j0))로 결정하는 단계와,
상기 선택된 소자번호(j0)에 1을 더하는 단계와,
상기 선택된 소자번호(j0)가 최대 소자번호(J)가 될 때까지 반복 루프를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법.
The method of claim 1, wherein the calculating of the number of dominant pixel values comprises:
Obtaining a vertical axis size (N) and a horizontal axis size (J) of the sinogram (P (n, j)),
Initializing the device number j 0 of the X-ray detector sensing device to 1;
Initializing the variable k of the number of dominant pixel values to 0;
Obtaining a histogram h (m) of the sinogram P (n, j 0 ) consisting of projection data of the total rotation angles at the selected device number j 0 ;
Obtaining a histogram h s (m s ) in which the histogram h (m) is arranged in descending order;
Increasing the variable k of the number of dominant pixel values by 1;
Obtaining a cumulative frequency S for the sorted histogram h s (m s ),
Determining a case where the cumulative frequency S is greater than or equal to 0.5N;
Determining the variable k of the dominant pixel value when the cumulative frequency S is greater than or equal to 0.5N as the dominant pixel value H (j 0 ) in the selected device number j 0 ;
Adding 1 to the selected device number j 0 ;
And performing a repeating loop until the selected device number (j 0 ) becomes the maximum device number (J).
제 1 항에 있어서, 상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하는 단계는,
상기 지배 화소값수를 고역통과필터에 통과시킨 필터통과신호가 음의 문턱치보다 작을 때 상기 I형 결함소자로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법.
The method of claim 1, wherein the determining of whether the sensing device is an I-type defective device comprises:
And determining the defect type I element when the filter pass signal passing the number of dominant pixel values through the high pass filter is smaller than a negative threshold.
제 3 항에 있어서, 상기 필터통과신호가 음의 문턱치보다 작은 값이 연속적으로 다수개가 출현할 경우 상기 다수개의 개수만큼 필터통과신호를 분리한 후 상기 I형 결함소자로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 CT에서의 링 아티팩트 제거방법.4. The method of claim 3, further comprising: separating the filter pass signals by the number of the plurality of filter pass signals when the filter pass signal is smaller than a negative threshold, and determining the defect type I device. Method for removing ring artifacts in x-ray CT. 엑스선 디텍터를 통하여 획득한 다수의 투영데이터로부터 사이노그램(P(n, j))을 구성하고,
상기 사이노그램(P(n, j))으로부터 상기 엑스선 디텍터의 감지소자별로 지배 화소값수를 계산하고,
상기 지배 화소값수에 따라 상기 감지소자가 I형 결함소자인지 판단하고,
상기 감지소자가 I형 결함소자인 경우 상기 I형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하고,
상기 I형 결함소자의 화소값이 보정된 사이노그램(P'(n, j))을 회전각도(n) 방향으로 합하여 얻은 합곡선(y'(j))과 상기 합곡선(y'(j))을 평활화(smoothing)시켜 만든 합곡선(ys'(j)) 사이의 차로 합곡선 오차(e(j)=y'(j)-ys'(j))를 계산하고,
상기 합곡선 오차(e(j))의 크기가 상기 엑스선 디텍터에 설정된 문턱치보다 클 경우에 상기 감지소자를 II형 결함소자로 판단하고,
상기 감지소자가 II형 결함소자인 경우 상기 II형 결함소자로부터 획득한 화소값을 보정하는 제어부를 포함하는 엑스선 씨티(CT)에서의 링 아티팩트 제거장치.
The sinogram P (n, j) is constructed from a plurality of projection data obtained through the X-ray detector,
The number of dominant pixel values is calculated for each sensing element of the X-ray detector from the sinogram P (n, j),
It is determined whether the sensing device is an I-type defective device according to the number of dominant pixel values.
If the sensing device is an I-type defective device, correct the pixel value obtained from the I-type defective device,
A compound curve y '(j) obtained by adding the sinograms P' (n, j) in which the pixel values of the I-type defect element are corrected in the rotation angle n direction, and the compound curve y '( Calculate the curve error (e (j) = y '(j) -y s ' (j)) by the difference between the curve (y s ' (j)) made by smoothing j)),
When the magnitude of the curve error e (j) is larger than the threshold set in the X-ray detector, the sensing device is determined as a type II defective device.
And a control unit for correcting a pixel value obtained from the type II defective element when the sensing element is a type II defective element.
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