KR101214397B1 - 패치인공물 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법 - Google Patents

패치인공물 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101214397B1
KR101214397B1 KR1020100116267A KR20100116267A KR101214397B1 KR 101214397 B1 KR101214397 B1 KR 101214397B1 KR 1020100116267 A KR1020100116267 A KR 1020100116267A KR 20100116267 A KR20100116267 A KR 20100116267A KR 101214397 B1 KR101214397 B1 KR 101214397B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
projection data
projection
denotes
reconstructed
Prior art date
Application number
KR1020100116267A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120054896A (ko
Inventor
진승오
장원석
허영
신기영
최재구
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020100116267A priority Critical patent/KR101214397B1/ko
Publication of KR20120054896A publication Critical patent/KR20120054896A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101214397B1 publication Critical patent/KR101214397B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5258—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving detection or reduction of artifacts or noise
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B42/00—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means
    • G03B42/02—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means using X-rays
    • G03B42/026—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means using X-rays for obtaining three-dimensional pictures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 패치인공물을 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법이 개시된다.
본 발명에 따른 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치는 회전하면서 일정 각도마다 엑스-선을 방출하는 엑스-선 소스; 상기 엑스-선 소스로부터 방출되어 인체 또는 피사체의 내부를 통과한 엑스-선 투영 데이터를 검출하는 엑스-선 검출기; 및 검출된 상기 엑스-선 투영 데이터를 기반으로 상기 인체 또는 피사체에 대한 3차원 투영 영상을 재구성하되, 검출된 상기 엑스-선 투영 데이터와 수학적 계산으로 획득한 엑스-선 투영 데이터를 조합하여 영상을 재구성하는 영상재구성 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 압축검출 방식에서 발생하는 패치인공물을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인해 적은 촬영 횟수로도 정밀한 단층영상을 얻을 수 있다.

Description

패치인공물을 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법{COMPRESSED SENSING TECHNIQUE BASED TOMOGRAPHY APPARATUS HAVING PATCH ARTIFACTS REDUCTION FUNCTION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 압출검출 방식 기반의 단층촬영 장치에 관한 것으로, 특히, 촬영한 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상 재구성하되 영상 재구성 과정에서 여과역투영 방식을 적용할 수 있도록 하는 패치인공물을 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
엑스-선(X-ray) 단층촬영 장치는 인체 또는 피사체의 내부를 비침습적으로 검사할 수 있는 매우 유용한 장치이다. 그러나, 엑스-선를 사용하기 때문에 가능한 작은 피폭량으로 우수한 화질의 영상을 얻어야 하는 문제점이 있다.
이와 같이 저선량 방사선 단층영상 촬영을 위해서 고감도의 엑스-선 검출기를 이용하거나, 불필요한 방사선 노출을 제거하기 위한 단일파장 엑스-선 소스에 대한 연구와 개발이 매우 활발하다. 그러나 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)와 나이퀴스트 샘플링(Nyquist-Shannon sampling) 이론에 의하여 측정하고자 하는 정보량보다 2배 이상 많은 데이터 측정이 필요하다는 것이 샘플링 이론의 핵심이 되어왔다.
그러나 최근의 혁신적인 연구결과에 따르면, 측정하고자 하는 대상물의 정보의 총변화량(Total Variation; TV)이 작은 경우라고 하며, 몇 가지 수학적인 제약을 통하여 보다 작은 데이터 측정으로 부터 보다 정확한 데이터 복원이 가능하다는 이론이 제기되었다. 이와 같은 방식을 압축검출(compressed sensing)이라고 하는데, 이 이론에 따르면, 의료영상의 대상체인 인체와 같이, 그 단면 영상의 정보의 변화가 급격하지 않은 경우, 즉, 총체적인 변화가 완만한 경우, 매우 작은 횟수의 엑스-선 촬영데이터에 이 압축검출 방법을 적용하여, 매우 정확한 단층영상을 재구성할 수 있다는 것이다.
그러나 이론적인 상황과는 달리, 실제적인 적용에서는 이론에 비해 상당히 많은 오차를 갖게 된다는 사실이 많은 연구결과에서 제기되었으며, 2009년 Tang의 연구결과에서 압축검출을 적용한 영상재구성 방법에서, 인접하고 있는 비슷한 유형의 영상 데이터들이 서로 연결되는 현상이 발생하는 것을 확인하였으며, 이러한 현상을 패치인공물(patch artifacts)라고 정의하였다.
따라서 이러한 패치인공물을 적절히 제거함으로써, 압축검출형 영상재구성 기술분야에서 보다 작은 횟수의 적은 엑스-선 피폭으로부터, 보다 정밀한 단층영상을 획득할 수 있게 됨으로 패치인공물 제거기술은 매우 중요하다고 할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 촬영한 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상 재구성하되, 영상 재구성 과정에서 여과역투영 방식을 적용할 수 있도록 하는 패치인공물을 저감하기 위한 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
이를 위하여, 본 발명의 다른 한 관점에 따른 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치는 회전하면서 일정 각도마다 엑스-선을 방출하는 엑스-선 소스; 상기 엑스-선 소스로부터 방출되어 인체 또는 피사체의 내부를 통과한 엑스-선 투영 데이터를 검출하는 엑스-선 검출기; 및 검출된 상기 엑스-선 투영 데이터를 기반으로 상기 인체 또는 피사체에 대한 3차원 투영 영상을 재구성하되, 검출된 상기 엑스-선 투영 데이터와 수학적 계산으로 획득한 엑스-선 투영 데이터를 조합하여 영상을 재구성하는 영상재구성 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
필요에 따라, 상기 엑스-선 검출기는 라인 단위의 엑스-선 투영 데이터를 검출할 수 있는 라인 검출기인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 영상재구성 단말기는 검출된 상기 엑스-선 투영 데이터를 기반으로 압축검출 방식으로 영상을 재구성하고, 상기 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 패치인공물이 존재한다고 판단되면, 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하며, 획득한 상기 투영 데이터와 상기 엑스-선 검출기를 통해 검출한 상기 투영 데이터를 조합하고 조합한 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식을 이용하여 영상을 재구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 영상재구성 단말기는 다음의 수학식
Figure 112010076153726-pat00001
을 이용하는 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 한다.
필요에 따라, 상기 영상재구성 단말기는 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 대한 총 변화량을 측정하여 그 측정된 총 변화량이 기대 총 변화량의 90% 이하인 경우 상기 패치인공물이 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 한 관점에 따른 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치는 수집된 라인 단위의 투영 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상을 재구성하는 제1 영상재구성부; 상기 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 패치인공물이 존재하는지를 판단하는 판단부; 상기 패치인공물이 존재한다고 판단되면, 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하는 데이터 획득부; 획득한 상기 투영 데이터와 수집한 상기 투영 데이터를 조합하여 하나의 조합된 상기 투영 데이터를 생성하는 조합부; 및 조합된 상기 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식을 이용하여 영상을 재구성하는 제2 영상재구성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1 영상재구성부는 수집한 투영 데이터를 기반으로 ART 또는 SART 방식으로 영상을 재구성하고, 상기 ART 또는 SART 방식으로 재구성된 영상을 gradient descent 또는 steepest descent 방식으로 재구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1 영상재구성부는 ART 또는 SART 방식의 다음의 수학식
Figure 112010076153726-pat00002
을 이용하여 영상을 재구성하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1 영상재구성부는 gradient descent 또는 steepest descent 방식에 따라, f에 대한 소정의 함수 |ψf|가 최소가 되도록(min) 영상을 재구성할 수 있다.
필요에 따라, 상기 판단부는 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 대한 총 변화량을 측정하여 그 측정된 총 변화량이 기대 총 변화량의 90% 이하인 경우 상기 패치인공물이 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 데이터 획득부는 다음의 수학식
Figure 112010076153726-pat00004
을 이용하는 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2 영상재구성부는 조합된 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식의 다음의 수학식
Figure 112010076153726-pat00005
을 이용하여 영상을 재구성하고, 여기서, 상기 N은 총 투영 횟수 또는 촬영 횟수를 나타내고, 상기 R은 엑스-선 소스에서 엑스-선 검출기의 중심까지의 거리를 나타내며, 상기 βn은 투영각도를 나타내며, 상기 α(x, y, βn)는 검출기의 위치를 나타내며, 상기 U는 가중함수를 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 한 관점에 따른 압축검출 방식 기반의 단층촬영 방법은 (a) 수집된 라인 단위의 투영 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상을 재구성하는 단계; (b) 상기 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 패치인공물이 존재하는지를 판단하는 단계; (c) 상기 패치인공물이 존재한다고 판단되면, 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하는 단계; (d) 획득한 상기 투영 데이터와 수집한 상기 투영 데이터를 조합하여 하나의 조합된 상기 투영 데이터를 생성하는 단계; 및 (e) 조합된 상기 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식을 이용하여 영상을 재구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계는 수집한 투영 데이터를 기반으로 ART 또는 SART 방식으로 영상을 재구성하고, 상기 ART 또는 SART 방식으로 재구성된 영상을 gradient descent 또는 steepest descent 방식으로 재구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계는 ART 또는 SART 방식의 다음의 수학식
Figure 112010076153726-pat00006
을 이용하여 영상을 재구성하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (a) 단계는 gradient descent 또는 steepest descent 방식에 따라, f에 대한 소정의 함수 |ψf|가 최소가 되도록(min) 영상을 재구성할 수 있다.
필요에 따라, 상기 (b) 단계는 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 대한 총 변화량을 측정하여 그 측정된 총 변화량이 기대 총 변화량의 90% 이하인 경우 상기 패치인공물이 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (c) 단계는 다음의 수학식
Figure 112010076153726-pat00008
을 이용하는 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (e) 단계는 조합된 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식의 다음의 수학식
Figure 112010076153726-pat00009
을 이용하여 영상을 재구성하고, 여기서, 상기 N은 총 투영 횟수 또는 촬영 횟수를 나타내고, 상기 R은 엑스-선 소스에서 엑스-선 검출기의 중심까지의 거리를 나타내며, 상기 βn은 투영각도를 나타내며, 상기 α(x, y, βn)는 검출기의 위치를 나타내며, 상기 U는 가중함수를 나타내는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 촬영한 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상 재구성하되, 영상 재구성 과정에서 여과역투영 방식을 적용함으로써, 압축검출 방식에서 발생하는 패치인공물을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 압축검출 방식에서 발생하는 패치인공물을 제거할 수 있기 때문에, 적은 촬영 횟수로도 정밀한 단층영상을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영 장치의 개략적인 구성을 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로그램 코드를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패치인공물을 제거하는 방법을 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 영상재구성의 결과를 나태는 예시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 영상재구성 단말기(300)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 패치인공물을 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명은 촬영한 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상을 재구성하되, 그 영상 재구성 과정에서 여과역투영 방식을 일부 적용하여 압축검출 방식에서 발생하는 패치인공물(patch artifacts)을 효과적으로 제거할 수 있는 방안을 제안한다.
이때, 압축검출 방식을 적용한 영상 재구성 과정에서 인접하고 있는 비슷한 유형의 영상 데이터들이 서로 연결되는 현상이 발생하는데, 이러한 현상을 패치인공물이라고 정의할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영 장치의 개략적인 구성을 나타내는 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 단층촬영 장치는 엑스-선 소스(100), 엑스-선 검출기(200), 및 영상재구성 단말기(300) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
진단하고자 하는 인체 또는 피사체의 내부에 엑스-선 튜브(X-ray tube) 또는 엑스-선 소스(100)를 통해 엑스-선을 방출할 수 있다.
엑스-선 검출기(200)는 엑스-선 소스(100)로부터 방출되어 인체 또는 피사체의 내부를 통과한 엑스-선 투영 데이터를 검출하되, 엑스-선 소스(100)와 동일 직선상에 위치하여 여러 각도로 촬영한 X-선 투영 데이터를 검출할 수 있다.
이때, 엑스-선 검출기(200)는 라인 단위로 투영 데이터를 검출 할 수 있는 라인 검출기, 및 평판형 검출기(Flat Panel Detector; FPD) 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
영상재구성 단말기(300)는 이렇게 검출된 X-선 투영 데이터를 기반으로 인체 또는 피사체에 대한 3차원 투영 영상을 재구성할 수 있다. 이때, 영상재구성 단말기(300)는 생성된 투영 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상을 재구성하되, 그 재구성 과정에서 여과역투영 방식을 적용하여 압축검출 방식에서 발생하는 패치인공물을 제거할 수 있다. 이를 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로그램 코드를 나타내는 예시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 라인 3 내지 11에서 압축 검출 방식으로 영상을 재구성하는 것을 보여주고 있는데, 라인 3 내지 5에서는 ART(Algebraic Reconstruction Technique) 방식으로 영상을 재구성하고, 라인 6내지 11에서는 gradient descent 또는 steepest descent 방식으로 영상을 재구성하게 된다.
그리고나서 라인 12내지 21에서 재구성된 영상에 패인인공물이 포함되면, 여과투영 방식을 적용하여 수학적 계산으로 그 패치인공물을 감소시키는 것을 보여주고 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패치인공물을 제거하는 방법을 나타내는 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상재구성 단말기는 전체 360도를 일정 각도마다 촬영하여 투영 데이터를 검출할 수 있다(a). 예컨대, 영상재구성 단말기는 1도마다 촬영하게 되면 360개의 라인 단위의 투영 데이터를 검출할 수 있다.
다음으로, 영상재구성 단말기는 이렇게 검출된 라인 단위의 투영 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상을 재구성할 수 있다. 즉, 영상재구성 단말기는 ART 또는 SART 방식으로 영상을 재구성할 수 있는데(b), 다음의 [수학식 1]을 이용하게 된다.
[수학식 1]
Figure 112010076153726-pat00010
여기서, P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스(system matrix)를 나타내고, f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 g는 n번째 투영 데이터를 나타낼 수 있다.
그리고 영상재구성 단말기는 ART 방식으로 재구성된 영상을 gradient descent 또는 steepest descent 방식으로 재구성할 수 있는데(c), 다음의 [수학식 2]를 이용하게 된다.
[수학식 2]
Figure 112010076153726-pat00011
영상재구성 단말기는 이러한 ART 방식과 gradient descent 방식을 일정 횟수 반복적으로 수행하여 보다 선명한 영상을 재구성할 수 있다. 여기서 ART(Algebraic Reconstruction Technique) 방식 또는 SART(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique) 방식, 및 gradient descent 또는 steepest descent 방식을 반복 수행하는 일정 횟수는 200회 이상인 것이 바람직하며, 이에 따라 영상재구성 단말기는 [수학식 2]와 같이 f에 대한 소정의 함수 |ψf|(예, f에서 일정 변수값을 빼주는 식 ψf(도 2의 f-α×τ×ｄ참조)에 대한 절대값)가 최소가 되도록(min) 영상을 재구성할 수 있다('1'은 1회 이상 계산을 수행하는 것을 의미함.)(도 2의 라인 6 내지 11 참조).
다음으로, 영상재구성 단말기는 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 패치인공물이 존재하는지를 판단할 수 있다(d). 이때, 영상재구성 단말기는 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 대한 총 변화량(Total Variation; TV)을 측정하여 그 측정된 총 변화량이 기대 총 변화량보다 급격히 작아지는 경우 패치인공물이 존재한다고 판단하게 된다.
예컨대, 영상재구성 단말기는 900회를 반복하여 재구성된 영상에 대한 총 변화량의 일정 수준 즉, 90% 이하인 경우에는 패치인공물이 존재한다고 판단하게 된다.
이때, 통상적으로 20회 이상을 반복하게 되면 패치인공물이 발생하게 된다.
영상재구성 단말기는 패치인공물이 존재한다고 판단되면, 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득할 수 있다(e). 예컨대, 영상재구성 단말기는 2도마다 촬영하여 180개의 라인 단위의 투영 데이터를 검출하는 경우에 각 n번째와 n+1번째 투영 데이터 사이에서 수학적으로 일정 개수의 투영 데이터를 획득하게 된다.
이때, 영상재구성 단말기는 앞에서 설명한 gradient descent 또는 steepest descent 방식의 [수학식 1]을 이용하여 투영 데이터를 획득할 수 있다.
다음으로, 영상재구성 단말기는 이렇게 획득한 투영 데이터와 엑스-선 검출기를 통해 검출한 투영 데이터를 조합하여 하나의 조합된 투영 데이터를 생성할 수 있다(f).
즉, 본 발명에 따른 영상재구성 단말기는 저선량으로 보다 선명한 영상을 재구성하기 위하여 적은 촬영 횟수로 촬영한 투영 데이터에 수학적 계산으로 획득한 투영 데이터를 조합하게 된다.
다음으로, 영상재구성 단말기는 조합된 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식을 이용하여 영상을 재구성할 수 있는데(f), 다음의 [수학식 3]을 이용하게 된다.
[수학식 3]
Figure 112010076153726-pat00012
여기서, N은 총 투영 횟수 또는 촬영 횟수를 나타내고, R은 엑스-선 소스에서 엑스-선 검출기의 중심까지의 거리를 나타내며, βn은 투영각도를 나타내며, α(x, y, βn)는 검출기의 위치를 나타내며, U는 가중함수를 나타낼 수 있다.
또한, 검출기의 위치 α(x, y, βn)은 다음의 [수학식 4]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112010076153726-pat00013
또한, 가중함수 U는 다음의 [수학식 5]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112010076153726-pat00014
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 영상재구성의 결과를 나태는 예시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 그림 (a)에서는 본 발명에 따른 방식을 이용하여 180회를 촬영한 투영 데이터를 이용하여 영상재구성한 결과를 보여주고 있다.
그리고 그림 (b)에서는 900회를 촬영한 투영 데이터를 이용하여 여과역투영 방식으로 영상재구성한 결과를 보여주고, 그림 (c)에서는 180회를 촬영한 투영 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상재구성한 결과를 보여주며, 그림 (d)에서는 180회를 촬영한 투영 데이터를 이용하여 여과역투영 방식으로 영상재구성한 결과를 보여주고 있다.
이를 살펴보면, 그림 (d)에서의 영상은 매우 거칠고 잡음이 심하여 상당한 진단 오류를 발생시킬 수 있고, 그림 (c)에서의 영상은 상대적으로 지나치게 잡음이 완화되어 패치인공물이 많이 포함되어 있는 것을 볼 수 있다.
그림(a)에서의 영상은 180회의 적은 촬영 횟수에도 볼구하고 그림 (b)에서의 900회 촬영 횟수에 매우 근접한 결과를 보여주고 있다. 특히, 그림 (a)에서의 영상은 그림 (c)에서 나타난 패치인공물이 많이 제거되었음을 보여주고 있다.
도 5는 도 1에 도시된 영상재구성 단말기(300)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상재구성 단말기(300)는 데이터 수집부(310), 제1 영상재구성부(320), 판단부(330), 데이터 획득부(340), 조합부(350), 및 제2 영상재구성부(360) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
데이터 수집부(310)는 일정 각도마다 촬영하여 투영 데이터를 수집하고, 제1 영상재구성부(320)는 수집된 라인 단위의 투영 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상을 재구성할 수 있다.
이때, 제1 영상재구성부(320)는 ART 또는 SART 방식으로 영상을 재구성한 후에 ART 또는 SART 방식으로 재구성된 영상을 gradient descent 또는 steepest descent 방식으로 재구성함으로써, 압축검출 방식으로 영상을 재구성하게 된다.
판단부(330)는 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 패치인공물이 존재하는지를 판단할 수 있다.
데이터 획득부(340)는 패치인공물이 존재한다고 판단되면, 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하고, 조합부(350)는 획득한 투영 데이터와 엑스-선 검출기를 통해 검출한 투영 데이터를 조합하여 하나의 조합된 투영 데이터를 생성할 수 있다.
제2 영상재구성부(360)는 조합된 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식을 이용하여 영상을 재구성할 수 있다.
이처럼, 본 발명은 촬영한 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상 재구성하되, 영상 재구성 과정에서 여과역투영 방식을 적용함으로써, 압축검출 방식에서 발생하는 패치인공물을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인해 적은 촬영 횟수로도 정밀한 단층영상을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의한, 패치인공물을 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
100: 엑스-선 소스
200: 엑스-선 검출기
300: 영상재구성 단말기
310: 데이터 수집부
320: 제1 영상재구성부
330: 판단부
340: 데이터 획득부
350: 조합부
360: 제2 영상재구성부

Claims (19)

  1. 회전하면서 일정 각도마다 엑스-선을 방출하는 엑스-선 소스;
    상기 엑스-선 소스로부터 방출되어 인체 또는 피사체의 내부를 통과한 엑스-선 투영 데이터를 검출하는 엑스-선 검출기; 및
    검출된 상기 엑스-선 투영 데이터를 기반으로 상기 인체 또는 피사체에 대한 3차원 투영 영상을 재구성하되, 검출된 상기 엑스-선 투영 데이터 및 재구성한 영상을 이용해 획득한 투영 데이터를 조합하여 영상을 재구성하는 영상재구성 단말기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 엑스-선 검출기는,
    라인 단위의 엑스-선 투영 데이터를 검출할 수 있는 라인 검출기 또는 평판형 검출기(Flat Panel Detector)인 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 영상재구성 단말기는,
    검출된 상기 엑스-선 투영 데이터를 기반으로 압축검출 방식으로 영상을 재구성하고,
    상기 압축검출 방식으로 재구성된 영상에 패치인공물이 존재한다고 판단되면, 해당 투영 데이터를 획득하며,
    획득한 상기 투영 데이터와 상기 엑스-선 검출기를 통해 검출한 상기 투영 데이터를 조합하고 조합한 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식을 이용하여 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 영상재구성 단말기는,
    다음의 수학식
    Figure 112010076153726-pat00015
    을 이용하는 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 영상재구성 단말기는,
    압축검출 방식으로 재구성된 영상에 대한 총 변화량을 측정하여 그 측정된 총 변화량이 기대 총 변화량의 90% 이하인 경우 패치인공물이 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  6. 수집된 라인 단위의 투영 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상을 재구성하는 제1 영상재구성부;
    상기 압축검출 방식으로 재구성한 영상에 패치인공물이 존재하는지를 판단하는 판단부;
    상기 패치인공물이 존재한다고 판단되면, 재구성한 영상을 이용해 투영 데이터를 획득하는 데이터 획득부;
    획득한 상기 투영 데이터와 수집한 상기 투영 데이터를 조합하여 하나의 조합된 상기 투영 데이터를 생성하는 조합부; 및
    조합된 상기 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식을 이용하여 영상을 재구성하는 제2 영상재구성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 영상재구성부는,
    수집한 투영 데이터를 기반으로 ART 또는 SART 방식으로 영상을 재구성하고,
    상기 ART 또는 SART 방식으로 재구성된 영상을 gradient descent 또는 steepest descent 방식으로 재구성하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 영상재구성부는,
    ART 또는 SART 방식의 다음의 수학식
    Figure 112010076153726-pat00016
    을 이용하여 영상을 재구성하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 영상재구성부는,
    gradient descent 또는 steepest descent 방식에 따라 상기 재구성된 영상 f에 대한 소정의 함수가 최소가 되도록 하여 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 판단부는,
    압축검출 방식으로 재구성된 영상에 대한 총 변화량을 측정하여 그 측정된 총 변화량이 기대 총 변화량의 90% 이하인 경우 패치인공물이 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 데이터 획득부는,
    다음의 수학식
    Figure 112010076153726-pat00018
    을 이용하는 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  12. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 영상재구성부는,
    조합된 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식의 다음의 수학식
    Figure 112010076153726-pat00019
    을 이용하여 영상을 재구성하고, 여기서, 상기 N은 총 투영 횟수 또는 촬영 횟수를 나타내고, 상기 R은 엑스-선 소스에서 엑스-선 검출기의 중심까지의 거리를 나타내며, 상기 βn은 투영각도를 나타내며, 상기 α(x, y, βn)는 검출기의 위치를 나타내며, 상기 U는 가중함수를 나타내는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 장치.
  13. (a) 수집된 라인 단위의 투영 데이터를 이용하여 압축검출 방식으로 영상을 재구성하는 단계;
    (b) 상기 압축검출 방식으로 재구성한 영상에 패치인공물이 존재하는지를 판단하는 단계;
    (c) 상기 패치인공물이 존재한다고 판단되면, 재구성한 영상을 이용해 투영 데이터를 획득하는 단계;
    (d) 획득한 상기 투영 데이터와 수집한 상기 투영 데이터를 조합하여 하나의 조합된 상기 투영 데이터를 생성하는 단계; 및
    (e) 조합된 상기 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식을 이용하여 영상을 재구성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    수집한 투영 데이터를 기반으로 ART 또는 SART 방식으로 영상을 재구성하고,
    상기 ART 또는 SART 방식으로 재구성된 영상을 gradient descent 또는 steepest descent 방식으로 재구성하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    ART 또는 SART 방식의 다음의 수학식
    Figure 112010076153726-pat00020
    을 이용하여 영상을 재구성하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    gradient descent 또는 steepest descent 방식에 따라 상기 재구성된 영상 f에 대한 소정의 함수가 최소가 되도록 하여 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 방법.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    압축검출 방식으로 재구성된 영상에 대한 총 변화량을 측정하여 그 측정된 총 변화량이 기대 총 변화량의 90% 이하인 경우 패치인공물이 존재한다고 판단하는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 방법.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    다음의 수학식
    Figure 112010076153726-pat00022
    을 이용하는 수학적 계산으로 투영 데이터를 획득하고, 여기서, 상기 P는 n번째 투영을 위한 시스템 매트릭스를 나타내고, 상기 f는 재구성된 영상을 나타내며, 그리고 상기 g는 n번째 투영 데이터를 나타내는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 방법.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    조합된 투영 데이터를 기반으로 여과역투영 방식의 다음의 수학식
    Figure 112010076153726-pat00023
    을 이용하여 영상을 재구성하고, 여기서, 상기 N은 총 투영 횟수 또는 촬영 횟수를 나타내고, 상기 R은 엑스-선 소스에서 엑스-선 검출기의 중심까지의 거리를 나타내며, 상기 βn은 투영각도를 나타내며, 상기 α(x, y, βn)는 검출기의 위치를 나타내며, 상기 U는 가중함수를 나타내는 것을 특징으로 하는 압축검출 방식 기반의 단층촬영 방법.
KR1020100116267A 2010-11-22 2010-11-22 패치인공물 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법 KR101214397B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100116267A KR101214397B1 (ko) 2010-11-22 2010-11-22 패치인공물 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100116267A KR101214397B1 (ko) 2010-11-22 2010-11-22 패치인공물 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120054896A KR20120054896A (ko) 2012-05-31
KR101214397B1 true KR101214397B1 (ko) 2013-01-09

Family

ID=46270564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100116267A KR101214397B1 (ko) 2010-11-22 2010-11-22 패치인공물 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101214397B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040240719A1 (en) 2003-05-09 2004-12-02 Achim Gruebnau Method for producing images in spiral computed tomography, and a spiral CT unit
KR20050042736A (ko) * 2003-11-04 2005-05-10 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨 Ｘ선 ｃｔ 시스템 및 ｘ선 ｃｔ 화상 생성 방법
KR20070050853A (ko) * 2005-11-11 2007-05-16 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨 Ｘ선 ｃｔ 촬상 방법 및 ｘ선 ｃｔ 장치
KR20070066972A (ko) * 2005-12-21 2007-06-27 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨 Ｘ선 감쇠 보정 방법, 화상 생성 장치, ｘ선 ｃｔ 장치 및화상 생성 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040240719A1 (en) 2003-05-09 2004-12-02 Achim Gruebnau Method for producing images in spiral computed tomography, and a spiral CT unit
KR20050042736A (ko) * 2003-11-04 2005-05-10 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨 Ｘ선 ｃｔ 시스템 및 ｘ선 ｃｔ 화상 생성 방법
KR20070050853A (ko) * 2005-11-11 2007-05-16 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨 Ｘ선 ｃｔ 촬상 방법 및 ｘ선 ｃｔ 장치
KR20070066972A (ko) * 2005-12-21 2007-06-27 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨 Ｘ선 감쇠 보정 방법, 화상 생성 장치, ｘ선 ｃｔ 장치 및화상 생성 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120054896A (ko) 2012-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2041606B1 (en) Energy spectrum reconstruction
JP5180181B2 (ja) コンピュータ断層撮影データ収集装置及び方法
US7396162B1 (en) Scatter correction for CT method and apparatus
JP5582514B2 (ja) Ｘ線ｃｔ装置
CN102113020B (zh) 用于谱x射线成像的系统和方法
JP2004174249A (ja) ボリューム灌流を計算するための方法及び装置
US9532755B2 (en) X-ray computed tomographic imaging apparatus and method for same
JP2010501856A (ja) 動きアーティファクト画像についてのアーティファクト補正
JP6348108B2 (ja) 画像処理装置、放射線撮影装置および画像処理方法
KR20190085740A (ko) 단층 촬영 장치, 그 제어 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품
JP5823208B2 (ja) Ｘ線コンピュータ断層撮影装置
US20180103930A1 (en) Method and apparatus for processing medical image
EP2490180B1 (en) Medical image processing apparatus and medical image imaging method
JPH0720245A (ja) ポジトロンｃｔ装置
KR20190079371A (ko) 조영제를 주입하여 컴퓨터 단층 촬영하는 방법 및 장치
US9858688B2 (en) Methods and systems for computed tomography motion compensation
JP6545864B2 (ja) 断層撮影システム及びその方法
JP2022113115A (ja) ビームハードニング補正方法、ｘ線ｃｔ装置及びビームハードニング補正プログラム
JP2009112816A (ja) コンピュータ断層撮影装置、再構成方法および記録媒体
JP4703221B2 (ja) Ｘ線ｃｔ装置
KR101214397B1 (ko) 패치인공물 저감기능을 갖는 압축검출 방식 기반 단층촬영 장치 및 그 방법
US10363002B2 (en) X-ray CT image reconstruction device, X-ray CT image reconstruction method, and X-ray CT apparatus
Chen et al. Impact of subtraction and reconstruction strategies on dual-energy contrast enhanced breast tomosynthesis with interleaved acquisition
Yoon et al. Analysis of lung nodule detectability and anatomical clutter in tomosynthesis imaging of the chest
KR100857030B1 (ko) 고해상도의 ｘ선 단층 영상을 획득하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151215

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161215

Year of fee payment: 5