KR101284986B1 - Method and apparatus for reconstructing high-resolution tomosynthesis - Google Patents
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Abstract
본 발명은 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 제한된 촬영 각도 범위 내에서 대상 물체의 관심 영역으로 엑스선을 조사하여 적은 엑스선 조사량으로 대상 물체의 관심 영역에 대한 고해상도 토모신세시스 단면 영상을 획득할 수 있는 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고해상도 토모신세시스 영상 재구성 장치는 제한된 촬영 각도 범위 내에서 대상 물체의 국부 관심 영역으로 엑스선을 조사함으로써, 적은 엑스선 조사량으로 대상 물체의 관심 영역에 대한 고해상도 단면 영상을 획득할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 고해상도 토모신세시스 영상 재구성 장치는 대상 물체의 국부 관심 영역의 토모신세시스 투영 데이터에서 외부 영역의 투영 데이터 성분을 차감하여 고해상도의 관심 영역에 대한 토모신세시스 단면 영상을 생성함으로써, 관심 영역의 대조도와 화질을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a method and apparatus for reconstructing a tomosynthesis cross-sectional image, and more particularly, to high-resolution tomosinesis of a region of interest of a target object with a small amount of X-rays by radiating X-rays to a region of interest of the target object within a limited photographing angle range. The present invention relates to a method and apparatus for reconstructing a tomosynthesis cross-sectional image capable of obtaining a cross-sectional image.
The high resolution tomoxy synthsis image reconstructing apparatus according to the present invention can obtain a high resolution cross-sectional image of a region of interest of a target object by irradiating X-rays to a local region of interest of the target object within a limited photographing angle range. In addition, the high resolution toxin synthsis image reconstruction apparatus according to the present invention subtracts the projection data component of the external region from the toxin synthesis projection data of the local region of interest of the target object to generate a tomography image of a high resolution region of interest, thereby generating Contrast and image quality can be improved.
Description
본 발명은 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 제한된 촬영 각도 범위 내에서 대상 물체의 관심 영역으로 엑스선을 조사하여 적은 엑스선 조사량으로 대상 물체의 관심 영역에 대한 고해상도 토모신세시스 단면 영상을 획득할 수 있는 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for reconstructing a tomosynthesis cross-sectional image, and more particularly, to high-resolution tomosinesis of a region of interest of a target object with a small amount of X-rays by irradiating X-rays to a region of interest of the target object within a limited photographing angle range. The present invention relates to a method and apparatus for reconstructing a tomosynthesis cross-sectional image capable of obtaining a cross-sectional image.
엑스선 촬영 장치(x-ray radiography)는 엑스선이 임의의 물체를 통과할 때 엑스선이 통과하는 대상 물체의 물리적 성질과 거리에 따라 엑스선의 세기가 감소하는 특성을 이용하여 대상 물체의 투영 데이터(projection data)를 획득하고 영상화하는 장치이다. 예를 들어, 사람을 대상으로 엑스선을 조사하는 경우, 생체 조직의 종류 및 특성에 따라 엑스선 감쇠 계수(attenuation coefficient)가 서로 상이한 것을 이용하여 신체 내부의 투영 영상을 획득할 수 있다. X-ray radiography (projection data) of the target object using the characteristic that the intensity of the X-rays decreases depending on the physical properties and the distance of the target object through which the X-ray passes when the X-ray passes through any object ) Is a device for acquiring and imaging. For example, when X-rays are irradiated to humans, projection images of the inside of the body may be obtained by using different X-ray attenuation coefficients according to types and characteristics of biological tissues.
엑스선의 세기가 대상 물체의 물리적 성질과 투과 거리에 따라 변화하는 성질을 나타낸 법칙을 Lambert-Beers 법칙이라고 하며 아래의 수학식(1)로 표현된다.The law of changing the intensity of X-rays according to the physical properties and the transmission distance of the object is called Lambert-Beers law and is expressed by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
여기서 는 I0 는 초기 엑스선의 세기이며, μ 는 대상 물체 고유의 엑스선 감쇠 계수, L 은 엑스선이 통과하는 대상 물체의 길이이다. 수학식(1)은 초기의 엑스선이 I0 의 세기로 조사되었을 때 투과되는 대상 물체의 감쇠 계수가 거리에 따라서 감쇠되는 관계를 나타낸다. 수학식(1)은 대상 물체가 동일한 물질로 이루어져 있을 경우이고, 대상 물체가 여러 가지 물질로 구성되어 있는 경우 대상 물체를 통과한 엑스선의 세기는 아래의 수학식(2)와 같이 표현된다.Where I 0 is the intensity of the initial X-ray, μ is the inherent X-ray attenuation coefficient, and L is the length of the object through which the X-rays pass. Equation (1) shows the relationship that the attenuation coefficient of the object to be transmitted is attenuated with distance when the initial X-rays are irradiated with an intensity of I 0 . Equation (1) is a case in which the object is made of the same material, and when the object is made of various materials, the intensity of X-rays passing through the object is expressed as in Equation (2) below.
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서 s는 엑스선이 대상 물체를 지나가는 경로를 나타내고, 엑스선 감쇠 계수 μ(s)는 대상 물체의 위치마다 다르므로 경로의 함수가 된다.Here, s represents a path through which the X-rays pass through the target object, and the X-ray attenuation coefficient μ (s) is a function of the path since the position of the target object varies for each position.
그러나 엑스선 촬영 장치를 통해 획득한 대상 물체의 투영 영상은 엑스선이 대상 물체의 내부를 통과하면서 누적된 최종 엑스선 세기에 기초하여 계산된 것으로, 대상 물체의 내부 정보를 포함하고 있지만 3차원의 대상 물체에 대한 정보를 2차원 영상으로 투영하여 대상 물체의 내부 구성물이 서로 중첩되며 특히 성질이 유사한 물질들은 서로 대조도가 높지 않아 대상 물체 내부를 정확하게 판단하기 곤란하다는 문제점을 가진다.However, the projection image of the target object acquired by the X-ray imaging apparatus is calculated based on the final X-ray intensity accumulated as the X-ray passes through the inside of the target object, and includes the internal information of the target object, Projecting the information on a two-dimensional image, the internal components of the object overlap each other, and particularly similar materials have a problem in that it is difficult to accurately determine the inside of the object because of high contrast.
엑스선 촬영 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 시티(Computed Tomography, CT) 또는 토모신세시스(Tomosynthesis) 등과 같은 엑스선 단면 영상 촬영 기법들이 개발되었다. 일반적으로 많이 알려져 있는 시티는 촬영하고자 하는 대상 물체를 회전 중심으로 하여 엑스선 발생기와 엑스선 검출기가 짝을 이루어 원형궤도를 따라 360도 회전 이동하면서 획득한 대상 물체의 수백 장의 투영 데이터를 재구성하여 대상 물체의 단면 영상을 재구성(reconstruction)한다. 여기서 단면 영상을 재구성한다는 것은 엑스선이 대상 물체의 단면을 투과할 때 물체의 종류에 따라 갖는 고유한 감쇠율을 각 위치별로 정량적으로 계산하여 영상으로 보여주는 것이다. In order to solve the problem of the X-ray imaging apparatus, X-ray cross-sectional imaging techniques such as computed tomography (CT) or tomosynthesis have been developed. The city, which is generally known, is composed of hundreds of projection data of the target object obtained by rotating the 360-degree along the circular orbit by pairing the X-ray generator and the X-ray detector with the rotation target as the center of rotation. Reconstruct the cross-sectional image. Here, reconstructing the cross-sectional image means that the X-rays transmit the cross-section of the target object in a quantitative manner to calculate the unique attenuation rate according to the type of the object and show it as an image.
한편, 토모신세시스는 엑스선 발생기와 엑스선 검출기가 촬영하고자 하는 대상 물체를 사이에 두고 평행한 평면 내에서 혹은 원호 궤도 내에서 통상적으로 20도 내지 60도의 제한된 촬영 각도(scan angle)로 회전 이동하면서 획득한 수십 장의 투영 데이터를 재구성하여 대상 물체의 단면 영상을 재구성한다. 이하 토모신세시스의 통상적인 촬영 각도인 20도 내지 60도의 제한된 촬영 각도 범위를 제1 촬영 각도 범위라 언급하고 시티의 통상적인 촬영 각도인 180 내지 360도의 촬영 각도 범위를 제2 촬영 각도 범위라 언급한다. 또한 이하 시티에 의해 획득한 투영 데이터를 시티 투영 데이터라 언급하며 토모신세시스에 의해 획득한 투영 데이터를 토모신세시스 투영 데이터라 언급한다. On the other hand, tomosynthesis is obtained by rotating the X-ray generator and the X-ray detector at a limited scan angle of typically 20 to 60 degrees in a parallel plane or in an arc orbit with the target object to be photographed therebetween. Dozens of projection data are reconstructed to reconstruct the cross-sectional image of the target object. Hereinafter, a limited shooting angle range of 20 to 60 degrees, which is a conventional shooting angle of Tomosynthesis, is referred to as a first shooting angle range, and a shooting angle range of 180 to 360 degrees, which is a typical shooting angle of a city, is referred to as a second shooting angle range. . In addition, hereinafter, projection data acquired by the city is referred to as city projection data, and projection data obtained by Tomosynthesis is referred to as tomosynthesis projection data.
도 1을 참고로 시티에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 일정거리 이격되어 마주보도록 배치되어 있는 엑스선 발생기(10)와 엑스선 검출기(20)를 대상 물체(11)를 중심으로 360도 촬영 각도범위로 회전시키면서 일정한 각도 간격으로 엑스선 발생기(10)에서 조사되어 대상 물체(11)를 통과한 엑스선을 엑스선 검출기에서 검출하여 대상 물체(11)의 시티 투영 데이터를 획득하고, 다시 시티 투영 데이터를 재구성하여 대상 물체(11)의 시티 단면 영상을 획득한다. 시티 투영 데이터로 대상 물체의 시티 단면 영상을 만들어 내는 가장 일반적인 방법은 역투영법(back projection)으로 역투영법에 의한 영상 재구성 방식과 관련된 수학식은 아래의 수학식(3)과 수학식(4)와 같다.Looking at the city in more detail with reference to Figure 1, while rotating the
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서 θ와 t는 시티 투영 데이터를 얻는 기하학적인 조건으로 각각 회전각과 엑스선 검출기(20)의 길이 방향의 좌표를 나타내고, tm은 검출기(20)의 전체 길이이다. Pθ(t)는 θ 방향으로 얻어진 시티 투영 데이터이다. 함수h(xcosθ+ysinθ-t)는 역투영 필터링 함수를 나타낸 것으로 Ram-Lak, Shepp-Logan 필터 등이 일반적으로 많이 사용된다. 이러한 역투영 과정의 계산을 통하여 구하고자 하는 함수는 엑스선이 대상 물체를 통과할 때 얼마나 감쇠되었는지를 나타내는 것으로 대상 물체의 각 위치 (x, y)에서의 감쇠율이며, 얻고자 하는 대상 물체의 시티 단면 영상을 의미한다.
Here, θ and t represent the coordinates of the rotation angle and the longitudinal direction of the
토모신세시스는 20도 내지 60도의 제한된 촬영 각도 범위 내에서 획득한 투영 데이터로부터 대상 물체의 단면 영상을 재구성하기 때문에 시티의 360도의 촬영 각도 범위에서 촬영한 수백 장의 투영 데이터로부터 대상 물체의 단면 영상을 재구성하는 것보다 하드웨어적으로 접근성이 용이하며, 적은 수의 투영 데이터로부터 대상 물체의 단면 영상을 재구성하기 때문에 대상 물체에 가해지는 방사선량을 줄이는 효과 및 빠른 영상 재구성 등의 장점을 가진다.
Tomosynthesis reconstructs the cross-sectional image of the target object from the projection data acquired within a limited shooting angle range of 20 degrees to 60 degrees, thus reconstructing the cross-sectional image of the target object from hundreds of projection data shot at the 360 degree shooting angle of the city. Accessibility is easier in hardware than that, and since the cross-sectional image of the target object is reconstructed from a small number of projection data, it has the advantages of reducing the amount of radiation applied to the target object and fast image reconstruction.
한편, 엑스선 발생기와 대상 물체 사이의 거리를 엑스선 검출기와 대상 물체 사이의 거리에 대해 상대적으로 줄이고 대상 물체의 국부 관심 영역에 대하여 투영 데이터를 획득하고 이를 재구성하여 대상 물체의 단면 영상을 생성하면 관심 영역에 대한 고해상도 단면 영상을 획득할 수 있다. 아래의 수학식(5)는 대상 물체의 단면 영상에 대한 해상도(R)를 설명하는 수학식으로, 도 2를 참고로 살펴보면, 대상 물체(11)의 단면 영상 해상도는 엑스선 발생기(10)로부터 엑스선 검출기(20) 사이의 거리(SD)와 엑스선 발생기(10)로부터 대상 물체(11) 사이의 거리(SOD)의 상대적 비율에 의해 결정된다. 여기서 DS는 엑스선 검출기(20)의 화소 크기로, 일정한 화소 크기를 갖는 엑스선 검출기(20)에서 대상 물체(11)의 고해상도 단면 영상을 획득하기 위하여 대상 물체(11)를 엑스선 발생기(10)에 근접시켜 대상 물체(11)의 투영 데이터를 획득한다.Meanwhile, when the distance between the X-ray generator and the target object is reduced relative to the distance between the X-ray detector and the target object, projection data is acquired and reconstructed from the local ROI of the target object to generate a cross-sectional image of the target object. It is possible to obtain a high resolution cross-sectional image for. Equation (5) below is an equation for explaining the resolution (R) of the cross-sectional image of the target object. Referring to FIG. 2, the cross-sectional image resolution of the
[수학식 5][Equation 5]
통상적으로 엑스선 검출기의 화소 크기(DS)는 물리적으로 고정되어 있으므로 수학식(5)에 의해 엑스선 발생기와 엑스선 검출기 사이의 거리(SD)와 엑스선 발생기와 대상 물체 사이의 거리(SOD)의 상대적 비율을 조정하는 이동 수단에 의해 고해상도 단면 영상을 구현할 수 있으나 아래에서 서술하는 문제점을 가진다. In general, since the pixel size DS of the X-ray detector is physically fixed, the relative ratio of the distance SD between the X-ray generator and the X-ray detector and the distance SOD between the X-ray generator and the target object is expressed by Equation (5). A high resolution cross-sectional image can be realized by the moving means for adjusting, but has a problem described below.
도 3(a)에 도시되어 있는 것과 같이, 대상 물체(11) 전체가 엑스선 조사각(x-ray beam angle) 범위 내부에 있도록 위치시켰을 경우에는 대상 물체(11) 전체에 대한 투영 데이터를 획득하여 단면 영상을 재구성할 수 있으므로 대상 물체(11)가 엑스선 조사각 범위의 내부뿐만 아니라 외부에도 존재하였을 경우에 발생하는 아티팩트(artifact)가 발생하지 않는다. 그러나 도 3(b)에 도시되어 있는 것과 같이, 대상 물체(11)의 위치를 엑스선 발생기(10) 쪽에 근접하여 위치시켜 국부 관심 영역(▲)에 대한 고해상도 단면 영상을 획득하려고 할 경우에는 대상 물체(11)의 일부인 관심 영역(▲)만이 엑스선 조사각 범위에 위치하고 있으며 회전 중심(O)을 중심으로 엑스선 발생기(10)와 엑스선 검출기(20)가 회전하기 때문에 관심 영역(▲)을 제외한 나머지 영역, 즉 외부 영역(△)은 엑스선 검출기(20)에 불균일하게 투영되어 아티팩트를 발생시키는 문제점이 있다. 관심 영역(▲) 이외의 외부 영역(△)이 중첩되어 투영 데이터 성분에 포함되므로 관심 영역(▲)만의 단면 영상을 재구성할 수 없으며, 엑스선 조사각 범위에는 관심 영역(▲)만이 포함되므로 대상 물체(11) 전체의 단면 영상을 재구성하는 데 있어서도 심각한 왜곡을 초래하는 문제점이 있다. 이하 도 3(b)에 도시한 바와 같이 고해상도 단면 영상을 획득하기 위하여 대상 물체(11)를 엑스선 발생기(10)에 근접시켜 대상 물체(11)의 일부가 엑스선 조사각 범위를 벗어난 대상 물체(11)의 위치를 제1 위치라 하고, 도 3(a)에 도시한 바와 같이 대상 물체(11) 전체가 엑스선 조사각 범위에 포함되는 위치를 제2 위치라 칭한다. As shown in FIG. 3A, when the
제1 위치에서의 고해상도 시티 단면 영상에는 대상 물체의 일부가 엑스선 조사각 범위를 벗어나 시티 투영 데이터에 나타나지 않는 문제점이 있으며, 제1 위치에서의 관심 영역에 대한 고해상도 토모신세시스 단면 영상에는 관심 영역 이외의 외부 영역이 중첩되어 토모신세시스 투영 데이터 성분에 포함되어 원하지 않는 아티팩트로 나타나는 문제점이 있다.In the high-resolution city cross-section image at the first position, a part of the target object does not appear in the city projection data outside the X-ray irradiation angle range, and in the high-resolution tom synthesis cross-sectional image of the region of interest at the first position, a region other than the region of interest is present. There is a problem in that the outer regions overlap and are included in the tomosynthesis projection data component and appear as unwanted artifacts.
제1 위치에서의 고해상도 시티 단면 영상이 가지는 문제점을 해결하기 위해 방안으로, 특허등록 제10-687846호(이하 종래기술1이라 언급)에는 먼저 제2 위치에서 시티를 통해 대상 물체 전체에 360도 촬영 각도 범위로 엑스선을 조사하여 단면 영상을 획득하고 다시 대상 물체를 제1 위치로 이동시켜 관심 영역을 포함하는 대상 물체의 일부에 대하여 360도 촬영 각도 범위로 엑스선을 조사한다. 엑스선 조사각 범위에 위치한 관심 영역을 포함하는 대상 물체의 일부에 엑스선을 조사하여 생성한 제1 위치에서의 고해상도 시티 투영 데이터와 제2 위치에서 대상 물체 전체로 엑스선을 조사하여 생성한 시티 투영 데이터를 조합하고 재구성하여 관심 영역에 대한 고해상도 시티 단면 영상을 획득하는 방법에 대해 개시되어 있다. In order to solve the problem of the high-resolution city cross-sectional image in the first position, Patent Registration No. 10-687846 (hereinafter referred to as the prior art 1) first 360-degree to shoot the entire object through the city at the second position A cross-sectional image is obtained by radiating X-rays in an angular range, and the X-rays are irradiated in a 360-degree angle range on a portion of the target object including the ROI by moving the target object to the first position. The high-resolution city projection data generated by irradiating X-rays to a part of the target object including the ROI located in the X-ray irradiation angle range and the city projection data generated by irradiating X-rays to the entire target object at the second position A method of combining and reconstructing to obtain a high resolution city cross-sectional image for a region of interest is disclosed.
그러나 종래 기술1의 경우에는 고해상도 시티 단면 영상을 획득하기 위하여 대상 물체의 국부 관심 영역으로만 엑스선이 조사될 수 있도록 근접 거리에서 관심 영역으로 360도 촬영 각도 범위로 엑스선을 조사하여야 하기 때문에, 대상 물체에 조사되는 엑스선량이 많아 엑스선 피폭량이 높고, 많은 수의 투영 데이터를 이용하여 단면 영상을 생성하기 때문에 고성능의 하드웨어가 필요하며, 단면 영상을 재구성하는데 오랜 시간이 소요된다는 문제점을 가진다. 또한 종래 기술1을 적용하더라도 제1 위치에서의 관심 영역에 대한 고해상도 토모신세시스 단면 영상을 획득할 경우 발생하는 관심 영역 이외의 외부 영역이 토모신세시스 투영 데이터에 중첩되어 단면 영상에 아티팩트로 나타나 화질을 저하시키는 문제점이 여전히 존재한다.However, in the case of the related art 1, since the X-rays must be irradiated from the close distance to the ROI in a 360 degree shooting angle range so that the X-rays can be irradiated only to the local ROI of the target object to obtain a high resolution city cross-sectional image, the target object Due to the large amount of X-rays irradiated on X-rays, the X-ray exposure is high, and since a cross-sectional image is generated using a large number of projection data, high-performance hardware is required, and it takes a long time to reconstruct the cross-sectional image. In addition, even if the prior art 1 is applied, an external region other than the region of interest generated when acquiring a high-resolution toxin synthesized cross-sectional image of the region of interest at the first position is superimposed on the tomosynthesis projection data and appears as an artifact in the cross-sectional image to deteriorate the image quality. There is still a problem.
본 발명이 위에서 언급한 종래기술들이 가지는 문제점들을 해결하기 위한 것으로 본 발명이 이루고자 하는 목적은 적은 엑스선 조사량으로 대상 물체의 관심 영역에 대한 고해상도 단면 영상을 획득할 수 있는 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법을 제공하는 것이다. Summary of the Invention The present invention solves the problems of the above-mentioned prior arts, and an object of the present invention is to reconstruct a high resolution tomoxy synthesized cross-sectional image for obtaining a high-resolution cross-sectional image of a region of interest of a target object with a low X-ray dose. To provide.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 대상 물체의 토모신세시스 투영 데이터에서 관심 영역 이외의 외부 영역의 투영 데이터 성분을 제거하여 관심 영역 단면 영상의 대조도와 정확도를 향상시킬 수 있는 고해상도 토모신세시스 영상 재구성 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a high-resolution toxin synthesis image reconstruction method that can improve the contrast and accuracy of the cross-sectional image of the region of interest by removing the projection data components of the external region other than the region of interest from the tomosynthesis projection data of the target object. It is.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 대상 물체에서 관심 영역의 고해상도 단면 영상을 적은 계산량으로 빠르게 획득할 수 있는 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for reconstructing a tomosynthesis cross-sectional image, which can quickly obtain a high-resolution cross-sectional image of a region of interest in a target object with a small amount of calculation.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법은 국부 관심 영역을 포함하는 대상 물체의 일부가 엑스선 조사 범위에 속하는 제1 위치에서 국부 관심 영역의 토모신세시스(tomosynthesis) 투영 데이터를 획득하는 단계와, 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 제2 위치에서 획득한 대상 물체의 시티(computed tomography, CT) 투영 데이터로부터 대상 물체의 시티 단면 영상을 재구성하고, 재구성한 시티 단면 영상에서 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역의 시티 단면 영상을 제1 위치로 위치 변화시킨 것으로 가정하여 가상의 엑스선을 조사하여 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산하는 단계와, 국부 관심 영역의 토모신세시스 투영 데이터에서 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 차감하여 차감 투영 데이터를 생성하는 단계와, 생성한 차감 투영 데이터를 재구성하여 국부 관심 영역의 고해상도 토모신세시스 단면 영상을 생성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the object of the present invention, a method for reconstructing a tomosynthesis cross-sectional image according to an embodiment of the present invention includes tomosynthesis of a local ROI at a first position where a part of a target object including a local ROI belongs to an X-ray irradiation range. (tomosynthesis) acquiring projection data, and reconstructing and reconstructing a city cross-sectional image of the target object from the computed tomography (CT) projection data of the target object obtained at a second position where the entire object belongs to the X-ray irradiation range Assuming that the city cross-sectional image of the external region excluding the local ROI is changed to a first position in the city cross-sectional image, calculating virtual tomoxysynthesis projection data of the external region by irradiating a virtual X-ray; Virtual tomosinesis projection of the outer region Subtracting the emitter to reconstruct the phase and subtracting the generated projection data to generate subtracted projection data includes generating a high-resolution tomography image synthesis section of the local region of interest.
여기서 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산하는 단계는 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 제2 위치에서 획득한 대상 물체의 시티 투영 데이터로부터 대상 물체의 시티 단면 영상을 재구성하는 단계와, 재구성한 시티 단면 영상에서 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역으로 이루어진 외부 영역 시티 단면 영상을 생성하는 단계와, 대상 물체의 제1 위치 좌표와 제2 위치 좌표에 기초하여 외부 영역 시티 단면 영상의 제2 위치에서 제1 위치로의 위치 변화를 계산하는 단계와, 위치 변화에 기초하여 외부 영역 시티 단면 영상을 제1 위치로 이동시킨 것으로 가정하여 가상의 엑스선을 조사하여 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산하는 단계를 포함한다.The calculating of the virtual tomoxy synthsis projection data may include reconstructing the city cross-sectional image of the target object from the city projection data of the target object obtained at a second position in which the entire object belongs to the X-ray irradiation range, and the reconstructed city cross-sectional image. Generating an outer region city sectional image including an outer region excluding a local ROI from the second position to the first position of the outer region city sectional image based on the first position coordinate and the second position coordinate of the object; And calculating virtual tomosynthesis projection data of the external region by assuming X-rays, assuming that the external region city cross-sectional image is moved to the first position based on the position change. .
여기서 국부 관심 영역의 토모신세시스 투영 데이터는 국부 관심 영역을 포함하는 대상 물체의 일부가 엑스선 조사 범위에 속하는 제1 위치에서 제1 촬영 각도 범위로 엑스선을 조사하여 획득되며, 시티 투영 데이터는 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 제2 위치에서 제2 촬영 각도 범위로 엑스선을 조사하여 획득된다. Here, the tomosynthesis projection data of the local ROI is obtained by irradiating X-rays with a first photographing angle range from a first position in which a part of the target object including the local ROI belongs to the X-ray irradiation range, and the city projection data is obtained from the entire object. Is obtained by irradiating X-rays in a second photographing angle range at a second position belonging to the X-ray irradiation range.
바람직하게, 제1 촬영 각도 범위는 상기 제2 촬영 각도 범위보다 작으며 더욱 바람직하게 제1 촬영 각도 범위는 20도 내지 60도이고 제2 촬영 각도 범위는 180도 내지 360도인 것을 특징으로 한다.Preferably, the first shooting angle range is smaller than the second shooting angle range, and more preferably, the first shooting angle range is 20 degrees to 60 degrees and the second shooting angle range is 180 degrees to 360 degrees.
본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치는 갠트리 유닛과, 갠트리에 설치된 엑스선 발생 유닛과, 갠트리 유닛에 설치되고 엑스선 발생 유닛으로부터 조사되어 대상 물체를 통과한 엑스선을 검출하여 시티(computed tomography, CT) 투영 데이터 또는 토모신세시스(tomosynthesis) 투영 데이터를 획득하는 엑스선 검출 유닛과, 획득한 시티 투영 데이터 또는 토모신세시스 투영 데이터로부터 대상 물체의 단면 영상을 재구성하는 단면 영상 재구성 유닛을 구비하데, 단면 영상 재구성 유닛은 국부 관심 영역을 포함하는 대상 물체의 일부가 엑스선 조사 범위에 속하는 제1 위치에서 획득한 국부 관심 영역의 토모신세시스(tomosynthesis) 투영 데이터에서 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 차감하여 생성된 차감 투영 데이터를 재구성하여 국부 관심 영역의 고해상도 토모신세시스 영상을 재구성한다. 여기서 단면 영상 재구성 유닛은 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 제2 위치에서 획득한 대상 물체의 시티(computed tomography, CT) 투영 데이터로부터 대상 물체의 시티 단면 영상을 재구성하고, 재구성한 시티 단면 영상에서 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역의 시티 단면 영상을 제1 위치로 위치 변화시킨 것으로 가정하여 가상의 엑스선을 조사하여 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산한다.According to an embodiment of the present invention, a reconstructing apparatus of a high resolution tomosynthesis cross-sectional image may include: a gantry unit, an X-ray generating unit installed in the gantry, and an X-ray radiating unit installed in the gantry unit and irradiated from the X-ray generating unit and passing through a target object to detect a city. (computed tomography, CT) X-ray detection unit for obtaining projection data or tomosynthesis projection data, and a cross-sectional image reconstruction unit for reconstructing a cross-sectional image of the target object from the obtained city projection data or tomosynthesis projection data The cross-sectional image reconstruction unit may include a virtual tomo of an external region excluding the local ROI in the tomosynthesis projection data of the local ROI obtained at a first position where a part of the target object including the local ROI belongs to the X-ray irradiation range. Subtract Synthesis Projection Data To reconstruct a projection data generation subtraction reconstructs a high-resolution tomography image synthesis of the local region of interest. Here, the cross-sectional image reconstruction unit reconstructs the city cross-sectional image of the target object from the computed tomography (CT) projection data of the target object obtained at the second position where the entire target object belongs to the X-ray irradiation range, Assuming that the city cross-sectional image of the external region except the local ROI is repositioned to the first position, virtual X-rays are irradiated to calculate virtual tomosynthesis projection data of the external region.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 재구성 유닛은 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 제2 위치에서 엑스선을 조사하여 획득한 시티(computed tomography, CT) 투영 데이터로부터 시티 단면 영상을 재구성하는 시티 영상 재구성부와, 재구성한 시티 단면 영상에서 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역의 시티 단면 영상을 생성하는 외부 영역 시티 영상 생성부와, 대상 물체의 제1 위치 좌표와 제2 위치 좌표에 기초하여 외부 영역의 시티 단면 영상의 제2 위치에서 제1 위치로의 위치 변화를 계산하는 위치 계산부와, 위치 변화에 기초하여 외부 영역 시티 단면 영상을 제1 위치로 이동시킨 것으로 가정하여 가상의 엑스선을 조사하여 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산하는 가상 토모신세시스 투영 데이터 계산부와, 국부 관심 영역의 토모신세시스 투영 데이터에서 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 차감하여 차감 투영 데이터를 생성하는 차감부와, 생성한 차감 투영 데이터를 재구성하여 국부 관심 영역의 단면 영상을 생성하는 토모신세시스 영상 재구성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The image reconstruction unit according to an embodiment of the present invention reconstructs a city image reconstructing a city cross-sectional image from computed tomography (CT) projection data obtained by irradiating X-rays at a second position where the entire object is within the X-ray irradiation range. An external region city image generation unit for generating a city sectional image of an external region excluding the local ROI from the reconstructed city sectional image, and a city of the external region based on the first position coordinates and the second position coordinates of the target object; A position calculation unit that calculates a position change from the second position to the first position of the cross-sectional image, and assumes that the external region city cross-sectional image is moved to the first position based on the position change, and irradiates a virtual X-ray to the outer region A virtual tomosynthesis projection data calculation unit for calculating the virtual tomosynthesis projection data of the tomograph, And a subtraction unit for generating subtraction projection data by subtracting the virtual tomosinesis projection data of the external region from the cisis projection data, and a tomosynthesis image reconstruction unit for generating a cross-sectional image of the local ROI by reconstructing the generated subtraction projection data. It is characterized by.
바람직하게, 본 발명에 따른 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치는 계산한 위치 변화에 기초하여 상기 엑스선 발생 유닛과 상기 대상 물체 사이의 거리를 조절하는 이동 회전 유닛을 더 포함한다.Preferably, the apparatus for reconstructing a high resolution toxin synthesized sectional image according to the present invention further includes a moving rotation unit that adjusts a distance between the X-ray generating unit and the target object based on the calculated position change.
본 발명에 따른 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치는 종래 엑스선 단면 영상 재구성 장치와 비교하여 다음과 같은 다양한 효과들을 가진다.The reconstruction apparatus of the high resolution toxin synthesizing cross-sectional image according to the present invention has various effects as compared with the conventional X-ray cross-sectional image reconstructing apparatus.
첫째, 본 발명에 따른 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치는 제한된 촬영 각도 범위 내에서 대상 물체의 관심 영역으로 엑스선을 조사함으로써, 적은 엑스선 조사량으로 대상 물체의 관심 영역에 대한 고해상도 토모신세시스 단면 영상을 획득할 수 있다First, the apparatus for reconstructing a high resolution toxin synthesized cross-sectional image according to the present invention obtains a high resolution toxin synthesized cross-sectional image of a region of interest of a target object by irradiating X-rays to a region of interest of the target object within a limited photographing angle range. can do
둘째, 본 발명에 따른 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치는 대상물체의 관심 영역투영 데이터에서 외부 영역의 투영 데이터 성분을 차감하여 고해상도의 관심 영역 단면 영상을 생성함으로써, 관심 영역의 대조도와 화질을 향상시킬 수 있다.Second, according to the present invention, the reconstruction apparatus of a high resolution tomoxy synthesized cross section image generates a high resolution region of interest section by subtracting projection data components of an external region from the region of interest projection data of an object, thereby improving contrast and image quality of the region of interest. You can.
셋째, 본 발명에 따른 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치는 제한된 촬영 각도 범위 내에서 수장 내지 수십장 촬영한 토모신세시스 투영 데이터로만 대상 물체 관심 영역의 고해상도 단면 영상을 획득함으로써, 적은 계산량으로 빠르게 단면 영상을 획득할 수 있다.Third, the apparatus for reconstructing a high resolution toxin synthesized cross-sectional image according to the present invention obtains a high resolution cross-sectional image of a region of interest of an object of interest only by using tomography images obtained by capturing several to tens of images within a limited photographing angle range. Can be obtained.
도 1은 종래 시티를 이용한 단면 영상 촬영 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 시티를 이용한 단면 영상 촬영 방식에서 단면 영상의 해상도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 고해상도 단면 영상을 촬영시 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 단면 영상 재구성 유닛을 보다 구체적으로 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 엑스선 단면 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 엑스선 단면 영상 재구성 장치의 컴퓨터 모의실험을 위한 대상물체인 알파벳 팬텀의 형상을 도시하고 있다.
도 8(a)는 알파벳 H 위치면의 단면 영상을 도시하고 있다.
도 9는 종래 기술에 따른 토모신세시스 단면 영상의 프로파일(a)과 본 발명에 따른 토모신세시스 단면 영상의 프로파일(b)을 도시하고 있다.1 is a view for explaining a cross-sectional image capturing method using a conventional city.
2 is a view for explaining the resolution of the cross-sectional image in the cross-sectional image capturing method using the city.
3 is a diagram illustrating a problem occurring when photographing a high resolution cross-sectional image.
4 is a block diagram of an apparatus for reconstructing a high-resolution toxin synthesizing cross section image according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a functional block diagram for explaining the cross-sectional image reconstruction unit according to the present invention in more detail.
6 is a flowchart illustrating a method of reconstructing an X-ray cross-sectional image according to the present invention.
7 illustrates the shape of an alphabet phantom as an object for computer simulation of the X-ray cross-sectional image reconstruction apparatus according to the present invention.
Fig. 8 (a) shows a cross-sectional image of the letter H position surface.
9 shows a profile (a) of a tomoxy synthes sectional image according to the prior art and a profile (b) of a tomosynthesis sectional image according to the present invention.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 엑스선 단면 영상 재구성 방법 및 그 장치에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, an X-ray cross-sectional image reconstruction method and apparatus thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치의 구성도이다. 4 is a block diagram of an apparatus for reconstructing a high-resolution toxin synthesizing cross section image according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4를 참고로 살펴보면, 갠트리(130)의 일단과 타단에는 각각 엑스선 발생기(110)와 엑스선 검출기(120)가 서로 대향하여 고정 배치되어 있다. 엑스선 발생기(110)에서 생성된 엑스선(111)은 엑스선 발생기(110)와 엑스선 검출기(120)의 가상 연결선상에 위치하는 대상 물체(140)를 통과하여 엑스선 검출기(120)로 조사된다. 대상 물체(140)를 통과한 엑스선(111)은 대상 물체(140)의 특성과 통과 거리에 따라 감쇄하여 엑스선 검출기(120)로 입사되며, 엑스선 검출기(120)는 대상 물체(140)를 통과한 최종 세기로 엑스선을 검출한다. 엑스선 발생기(110)는 엑스선의 조사 폭을 조절하기 위한 콜리메이터(114)를 구비하고 있는데, 대상 물체(140)의 특정 부위만으로 엑스선이 조사되도록 제어하여 대상 물체(140)의 특정 부위 이외의 영역으로 조사되는 엑스선을 차단한다. Referring to FIG. 4, the
엑스선 검출기(120)는 섬광체(scintillator)가 엑스선 조사면에 부착된 영상증폭기(image intensifier), 섬광체가 부착된 간접형 평면 엑스선 검출기(indirect flat panel x-ray detector) 또는 광도전체가 부착된 직접형 평면 엑스선 검출기(direct flat panel x-ray detector)를 사용할 수 있다. 영상증폭기는 엑스선 조사시 섬광체가 발산하는 광신호를 고전압으로 변환하여 증폭하는 장치로 엑스선량이 적은 촬영 환경, 즉 중재적 시술 (interventional study) 등에 이용되는 씨암(C-arm) 엑스선 영상장치에 많이 사용된다. 간접형 평면 엑스선 검출기는 엑스선 조사시 섬광체에서 발생하는 광신호를 광다이오드 배열로 검출하는 장치로 평면형 검출기의 소자 수가 4000×3000에 이르는 등 해상도가 매우 높기 때문에 디지털 엑스선 촬영기(digital radiography; DR) 및 씨암 엑스선 영상장치에 널리 쓰이고 있다. 한편, 직접형 평면 엑스선 검출기는 엑스선 조사시 광도전체에서 발생하는 광전자 신호를 용량센서 배열로 검출하는 장치로 해상도가 간접형 평면 엑스선 검출기와 비슷해 디지털 엑스선 촬영기 및 씨암 엑스선 영상장치에 쓰이고 있다. The
갠트리(130)는 회전 이동 수단(150)에 배치되어 회전 수단(151, 153)과 이동 수단(155)에 의해 회전축(151)를 중심으로 회전 이동 가능하도록 구성된다. 갠트리(130)는 엑스선 발생기(110)와 엑스선 검출기(120)의 하중을 지탱하면서 회전 이동 운동을 하여야 하기 때문에 알루미늄 등 강인한 재료를 이용해 만드는 것이 바람직하다. 엑스선 발생기(110)와 엑스선 검출기(120)가 배치되어 있는 갠트리(130)는 회전축(151)을 통해 회전모터(153)에 연결된다. 회전축(151) 아래에 대상 물체(140)가 위치하며, 회전축(151) 연장선과 엑스선의 조사 중심선(112)과 만나는 점이 대상 물체(140) 내에 형성되는 회전중심(113)이다. 한편, 갠트리(130)는 이동 수단(155)에 고정 배치되며 이동 수단(155)에 의해 엑스선 발생기(110)와 대상 물체(140) 사이 및 대상 물체(140)와 엑스선 검출기 사이의 상대적 거리 비율을 조절한다. 이동 수단(155)에 의해 엑스선 발생기(110)와 대상 물체(140) 사이 및 대상 물체(140)와 엑스선 검출기 사이의 상대적 거리 비율이 낮아질수록 즉, 엑스선 발생기(110)와 대상 물체(140) 사이의 거리가 대상 물체(140)와 엑스선 검출기 사이의 거리보다 상대적으로 작아질수록 대상 물체(140)의 투영 데이터 및 투영 데이터를 재구성한 단면 영상은 고해상도로 확대된다. 한편, 엑스선 발생기(110)와 대상 물체(140) 사이 및 대상 물체(140)와 엑스선 검출기 사이의 상대적 거리 비율이 높아질수록 즉, 엑스선 발생기(110)와 대상 물체(140) 사이의 거리가 대상 물체(140)와 엑스선 검출기 사이의 거리보다 상대적으로 커질수록 대상 물체(140)의 투영 데이터 및 투영 데이터를 재구성한 단면 영상은 축소된다. 따라서, 고해상도의 단면 영상을 촬영하기 위하여 엑스선 발생기(110)와 대상 물체(140) 사이 및 대상 물체(140)와 엑스선 검출기 사이의 상대적 거리 비율을 낮게 하여야 한다.The
본 발명이 적용되는 분야에 따라 갠트리(130)는 회전 수단과 이동 수단없이 회전 몸체(160)에 고정 배치되며, 대상 물체 지지체의 회전 수단(171. 173)와 이동 수단(175)을 통해 대상 물체(140)를 회전 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 대상 물체 지지 몸체(177)에는 대상 물체(140)가 배치되며, 대상 물체 지지 몸체(177)는 회전 모터(171)와 연결되어 있는 회전축(173)에 고정 연결되어 있다. 회전축(173) 연장성과 엑스선의 조사 중심선(112)과 만나는 점이 대상 물체(140) 내에 형성되는 회전 중심(113)이다. 회전 수단(171, 173)은 설정된 촬영 각도 범위내에서 회전 중심(113)으로 대상 물체(140)를 회전시키며 엑스선 발생기(110)와 엑스선 검출기(120)는 설정된 촬영 각도에서 다수의 대상 물체(140)의 투영 데이터를 촬영한다. 한편, 대상 물체 지지 몸체(177)는 이동 수단(175)에 고정 배치되며 이동 수단(175)은 엑스선 발생기(110)와 엑스선 검출기(120)를 연결하는 가상의 연결선을 따라 대상 물체 지지 몸체(177)를 이동시키며 대상 물체 단면 영상의 해상도를 조절한다.According to the field to which the present invention is applied, the
제어 유닛(200)은 엑스선 발생기(110)에서 엑스선을 조사할 때 엑스선 검출기(120)를 통해 투영 데이터를 획득하도록 엑스선 발생기(110)와 엑스선 검출기(120)를 동기화 제어하며, 회전 수단과 이동 수단을 통해 갠트리(130) 또는 대상물체 지지 몸체(177)의 회전 이동을 제어한다. 한편, 단면 영상 재구성 유닛(300)은 대상 물체의 관심 영역에 대한 고해상도 단면 영상을 획득하기 위한 촬영 각도 범위와 관심 영역으로 엑스선이 조사되는 위치를 설정 제어하며, 설정된 촬영 각도 범위와 위치에서 촬영한 관심 영역의 투영 데이터에서 관심 영역 이외의 외부 영역에 대한 가상 투영 데이터를 차감하여 관심 영역의 고해상도 토모신세시스 영상을 생성한다.
The
도 5는 본 발명에 따른 단면 영상 재구성 유닛을 보다 구체적으로 설명하기 위한 기능 블록도이다.5 is a functional block diagram for explaining the cross-sectional image reconstruction unit according to the present invention in more detail.
도 5를 참고로 살펴보면, 시티 영상 재구성부(310)는 대상 물체 전체가 엑스선 조사각 범위에 속하는 제2 위치에서 대상 물체 전체의 중심을 회전 중심으로 제2 촬영 각도 범위 내에서 엑스선을 조사하여 획득한 시티 투영 데이터로부터 시티 단면 영상을 재구성한다. 외부 영역 시티 영상 계산부(320)는 재구성한 시티 단면 영상에서 영역 설정 신호를 입력받아 관심 영역을 제외하고 외부 영역으로만 이루어진 외부 영역에 대한 시티 단면 영상을 계산한다. 영역 설정 신호는 대상 물체의 시티 단면 영상에서 사용자 인터페이스를 통해 관심 영역을 설정하는 사용자 명령이다. Referring to FIG. 5, the city
위치 계산부(330)는 영역 설정 신호 또는 해상도 설정 신호에 따라 설정된 대상 물체의 관심 영역을 포함하는 대상 물체의 일부가 엑스선 조사 범위에 속하는 제1 위치를 계산한다. 해상도 설정 신호는 설정한 관심 영역에 대해 해상도를 설정하기 위한 사용자 명령이다. 위치 계산부(330)는 계산한 제1 위치에 기초하여 엑스선 발생기와 대상 물체의 사이 및 대상 물체와 엑스선 검출기 사이의 상대적 거리를 조절하기 위한 이동 제어 신호를 생성하며, 이동 수단은 이동 제어 신호에 따라 갠트리를 이동 제어하거나 대상물체 지지 몸체를 이동 제어한다.The
가상 투영 데이터 계산부(340)는 외부 영역 시티 영상 계산부(320)에서 계산한 외부 영역에 대한 시티 단면 영상을 대상으로 가상의 엑스선을 제1 촬영 각도 범위로 조사하고 엑스선 감쇠 계수를 선적분하여 외부 영역에 대한 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산한다. 여기서 엑스선 감쇠 계수를 선적분한다는 것은 엑스선이 조사되는 대상 물체의 물리적 특성과 엑스선이 대상 물체를 투과하는 거리에 따라 달라지는 엑스선 감쇠율을 조사되는 엑스선을 따라 엑스선 검출기에서 검출될 때까지 누적시켜 최종적으로 누적된 엑스선 세기를 엑스선 검출기에서 검출한다는 것을 의미한다. The virtual
차감부(350)는 제1 위치에서 제1 촬영 각도 범위로 촬영한 대상물체 관심 영역의 토모신세시스 투영 데이터에서 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 차감하여 차감 투영 데이터를 계산하며, 토모신세시스 영상 재구성부(360)는 차감 투영 데이터를 재구성하여 대상물체 관심 영역에 대한 단면 영상을 생성한다. 차감 투영 데이터에는 외부 영역으로 기인한 투영 데이터 성분이 차감되어 있으므로, 차감 투영 데이터로부터 생성한 관심 영역에 대한 토모신세시스 단면 영상은 관심 영역 내에 중첩되어 나타나는 외부 영역으로 기인한 왜곡을 보정한 고해상도의 토모신세시스 단면 영상이다.
The
도 6은 본 발명에 따른 엑스선 단면 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of reconstructing an X-ray cross-sectional image according to the present invention.
도 6을 참고로 살펴보면, 사용자 인터페이스를 통해 대상 물체 전체의 시티 단면 영상에서 대상 물체의 관심 영역을 설정하기 위한 사용자 명령과 관심 영역의 해상도를 설정하기 위한 사용자 명령을 입력받는다(S10). 대상 물체의 관심 영역 설정은 키보드와 같은 설정 수단을 이용하여 3차원 영역으로 설정하며, 관심 영역에 대한 고해상도 토모신세시스 영상을 위하여 해상도를 설정한다. Referring to FIG. 6, a user command for setting the ROI of the target object and a user command for setting the resolution of the ROI are received through the user interface in the city cross-sectional image of the entire target object (S10). The ROI of the target object is set as a 3D region by using a setting means such as a keyboard, and the resolution is set for a high resolution tomosynthesis image of the ROI.
입력된 해상도에 따라 엑스선 발생기와 대상물체의 관심 영역 사이 및 대상물체의 관심 영역과 엑스선 검출기 사이의 상대적인 거리를 수학식(5)에 따라 계산하여 관심 영역의 투영 데이터가 입력된 해상도로 획득될 수 있는 제1 위치를 계산한다(S20). 여기서 제1 위치는 엑스선 발생기와 엑스선 검출기 사이에 대상물체가 위치하는 정보를 의미한다.According to the input resolution, the relative distance between the X-ray generator and the ROI of the object and between the ROI of the object and the X-ray detector may be calculated according to Equation (5) to obtain projection data of the ROI at the input resolution. The first position is calculated (S20). Here, the first position means information in which the object is located between the X-ray generator and the X-ray detector.
계산한 제1 위치에서 관심 영역(▲)을 회전 중심으로 제1 촬영 각도 범위 내에서 엑스선을 조사하여 관심 영역의 토모신세시스 투영 데이터(P▲(t))를 획득한다(S30).The tomosynthesis projection data P ▲ (t) of the ROI is acquired by irradiating X-rays within the first photographing angle range with the ROI of the ROI at the calculated first position (S30).
관심 영역에 대한 토모신세시스 영상에 불필요하게 중첩되어 나타나는 관심 영역 이외의 외부 영역(△)에 대한 아티팩트를 줄이기 위하여 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산한다(S40). 자세하게 설명하면, 먼저 대상 물체 전체가 엑스선 조사각 범위에 속하는 제2 위치에서 대상 물체 전체의 중심을 회전 중심으로 제2 촬영 각도 범위 내에서 엑스선을 조사하여 획득한 CT 투영 데이터로부터 시티 단면 영상을 재구성하고, 재구성한 시티 단면 영상에서 사용자 명령으로 입력받은 관심 영역 정보를 이용하여 관심 영역을 제외한 외부 영역으로만 이루어진 외부 영역의 시티 단면 영상을 구성하고, 사용자 명령으로 입력받은 해상도 설정 정보 및 대상 물체의 제1 위치 좌표와 제2 위치 좌표에 기초하여 외부 영역의 시티 단면 영상을 제2 위치에서 제1 위치로의 위치 변화를 계산하고, 위치 변화에 기초하여 제1 위치에서 외부 영역의 시티 단면 영상을 대상으로 가상의 엑스선을 제1 촬영 각도 범위로 조사하고 엑스선 감쇠 계수를 선적분하여 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산한다. 여기서 관심 영역을 제외한 외부 영역(△)의 가상 토모신세시스 투영 데이터(P(t))를 아래의 수학식(6)과 같이 계산한다.Virtual tomosynthesis projection data of the outer region is calculated in order to reduce artifacts in the outer region Δ other than the region of interest, which appears unnecessarily superimposed on the tomosynthesis image of the region of interest (S40). In detail, first, the city cross-sectional image is reconstructed from CT projection data obtained by irradiating X-rays within a second photographing angle range with respect to the rotation center around the center of the entire object at a second position where the entire object belongs to the X-ray irradiation angle range. In addition, by using the ROI information input by the user command in the reconstructed city cross-section image, a city cross-section image of an external area excluding the ROI is composed, and the resolution setting information received by the user command and the target object The city cross-sectional image of the external area is calculated from the second position to the first position based on the first position coordinate and the second position coordinate, and the city cross-sectional image of the external area is obtained from the first position based on the position change. The target is irradiated with virtual X-ray to the first shooting angle range, and the X-ray attenuation coefficient is shipped It calculates a virtual Tomo-synthesis projection data in the sub-region. Here, the virtual tomoxy synthsis projection data P (t) of the outer region △ excluding the region of interest is calculated as in Equation (6) below.
[수학식 6]&Quot; (6) "
여기서 μC는 엑스선이 조사되는 대상물체의 물리적 특성과 엑스선이 대상 물체를 투과하는 거리에 따라 달라지는 엑스선 감쇠 계수이며, L은 엑스선이 통과하는 대상물체 외부 영역의 길이를 의미한다.Μ C is an X-ray attenuation coefficient that varies depending on the physical characteristics of the object to which X-rays are irradiated and the distance that X-rays pass through the object, and L is the length of the outer region of the object through which X-rays pass.
관심 영역의 투영 데이터(P▲(t))에서 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터(P△(t))를 차감하여 관심 영역에 중첩되어 있는 외부 영역의 투영 데이터 성분을 제거한 차감 투영 데이터를 계산하고(S50), 계산한 차감 투영 데이터를 재구성하여 관심 영역의 고해상도 토모신세시스 단면 영상을 획득한다(S60).Calculates subtraction projection data by subtracting the virtual tomoxy synthsis projection data P Δ (t) of the outer region from the projection data P ▲ (t) of the region of interest and removing the projection data components of the outer region superimposed on the region of interest In operation S50, the calculated subtraction projection data may be reconstructed to obtain a high-resolution toxin synthesized cross-sectional image of the ROI (S60).
본 발명이 적용되는 분야에 따라 관심 영역을 설정하기 위한 사용자 명령과 관심 영역의 해상도를 설정하기 위한 사용자 명령은 갠트리 또는 대상물체 지지 몸체의 이동 명령으로 입력되며, 이 경우 제1 위치 정보는 갠트리 또는 대상물체 지지 몸체의 이동 위치 계산되어 가상 투영 데이터 계산부로 제공되며 가상 투영 데이터 계산부는 제1 위치 정보에 기초하여 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산한다.
According to the field to which the present invention is applied, a user command for setting a region of interest and a user command for setting a resolution of the region of interest are input as a movement command of a gantry or an object support body, and in this case, the first position information is a gantry or The movement position of the object support body is calculated and provided to the virtual projection data calculation unit, and the virtual projection data calculation unit calculates the virtual tomosinesis projection data based on the first position information.
도 7은 본 발명에 따른 엑스선 단면 영상 재구성 장치의 컴퓨터 모의실험을 위한 대상물체인 알파벳 팬텀의 형상을 도시하고 있다. 한편, 도 8(a)는 알파벳 H위치면의 시티 단면 영상을 도시하고 있으며, 도 8(b)는 종래 기술에 따른 알파벳 H 위치면의 외부 영역의 중첩에 의한 아티팩트가 나타난 토모신세시스 단면 영상을 도시하고 있으며, 도 8(c)는 본 발명에 따른 고해상도 토모신세시스 영상 재구성 장치에 의해 획득된 알파벳 H 위치면의 단면 영상을 도시하고 있다. 7 illustrates the shape of an alphabet phantom as an object for computer simulation of the X-ray cross-sectional image reconstruction apparatus according to the present invention. Meanwhile, FIG. 8 (a) shows a city cross-sectional image of the letter H position surface, and FIG. 8 (b) shows a tomosynthesis cross-sectional image showing artifacts due to overlapping of an external region of the letter H position plane according to the prior art. FIG. 8 (c) shows a cross-sectional image of the letter H position plane obtained by the high resolution toxin synthsis image reconstruction apparatus according to the present invention.
도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 엑스선 발생기(S)와 엑스선 검출기(D) 사이에 대상물체인 알파벳 팬텀이 놓여 있다. 알파벳 팬텀은 직육면체 모양으로 안에 알파벳 K, H, U의 세 글자의 형상으로 엑스선 감쇠 계수가 분포해 있다. 알파벳 팬텀에 대해 시티 단면 영상을 촬영하고 알파벳 H 형상이 있는 알파벳 H위치면의 시티 단면 영상을 나타낸 것이 도 8(a)이다. 시티 단면 영상은 투영 데이터의 확대율을 1.3으로 한 경우이다. 알파벳 팬텀에 대해 확대율 3.9, 촬영 각도 범위 60도에서 알파벳 H위치면에 대해 외부 영역에 대한 아티팩트를 제거하지 않은 상태의 토모신세시스 단면 영상을 나타낸 것이 도 8(b)이다. 도 8(b)에 도시되어 있는 것과 같이 토모신세시스 단면 영상은 3.9의 높은 확대율로 인하여 알파벳 H 형상은 도 8(a)에 도시되어 있는 시티 단면 영상보다 더 좋은 해상도로 표현되고 있으나 제한된 촬영 각도 범위 때문에 알파벳 H 위치면 이외의 외부 영역에서 기인하는 아티팩트(artifact) 성분도 합쳐져서 보인다. 도 8(c)에 도시되어 있는 것과 같이 본 발명에 따른 고해상도 토모신세시스 영상 재구성 장치에 의한 알파벳 H 위치면의 단면 영상은 관심 영역 이외의 외부 영역 성분이 제거되어 영상의 화질이 개선됨을 관찰할 수 있다.
As illustrated in FIG. 7, an alphabet phantom, which is an object, is placed between the X-ray generator S and the X-ray detector D. FIG. The alphabet phantom has a cuboid shape, and the X-ray attenuation coefficient is distributed in the form of three letters K, H, and U inside. Fig. 8 (a) shows a city sectional image of the alphabet phantom and shows a city sectional image of the letter H position surface having the letter H shape. The city cross section image is a case where the magnification of the projection data is set to 1.3. FIG. 8 (b) shows a tomosynthesis cross-sectional image of the alphabet phantom without removing artifacts on the outer region with respect to the alphabet H position plane at an enlargement ratio of 3.9 and a photographing angle range of 60 degrees. As shown in FIG. 8 (b), the tomoxy synthesized cross-sectional image is represented at a higher resolution than the city cross-sectional image shown in FIG. 8 (a) due to the high magnification of 3.9. Because of this, artifacts from external regions other than the H-position plane are also combined. As shown in (c) of FIG. 8, it is possible to observe that the cross-sectional image of the letter H position surface of the H-plane is reconstructed by the high resolution toxin synthsis image reconstructing apparatus according to the present invention, and thus the image quality of the image is improved by removing the external region components other than the ROI. have.
도 9는 종래 기술에 따른 토모신세시스 단면 영상의 프로파일(a)과 본 발명에 따른 토모신세시스 단면 영상의 프로파일(b)을 도시하고 있다. 단면 영상의 프로파일은 화질 개선의 정도를 보다 정확히 확인하기 위한 것으로, 도 8(b) 및 도 8(c)에 각각 도시한 흰색 점선을 따라 영상의 화소세기(pixel intensity)를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 단면 영상의 프로파일(도 9(b))은 토모신세시스 단면 영상의 프로파일(도 9(a))과 비교하여 화소 세기가 명확하게 구분되어 있음을 확인할 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 단면 영상이 종래의 토모신세시스 단면 영상보다 대조도가 크게 개선되었음을 알 수 있다.
9 shows a profile (a) of a tomoxy synthes sectional image according to the prior art and a profile (b) of a tomosynthesis sectional image according to the present invention. The profile of the cross-sectional image is used to more accurately identify the degree of image quality improvement, and represents the pixel intensity of the image along the white dotted lines shown in FIGS. 8B and 8C, respectively. The profile (Fig. 9 (b)) of the cross-sectional image according to the present invention can be seen that the pixel intensity is clearly distinguished compared to the profile of the tomosynthesis cross-sectional image (Fig. 9 (a)), which is according to the present invention. It can be seen that the cross-sectional image is significantly improved contrast than the conventional tomosynthesis cross-sectional image.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
310: 시티 영상 재구성부 320: 외부 영역 시티 영상 계산부
310: 위치 계산부 340: 가상 투영 데이터 계산부
350: 차감부 360: 토모신세시스 영상 재구성부310: city image reconstruction unit 320: outer region city image calculation unit
310: position calculator 340: virtual projection data calculator
350: subtraction part 360: tomosynthesis image reconstruction part
Claims (10)
상기 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 제2 위치에서 획득한 상기 대상 물체의 저해상도 시티(computed tomography, CT) 투영 데이터로부터 상기 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역의 시티 단면 영상을 상기 제1 위치로 이동하여 상기 외부 영역에 대한 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산하는 단계;
상기 국부 관심 영역의 토모신세시스 투영 데이터에서 상기 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 차감하여 차감 투영 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 생성한 차감 투영 데이터를 재구성하여 상기 외부 영역의 왜곡을 보정한 상기 국부 관심 영역의 고해상도 토모신세시스 단면 영상을 생성하는 단계를 포함하며,
상기 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산하는 단계는
상기 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 제2 위치에서 획득한 상기 대상 물체의 저해상도 시티 단면 영상에서 상기 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역으로 이루어진 외부 영역 시티 단면 영상을 생성하는 단계;
상기 대상 물체의 제1 위치와 제2 위치에 기초하여 상기 외부 영역 시티 단면 영상의 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로의 위치 변화를 계산하는 단계; 및
상기 위치 변화에 기초하여 상기 외부 영역 시티 단면 영상을 상기 제1 위치로 이동시킨 것으로 가정하여 가상의 엑스선을 조사하여 상기 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법.Obtaining high resolution tomosynthesis projection data of the local ROI at a first position where a portion of the target object including the local ROI belongs to an X-ray irradiation range;
The city cross-sectional image of an external region excluding the local ROI is moved to the first position from the computed tomography (CT) projection data of the target object obtained at a second position in which the entire target object is within the X-ray irradiation range. Calculating virtual tomoxy synthsis projection data for the outer region;
Generating subtraction projection data by subtracting the virtual toxin synthesis projection data of the external region from the toxin synthesis projection data of the local region of interest; And
Reconstructing the generated subtraction projection data to generate a high resolution tomoxysynthesis cross-sectional image of the local ROI that corrects the distortion of the external region,
Computing the virtual tomoxy synthsis projection data
Generating an external region city cross-sectional image including an external region excluding the local ROI from the low resolution city cross-sectional image of the target object obtained at a second position in which the entire object is in the X-ray irradiation range;
Calculating a position change of the outer area city cross-sectional image from the second position to the first position based on the first position and the second position of the object; And
And calculating virtual tomosynthesis projection data of the external region by irradiating a virtual X-ray assuming that the external region city cross-sectional image is moved to the first position based on the change of position. Reconstruction method of tomosynthesis cross section image.
상기 국부 관심 영역의 토모신세시스 투영 데이터는 상기 국부 관심 영역을 포함하는 대상 물체의 일부가 엑스선 조사 범위에 속하는 상기 제1 위치에서 제1 촬영 각도 범위로 엑스선을 조사하여 획득되며,
상기 시티 투영 데이터는 상기 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 상기 제2 위치에서 제2 촬영 각도 범위로 엑스선을 조사하여 획득되고,
여기서 상기 제1 촬영 각도 범위는 상기 제2 촬영 각도 범위보다 작은 것을 특징으로 하는 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법.The method of claim 1,
Tomosynthesis projection data of the local ROI is obtained by irradiating X-rays with a first photographing angle range at the first position where a part of the target object including the local ROI belongs to an X-ray irradiation range,
The city projection data is obtained by irradiating X-rays with a second photographing angle range at the second position where the entire object is in the X-ray irradiation range,
Wherein the first photographing angle range is smaller than the second photographing angle range.
상기 대상 물체의 국부 관심 영역을 설정하기 위한 영역 설정 신호를 수신하는 단계;
상기 대상 물체 관심 영역의 해상도를 설정하기 위한 해상도 설정 신호를 수신하는 단계; 및
상기 영역 설정 신호와 해상도 설정 신호에 기초하여 상기 제1 위치 및 상기 제1 촬영 각도 범위를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 방법.The method of claim 3, wherein the reconstruction method of the high resolution tomosynthesis cross-sectional image
Receiving a region setting signal for setting a local ROI of the target object;
Receiving a resolution setting signal for setting a resolution of the target region of interest; And
And calculating the first position and the first photographing angle range based on the area setting signal and the resolution setting signal.
상기 단면 영상 재구성 유닛은 국부 관심 영역을 포함하는 상기 대상 물체의 일부가 엑스선 조사 범위에 속하는 제1 위치에서 획득한 상기 국부 관심 영역의 토모신세시스(tomosynthesis) 투영 데이터에서 상기 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 차감하여 생성된 차감 투영 데이터를 재구성하여 상기 국부 관심 영역의 고해상도 토모신세시스 영상을 재구성하며,
상기 단면 영상 재구성 유닛은 상기 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 제2 위치에서 획득한 상기 대상 물체의 시티(computed tomography, CT) 투영 데이터로부터 상기 대상 물체의 시티 단면 영상을 재구성하고, 상기 재구성한 시티 단면 영상에서 상기 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역의 시티 단면 영상을 상기 제1 위치로 위치 변화시킨 것으로 가정하여 가상의 엑스선을 조사하여 상기 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산하는 것을 특징으로 하는 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치. A gantry unit, an X-ray generating unit installed in the gantry, and X-rays installed in the gantry unit and irradiated from the X-ray generating unit and passing through a target object are detected to detect computed tomography (CT) projection data or tomosynthesis. An x-ray detection unit for obtaining projection data and a cross-sectional image reconstruction unit for reconstructing a cross-sectional image of the target object from the acquired city projection data or tomoxy synthsis projection data,
The cross-sectional image reconstruction unit may include an external region excluding the local region of interest from tomosynthesis projection data of the local region of interest obtained at a first position where a portion of the target object including the local region of interest belongs to an X-ray irradiation range. Reconstructing the high-definition toxin synthesis image of the local region of interest by reconstructing the subtraction projection data generated by subtracting the virtual toxin synthsis projection data of
The cross-sectional image reconstruction unit reconstructs the city cross-sectional image of the target object from the computed tomography (CT) projection data of the target object obtained at a second position where the entire target object belongs to an X-ray irradiation range, The virtual tomosynthesis projection data of the external region is calculated by irradiating a virtual X-ray on the assumption that the city cross-sectional image of the external region except the local ROI is changed to the first position in the city cross-sectional image. Reconstruction device of high resolution tomoxysynthesis section image.
상기 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 제2 위치에서 엑스선을 조사하여 획득한 상기 시티(computed tomography, CT) 투영 데이터로부터 시티 단면 영상을 재구성하는 시티 영상 재구성부;
상기 재구성한 시티 단면 영상에서 상기 국부 관심 영역을 제외한 외부 영역의 시티 단면 영상을 생성하는 외부 영역 시티 영상 생성부;
상기 대상 물체의 제1 위치 좌표와 제2 위치 좌표에 기초하여 상기 외부 영역의 시티 단면 영상의 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로의 위치 변화를 계산하는 위치 계산부;
상기 위치 변화에 기초하여 상기 외부 영역 시티 단면 영상을 상기 제1 위치로 이동시킨 것으로 가정하여 가상의 엑스선을 조사하여 상기 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 계산하는 가상 투영 데이터 계산부;
상기 국부 관심 영역의 토모신세시스 투영 데이터에서 상기 외부 영역의 가상 토모신세시스 투영 데이터를 차감하여 차감 투영 데이터를 생성하는 차감부; 및
상기 생성한 차감 투영 데이터를 재구성하여 상기 국부 관심 영역의 단면 영상을 생성하는 토모신세시스 영상 재구성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치. The method of claim 6, wherein the cross-sectional image reconstruction unit
A city image reconstructing unit configured to reconstruct a city cross-sectional image from the computed tomography (CT) projection data obtained by irradiating X-rays at a second position in which the entire target object belongs to an X-ray irradiation range;
An external region city image generation unit configured to generate a city sectional image of an external region excluding the local ROI from the reconstructed city sectional image;
A position calculator configured to calculate a position change from the second position to the first position of the city section image of the external region based on the first position coordinate and the second position coordinate of the target object;
A virtual projection data calculator configured to calculate virtual tomosynthesis projection data of the external area by irradiating a virtual X-ray assuming that the external area city cross-sectional image is moved to the first location based on the position change;
A subtraction unit generating subtraction projection data by subtracting the virtual toxin synthesis projection data of the external region from the tomosynthesis projection data of the local ROI; And
And a tomosynthesis image reconstruction unit configured to reconstruct the generated subtraction projection data to generate a cross-sectional image of the local ROI.
상기 시티 투영 데이터는 상기 대상 물체 전체가 엑스선 조사 범위에 속하는 상기 제2 위치에서 제2 촬영 각도 범위로 엑스선을 조사하여 획득되고,
여기서 상기 제1 촬영 각도 범위는 상기 제2 촬영 각도 범위보다 작은 것을 특징으로 하는 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치.The method of claim 7, wherein the tomoxy synthsis projection data of the local ROI is obtained by irradiating X-rays with a first photographing angle range at the first position where a portion of the target object including the local ROI belongs to an X-ray irradiation range. ,
The city projection data is obtained by irradiating X-rays with a second photographing angle range at the second position where the entire object is in the X-ray irradiation range,
Wherein the first photographing angle range is smaller than the second photographing angle range.
상기 계산한 위치 변화에 기초하여 상기 엑스선 발생 유닛과 상기 대상 물체 사이의 거리를 조절하는 이동 회전 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고해상도 토모신세시스 단면 영상의 재구성 장치.The apparatus of claim 7, wherein the reconstruction device of the high resolution tomosinesis cross section image comprises:
And a moving rotation unit that adjusts a distance between the X-ray generating unit and the target object based on the calculated position change.
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