KR101292986B1 - Ｘ 레이 시스템 및 ｘ 레이 촬상 시스템 제어 방법 - Google Patents

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스티븐 이 커티스
디미트리 야트센코
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

의료 촬상 장치의 노출을 제어하는(108) 방법 및 시스템이 제공된다. 이 방법은 X 레이 촬상 시스템(10) 내의 X 레이 레벨의 노출 레벨을 변화시켜서 서로 다른 노출 레벨을 갖는 복수의 영상을 생성하는 단계와, 이 복수의 영상을 가법 처리에서 결합해서(112) 하나의 X 레이 영상을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

Ｘ 레이 시스템 및 Ｘ 레이 촬상 시스템 제어 방법{METHODS AND SYSTEMS FOR CONTROLLING EXPOSURE FOR MEDICAL IMAGING DEVICES}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X 레이 촬상 시스템의 블록도,
도 2는 CT(computed tomography) 촬상 시스템으로 도시된 도 1의 X 레이 촬상 시스템의 실시예의 사시도,
도 3은 모바일 C 암 X 레이 시스템으로 도시된 도 1의 X 레이 촬상 시스템의 다른 실시예의 측부 입면도,
도 4는 모바일 X 레이 촬상 시스템으로 도시된 도 1의 X 레이 촬상 시스템의 다른 실시예의 측부 입면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노출 제어 처리를 나타내는 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : X 레이 촬상 시스템 12 : 갠트리(Gantry)
14 : X 레이 소스 16 : X 레이
17 : 위치 결정 암 18 : 검출기 어레이
20 : 검출기 소자 22 : 환자
24 : 회전 중심 26 : 제어 유닛
28 : X 레이 컨트롤러 30 : 갠트리 모터 컨트롤러
32 : 데이터 획득 시스템 33 : 노출 컨트롤러
34 : 영상 재생기 35 : 영상 처리기
36 : 컴퓨터 38 : 대용량 저장 장치
39 : 모바일 베이스 40 : 조작자 콘솔
42 : 디스플레이 44 : 테이블 모터 컨트롤러
46 : 모터 동작 테이블 48 : 갠트리 개구부
100 : 제어 처리 또는 방법 102 : 다양한 노출 파라미터 결정
104 : 영상 혹은 영상 세트 당 노출 수 결정
106 : 각각의 노출마다 에너지 레벨 변화 결정
108 : 의료 촬상 시스템의 노출 제어
110 : 서로 다른 노출 레벨을 갖는 다중 영상 수신
112 : 다중 영상 결합/합병
114 : 결합/합병된 영상에 기초해서 다중 노출 영상 제공
본 발명은 전반적으로 의료 촬상 시스템에 관한 것이고, 더 상세하게는 X 레이 영상 장치에서 영상의 노출을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
영상 처리의, 특히 X 레이 의료 촬상 시스템의 영상 처리의 다이내믹 레인지가 증가하고 있으며, 이로써 개선된 영상을 달성한다. 개선된 다이내믹 레인지 처리 소프트웨어 및 하드웨어를 사용하는 3차원(3D) 영상 처리를 위해서는 높은 다이내믹 레인지 영상 및 하나의 스틸 영상이 필요하다. 개선된 다이내믹 레인지 처리 소프트웨어 및 하드웨어에 의해 처리된 영상은 영상 센서의 다이내믹 레인지에 의해 제한된다. 결과적으로, 이들 높은 다이내믹 레인지 영상을 제공하기 위해서는 개선된 다이내믹 레인지를 갖는 영상 센서가 필요하다. 그 결과, 필요한 다이내믹 레인지 개선을 위한 의료 수요 및 시장 측면에 기초해서, 이러한 더 높은 다이내믹 레인지를 제공하는 고체 상태 검출기가 개발되었다. 그러나, 고체 상태 검출기는 매우 가격이 비싸다.
많은 X 레이 시스템이 영상 증배관(image intensifier)과 같은 저렴한 영상 센서를 사용해서 X 레이를 카메라 입력으로 변환하고 있다. 그러나, 이와 같은 저렴한 영상 센서는 생성되는 영상의 다이내믹 레인지를 제한한다. 따라서, 이와 같이 저렴한 영상 센서를 사용해서 재현된 영상은 영상 증배관과 같은 영상 센서의 제한된 다이내믹 레인지 때문에 높은 다이내믹 레인지로는 제공되지 않는다. 따라서, 이들 영상 센서의 용도 및 애플리케이션이 제한된다.
일 실시예에서, X 레이 촬상 시스템 제어 방법이 제공된다. 이 방법은 X 레이 촬상 시스템 내의 X 레이의 노출 레벨을 변화시켜서 서로 다른 노출 레벨을 갖는 복수의 영상을 생성하는 단계와, 가법 처리로 이 복수의 영상을 결합해서 하나의 X 레이 영상을 형성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, X 레이 시스템이 제공된다. X 레이 촬상 시스템은 X 레이 영상을 획득하는 X 레이 영상 장치 및 X 레이 영상 장치의 각각의 위치에서 획득된 복수의 영상의 노출 레벨을 제어하는 컨트롤러를 포함한다. X 레이 촬상 시스템은 복수의 획득된 영상을 처리하고, 가법 처리에서 복수의 획득된 영상을 결합해서 하나의 X 레이 영상을 생성하는 프로세서를 더 포함하되, 각각의 획득된 영상은 서로 다른 노출 레벨을 갖고 있다.
의료 촬상 시스템 특히, X 레이 촬상 시스템의 노출을 제어하는 시스템 및 방법이 상세하게 설명된다. 예시적인 의료 촬상 시스템, 특히 X 레이 촬상 시스템의 상세한 설명이 X 레이 촬상 시스템의 노출을 제어하는 방법 및 시스템의 다양한 실시예의 상세한 설명에 의해 우선 제공될 것이다.
도 1은 X 레이 촬상 시스템(10)의 예시적인 실시예의 블록도이다. X 레이 촬상 시스템(10)은, 검출기 어레이(18) 또는 다른 영상 수신기와 같은, 검출기 유닛을 향해서 X 레이(16:예컨대, X 레이의 빔)를 투사하는 X 레이 소스(14)를 구비한 영상 갠트리(12) 또는 다른 지지 구조체를 포함하며, 이 검출기 유닛은 갠트리(12)의 대향 측부에 위치될 수 있다. 검출기 어레이(18)는 복수의 검출기 소자(20)로 이루어져 있으며, 이들은 함께 환자(22)와 같은 대상을 투과하는 투사된 X 레이를 검출한다. 복수의 검출기 소자(20) 각각은 전기 신호를 생성하고, 이 전기 신호는 도달하는 X 레이 빔의 강도 및 환자(22)를 투과함에 따른 빔의 감쇄를 나타낸다. X 레이 투사 데이터를 획득하기 위해 스캔하는 동안, 본 발명의 다양한 실시예에서 갠트리(12) 및 여기에 장착된 구성 요소들은 회전 중심(24) 위에서 회전할 수 있다. 그러나, X 레이 스캐너의 타입에 따라서 다른 운동도 가능하다. 또한, 복수의 검출기 소자(20)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있지만, 사용되는 애플리케이션 및/또는 X 레이 스캐너의 타입에 따라서 다른 구성이 고려된다. 복수의 검출기 소자(20)를 일렬로 배치함으로써 스캔하는 동안 하나의 영상 슬라이스에 대응하는 투사 데이터를 획득할 수 있다. 그러나, 다른 예시적인 실시예에서, 스캔하는 동안 복수의 병렬 슬라이스에 대응하는 투사 데이터가 동시에 획득될 수 있도록 복수의 검출기 소자(20)가 복수의 병렬 열로 배치될 수 있다.
예컨대, 갠트리의 회전과 같은 갠트리(12)의 제어 및 X 레이 소스(14)의 동작은 X 레이 화상 시스템(10)의 제어 유닛(26)에 의해 제공된다. 제어 유닛(26)은 전력 및 타이밍 신호를 X 레이 소스(14)에 제공하는 X 레이 컨트롤러(28) 및 예컨대 갠트리(12)의 회전 속도 및 위치를 제어하는 갠트리 모터 컨트롤러(30)를 포함한다. 제어 유닛(26) 내의 데이터 획득 시스템(DAS:32)은 아날로그 데이터와 같은 데이터를 복수의 검출 소자(20)로부터 획득하여, 이 데이터를 후속 처리를 위해서 디지털 신호로 변환한다. 제어 유닛(26)은 X 레이 소스(14)의 에너지 레벨과 같은 노출 레벨을 제어하는 노출 컨트롤러(33)도 포함하고 있으며, 이에 대해서는 이하 더 상세히 설명될 것이다. 영상 재생기(34)는 DAS(32)로부터 샘플링되고 디지털화된 X 레이 데이터를 수신해서 영상을 재생한다. X 레이 데이터를 처리하기 위해서 영상 처리기(35)가 제공될 수도 있다. 재생된 영상은 대용량 저장 장치(38)(예컨대, 디스크 저장 장치)와 같은 저장 장치에 영상을 저장하는 컴퓨터(36)와 같은 처리기에 제공된다.
컴퓨터(36)는 조작자 콘솔(40)을 통해서 조작자로부터 커맨드 및 스캐닝 파라미터를 수신하며, 조작자 콘솔은 예컨대, 키보드, 조이스틱, 롤러볼 및 다른 유닛 입력부를 포함할 수 있다. 조작자는 디스플레이(42)를 통해서 재생된 영상 및 컴퓨터(36)로부터의 다른 데이터를 볼 수 있다. 조작자가 제공한 커맨드 및 파라미터는 제어 신호 및 정보를 DAS(32), X 레이 컨트롤러(28), 갠트리 모터 컨트롤러(30) 및 노출 컨트롤러(33)에 제공하도록 컴퓨터(36)에 의해 사용된다. 또한, 일 실시예에서, 컴퓨터(36)는 갠트리(12) 내의 환자의 위치를 조정하도록 모터 구동식(motorized) 테이블(46)을 제어하는 테이블 모터 컨트롤러(44)를 제어한다. 예컨대, CT 촬상 시스템으로 도시된 X 레이 의료 촬상 시스템(10)의 일 실시예를 도시한 도 2에 도시된 바와 같이, 테이블(46)은 갠트리 개구부(48)를 통해서 환자(22)의 위치를 이동시킨다. 그러나, 본 발명의 다양한 실시예가 도 2에 도시된 CT X 레이 시스템으로 한정되는 것은 아니라는 점에 주의한다. 예컨대, X 레이 촬상 시스템(10)은 도 3에 도시된 바와 같은 모바일 C 암 X 레이 촬상 시스템이 될 수도 있으며, 이는 모바일 베이스(39)의 일부로서 제공된 도 1에 도시된 제어 소자를 구비한 C 형 갠트리(12)를 구비하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에서, X 레이 촬상 시스템(10)은 X 레이 소스(14)를 이동시키는 위치 조정 암(17)을 구비한 모바일 X 레이 촬상 시스템이 될 수도 있다. 그러나, 노출 컨트롤러(33:도 1) 및 이하 더 상세하게 설명될 영상 처리기(35:도 1)를 포함하는 X 레이 촬상 시스템(10)의 제어 소자가 필요에 따라서 임의의 X 레이 촬상 시스템과 함께 제공될 수 있다는 점에 주의한다.
본 발명의 다양한 실시예는 X 레이 촬상 시스템(10)의 제어를, 더 상세하게는 영상의 노출의 제어를 가능하게 할 수 있다. 다양한 실시예가 특히 영상 증배관과 같은 저렴한 영상 센서에 유용하며, 이는 이들 검출기의 다이내믹 레인지를 개선한다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이, X 레이 시스템(10)에 사용될 수 있는 노출 제어 처리 또는 방법(100)이 개시되어 있다. 특히, 단계(102)에서 다양한 노출 파라미터가 측정된다. 다양한 실시예에서, 이들 파라미터는 일반적으로, X 레이 화상 시스템, 특히 X 레이 소스(14)에 의해 인가되는 X 레이 선량을 변화시켜서 다양한 센서 밝기를 제공하는 (i) 펄스 폭을 변화시킴으로써 전기적으로 제어되거나 기계 셔터에 의해 기계적으로 제어될 수 있는 X 레이의 지속 시간, (ii) 밀리암페어(mA) 레벨, (iii)킬로볼트(kV) 레벨 및/또는 (iv) 다른 파라미터와 같은 에너지 파라미터를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서 mAs를 기준으로 잡으면, 이는 일정 시간 동안 mA 레벨을 기준으로 한다는 점에 주의한다. 이들 파라미터는 조작자 콘솔(40:도 1)을 사용해서 사용자에 의해 입력될 수도 있고, 예컨대 수행될 특정 타입의 시험에 기초해서 컴퓨터(도 1)에 의해 처리되도록 미리 결정되거나 프로그래밍될 수도 있다.
단계(104)에서, 화상 혹은 화상 세트 당 노출 수가 결정이 이루어진다. 특히, X 레이 소스(14:도 1)의 각각의 초점 혹은 위치에서 노출의 수가 결정된다. 예 컨대, 각각의 위치에 이중 노출(즉, X 레이 소스(14)를 사용한 2개의 노출)이 제공될 수 있다. 그러나, 3개 이상 및/또는 필요한 만큼의 노출을 포함하는 추가적인 노출이 제공될 수 있다. 단계(106)에서, 영상 혹은 영상 세트당 각각의 노출 사이의 에너지 레벨과 같은, 노출 레벨에서 필요한 변화에 관한 결정이 이루어진다. 예컨대, 에너지 레벨은 사용자가 선택한 소망의 화상 품질에 기초해서 변화될 수 있다. 단계(104)에서의 화상 혹은 화상 세트당 노출의 수의 결정 및 단계(106)에서의 각각의 노출의 노출 레벨의 변화의 결정은 조작자 콘솔(40)에서 수신된 사용자 입력에 기초할 수도 있고 미리 결정될 수도 있다.
단계(108)에서, X 레이 소스(14)에 의해 생성된 X 레이(16:도 1)의 X 레이 선량 또는 노출 레벨은 단계(102)에서 결정된 바에 따라서 변하는 노출 파라미터, 단계(104)에서 결정된 영상 또는 영상 세트당 노출의 수 및 단계(106)에서 결정된 각각의 노출의 노출 레벨의 변화에 기초해서 노출 컨트롤러(33:도 1)에 의해 제어된다(예컨대, 변화된다). 예컨대, X 레이 소스(14)의 kV 및 mA가 제어되며, 특히 노출 컨트롤러(33)에 의해 제어되는 각각의 노출마다 변화된다.
단계(110)에서, 서로 다른 노출 레벨을 갖는 영상이 수신된다. 예컨대, DAS(32:도 1)는 복수의 검출기 소자(20:도 1)로부터 검출기의 아날로그 데이터를 샘플링하고, 이 데이터를 후속 처리를 위해서 디지털 신호로 변환할 수 있다. 복수의 검출기 소자(20)로부터의 데이터의 샘플링은 예컨대, 후속하는 영상 또는 영상 세트당 각각의 노출 레벨마다 이루어진다. 수신된 다중 영상은 단계(112)에서 결합 또는 합병된다. 상세하게, 영상 재생기(34:도 1)와 결합된 영상 처리기(35:도 1)는 다중 영상을 결합 또는 합병하며, 예컨대 X 레이 소스(14:도 1)의 동일한 초점 혹은 위치로부터 서로 다른 노출 레벨의 다중 영상을 결합 또는 합병한다.
동작시에, 예컨대 각각의 영상 또는 영상의 세트마다 X 레이(14)에 의해 2개의 서로 다른 노출 레벨이 제공되면(예컨대, 생성되면), 예컨대 이중 에너지의 결합 또는 합병이 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 공지된 가법(additive) 및/또는 평균 합병 또는 결합이 제공된다. 예컨대, 공지된 합산 방정식이 사용될 수 있으며, 여기서 영상의 각각의 픽셀의 값은 다중 영상의 픽셀의 로그의 합이다. 그러나, 영상을 결합 또는 합병하는 임의의 적절한 방법 또는 처리가 구현될 수 있다는 점에 주의한다. 예컨대, 어두운 및/또는 밝은 클리핑을 방지해서 개선된 다이내믹 레인지를 갖는 영상을 제공하기 위해서 이미지를 결합 또는 합병하는데, 요구되는 혹은 필요한 임의의 방법 또는 처리가 사용될 수 있다. 또한, 일 실시예에서 각각의 위치의 다중 영상이 X 레이(14)와 환자(22:도 1)가 고정된 상태에서 획득될 수 있다. 단계(114)에서 결합된 및/또는 합병된 영상이 복수 노출 영상으로서 제공되고 이것이 예컨대, 디스플레이(42:도 1)에 디스플레이될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 X 레이 스캔으로부터 다중 노출 영상을 제공한다. 예컨대, 서로 다른 에너지 레벨을 갖는 각각의 노출의 다중 영상이 제공되며, 이는 영상 증배관과 같은 저렴한 센서를 사용해서 결합 혹은 합병되어서 다이내믹 레인지가 개선되고 어두운/밝은 클리핑이 감소된 다중 노출 영상을 생성한다. 이 다중 영상은 예컨대 어두운 및/또는 밝은 클리핑을 감소시켜서 영상의 다이내믹 레인지를 개선하는 가법적인 간단한 평균화 또는 다른 복합 합병기와 같은 임의의 방법으로 결합될 수 있다. 따라서, 예컨대 서로 다른 노출을 갖는 다중 영상을 결합 혹은 합병해서 생성된 다중 노출 영상이 제공될 수 있으며, 이는 X 레이 시스템을 사용해서 영상 재생의 다이내믹 레인지를 연장한다.
또한, 노출 제어를 제공하는 본 발명의 다양한 실시예는 원하는 바에 따라 혹은 필요에 따라서 임의의 타입 또는 종류의 X 레이 촬상 시스템과 연결되어서 혹은 결합되어서 사용될 수 있다는 점에 주의한다. 또한, 가변 파라미터는 X 레이 시스템 또는 특정 X 레이 애플리케이션의 타입 혹은 종류에 기초해서 변화 또는 수정될 수 있다.
본 발명이 다양한 특정 실시예에 대해서 설명되었지만, 당업자는 본 발명이 청구항의 사상 및 범주 내에서 수정되어 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명은 개선된 다이내믹 레인지를 갖는 영상 센서를 제공한다.

Claims (10)

  1. X 레이 촬상 시스템(x-ray imaging system)(10)을 제어하는(108) 방법에 있어서,
    X 레이 촬상 시스템 내의 X 레이의 노출 레벨을 변화시키도록 제어하는 노출 파라미터를 결정하는 단계와,
    상기 X 레이 촬상 시스템의 X 레이 소스의 각각의 위치에서 노출의 수를 결정하는 단계와,
    상기 X 레이 소스의 각각의 위치마다 서로 다른 노출 레벨을 갖는 복수의 영상을 생성하도록, 상기 결정된 노출 파라미터 및 상기 결정된 노출의 수에 기초하여 X 레이 촬상 시스템 내의 X 레이(16)의 노출 레벨을 변화시키는 단계와,
    하나의 X 레이 영상을 형성하도록 가법 처리(additive process)로 상기 복수의 영상을 결합하는(112) 단계를 포함하는
    X 레이 촬상 시스템 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노출 레벨을 변화시키는 단계는 X 레이 선량을 변화시키는 단계를 포함하는
    X 레이 촬상 시스템 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노출 레벨을 변화시키는 단계는 상기 X 레이(16)의 에너지 레벨을 변화시키는 단계를 포함하는
    X 레이 촬상 시스템 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 에너지 레벨을 변화시키는 단계는 지속 시간(duration), 밀리암페어 레벨(milliamp level) 및 킬로볼트 레벨(kilovolt level) 중 하나를 변화시키는 단계를 포함하는
    X 레이 촬상 시스템 제어 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 에너지 레벨을 변화시키는 단계는 초당 밀리암페어(mAs) 레벨을 변화시키는 단계를 포함하는
    X 레이 촬상 시스템 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노출 레벨을 변화시키는 단계는 상기 X 레이(16)의 에너지 레벨을 변화시키는 단계를 포함하되,
    상기 에너지 레벨은 지속 시간, 밀리암페어 레벨 및 킬로볼트 레벨 중 하나를 포함하고,
    상기 지속 시간은 전자 수단 및 기계 수단 중 하나에 의해 제어되는
    X 레이 촬상 시스템 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가법 처리는 평균화 처리를 포함하는
    X 레이 촬상 시스템 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 X 레이 촬상 시스템(10)의 하나의 위치에서 상기 복수의 영상을 획득하는 단계를 더 포함하는
    X 레이 촬상 시스템 제어 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 X 레이 촬상 시스템(10)의 복수의 위치 각각에서 상기 복수의 영상을 획득하는 단계를 더 포함하는
    X 레이 촬상 시스템 제어 방법.
  10. X 레이 영상을 획득하는 X 레이 촬상 장치와,
    상기 X 레이 촬상 장치의 복수의 위치 각각에서 획득된 복수의 영상의 노출 레벨을 변화시키도록 선택된 노출 파라미터를 제어하고 상기 복수의 영상을 정의하는 상기 복수의 위치 각각에서 노출의 수를 제어하는(108) 컨트롤러(33)와,
    서로 다른 노출 레벨을 각각 갖는 복수의 획득된 영상을 처리하여 하나의 X 레이 영상을 생성하도록 상기 복수의 획득된 영상을 가법 처리로 결합하는(112) 프로세서(35)를 포함하는
    X 레이 시스템(10).
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