KR101323034B1 - 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 ｃｔ 촬영 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 오브젝트를 중심으로 복수의 광원과 영상 검출부가 반대편에 위치하며, 상기 복수의 광원과 영상 검출부를 회전시켜 가면서 상기 오브젝트를 촬상하는 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법에 있어서, 단일 에너지 광자 선원을 가지며, 서로 다른 에너지 대역을 가지는 상기 복수의 광원 소스 중에서 하나의 광원 소스를 선택하는 단계, 상기 오브젝트를 중심으로 상기 선택된 광원 소스를 회전시켜 가면서 상기 오브젝트에 대한 콘빔 CT 촬영을 수행하는 단계, 상기 콘빔 CT 촬영을 수행하는 동안, 2차원 패널 형태의 상기 영상 검출부에 포함된 각각의 픽셀이 흡수하는 광자 에너지를 측정하는 단계, 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 연산하여 저장하는 단계, 그리고 각각의 픽셀에 대하여 저장된 광자 개수 정보를 이용하여 3차원 CT 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 3차원 콘빔 CT 영상 생성 시 단일 광자 선원에 의한 영상을 사용함으로써 산란에 대한 영향을 효과적으로 제거할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 3차원 콘빔 CT 영상 생성 시 단일 광자 선원에 의한 영상을 사용함으로써 산란에 대한 영향을 효과적으로 제거할 수 있다.
Description
본 발명은 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일 에너지 광자 선원을 이용하여 산란빔의 영향을 최대한 억제시킬 수 있는 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것이다.
최근 방사선 치료 방법이 컴퓨터와 네트워킹, 방사선 요법 치료 계획 소프트웨어(radiation therapy treatment planning software) 및 의료 영상(medical imaging) 기술과 결합되어 개선되고 있다. 이러한 의료 영상화 기술에는, 예컨대, 컴퓨터 단층 촬영(computed tomography, CT), 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MRI), 초음파(ultrasound, US), 양전자 방출 단층 촬영(positron emission tomography, PET)이 있다.
CT 영상을 얻는 방법은 슬라이스 단위의 스캐닝 (scanning in a slice-by-slice) 프로세스에 기초한 이미지 재구성으로부터 나선형(helical) 스캐닝까지 발전하였다. 슬라이스 단위의 스캐닝(slice-by-slice scanning)은 나선형 스캐닝에 앞서 이용되었으며, 갠트리(gantry)의 회전을 통해 CT 촬영이 진행되도록 하였다. 그리고, 미리 선택된 환자의 조직의 슬라이스(slice)는 원형 스캔에 의해 획득된 데이터를 이용하여 재구성되었다.
최근에는 방사선을 사용하여 암을 포함한 신생물에 대한 치료를 실시할 때 치료 직전에 환자의 자세와 치료 목표의 위치 고정을 목적으로 3차원 CBCT(Cone Beam Computed Tomography) 영상을 이용한 IGRT(Image Guided Radiation Therapy) 기법이 널리 보편적으로 사용되기 시작하고 있는 추세이다.
CBCT에 의한 영상은 일부 폐나 뼈와 같이 밀도의 차이가 큰 부분을 제외한 다른 부분에서의 장기의 구분에 대한 영상의 질이 떨어지는 것으로 평가되고 있으며, CBCT에 대한 주요한 영상의 질에 영향을 미치는 부분은 환자의 인체 내에서 산란이 되는 광자에 의한 부분이 절대적이다.
이러한 이유로 인하여 CBCT 영상을 이용하는 경우 산란에 의한 영상 품질의 저하는 피할 수 없는 부분이었으며, 환자 인체 내의 흡수선량을 정확하게 계산하지 못하므로, CBCT 영상은 방사선 치료등에 있어서 효용성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1076321호(2011. 10. 26 등록공고)에 기재되어 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단일 에너지 광자 선원을 이용하여 산란빔의 영향을 최대한 억제시킬 수 있는 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 오브젝트를 중심으로 복수의 광원과 영상 검출부가 반대편에 위치하며, 상기 복수의 광원과 영상 검출부를 회전시켜 가면서 상기 오브젝트를 촬상하는 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법에 있어서, 단일 에너지 광자 선원을 가지며, 서로 다른 에너지 대역을 가지는 상기 복수의 광원 소스 중에서 하나의 광원 소스를 선택하는 단계, 상기 오브젝트를 중심으로 상기 선택된 광원 소스를 회전시켜 가면서 상기 오브젝트에 대한 콘빔 CT 촬영을 수행하는 단계, 상기 콘빔 CT 촬영을 수행하는 동안, 2차원 패널 형태의 상기 영상 검출부에 포함된 각각의 픽셀이 흡수하는 광자 에너지를 측정하는 단계, 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 연산하여 저장하는 단계, 그리고 각각의 픽셀에 대하여 저장된 광자 개수 정보를 이용하여 3차원 CT 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 연산하는 단계는, 상기 영상 검출부에 포함된 각각의 픽셀에서 흡수된 광자 에너지를 아날로그 펄스 형태로 검출하는 단계, 그리고 상기 광자 에너지를 증폭 시킨 후 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수가 기준값보다 크면, 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 카운트 연산하여 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수가 기준값보다 작으면, 해당되는 픽셀에 대응하는 광자의 개수를 카운트하지 않을 수 있다.
상기 복수의 광원 소스는, 일부가 개방되며, 개방된 부분에 복수의 필터가 장착된 하우징 구조체의 내부에 포함되어 있으며, 상기 하우징 구조체는, 상기 복수의 광원 소스에 대응하여 복수의 통로 공간이 분지형으로 형성되며, 선택된 광원 소스를 상기 개방된 부분에 근접한 위치로 이동시키는 위치 제어부, 그리고 선택되지 않은 광원 소스를 차폐시키기 위한 셔터를 더 포함할 수 있다.
상기 광원 소스를 선택하는 단계는, 상기 복수의 광원 소스 중에서 임의의 하나의 광원 소스를 이용하여 상기 오브젝트에 대하여 콘빔 CT 촬영을 수행하는 단계, 상기 콘빔 CT 촬영된 스카우트(scout) 영상으로부터 연부 조직 픽셀 수에 대한 경부 조직 픽셀 수의 비율을 연산하는 단계, 그리고 상기 연산된 결과가 임계값보다 낮으면, 저 에너지 대역에 대응하는 광원 소스를 선택하고, 상기 연산된 결과가 상기 임계값보다 크거나 같으면, 고 에너지 대역에 대응하는 광원 소스를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단일 에너지 광자 선원은 감마선 또는 특성 X선(Characteristic X-rays)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치는, 단일 에너지 광자 선원을 가지며, 오브젝트를 중심으로 회전하면서 콘빔 CT 촬영을 수행하는 복수의 광원 소스, 오브젝트를 중심으로 상기 복수의 광원 소스와 대칭되는 위치에 2차원 패널 형태로 설치되어, 각각의 픽셀이 흡수하는 광자 에너지를 측정하는 영상 검출부, 상기 오브젝트에 대한 연부 조직 픽셀 수에 대한 경부 조직 픽셀 수의 비율을 이용하여 상기 복수의 광원 소스 중에서 하나를 선택하고, 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 연산하여 저장하는 제어부, 그리고 각각의 픽셀에 대하여 저장된 광자 개수 정보를 이용하여 3차원 CT 영상을 생성하는 영상 재구성부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, Pan Beam CT의 특징인 환자의Superior-Inferior 방향에서의 Slice 간격에 의한 공간 분해능의 저하를 없앨 수 있으며, 영상 구성 시 단일 광자 선원에 의한 영상을 사용함으로써 산란에 대한 영향을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 오브젝트에 의해 움직이는 부분을 최소화하여 기계의 안정성을 높일 수 있으며, 전원 부분이나 Cooling system이 불필요하므로 경량화 및 소형화가 가능하다. 또한 자기장에 의한 영상의 품질에 미치는 영향이 없어 MR과의 연동 시스템 구성이 용이하며, 현재 CT에 비하여 10배 이상의 dose reduction이 가능하므로 Low-dose CT의 구성이 가능하다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 콘빔 CT 촬영 장치를 나타낸 도면이고, 도 1b는 도 1a에 따른 콘빔 CT 촬영 장치가 실제 구현된 형상를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 광원 소스의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 검출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 최적의 단일 에너지 스펙트럼을 가지는 광원을 선택하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 광자 에너지 스펙트럼의 산란을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6b는 종래 기술에 따른 광자 에너지 스펙트럼의 산란을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 광원 소스의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 검출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 최적의 단일 에너지 스펙트럼을 가지는 광원을 선택하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 광자 에너지 스펙트럼의 산란을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6b는 종래 기술에 따른 광자 에너지 스펙트럼의 산란을 설명하기 위한 예시도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 콘빔 CT 촬영 장치를 나타낸 도면이고, 도 1b는 도 1a에 따른 콘빔 CT 촬영 장치가 실제 구현된 형상를 나타낸 것이다.
도 1a와 같이 본 발명의 실시예에 따른 콘빔 CT 촬영 장치(100)는 복수의 광원 소스(110), 영상 검출부(120), 제어부(130) 및 영상 재구성부(140)를 포함한다.
콘빔 CT 촬영 장치(100)는 환자의 단층면상을 나타내는 영상장치로, 인체의 여러 각도에서 투과한 광원을 컴퓨터로 측정하고 인체의 단면에 대한 흡수치를 재구성하여 영상으로 나타내 주는 단층촬영기기이다.
광원 소스(110)는 도 1b와 같이 환자 주위를 회전하며 환자에게 콘 빔 형태의 광원을 투과시키는데, 여기서 광원 소스(110)는 단일 에너지 형태의 광원을 투과시키도록 한다. 단일 에너지 형태의 광원이란 방사성 동위원소(Radioactive isotope)에 해당하는 감마선, 특성 X선(Characteristic X-rays, 고유 X선)을 포함하며, 특성 X선은 각 원소에 고유한 파장이 있는 X선으로서, 전이되는 원자 궤도에 따라서 KX선, LX선, KΒX 선을 포함한다.
감마선은 방사성 물질에 방출되는 방사선을 의미하는데, X선에 비해 에너지가 크고 파장이 짧으며, X선에 비하여 투과력이 훨씬 강하다. 또한 특성 X선은 표적 물질에 전자빔 내지 이온빔을 조사할 때, 구성 원자의 내각 전자가 물질 밖으로 방출되어 생긴 곡공에 외각전자가 전이하면서 방출되는 X선으로서, 밴드상의 연속 X선에 겹쳐져 예리한 에너지 피크 스펙트럼으로 관측된다.
이와 같이 단일 에너지 스펙트럼을 가지는 감마선 또는 특성 X선을 이용하는 경우 산란에 의한 영상의 품질 저하를 최소화시킬 수 있다.
영상 검출부(120)는 광원 소스(110)에 대하여 환자를 중심으로 마주보는 위치에 대칭되어 회전하며, 광원 소스(110)로부터 투과된 광원의 광자 에너지를 측정할 수 있는 2차원 패널 형태로 구현된다. 여기서, 도 1b와 같이 광원 소스(110)와 영상 검출부(120)는 환자를 중심으로 원 궤도 운동을 대칭되는 위치에서 연동하여 수행하며, 1rps 이상의 각속도를 가진다.
영상 검출부(120)는 다수의 픽셀 형태로 이루어져 있으며, 픽셀 사이즈는 2 X 2 mm2 이하의 크기를 가진다. 또한 영상 검출부(120)의 두께는 투과되는 단일 광원의 성분과 광자의 에너지에 따라서 설계 변경이 가능하다. 또한 영상 검출부(120)는 각각의 픽셀이 흡수하는 각각의 광자 에너지를 측정할 수 있는 칼로리미터 타입(calorimeter type)으로 이루어진다.
제어부(130)는 복수의 광원 소스(110) 중에서 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수가 기준값보다 크면, 나머지 에너지 대역에 대한 광자 개수를 제거하고, 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자에 대해서만 개수를 연산한다. 따라서, 제어부(130)는 나머지 에너지 대역에 대한 광자 에너지를 제거시킴으로써, 산란되어 입사된 광원 소스로 인해 CT 촬영의 정확도가 저하되는 것을 최대한 방지한다.
영상 재구성부(140)는 영상 검출부(120)에서 획득한 영상 데이터를 이용하여 에너지 스펙트럼을 가공하고 3차원 영상으로 조합한다. 제어부(130)와 영상 재구성부(140)는 영상 검출부(120)에 일체화 될 수도 있고, 영상 검출부(120)와 분리되어 설치될 수 있다.
이하에서는 도 2를 통하여 도 1a 및 도 1b에 따른 광원 소스(110)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 광원 소스의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의상 도 2에서는 단일 에너지 광원으로 감마선을 사용하는 것으로 가정한다.
도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 복수의 광원 소스(110)는 일부가 개방된 하우징 구조체(Shielding housing)내에 형성되어 있으며, 개방된 중심부를 기준으로 하우징 구조체의 내측 방면으로 복수의 통로 공간이 분지형으로 형성되어 있다.
그리고, 복수의 감마 소스(Gamma source)가 각각의 분지형 통로 공간에 배치되어 있다. 복수의 감마 소스는 각각 서로 다른 에너지 스펙트럼을 가지는데, 사용자 또는 제어부(130)는 특정 대역의 에너지 스펙트럼을 가지는 감마 소스를 선택할 수 있다. 복수의 감마 소스 중에서 하나가 선택되면, 선택된 감마 소스는 위치 제어부(Source positioning device)에 의해 중심부로 이동되고, 선택되지 않은 감마 소스는 셔터(Shutter)에 의하여 차폐되어 진다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면 감마 소스의 활동성에 대하여 충분히 차폐가 될 수 있는 하우징 구조를 갖도록 되어 있으며, CT 영상에 관여하지 않는 감마 소스들을 차폐 및 보호하기 위하여 셔터가 각각 구비된다. 셔터는 광자의 에너지 크기와 빔의 세기를 조절하여 이미지 피사체의 다양성에 따른 혹은 이미지의 목적에 따른 빔조건을 달리 할 수 있도록 한다.
또한 위치 제어부(Source positioning device)는 각각의 감마 소스에 연결되어, 선택된 감마 소스와 선택되지 않은 감마 소스들의 위치를 각각 조절한다.
또한 중심부의 개방된 부분에는 복수의 필터(Beam filter)들이 돔 형태로 덮고 있는데, 복수의 필터는 감마 소스에서 함께 출력되는 베타선을 차폐할 수 있는 전자 필터(electron filter)와 감사 소스의 방사량을 조절할 수 있는 조절 필터들을 포함할 수 있다.
이와 같이 하우징 구조체 내부에 포함된 복수의 광원 소스(110)를 통하여, 오브젝트의 크기, 조직의 형태 등을 고려하여 CT 영상에 필요한 단일 에너지를 가지는 감마 소스를 용이하게 선택할 수 있도록 한다. 또한 복수의 필터 및 셔터, 위치 제어부를 이용하여 광자의 에너지 크기와 감마 소스의 세기를 조절하여 오브젝트의 다양성 또는 촬영 목적에 따라서 빔 조건을 다르게 설정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 검출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3과 같이 영상 검출부(120)는 광원 소스(110)와 오브젝트(환자)를 중심으로 서로 마주보는 형태로 설치되며, 타원 또는 원형 궤적을 따라 회전한다. 그리고, 영상 검출부(120)는 광원 소스(110)와 영상 검출부(120) 사이의 거리를 반지름으로 하는 곡률로 휘어진 형태로 설계되어 광원 소스(110)로부터의 초기 빔에 대한 검출 효율을 극대화할 수 있다.
이하에서는 본격적인 영상획득 이전에 본 발명의 실시예에 따른 제어부(120)가 복수의 광원 소스(110)로부터 최적의 단일 에너지 스펙트럼을 가지는 광원을 선택하는 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 최적의 단일 에너지 스펙트럼을 가지는 광원을 선택하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저 광원 소스(110)는 도 2에서 설명한 것처럼 2개 이상의 단일 광원(monochromatic source)를 포함하고 있으며, 적어도 하나의 단일 광원은 저에너지대역(30~80 keV)에 해당하는 단일 에너지를 방사하고, 나머지 중 적어도 하나는 고에너지대역(80-150 keV)에 해당하는 단일 에너지를 방사할 수 있다.
본격적인 영상획득 이전에 단시간(기본적인 영상획득 시간의 1/10정도의 시간)동안 스카우트 영상(scout view)을 구성하기 위해 특정 에너지 대역을 가지는 광원 소스(110)를 환자에게 조사한다(S410). 여기서, 복수의 광원 소스(110) 중에서 임의의 광원을 선택하며, 중간 대역의 에너지를 가지는 광원 소스를 선택하는 것이 바람직하다.
그리고, 영상 검출부(120)를 통해 스카우트 영상이 검출되면(S420), 제어부(130)는 검출된 스카우트 영상을 자동 분석하여 영상획득의 대상물 내의 뼈, 지방, 단백질, 수분 등의 분포를 파악한다.
더욱 상세하게 설명하면, 제어부(130)는 연부 조직 픽셀 수에 대한 경부 조직 픽셀 수의 비율을 연산한다(S430). 이는 인체 부위 중 연부 조직(soft tissue)의 비율이 높은 경우, 연부 조직과 뼈와 같은 경부 조직(hard tissue)이 섞여 있는 경우, 경부 조직의 비율이 높은 경우로 나누어, 그 결과에 따라 각기 다른 고에너지 선원 및 저에너지 선원의 선량을 소스로 선택하기 위함이다. 즉, 제어부(130)는 연산 결과에 따라서 적절한 에너지 대역을 가지는 광원 소스(110)를 선택한다.
먼저 제어부(130)는 연산 결과 값을 제1 임계값과 비교한다(S440). 만일 연산 결과 값이 제1 임계값보다 작은 경우, 즉, 연부 조직 픽셀 수가 상대적으로 많으면 에너지가 과다하다는 것을 의미하므로, 제어부(130)는 낮은 에너지 대역을 가지는 광원 소스(110)를 선택하도록 제어한다(S450).
만일 연산 결과 값이 제1 임계값보다 크거나 같으면, 제어부(130)는 제1 임계값보다 큰 값인 제2 임계값과 연산 결과 값을 비교한다(S460).
연산 결과 값이 제1 임계값 이상이고 제2 임계값보다 작으면, 즉, 연부 조직 픽셀 수와 경부 조직 픽셀 수가 비슷한 경우에는 제어부(130)는 중간 에너지 대역을 가지는 광원 소스(110)를 선택하도록 제어한다(S470).
마지막으로 연산 결과 값이 제2 임계값보다 크거나 같으면, 즉 경부 조직 픽셀 수가 상대적으로 많은 경우, 광자 에너지가 부족하다는 것을 의미하므로, 제어부(130)는 높은 에너지 대역을 가지는 광원 소스(110)를 선택하도록 제어한다(S480).
여기서 제1 임계값과 제2 임계값은 영상획득의 대상물인 환자의 검사 부위, 환자의 상태 및 검사 목적에 따라서 설계 변경할 수 있다. 또한 임계값은 광원 소스의 개수 및 검사 목적에 따라 그 개수도 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 임계값이 1개인 경우에는, 연산 결과 값은 임계값과 비교하여, 연산 결과 값이 임계값보다 작으면 저 에너지 대역에 대응하는 광원 소스를 선택하고, 연산 결과 값이 임계값보다 크거나 같으면 고 에너지 대역에 대응하는 광원 소스를 선택한다.
또한 도 4에서 설명한 낮은 에너지 대역, 중간 에너지 대역, 높은 에너지 대역은 상대적인 개념으로, 에너지 대역의 설정은 설치된 광원 소스의 종류 또는 검사 목적 및 대상에 따라 설계 변경이 가능하다.
또한 제어부(130)는 도 2에 나타낸 셔터의 개폐를 조절함으로써 선택된 광원 소스를 동작시킬 수 있다. 즉, 도 2에 나타낸 복수의 광원 소스(110)들 중에서 적절한 에너지 대역을 가지는 광원 소스를 선택하고, 셔터를 조절함으로써 광원의 종류를 선택할 수 있다.
이하에서는 도 5를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5에 나타낸 것처럼, 먼저 제어부(130)는 단일 에너지 광자 선원을 가지는 복수의 광원 소스(110) 중에서 하나의 광원 소스를 선택한다(S510). 제어부(130)가 하나의 광원 소스를 선택하는 과정에 대해서는 도 4에서 상세하게 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.
다음으로 오브젝트를 중심으로 선택된 광원 소스(110)를 회전시켜 가면서 오브젝트에 대한 콘빔 CT 촬영을 수행한다(S520). 즉 선택된 광원 소스(110)는 오브젝트(환자)의 주변을 회전하면서 오브젝트에 해당되는 에너지 대역의 광원을 조사하게 된다.
이와 같이 광원 소스(110)가 콘빔 CT 촬영을 수행하는 동안, 광원 소스(110)의 반대편에 위치한 2차원 패널 형태의 영상 검출부(120)는 오브젝트를 투과한 광자 에너지를 도 6a와 같이 아날로그 펄스 형태로 검출하고, 2차원 패널에 포함된 각각의 픽셀이 흡수하는 광자 에너지를 측정한다(S530).
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 광자 에너지 스펙트럼의 산란을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6b는 종래 기술에 따른 광자 에너지 스펙트럼의 산란을 설명하기 위한 예시도이다.
더욱 상세하게 설명하면, 도 6a의 좌측 도면은 본 발명의 실시예와 같이 단일 에너지를 가지는 광원 소스를 방사시켰을 때의 초기 빔에 대한 에너지 스펙트럼을 나타낸 것이고, 우측 도면은 영상 검출부(120)에 의해 검출된 검출 빔에 대한 에너지 스펙트럼을 나타낸 것이다. 그리고, 도 6b의 좌측 도면은 종래 기술에 따라 광원 소스를 방사시켰을 때의 초기 빔에 대한 에너지 스펙트럼을 나타낸 것이고, 우측 도면은 검출 빔에 대한 에너지 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b에 나타난 것처럼, 오브젝트를 투과하는 동안 산란빔이 발생하여, 방사된 초기 빔과 검출 빔 사이에 차이가 있음을 알 수 있다.
그러나, 도 6a에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 단일 에너지의 광원을 조사하였으므로, 일부 에너지 대역 구간에만 산란 빔이 발생하였으며, 초기 빔과 산란 빔의 구별이 확실하다는 것을 알 수 있다. 즉, 도 6a와 같이 검출된 광자는 대부분이 초기 선택된 에너지 대역을 가지며, 산란에 의해 다른 에너지 대역을 가지는 광자(노이즈)의 개수는 상당히 적다는 것을 알 수 있다.
반면, 도 6b에서 보는 것처럼, 종래 기술에 따르면, 전체 에너지 대역에서 산란 빔이 발생하였으며, 초기 빔과 산란 빔의 구별이 불투명하다는 것을 알 수 있다.
제어부(130)는 도 6a와 같은 아날로그 형태의 광자 에너지 펄스를 증폭시킨 후 디지털 형태로 변환시킨 후, 산란된 빔에 대한 광자에 대한 에너지를 제거하는 과정을 수행한다. 제어부(130)는 도 6a에서 선택된 광원 소스의 에너지 대역 이외의 광자에 대해서는 산란 빔에 의한 것으로 판단하고, 선택된 광원 소스의 에너지 대역 이외의 광자 에너지 스펙트럼 부분을 제거한다(S540).
그리고, 제어부(130)는 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 해당하는 광자의 개수가 기준값보다 큰 경우, 선택된 광원 소스의 에너지 대역을 가지는 광자에 대해서만 개수를 카운트 연산하여 저장한다(S550). 다만, 선택된 광원 소스의 에너지 대역이라고 하더라도, 해당 에너지 대역을 가지는 광자의 개수에 대응하는 값이 기준값보다 작으면, 정확하게 CT 촬영이 이루어졌다고 볼 수 없으므로, 해당되는 픽셀에 대응하는 광자의 개수를 카운트하지 않는다. 여기서 기준값은 요청되는 CT 영상의 해상도에 따라서 설정이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면 초기빔과 산란빔의 구별이 명확하기 때문에 이와 같은 과정을 통해서 산란빔을 용이하게 제거할 수 있으며, 산란빔이 제거된 단일 선원의 에너지 스펙트럼을 획득하게 된다. 이와 같이 제어부(130)는 각각의 픽셀에 대하여 산란빔에 해당하는 스펙트럼 부분을 제거하고, 단일 에너지를 가지는 광자의 개수를 저장한다.
영상 재구성부(140)는 저장된 픽셀 별 광자 개수 정보를 이용하여 3차원 콘빔 CT 영상을 생성한다(S560). 즉, 영상 재구성부(140)는 Filtered Back Projection 알고리즘과 같은 3차원 영상 생성 알고리즘을 이용하여 3차원 영상을 재구성할 수 있으며, 이에 대한 설명은 당업자라면 용이하게 설계할 수 있는 부분인 바, 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, Pan Beam CT을 사용할 경우에 발생하는 Superior-Inferior 방향에서의 Slice 간격에 의한 공간 분해능의 저하를 없앨 수 있으며, 콘빔 CT 영상 생성 시 단일 광자 선원에 의한 영상을 사용함으로써 산란에 대한 영향을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한 연부 조직 픽셀 수에 대한 경부 조직 픽셀 수의 비율을 고려하여 적절한 에너지 대역을 가지는 광원 소스를 선택할 수 있으므로, 더욱 선명하고 정확한 3차원 CT 영상을 생성할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 콘빔 CT 촬영 장치, 110: 광원 소스,
120: 영상 검출부, 130: 제어부,
140: 영상 재구성부
120: 영상 검출부, 130: 제어부,
140: 영상 재구성부
Claims (13)
- 오브젝트를 중심으로 복수의 광원과 영상 검출부가 반대편에 위치하며, 상기 복수의 광원과 영상 검출부를 회전시켜 가면서 상기 오브젝트를 촬상하는 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법에 있어서,
단일 에너지 광자 선원을 가지며, 서로 다른 에너지 대역을 가지는 상기 복수의 광원 소스 중에서 하나의 광원 소스를 선택하는 단계,
상기 오브젝트를 중심으로 상기 선택된 광원 소스를 회전시켜 가면서 상기 오브젝트에 대한 콘빔 CT 촬영을 수행하는 단계,
상기 콘빔 CT 촬영을 수행하는 동안, 2차원 패널 형태의 상기 영상 검출부에 포함된 각각의 픽셀이 흡수하는 광자 에너지를 측정하는 단계,
상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 연산하여 저장하는 단계, 그리고
각각의 픽셀에 대하여 저장된 광자 개수 정보를 이용하여 3차원 CT 영상을 생성하는 단계를 포함하는 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법. - 제1항에 있어서,
상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 연산하는 단계는,
상기 영상 검출부에 포함된 각각의 픽셀에서 흡수된 광자 에너지를 아날로그 펄스 형태로 검출하는 단계,
상기 광자 에너지를 증폭 시킨 후 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수가 기준값보다 크면, 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 카운트 연산하여 저장하는 단계를 포함하는 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법. - 제2항에 있어서,
상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수가 기준값보다 작으면, 해당되는 픽셀에 대응하는 광자의 개수를 카운트하지 않는 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 광원 소스는,
일부가 개방되며, 개방된 부분에 복수의 필터가 장착된 하우징 구조체의 내부에 포함되어 있으며,
상기 하우징 구조체는,
상기 복수의 광원 소스에 대응하여 복수의 통로 공간이 분지형으로 형성되며,
선택된 광원 소스를 상기 개방된 부분에 근접한 위치로 이동시키는 위치 제어부, 그리고
선택되지 않은 광원 소스를 차폐시키기 위한 셔터를 더 포함하는 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법. - 제4항에 있어서,
상기 광원 소스를 선택하는 단계는,
상기 복수의 광원 소스 중에서 임의의 하나의 광원 소스를 이용하여 상기 오브젝트에 대하여 콘빔 CT 촬영을 수행하는 단계,
상기 콘빔 CT 촬영된 스카우트(scout) 영상으로부터 연부 조직 픽셀 수에 대한 경부 조직 픽셀 수의 비율을 연산하는 단계, 그리고
상기 연산된 결과가 임계값보다 낮으면, 저 에너지 대역에 대응하는 광원 소스를 선택하고, 상기 연산된 결과가 상기 임계값보다 크거나 같으면, 고 에너지 대역에 대응하는 광원 소스를 선택하는 단계를 포함하는 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단일 에너지 광자 선원은 감마선 또는 특성 X선(Characteristic X-rays)인 콘빔 CT 촬영 장치를 이용한 영상 획득 방법. - 단일 에너지 광자 선원을 가지며, 오브젝트를 중심으로 회전하면서 콘빔 CT 촬영을 수행하는 복수의 광원 소스,
오브젝트를 중심으로 상기 복수의 광원 소스와 대칭되는 위치에 2차원 패널 형태로 설치되어, 각각의 픽셀이 흡수하는 광자 에너지를 측정하는 영상 검출부,
상기 오브젝트에 대한 연부 조직 픽셀 수에 대한 경부 조직 픽셀 수의 비율을 이용하여 상기 복수의 광원 소스 중에서 하나를 선택하고, 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 연산하여 저장하는 제어부, 그리고
각각의 픽셀에 대하여 저장된 광자 개수 정보를 이용하여 3차원 CT 영상을 생성하는 영상 재구성부를 포함하는 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치. - 제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 영상 검출부에 포함된 각각의 픽셀에서 흡수된 광자 에너지를 아날로그 펄스 형태로 검출하고, 상기 광자 에너지를 증폭 시킨 후 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수가 기준값보다 크면, 상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수를 카운트 연산하여 저장하는 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치. - 제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 선택된 광원 소스의 에너지 대역에 대응하는 광자의 개수가 기준값보다 작으면, 해당되는 픽셀에 대응하는 광자의 개수를 카운트하지 않는 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치. - 제8항에 있어서,
상기 복수의 광원 소스는,
일부가 개방되며, 개방된 부분에 복수의 필터가 장착된 하우징 구조체의 내부에 포함되어 있으며,
상기 하우징 구조체는,
상기 복수의 광원 소스에 대응하여 복수의 통로 공간이 분지형으로 형성되며,
선택된 광원 소스를 상기 개방된 부분에 근접한 위치로 이동시키는 위치 제어부, 그리고
선택되지 않은 광원 소스를 차폐시키기 위한 셔터를 더 포함하는 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 필터는,
상기 광원 소스에서 출력되는 광선을 차폐할 수 있는 전자 필터, 그리고
상기 광원소스의 방사량을 조절할 수 있는 조절 필터를 포함하는 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치. - 제8항에 있어서,
상기 복수의 광원 소스는,
서로 다른 에너지 대역을 가지며,
상기 제어부는,
상기 복수의 광원 소스 중에서 임의의 하나의 광원 소스를 이용하여 상기 오브젝트에 대하여 콘빔 CT 촬영이 수행되면, 상기 콘빔 CT 촬영된 스카우트(scout) 영상으로부터 연부 조직 픽셀 수에 대한 경부 조직 픽셀 수의 비율을 연산하고,
상기 연산된 결과가 임계값보다 낮으면, 저 에너지 대역에 대응하는 광원 소스를 선택하고, 상기 연산된 결과가 상기 임계값보다 크거나 같으면, 고 에너지 대역에 대응하는 광원 소스를 선택하는 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치. - 제7항에 있어서,
상기 단일 에너지 광자 선원은 감마선 또는 특성 X선(Characteristic X-rays)인 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 CT 촬영 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020120045648A KR101323034B1 (ko) | 2012-04-30 | 2012-04-30 | 단일 에너지 광자 선원을 이용한 콘빔 ｃｔ 촬영 장치 및 이를 이용한 영상 획득 방법 |
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| KR (1) | KR101323034B1 (ko) |
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| KR101732961B1 (ko) * | 2015-08-13 | 2017-05-10 | 한국과학기술원 | 다중 감마소스 ct 영상 재건 방법 및 장치 |
| US10390789B2 (en) | 2016-10-17 | 2019-08-27 | University-Industry Cooperation Group Of Kyung Hee University | Two-dimensional X-ray detector, cone-beam CT apparatus and method using region-of-interest |
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| KR20040047561A (ko) * | 2002-11-26 | 2004-06-05 | 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨 | 컴퓨터 보조 영상 세트 진단 |
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- 2012-04-30 KR KR1020120045648A patent/KR101323034B1/ko active IP Right Grant
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