KR101529876B1 - 영상 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

영상 처리 장치가 제공된다. 상기 영상 처리 장치는, 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 영상 획득 유닛, 상기 복수 개의 X-선 영상을 이용하여, 복수 개의 물질 영상을 생성하는 제1 처리부, 및 상기 복수 개의 물질 영상 중 적어도 하나를 이용하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 제2 처리부를 포함할 수 있다.
고대조도 X-ray, Anatomical image

Description

영상 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR IMAGE PROCESSING}
본 발명의 실시예들은 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 다중 협대역 에너지 밴드에 대응하는 복수 개의 X-ray 영상을 이용하여, 물질 별 영상, 특성 영상 및 해부학 영상을 획득하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
X-ray는 1895년 뢴트겐에 의해 발견된 이후, 의료용 영상 촬영, 보안 검색 영상 촬영, 비파괴 테스트 등의 목적을 위해 다양한 산업적 의료적 응용예서 활용되고 있다.
물질마다 X-ray에 대한 고유한 감쇠 율을 가지므로, X-ray를 투과시켜 감지된 세기를 측정함으로써 X-ray 영상이 만들어질 수 있다. 통상적으로 인체의 뼈, 금속 등의 경조직은 X-ray 흡수율이 크고, 물, 지방 등의 연조직은 X-ray 흡수율이 작다.
한편, X-ray는 물질마다 에너지 대역(또는 파장)에 따라 흡수율이 상이한 특성을 갖는다. 일반적으로 X-ray의 에너지 대역이 낮으면 물질 별 흡수율 차이가 크고, X-ray의 에너지 대역이 높으면 물질 별 흡수율 차이가 작다.
기존의 X-ray 영상은 넓은 에너지 대역을 갖는 광대역 에너 지(Polychromatic) X-ray를 이용한다. 따라서 X-ray 영상에서 경조직 부분의 대조도는 비교적 높으나, 연조직에 부분의 대조도는 낮다. 그리고, X-ray를 투과시키는 물질의 두께도 상기 X-ray 영상에 영향을 주었다.
따라서 경조직뿐만 아니라 연조직에 대한 대조도가 높은 X-ray 영상에 대한 관심이 꾸준히 증가되고 있다.
본 발명의 일부 실시예는, 경조직뿐만 아니라 연조직에 대한 대조도가 개선된 고대조도 X-ray 영상을 생성하는 영상 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일부 실시예는, 물질 별로 분할된 X-ray 영상을 획득하고, 이를 기초로 영상 처리를 수행함으로써 특성 영상 또는 해부학적 영상을 생성하는 영상 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 영상 획득 유닛, 상기 복수 개의 X-선 영상을 이용하여, 복수 개의 물질 영상을 생성하는 제1 처리부, 및 상기 복수 개의 물질 영상 중 적어도 하나 이상을 이용하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 제2 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영상 획득 유닛은, 광대역 X-선을 생성하는 X-선 생성부, 상기 광대역 X-선을 필터링 하여 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 제공하는 필터부, 및 상기 필터부를 통과한 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 감지하여 상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 X-선 감지부를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 영상 획득 유닛은, 광대역 X-선을 생성하는 X-선 생성부, 상기 광대역 X-선을 굴절시켜 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선으로 분리하는 분광부, 및 상기 분광부를 통과한 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 감지하여 상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 X-선 감지부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 영상 획득 유닛은, 광대역 X-선을 생성하는 X-선 생성부, 및 피사체를 통과한 X-ray를 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드 별로 나누어 감지함으로써 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 X-선 감지부를 포함한다.
한편, 상기 제1 처리부는, 상기 복수 개의 X-선 영상 중 적어도 m 개(단, m은 자연수)의 X-선 영상을 선택하고, 상기 선택된 적어도 m 개의 X-선 영상을 픽셀 단위로 분석하여 m 개의 물질 영상을 생성할 수 있다.
이 경우, 상기 제2 처리부는, 상기 m 개의 물질 영상 중 적어도 둘 이상의 물질 영상의 픽셀 값을 이용하여, 독립 성분 분석(Independent Component Analysis)을 수행함으로써 적어도 둘 이상의 독립 성분 영상을 획득하고, 상기 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에 따르면, 상기 제2 처리부는, 상기 독립 성분 분석을 수행하기 전에 상기 적어도 둘 이상의 물질 영상에 대하여 노이즈 제거, 대조도(Contrast) 강화, 및 에지 강화(Edge Enhancement) 중 적어도 하나의 전처리 과정을 수행한다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제2 처리부는, 상기 m 개 의 물질 영상 중 적어도 두 개의 물질 영상을 이용하여, 물질들 간의 비율이 정상 범위를 벗어나는 특이 부분이 식별되는 특성 영상을 생성한다.
상기 m 개의 물질 영상은, 이를테면 물 영상(water image), 지방 영상(fat image), 단백질 영상(protein image), 및 골격 영상(ash image) 등을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제2 처리부는, 상기 물 영상 및 지방 영상을 이용하여, 물과 지방의 비율이 정상치를 벗어 나는 부분을 특이 부분으로 식별하고, 상기 특이 부분의 색상 또는 명암을 다른 부분과 구별함으로써 특성 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 영상 획득 유닛, 및 상기 복수 개의 X-선 영상 중 적어도 둘 이상의 X-선 영상의 픽셀 값을 이용하여 독립 성분 분석을 수행함으로써, 적어도 둘 이상의 독립 성분 영상을 획득하고, 상기 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 제3 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 단계, 상기 복수 개의 X-선 영상을 이용하여, 복수 개의 물질 영상을 생성하는 단계, 및 상기 복수 개의 물질 영상 중 적어도 하나를 이용하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법이 제공된다.
상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 단계는, 광대역 X-선을 생성하는 단 계, 상기 광대역 X-선을 필터링하여 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 제공하는 단계, 및 상기 필터링 된 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 감지하여 상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 복수 개의 물질 영상을 생성하는 단계는, 상기 복수 개의 X-선 영상 중 적어도 m 개(단, m은 자연수)의 X-선 영상을 선택하는 단계, 및 상기 선택된 적어도 m 개의 X-선 영상을 픽셀 단위로 분석하여 m 개의 물질 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계는, 상기 생성된 m 개의 물질 영상 중 적어도 두 개 이상의 물질 영상의 픽셀 값을 이용하여, 독립 성분 분석(Independent Component Analysis)을 수행하는 단계, 및 상기 독립 성분 분석을 통해 획득되는 적어도 하나의 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
한편 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계는, 상기 생성된 m 개의 물질 영상 중 적어도 두 개의 물질 영상을 이용하여, 물질들 간의 비율이 정상 범위를 벗어나는 특이 부분을 계산하는 단계, 및 상기 계산된 특이 부분의 색상 또는 밝기 값을 조정하여 특이 부분으로 식별한 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 m 개의 물질 영상은 물 영상(water image), 지방 영상(fat image), 단백질 영상(protein image), 및 골격 영상(ash image)를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계는, 상기 물 영상 및 지방 영상을 이용하여, 물과 지방의 비율이 정상치를 벗어 나는 정도를 계산하는 단계, 및 상기 계산된 특이 부분으로 색상 또는 밝기 값을 조정하여 특이 부분으로 식별한 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 단계, 및 상기 복수 개의 X-선 영상 중 적어도 둘 이상의 X-선 영상의 픽셀 값을 이용하여 독립 성분 분석을 수행함으로써, 적어도 둘 이상의 독립 성분 영상을 획득하고, 상기 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 연조직에 대한 X-ray 영상의 대조도가 개선된다.
본 발명의 다른 일부 실시예에 따르면, 다중 협대역 에너지 X-ray 영상을 이용하여 물질 별 분할 X-ray 영상을 획득할 수 있으며, 이를 기초로 영상 처리를 수행함으로써 특성 영상 또는 해부학적 영상이 생성될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 일부 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치를 도시한다.
영상 획득 유닛(110)은, 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영상 획득 유닛(110)은, 광대역(Polychromatic) X-선을 생성하는 X-선 생성부, 상기 Polychromatic X-선을 필터링 하여 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 제공하는 필터부, 및 상기 필터부를 통과한 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 감지하여 상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 X-선 감지부를 포함한다.
그러나, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 영상 획득 유닛(110)은, Polychromatic X-선을 생성하는 X-선 생성부, 상기 광대역 X-선을 굴절시켜 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선으로 분리하는 분광부, 및 상기 분광부를 통과한 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 감지하여 상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 X-선 감지부를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 영상 획득 유닛(110)은, 광대역 X-선을 생성하는 X-선 생성부, 및 피사체를 통과한 X-ray를 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드 별로 나누어 감지함으로써, 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 X-선 감지부를 포함한다.
상기 X-선 감지부의 예로는, 이를테면 양자 계수 X-선 디텍터(Photon Counting X-ray detector)가 있다. 상기 양자 계수 X-선 디텍터는, bump bonding 을 통해 연결되는 X-ray 검출기 및 read-out 회로를 포함한다.
이 경우, 역전압이 인가된 X-ray검출기는 입사된 X-ray와 반응하여 전자-정공 쌍을 생성하게 되고, 발생된 전하는 read-out 회로의 전증폭기(Preamplifier)로 전달 되어 이에 해당하는 전압신호를 출력하게 된다.
그러면, 증폭기에서 출력된 전압신호는 비교기로 전달되어 외부에 의해 제 어되는(controlled by external system) 임의의 문턱전압과 비교되어 '1' 또는 '0'의 디지털 신호를 출력하고, 마지막으로 계수기에서는 '1'이 몇 번 나왔는지를 계수하여 디지털 형태로 데이터를 출력한다.
전자-정공 쌍이 입사 X-ray photon의 에너지에 비례하므로,이를 기반으로 여러 개의 문턱전압과 에너지 별로 지정된 계수기를 사용하여 한번의 Polychromatic X-ray 노출로 서로 다른 에너지의 영상들을 동시에 얻을 수 있다.
즉, 이 경우는, X-선 감지부가, 피사체를 통과한 Polychromatic X-ray를 이용하여, 복수 개의 에너지 대역에 대응하는 복수 개의 X-선 영상을 생성하게 된다.
상기 영상 획득 유닛(110)의 보다 상세한 구성은 도 3 내지 도 4를 참조하여 보다 상세히 후술된다.
제1 처리부(120)는, 상기 생성된 복수 개의 X-선 영상을 이용하여, 복수 개의 물질 영상(Material images)를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 물질 영상은 물(Water), 지방(Fat), 단백질(Protein), 뼈(Ash) 등에 관한 영상일 수 있다.
상기 제1 처리부(120)의 보다 상세한 구성은, 도 8을 참조하여 보다 상세히 후술된다.
그리고, 제2 처리부(130)는, 상기 제1 처리부로부터 제공되는 상기 복수 개의 물질 영상 중 적어도 하나를 이용하여 고대조도 X-선 영상을 생성한다.
상기 고대조도 X-선 영상은, 물질 별 비율을 이용하여 특이 정도(정상 범위를 벗어나는 정도)를 계산하여 표시하는 특성 영상(Characteristic image)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 특성 영상은 상기 특이 정도가 색상 또는 밝기 값의 차이에 의해 표현되는 영상이다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 특성 영상은 상기 특이 정도가 미리 결정된 임계치를 초과하는 부분의 색상 또는 밝기 값을 다른 부분과 다르게 함으로써 표현되는 여상일 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에서는, 상기 고대조도 X-선 영상은, 신체의 장기 별로 대조도를 높인 해부학적 영상(Anatomical Image)일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해부학적 영상을 생성하기 위해, 상기 제2 처리부(130)는, 상기 복수 개의 물질 영상 중 적어도 둘 이상의 물질 영상의 픽셀 값을 이용하여, 독립 성분 분석(Independent Component Analysis)을 수행하여 적어도 둘 이상의 독립 성분 영상을 획득하고, 상기 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성한다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따라, 상기 제2 처리부(130)가 상기 특성 영상을 생성하는 경우, 상기 제2 처리부(130)는, 상기 복수 개의 물질 영상 중 적어도 두 개의 물질 영상을 이용하여, 물질들 간의 비율이 정상 범위를 벗어나는 정도를 정량적으로 표현함으로써 특이 부분을 식별할 수 있도록 도와주는 상기 특성 영상을 생성한다.
상기 제2 처리부(130)에서 복수 개의 물질 영상을 이용하여, 고대조도 X-선 영상을 생성하는 보다 상세한 과정은 도 9를 참조하여 보다 상세히 후술한다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 영상처리장치(100)는, 상기 제1 처리부(120) 및 제2 처리부(130)를 대신하여, 제3 처리부(도시되지 않음)를 포함한다. 상기 제3 처리부는, 물질 별 영상을 이용하지 않고, 상기 영상 획득 유닛에 의해 생성된 복수 개의 X-선 물질 영상 중 적어도 둘 이상의 영상의 픽셀 값을 이용하여, 독립 성분 분석(Independent Component Analysis)을 수행함으로써 적어도 둘 이상의 독립 성분 영상을 획득하고, 상기 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성한다. 이러한 내용에 관해서는 도 7 및 도 9를 참조하여 보다 상세히 후술한다.
한편, 디스플레이부는, 상기 제2 처리부(130)가 제공한 고대조도 X-선 영상을 시각적으로 디스플레이 한다. 상기 디스플레이부는, 이를테면, LCD 패널을 포함한 영상기기일 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과하며, 상기 디스플레이부(140)의 구성은 전자기기, 인쇄(Print) 장비 등 다양한 응용이 가능하다.
도 2는 X-선의 에너지 대역에 따른 물질 별 X-ray 감쇠 율(attenuation coefficient)의 예시적 그래프를 도시한다.
그래프의 X 축은 X-선의 에너지를 나타낸다. 에너지 값이 큰 X-선 일수록 파장은 짧다. 그리고 그래프의 Y 축은 X-선의 감쇠 율을 나타낸다.
감쇠 율 곡선(210) 내지 감쇠 율 곡선(240)은 각각, X-선의 에너지 증가에 따른 물질 K1 내지 Km의 X-선 감쇠 율을 나타낸다. 곡선(210) 내지 곡선(240)을 보면 알 수 있듯이, X-선의 에너지 값이 커질수록 투과율이 크고, 감쇠 율(Attenuation)이 작아지는 경향이 있다.
다만, 물질에 따라서는, X-선의 에너지 증가에 따라 X-선 감쇠 율이 작아지다가, 특정 에너지 대역에서 감쇠 율이 급격히 증가하는 에지(Edge)를 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 2의 곡선(210)의 경우, X-선의 감쇠 율이 급격한 변화를 갖는 에지가 존재한다. 일반적으로 이러한 부분을 K-에지(K-Edge)라고도 하는데, 이는 포톤(photon)과 상호 작용하는 원자 내 전자의 K 셀의 결합 에너지(the binding energy of the K shell)를 조금 넘는 포톤 에너지 부분에서, 포톤(photon)의 감쇠 계수가 급격히 증가하기 때문이다.
물질 K1 내지 Km에 대응하는 곡선들(210 내지 240)은 특유의 감쇠 율을 나타내므로, 이러한 정보를 이용하여, 복수 개의 협대역 에너지 밴드(multiple monochromatic)에 대응하는 복수 개의 X-선 영상을 이용하여, 물질 별 영상(material images)을 획득할 수 있다.
도 3은 Polychromatic X-선과 Monochromatic X-선의 에너지 분포를 비교하여 도시한다.
그래프 (a)의 곡선(310)은 Polychromatic X-선의 에너지 분포를 나타낸다. X-선 발생 장치에서 발생되는 X-선은 다양한 에너지를 갖는다. 이러한 Polychromatic X-선을 피사체(object)로 조사(emit)하고, X-선 감지부(이를테면, X-선 필름 또는 전자적 X-선 감지 장치)를 통해 감지함으로써 얻어지는 X-선 영상은 (특히 연조직에서) 대조도가 낮다. 따라서, 의학적 용도로서 또는 보안 검색을 위한 용도로서 가치가 낮은 경우가 많다.
본 발명의 일 실시예는, 그래프 (b)에 도시된 Multiple Monochromatic X-선의 각각을 피사체로 조사하여, 서로 다른 에너지 밴드에 대응하는 복수 개의 X-선 영상을 획득한다.
그래프 (b)의 곡선(321) 내지 곡선(323)은 E1 내지 EL의 에너지 밴드(단, L은 자연수)를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 그래프 (a)의 곡선(310)의 에너지 분포를 갖는 X-선에 대해, 특정 에너지 밴드에 해당하는 X-선만을 선별적으로 통과하는 밴드 패스 필터를 이용하여 필터링 함으로써 곡선(321) 내지 곡선(323) 의 에너지 분포를 갖는 Multiple Monochromatic X-선을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 튜너블(tunable) 필터를 사용하여, 상기 필터링을 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 서로 다른 에너지 밴드를 통과 시키는 복수 개의 필터부를 사용하여, 상기 필터링을 수행할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 그래프 (a)의 곡선(310)의 에너 지 분포를 갖는 X-선을 균일 격자를 가진 크리스탈 슬릿(Cristal Slit)에 일정한 각도로 입사시켜, 그래프 (b)의 곡선(321) 내지 곡선(323) 등의 서로 다른 에너지 밴드의 X-선들로 분리할 수도 있다. 본 실시예에 대한 보다 자세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Monochromatic X-선 생성 장치를 도시한다.
X-선 소스(410)은 도 3의 그래프 (a)의 곡선(310)과 같은 광대역 에너지 분포를 갖는 Polychromatic X-선(411)을 생성하여 조사한다.
분광부(420)는 복수 개의 슬릿(421 내지 423)을 가지며, 각 슬릿은 균일 격자를 가지며, 각도의 차이를 갖고 배치된다.
Polychromatic X-선(411)이 각 슬릿(421 내지 423)에서 반사되는 경우, 각 슬릿의 각도에 따라 서로 다른 에너지 밴드를 갖는 Monochromatic X-선들(431 내지 433)으로 나누어 진다. 이러한 원리를 브래그 원리(Bragg's theory)라고 한다.
이러한 분광부(420)을 도입함으로써 Polychromatic X-선(411)을 생성하는 기존의 X-선 소스(410)을 그대로 이용할 수 있기 때문에, 장치의 소형화가 가능하고, 비교적 작은 비용으로 Multiple Monochromatic X-선을 생성할 수 있다.
서로 다른 에너지 밴드의 X-선들(431 내지 433)의 각각을 이용하여, 피사체(object)에 대한 X-선 영상들을 얻는 경우, 서로 다른 에너지 밴드에 대응하는 복수 개의 X-선 영상이 얻어질 수 있다. 이러한 일련의 과정에 대한 일부 실시예들이 이하 도면들을 참조하여 보다 상세히 후술된다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 그래프 (a)의 곡선(310)의 에너지 분포를 갖는 X-선을 에너지 구분 (energy discrimination) 기능을 갖는 X-선 디텍터(detector)를 이용하여 그래프 (b)의 곡선(321) 내지 곡선(323) 등의 서로 다른 에너지 밴드의 X-선에 해당하는 영상을 얻을 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 과정을 통해 고대조도 X-선 영상으로 분석될 수 있는, 예시적이고 단순한 인체 구성의 개념도이다.
인체의 일부분(500)은, 이를테면, 골격(Ash)(510), 단백질(Protein)(520), 물(Water)(530) 및 지방(Fat)(540)으로 구성될 수 있다. 다만, 도 5의 구성은 실제의 인체 조직과 다를 수 있으며, 예시적인 가정에 불과하다.
도 3의 그래프 (a)의 곡선(310)의 에너지 분포를 갖는 Polychromatic X-선을 이용하여 상기 인체의 일부분(500)에 대한 X-선 영상을 얻는다면, 골격(Ash)(510)과 그 이외의 구성 사이의 구분은 비교적 명확하지만, 단백질(520), 물(530), 및 지방(540)(이하에서는 "연조직"이라고도 함) 상호간의 구분은 명확하지 않다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3의 그래프 (b)의 곡선(321 내지 323 등)의 에너지 분포를 갖는 Multiple Monochromatic X-선을 이용하여 상기 인체의 일부분(500)에 대한, 서로 다른 에너지 밴드에 대응하는 복수 개의 X-선 영상을 획득하고, 이를 처리하여 물질 별 영상을 생성하고, 상기 물질 별 영상들을 이용하여 고대조도 X-선 영상을 얻는다면 상기 연조직 상호간의 구분이 명확할 수 있다.
도 6은 인체를 구성하는 물질 별 X-선 감쇠 계수(Attenuation coefficient) 의 예시적 그래프를 도시한다.
그래프에는 뼈(Hard bone), 근육(Muscle) 및 지방(Fat)의 각각에 대한 감쇠 계수의 곡선이 나타나 있으며, 뼈와 근육의 감쇠 계수 차이(Bone-muscle), 지방과 근육의 감쇠 계수 차이(Fat-muscle)도 나타나 있다.
또한, 요오드(lodine)와 같이, K-edge를 갖는 특정 물질의 감쇠 계수 곡선도 함께 도시되었다. 이러한 요오드 콘트라스트 미디어(lodine contrast media)는 상기 K-edge를 갖는 특성 때문에 혈관 촬영 등에 활용될 수 있는 물질이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 5의 예시적인 인체 구성을 Multiple Monochromatic X-선을 이용하여 촬영한 복수 개의 X-선 영상을 도시한다.
영상(710)은 20 Killo eV(keV) 근처의 에너지 밴드에 대응하는 X-선을 이용하여, 인체 부분(500)을 촬영하여 획득한 영상이다. 그리고, 영상(720)은 25 keV 근처의 에너지 밴드에 대응하는 X-선을 이용하여 획득한 영상이다. 또한, 영상(730) 및 영상(740)은 각각 30 keV, 40keV 근처의 에너지 밴드에 대응하는 X-선을 이용하여 획득한 영상이다.
도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 상대적으로 높은 에너지 밴드에 대응하는 X-선을 이용하여 획득한 영상일수록 물질 간의 구별이 낮다. 이는, X-선의 에너지가 높아질수록 물질 간의 X-선 감쇠 계수 차이가 작아지기 때문이다.
상기 복수 개의 영상(710 내지 740)을 이용하여, 물질 별 X-선 영상을 획득하는 과정은, 도 8을 참조하여 후술한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 7의 복수 개의 X-선 영상을 이용하 여 생성되는 복수 개의 물질 별 영상을 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 7의 서로 다른 에너지 밴드에 대응하는 복수 개의 영상(710 내지 740)을 이용하여 물질 별 영상(810 내지 840)을 생성할 수 있다.
만약, (이하에서는, 협대역 에너지 밴드를 근사적인 단일 에너지 E로 가정하기로 한다) 단일 에너지 E를 갖는 N 0개의 광자(photon)로 이루어진 X-선의 감쇠 계수가 m(E)이라면, 두께 T 인 피사체(object)를 통과한 후의 photon 의 개수 N은, 다음 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
N = N 0 e - μ ( E ) T
만일 X-선이 통과하는 물질의 종류가 M 개인 경우 m번째 물질의 두께는 T m 이라고 하면, 상기 수학식 1은 다음 수학식 2와 같이 다시 표현할 수 있다.
[수학식 2]
N = N 0 e -( μ 1( E ) T 1+ μ 2( E ) T 2+ ... + μM ( E ) TM )
이 수식을 기반으로 양변을 측정 가능한 N 0로 나누고 -log를 취하여 영상 화소 값이 결정된다. 같은 방식으로 L개의 서로 다른 에너지 E 1, E 2, ..., E l , ..., E L 에 대하여 L 개의 X-선 영상을 얻으면 화소(pixel) 값 I(E l )은 다음 수학식 3으로 표현될 수 있다.
[수학식 3]
I(E l ) = -log(N(E l ,)/N 0)
= μ 1(E l )T 1+μ 2(E l )T 2+ ... + μ M (E l )T M .
따라서 L장의 Monochromatic X-선 영상으로부터 각 화소에 대해 상기 수학식 3과 같은 L개의 방정식을 얻을 수 있으며, 이를 행렬식으로 표현하면 다음과 같다.
[수학식 4]
I = μ ·T
따라서 L = M 인 경우 물질 별 분리영상은 행렬 연산 T = μ -1·I 을 계산하여 얻을 수 있다. 수학식 4는 이상적인 Monochromatic X-선 영상을 가정하고 유도된 식이지만 일정한 대역폭을 갖는 Quasi-Monochromatic X-선 영상을 이용할 경우 이에 맞게 수학식 4를 변경할 수 있다.
도 7에서 획득한 Monochromatic X-선 영상의 개수 L=4 이고, 분리 하여 표현하고자 하는 물질의 수 M = 4 이다. 따라서, 상기 수학식 1 내지 수학식 4를 이용하여, 4 개의 물질 영상(810 내지 840)을 생성할 수 있다.
물질 영상(810)은 지방을 분리하여 표현한 영상이고, 물질 영상(820) 내지 물질 영상(840)은 각각 물, 단백질, 뼈를 분리하여 표현한 영상이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 8의 복수 개의 물질 별 영상을 이 용하여 생성되는 도 5의 예시적인 인체 구성에 대한 고대조도 X-선 영상을 도시한다.
상기 도 8의 물질 영상(810) 내지 물질 영상(840)이 얻어지면, 이를 용도에 맞게 재구성함으로써 고대조도 X-선 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 각 실시예들이 응용될 수 있는 분야는 다양하다. 이를테면, 보안 검색 분야, 의료용 영상 진단의학 분야 등이다. 보안 검색 분야에서는, 특정 물질을 찾아내는 것이 목적이므로, 물질 영상을 그대로 사용할 수도 있고, 또는 물질 간의 비율을 이용한 특성 영상(Characteristic image)를 생성하여 사용하는 것도 가능하다.
또한, 의료용 영상 진단의학 분야 위한 응용예도 여러 가지가 있을 수 있는데, 본 명세서에서는 물질의 비율 차이가 정상 범위를 벗어나는 부분을 비정상 조직으로 구별하여 표시하는 특성 영상(Characteristic image) 및 경조직뿐만 아니라 연조직에도 대조도가 높기 때문에 몸 속 장기들을 해부학적으로 표현하는 해부학적 영상(Anatomical image) 등의 응용예를 상정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정상조직과 비정상 조직(이를테면, 암이나 지방간 등 병변 조직)의 물질 성분 비율이 다르다는 사실을 이용하여 상기 물질 영상들(810 내지 840)을 이용하여 특성 영상을 생성한다.
예를 들어, 간의 경우 정상 지방성분 기준 비율이 3%이므로 간의 전체 성분 영상 중 지방성분 영상의 비율로서 지방간 위험도 수치를 표현하는 영상을 만들 수 있다. 이는 상기 도 8을 참조하여 상술한 바에 의해 획득된 물질 별 영상의 각 화 소 값을, 서로 비교하여 계산함으로써 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 물질 영상(810 내지 840)을 이용하여 해부학적 영상(900)을 표현할 수도 있다. 해부학적 영상이란 인체 내의 장기의 모양을 시각적으로 인식 가능하도록 나타내어주는 영상이다. 이러한 해부학적 영상의 이상적 형태는, 장기(organs) 간의 구별이 명확하여, 몸을 투시하여 보는듯한 효과를 줄 수 있다.
인체는 물, 지방, 단백질, 석회(뼈) 성분 등 4대 성분이 전체의 90% 이상을 차지하고 있다. 본 실시예에서는, 장기 별로 고유한 물질성분비를 가진다고 가정하고, 통계적으로 얻어지는 장기들(심장, 위, 간, 폐, 장 등)의 물질 성분비를 이용하여, 상기 물질 영상들을 상기 해부학적 영상으로 재구성한다. 상기 물질 성분비의 구체적 수치는 사람 마다 조금씩 다를 수 있으나, 통계적인 대표 값을 이용한다면 영상 처리 과정의 결과를 신뢰할 수 있다.
이 경우, 물질 영상(Material images)(810 내지 840)과 해부학적 영상(900) 사이에는 다음 수학식의 관계가 성립된다.
[수학식 5]
Figure 112009011236466-pat00001
N은 해부학적 영상에서 나타내고자 하는, 물질성분비 정보가 제공되는 물질 종류의 수이다. 그리고 T(p)는 픽셀 p에서의 물질영상 벡터 [T 1, T 2, …, T m , … ,T M ]T 이다. 여기에서 T m 는 m번째 물질 영상의 화소값에 대응한다. 그리고 O n(p)는 픽셀 p에서의 n번째 장기의 두께를, R(O n)은 n번째 장기의 물질 구성비로서 [R 1(O n), R 2(O n), ..., R m (O n), ..., R M (O n)]T 이다.
여기에서 R m (O n)은 n번째 장기의 m번째 물질의 상대적 양을 의미한다. 그러므로 물질영상 벡터는 장기 영상의 두께값을 계수로 하는 장기 별 물질구성비의 선형 결합 형태로 표현된다. 상기한 바와 같이, 장기의 물질 구성비와 관련하여, 통계적으로 보편성을 갖는 평균 값을 이용하여 R(O n) 을 특정한다면, 상기 수학식 5의 행렬식은 유일해를 가질 수도 있다.
만약 그렇지 않고, 사람마다 조금의 편차가 존재하는 물질 구성비를 고려한다면 R(O n) 을 특정할 수 없어 수학식 5의 행렬식은 유일해를 가지지 않는다. 즉, O n(p)는 유일하게 결정되지 않는다.
이 경우, 상기 O n(p)을 n에 대해 독립적인 신호에 의해 혼합된 신호로 가정하면 상기 수학식 5는 다음 수학식으로 표현되는 독립성분분석(Independent Component Analysis) 문제로 볼 수 있다.
[수학식 6]
x =A s
상기 수학식 6에서, x = [T 1, T 2, ..., T M ]T, s=[O 1, O 2, ..., O N ]T, A=[R(O 1), R(O 2), ..., R(O N )] 이다. 따라서 R(O n)에 대한 정확한 사전 지식 없이도 T에 대한 통계적인 분석으로 O n(p)과 R(O n)을 정할 수 있다.
단, 모든 물질 영상에서 값을 갖지 않는 피사체(object) 외부의 공기(air)만 나타나는 픽셀은 계산에서 제외시킬 수 있다. 상기 실시예에서, O n은 장기 별로 분리된 영상을 의미하므로 고대조도의 (해부학적) X-선 영상이 생성될 수 있다.
한편, 수학식 5에서 T(p)의 m번째 원소 T m 을 수학식 3에 대입하면 다음과 같은 관계를 얻는다.
[수학식 7]
Figure 112009011236466-pat00002
상기 수학식 7로부터 복수 개의 에너지 영상의 각 픽셀 화소값
Figure 112009011236466-pat00003
은 장기별 분리영상
Figure 112009011236466-pat00004
과 고유의 상수값인
Figure 112009011236466-pat00005
의 선형 결합으로 표현된다. 이는 수학식 5와 유사한 의미를 가진다.
따라서, 상기 물질별 영상을 얻는 과정을 생략하고 영상 획득 장치(110)에 의해 획득된 상기 복수 개의 (에너지별)X-선 영상의 픽셀값을 이용하여 독립성분분석을 수행함으로써 장기 별로 분리된 영상을 구할 수도 있다.
도 10은 고대조도의 해부학적 X-선 영상을 얻기 위하여 장기 분리영상을 얻은 예를 도시한다. 도 10의 (a) 내지 (d)는 서로 다른 에너지에서 얻은 Monochromatic X-선 영상이고, (e) 내지 (h)는 상기 (a) 내지 (d)를 이용하여 계산된 물질 별 영상이다.
또한 (i) 내지 (l)은 독립 성분 분석 결과 영상이다. 특히 상기 (i) 내지 (l)에서 도시되는 바와 같이, 독립 성분 분석은 서로 겹쳐진 장기 구조를 분리하여 표현하는 것이 가능하게 하기 때문에, 상기 (a) 내지 (d)에 비하여 장기의 모양을 더욱 분명하게 관찰 할 수 있는 고대조도 X-선 영상이 생성될 수 있다.
이렇게 생성되는 고대조도 X-선 영상은, 단순히 시각적 인지도가 개선된 고화질 X-선 영상을 얻는다는 의미뿐만 아니라, 혈관 이미징을 할 때 기존처럼 조영제(이를테면, 도6을 참조하여 상술한 lodine contrast media)를 사용하지 않아도 되어, 환자의 위험 부담이 크게 감소시킬 수 있다는 점에서, 효용 가치가 크다고 할 수 있다.
또한, 상기 해부학적 고대조도 X-선 영상이 생성되는 경우, 이를테면, 간(liver) 부분 내를 한정하여 지방(fat) 비율의 비정상 여부에 관한, 특성 영상만을 고려할 수 있기 때문에, 영상 진단 의학 분야에서 큰 효과를 기대할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성되는, 인체의 고대조도 X-선 영상(1100)을 도시한다.
해부학적 고대조도 X-선 영상(1100)은, 상기한 일련의 과정에 따라 획득되며, 도시된 바와 같이 기존의 X-선 영상에 비해 연조직에 대한 대조도가 향상된 것을 확인할 수 있다.
다만, 영상(1100)은, 예시적인 영상에 불과하며, 본 발명의 영상 처리 방법 또는 영상 처리 장치에 의한 효과를 한정적으로 제시하기 위한 것으로 의도되지 않는다. 즉, 본 발명의 영상 처리 방법에 따라, 다양한 종류의 다른 영상들이 생성될 수 있다.
또한, 장기 별로 서로 다른 색상으로 표현하여, 시각적 인지도가 개선된 임의의 해부학적 영상을 얻는 것도 가능하다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성되는, 인체의 특성영상(1200)을 도시한다.
본 실시예에서, 특이 부분(1210)은 물질 영상을 이용하여, 지방의 비율이 소정의 임계치(이를 테면 3%)를 초과하는 부분의 색상을 다른 부분과 달리 표시함으로써 구분되어 표현되고 있다.
본 실시예에서는, 특이 부분(1110)의 색상을 다른 부분과 다르게 표시 하였으나, 다른 실시예에서는 명암을 달리 하여 시각적으로 차별을 둘 수도 있다.
또한, 다른 일 실시예에서는, 상기 특이 부분을 별도로 추출하지 않고, 지방의 비율이 정상 범위를 벗어나는 정도(특이 정도)를 색상 차이 또는 명암 차이로 표시한 결과 영상을 제공할 수도 있다. 이 경우, 상기 특이 정도의 값이 결과 영상의 명암 값일 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 방법을 도시한다.
단계(S1310)에서 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드에 대응하는 Multiple Monochromatic X-선을 이용하여, 복수 개의 X-선 영상이 획득된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단계(S1310)에서, Polychromatic X-선을 생성하고, 이를 필터링 하거나, 각도를 달리하여 반사하여 분리함으로써 Multiple Monochromatic X-선들을 생성할 수 있다. 이러한 필터링 또는 분광 과정은 도 3 또는 도 4를 참조하여 전술한 바와 같다.
그리고, 이렇게 생성된, 서로 다른 에너지 밴드에 대응하는 Multiple Monochromatic X-선들을 객체에 조사하고, 조사된 X-선을 감지함으로써, 복수 개의 X-선 영상(이를 테면, 도 7의 영상 710 내지 740)이 생성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(S1320)에서, 다양한 전처리 과정(Post processing)이 수행될 수 있다. 이를테면, 단계(S1310)에서 생성된 복수 개의 X-선 영상에 대해, 노이즈 제거(Noise Reduction), 에지 강화(Edge Enhancement), 및 대조도 조정(Contrast Adjusting)(예컨대, 대조도 강화) 등의 전처리 과정이 수행될 수 있다. 이러한 전처리(통상적 의미에서 이미지 프로세싱이라고도 한다)를 통해 추후 단계에서 영상 처리의 품질이 개선될 수 있다.
단계(S1330)에서, 복수 개의 물질 별 영상이 취득된다. 본 과정은 수학식 1 내지 수학식 4를 이용하여 수행될 수 있으며, 보다 상세한 과정은 도 8을 참조하여 상기한 바와 같다. 다만, 상기 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 복수 개의 X-선 영상을 이용하여, 고대조도 X-선 영상을 획득하는 경우(즉, 물질 별 영상을 얻는 과정이 생략되는 경우)는 본 과정이 생략된다.
단계(S1340)에서, 픽셀 단위로 이미지를 재조합 함으로써 고대조도 X-선 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고대조도 X-선 영상은 특성 영상이다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 고대조도 X-선 영상이 해부학적 영상일 수도 있다.
각 경우에, 구체적으로 픽셀 단위로 이미지를 재조합하는 상세한 과정은, 수학식 5 내지 수학식 6을 통해 도 9을 참조하여 상술한 바와 같다.
또한, 물질영상을 얻는 과정을 생략하고, 상기 복수 개의 X-선 영상으로부터 고대조도 X-선 영상을 획득하는 경우의, 이미지 재조합 과정은, 수학식 7을 참조하여 상술한 바와 같다.
단계(S1350)에서, 상기 고대조도 X-선 영상이 디스플레이 된다. 이 과정에서, 상술한 바와 같이, 각 장기 별로 명암 및/또는 색상을 달리 표현하거나, 특성 영상의 경우 특이 부분의 명암 및/또는 색상을 달리함으로써 시각적 차별화를 만들 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 방법에서 복수 개의 물질 별 영상을 이용하여 해부학적 고대조도 X-선 영상을 생성하기 위해 도 13의 단계(S1330) 이후 수행되는 영상 처리 방법을 도시한다.
단계(S1410)에서는, 상기 단계(S1330)에서 획득 된 물질 영상을 분석하여, 복수 개의 픽셀에 대한 물질 별 샘플 벡터(수학식 5의 T(p))를 구성한다. 또한 상 기한 바와 같이, 물질별 영상을 획득하지 않고 복수 개의 X-선 영상을 이용하기 때문에 상기 단계(S1330)이 생략된 경우, 상기 입력으로서 복수개의 (에너지별) X-선 영상이 이용된다.
그리고 단계(S1420)에서, 상기 수학식 6의 독립 성분 분석이 수행되고, 단계(S1430)에서 O n(p)에 해당하는 독립 성분 영상을 구성함으로써 장기 별 성분 이미지를 생성할 수 있다. 즉, 수학식 6의 O n(p)과 R(O n)을 정할 수 있다. 단계(S1440)에서는 장기 별 성분 이미지 중 최종 영상의 목적에 맞는 성분 영상만을 선택한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치를 도시한다.
도 2는 X-선의 에너지 대역에 따른 물질 별 X-ray 감쇠 율의 예시적 그래프를 도시한다.
도 3은 Polychromatic X-선과 Monochromatic X-선의 에너지 분포를 비교하여 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Monochromatic X-선 생성 장치를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 과정을 통해 고대조도 X-선 영상으로 분석될 수 있는 예시적인 인체 구성의 개념도이다.
도 6은 인체를 구성하는 물질 별 X-선 감쇠 율의 예시적 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 5의 예시적인 인체 구성을 Multiple Monochromatic X-선을 이용하여 촬영한 복수 개의 X-선 영상을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 7의 복수 개의 X-선 영상을 이용하여 생성되는 복수 개의 물질 별 영상을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 8의 복수 개의 물질 별 영상을 이용하여 생성되는 도 5의 예시적인 인체 구성에 대한 고대조도 X-선 영상을 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라, 복수 개의 에너지 별 영상을 이용하 여 복수 개의 물질 별 영상을 생성하고, 복수 개의 물질 별 영상을 이용하여 복수 개의 독립 성분 분석 결과 영상을 생성한 결과를 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성되는, 인체의 고 대조도 X-선 영상을 도시한다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따라 생성되는, 인체의 특성 영상을 도시한다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 방법을 도시한다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 방법에서 복수 개의 물질 별 영상을 이용하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 과정을 도시한다.

Claims (20)

  1. 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 영상 획득 유닛;
    상기 복수 개의 X-선 영상을 이용하여, 복수 개의 물질 영상을 생성하는 제1 처리부; 및
    상기 복수 개의 물질 영상 중 적어도 하나를 이용하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 제2 처리부
    를 포함하고,
    상기 제1 처리부는, 상기 복수 개의 X-선 영상 중 적어도 m 개(단, m은 자연수)의 X-선 영상을 선택하고, 상기 선택된 적어도 m 개의 X-선 영상을 픽셀 단위로 분석하여 m 개의 물질 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 획득 유닛은,
    광대역 X-선(polychromatic X-ray)을 생성하는 X-선 생성부;
    상기 광대역 X-선을 필터링하여 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 제공하는 필터부; 및
    상기 필터부를 통과한 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 감지하여 상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 X-선 감지부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상 획득 유닛은,
    광대역 X-선을 생성하는 X-선 생성부;
    상기 광대역 X-선을 굴절시켜 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선으로 분리하는 분광부; 및
    상기 분광부를 통과한 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 감지하여 상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 X-선 감지부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상 획득 유닛은,
    광대역 X-선을 생성하는 X-선 생성부; 및
    상기 광대역 X-선을 이용하여 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 X-선 감지부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 처리부는, 상기 m 개의 물질 영상 중 적어도 둘 이상의 물질 영상의 픽셀 값을 이용하여, 독립 성분 분석(Independent Component Analysis)을 수행하여 적어도 두 개의 독립 성분 영상을 획득하고, 상기 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 처리부는, 상기 독립 성분 분석을 수행하기 전에 노이즈 제거, 대조도(Contrast) 강화, 및 에지 강화(Edge Enhancement) 중 적어도 하나의 전처리 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 처리부는, 상기 m 개의 물질 영상 중 적어도 두 개의 물질 영상을 이용하여, 물질들 간의 비율이 알려진 정상 범위를 벗어나는 특이 부분이 식별되는 특성 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 m 개의 물질 영상은 물 영상(water image), 지방 영상(fat image), 단백질 영상(protein image), 및 골격 영상(Ash image)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 처리부는, 상기 물 영상 및 지방 영상을 이용하여, 물과 지방의 비율이 알려진 정상 범위를 벗어 나는 부분을 특이 부분으로 식별하고, 상기 특이 부분의 색상 및 명암 중 적어도 하나를 다른 부분과 구별하여 특성 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  11. 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 영상 획득 유닛; 및
    상기 복수 개의 X-선 영상 중, 적어도 둘 이상의 X-선 영상의 픽셀 값을 이용하여 독립 성분 분석을 수행하여 적어도 두 개의 독립 성분 영상을 획득하고, 상기 적어도 두 개의 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 제3 처리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  12. 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 단계;
    상기 복수 개의 X-선 영상을 이용하여, 복수 개의 물질 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 복수 개의 물질 영상 중 적어도 하나를 이용하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 물질 영상을 생성하는 단계는,
    상기 복수 개의 X-선 영상 중 적어도 m 개(단, m은 자연수)의 X-선 영상을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 적어도 m 개의 X-선 영상을 픽셀 단위로 분석하여 m 개의 물질 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 단계는,
    광대역 X-선을 생성하는 단계;
    상기 광대역 X-선을 필터링하여 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 제공하는 단계; 및
    상기 필터링 된 상기 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 감지하여 상기 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    상기 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계는,
    상기 생성된 m 개의 물질 영상 중 적어도 하나의 물질 영상의 픽셀 값을 이용하여, 독립 성분 분석(Independent Component Analysis)을 수행하는 단계; 및
    상기 독립 성분 분석을 통해 획득되는 적어도 두 개의 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계는,
    상기 생성된 m 개의 물질 영상 중 적어도 두 개의 물질 영상을 이용하여, 물질들 간의 비율이 알려진 정상 범위를 벗어나는 특이 부분의 특이성(abnormality)을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 특이 부분의 색상 또는 밝기 값을 조정하여 특이 부분으로 식별한 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 m 개의 물질 영상은 물 영상(water image), 지방 영상(fat image), 단백질 영상(protein image), 및 골격 영상(Ash image)를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계는,
    상기 물 영상 및 지방 영상을 이용하여, 물과 지방의 비율이 알려진 정상 범위를 벗어 나는 부분을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 특이 부분의 색상 또는 밝기 값을 조정하여 특이 부분으로 식별한 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  19. 서로 다른 복수 개의 에너지 밴드의 각각에 대응하는 X-선을 이용하여 복수 개의 X-선 영상을 획득하는 단계;
    상기 획득된 복수 개의 X-선 영상 중, 적어도 두 개의 X-선 영상의 픽셀 값을 이용하여 독립 성분 분석을 수행하는 단계; 및
    상기 독립 성분 분석을 통해 획득되는 적어도 두 개의 독립 성분 영상을 조합하여 고대조도 X-선 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방법.
  20. 적어도 하나의 프로세싱 장치가 제12항 또는 제19항의 방법을 구현하도록 하는 컴퓨터 판독 가능 명령어를 수록한 적어도 하나의 기록 매체.
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