KR101612608B1 - X선 영상 획득방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 X선 영상 획득방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관전압에 변화를 주어 X선을 조사하는 다중 노출 방식을 이용하여 영상의 질을 향상시킬 수 있는 X선 영상 획득방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 X선 영상 획득방법은, X선 광원부에서 다수의 관전압을 변경해가면서 X선을 피사체에 조사하는 단계와, X선 센서부에서 상기 피사체를 투과한 X선량을 측정하여 영상처리부에 출력하는 단계와, 상기 영상처리부에서 피사체의 각 점의 X선 흡수율을 구해 각 관전압에서의 피사체 영상을 획득하는 단계와, 상기 영상처리부에서 각 관전압에서의 피사체 영상 차이를 이용하여 새로운 피사체 영상을 획득하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

X선 영상 획득방법 {X-ray image acquisition method}
본 발명은 X선 영상 획득방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관전압에 변화를 주어 X선을 조사하는 다중 노출 방식을 이용하여 영상의 질을 향상시킬 수 있는 X선 영상 획득방법에 관한 것이다.
다양한 X선 영상 획득장치 중 특히 치과 진료 분야에 이용되는 X선 영상 획득장치는 X선 광원부가 일정량의 X선을 촬영하고자 하는 두부 중의 관심영역에 조사하고, X선 센서부는 상기 투과된 X선량을 측정하여 그 측정된 데이터를 메모리에 기록하고, 컴퓨터에 의해 피사체의 각 점의 X선 흡수율을 구해 이것을 영상으로 재구성하는 촬영장치이다.
이러한 X선 영상 획득장치는 획득하고자하는 영상의 종류나 센서의 종류에 따라 파노라마 X선 영상 획득장치, CT(Computed Tomography) X선 영상 획득장치, 세팔로 X선 영상 획득장치 등으로 구분된다.
본 발명은 이 중에서 CT X선 영상 획득장치를 이용한 영상 획득방법에 대해 설명하되, 이에 한정되지는 않는다.
상기 CT X선 영상 획득장치는 상기 관심영역의 전체영역을 여러 각도에서 각각 이차원 X선 영상으로 획득하여, 하나의 삼차원 X선 영상으로 재구성함으로써 상기 관심영역의 단면을 보여줄 수 있는 영상 획득장치이다.
즉, CT 촬영은 일반적 촬영으로 나타낼 수 없는 단층 영상을 획득하는 촬영으로서, 치과 진료 분야에서 CT X선 영상 획득장치는 인체, 특히 특정한 치아를 중심으로 여러 각도에서 투과한 X선 이미지를 획득하고 컴퓨터로써 해당 영역의 단면에 대한 흡수치를 재구성하여 3차원 영상으로 나타내 주는 장치이다.
이와 같은 CT X선 영상 획득장치는 회전 스캔함으로써 2차원 단면상을 형성하고 있으며, 이 경우 3차원 정보를 획득하기 위해서는 단면에 수직인 방향으로 이동하면서 스캔을 해야한다.
따라서, 피사체의 크기에 따라 다수 번의 회전 스캔을 반복함으로써 3차원 정보를 획득하여야 하고, 이에 따라 필연적으로 피사체의 X선 피폭량이 증가하게 된다.
상기 X선은 고에너지 전자기파(electromagnetic wave)로, 물질과 반응하여 이온화를 일으키는 이온화 방사선(ionizing radiation)의 하나로서, 인체에 대한 인위적인 피폭은 어떠한 경우에도 최소화하는 것이 바람직하다.
한편, 종래 치과용 CT X선 영상 획득장치가 획득한 3차원 영상은 한 종류의 관접압 X선 조사로 영상을 획득하는 방식으로, 이는 물질의 X선 흡수도에 따른 영상의 질을 향상시키기 어렵다.
또한, 단일 관전압 X선 조사로 3차원 영상을 확인하기 때문에 뼈의 밀도, 조직의 밀도를 측정하기 힘들며, 만약 밀도를 측정하기 위해서는 골밀도 측정 등 방사선 조사를 다양하게 실시하여야 하는 번거로움이 있다.
따라서 방사선 피폭을 줄이고 영상의 질을 개선하기 위해 영상 획득 방식에 대한 다양한 노력이 이루어지고 있으나, 지금까지 그 노력에 대한 결과물이 미미한 실정이다.
공개번호 제10-2010-0120815호(공개일자 2010년11월17일) 등록번호 제10-1076321호(등록일자 2011년10월18일)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, X선 영상 획득장치를 조작하는 경우, X선 광원부에서 관전압에 변화를 주어 X선을 조사하는 다중 노출 방식을 이용하여 영상의 질을 향상시킬 수 있는 X선 영상 획득방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 제공하고자 하는 목적은 관전압에 변화를 주어 X선을 조사하는 다중 노출 방식을 이용하여 다양한 물질의 X선 흡수도의 차별을 두어 영상의 이용가치를 다양하게 넓일 수 있으며, 여러 물질의 밀도를 측정하고 측정된 밀도를 이용하여 대상자를 시술하거나 진단하는데 도움을 줄 수 있는 X선 영상 획득방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 X선 영상 획득방법은, (a) X선 광원부에서 다수의 관전압을 변경해가면서 X선을 피사체에 조사하는 단계;
(b) X선 센서부에서 상기 피사체를 투과한 X선량을 측정하여 영상처리부에 출력하는 단계;
(c) 상기 영상처리부에서 피사체의 각 점의 X선 흡수율을 구해 각 관전압에서의 피사체 영상을 획득하는 단계; 및
(d) 상기 영상처리부에서 각 관전압에서의 피사체 영상 차이를 이용하여 새로운 피사체 영상을 획득하는 단계; 를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 (a)단계에서 (ⅰ) 다수의 관전압을 순번에 따라 계속 변경하는 방식, (ⅱ) 다수의 관전압을 한번은 정해진 순서에 따라 다른 한번은 그 역순에 따라 변경하는 방식, (ⅲ) 다수의 관전압을 다양하게 임의로 변경하는 방식, (ⅳ) 다수의 관전압 중 특정 관전압과 나머지 관전압을 교대로 변경하는 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 관전압을 변경하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (a)단계와 (b)단계에서 피사체는 고정한 채 X선 광원부와 X선 센서부를 소정각도씩 회전하되 360도 회전할 때까지 반복하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c)단계에서 각 관전압에서의 2차원 피사체 영상을 획득하고, 상기 (d)단계에서 같은 관전압끼리의 2차원 피사체 영상을 재구성하여 같은 관전압끼리의 3차원 피사체 영상을 획득하며, 같은 관전압끼리의 3차원 피사체 영상 차이를 이용하여 새로운 3차원 피사체 영상을 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 3차원 피사체 영상은 치과용 CT 영상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d)단계에서 각 관전압에서의 피사체 영상 데이터(예를 들어 A영상, B영상) 값에 대해 아래의 수식과 같이 레벨 차이를 두어 새로운 C영상을 획득하는 것을 특징으로 한다.
C영상 = (α×B영상) - (β×A영상)
그리고 상기 (a)단계에서 종래 단일 관전압을 인가하여 X선을 조사하는 경우보다, 관전압은 더 높게 변경하여 인가하고 관전류는 더 낮게 하여 인가하는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제의 해결 수단에 의하면, X선 영상 획득장치를 조작하는 경우, X선 광원부에서 관전압에 변화를 주어 X선을 조사하는 다중 노출 방식을 이용하여 영상의 질을 향상시킬 수 있다.
또한, 관전압에 변화를 주어 X선을 조사하는 다중 노출 방식을 이용하여 다양한 물질의 X선 흡수도에 차별을 두어 영상의 이용가치를 다양하게 넓일 수 있으며, 여러 물질의 밀도를 측정하고 측정된 밀도를 이용하여 대상자를 시술하거나 진단하는데 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 X선 영상 획득시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 X선 조사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 X선 영상 획득방법을 나타내는 순서도이다.
도 4a와 도 4b는 도 3에 나타낸 관전압 변화를 나타내는 예시 그래프이다.
도 5는 도 3에 나타낸 영상 재구성을 나타내는 예시도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 X선 영상 획득시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 제어패널(10), 영상 획득장치(20), 영상처리부(30) 및 표시부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 영상 획득장치(20)는 장치 제어부(22), X선 광원 제어부(24), X선 광원부(26), X선 센서부(28)를 포함하여 구성된다.
X선 광원부(26)는 관전압을 인가하면 X선을 생성하여 촬영 대상체인 피사체(50)에 상기 생성된 X선을 조사한다.
X선 광원부(26)는 X선 광원 제어부(24)에 의해 선택되는 관전압, 관전류, 어노드 타깃(anode target) 종류, 필터(filter) 종류, 또는 필터의 두께에 따라서 제어될 수 있는 것으로, 특히 인가되는 관전압의 종류를 달리하여 X선을 조사한다.
상기 X선 센서부(28)는 상기 조사되는 X선이 상기 피사체(50)를 투과하여 생성되는 X선량을 측정한다.
상기 X선 광원부(26)와 X선 센서부(28)는 피사체(50)를 중심으로 서로 마주보고 위치하며 미도시된 겐트리(Gantry)에 의해 소정각도씩 회전하여 360°회전이 가능하다.
이때 본 발명에서는 X선 광원부(26)와 X선 센서부(28)를 고정된 피사체(50)를 중심으로 소정각도 회전시키면서 도 2와 같이 X선 광원부(26)의 관전압을 변경하여 X선을 피사체(50)에 조사한다.
이때 관전압은 종래 단일 관전압보다 늘리고 관전류는 줄여 피폭량을 줄이는 것이 바람직하다(J Korean Med Assoc 2011 December; 54(12):1269-1276).
상기 관전압은 2개, 3개 또는 4개 이상일 수 있으며 그 중 2개 또는 3개인 경우 조사 방식은 아래와 같으나 이에 한정하는 것은 아니다.
먼저, 2개의 관전압인 경우 2개의 관전압을 교대로 변경하면서 조사할 수 있다(A관전압->B관전압->A관전압->B관전압->A관전압->…)
또한, 2개의 관전압인 경우 각 관전압을 2번씩 조사하면서 교대로 변경할 수 있다(A관전압->B관전압->B관전압->A관전압->A관전압->B관전압->B관전압->…).
다음 3개의 관전압인 경우 3개의 관전압을 순번에 따라 계속 변경하면서 조사할 수 있다(A관전압->B관전압->C관전압->A관전압->B관전압->C관전압->A관전압->…).
또한, 3개의 관전압인 경우 3개의 관전압을 한번은 정해진 순서에 따라, 다른 한번은 그 역순에 따라 변경하면서 조사할 수 있다(A관전압->B관전압->C관전압->C관전압->B관전압->A관전압->A관전압->…).
또한, 3개의 관전압인 경우 다양하게 3개의 관전압을 바꾸어 가면서 조사할 수 있다(A관전압->B관전압->C관전압->B관전압->A관전압->C관전압->A관전압->…)
또한, 3개의 관전압인 경우 특정 관전압과 다른 나머지 관전압을 교대로 조사할 수 있다(A관전압->B관전압->A관전압->C관전압->A관전압->B관전압->A관전압->…).
컴퓨터 등의 영상처리부(30)는 상기 X선 센서부(28)에서 측정한 데이터(X선량)를 이용해 각 점의 X선 흡수율을 구하고 이를 통해 여러 각도에서 관전압을 달리하여 각각 이차원 X선 영상을 획득한다.
또한, 영상처리부(30)는 획득한 이차원 X선 영상에서 같은 관전압 영상을 재구성해서 3차원 영상을 획득한다.
따라서 관접압이 2개일 경우 2개의 3차원 영상을 얻을 수 있고, 관전압이 3개 이상의 n개일 경우 n개의 3차원 영상을 얻을 수 있다.
또한, 영상처리부(30)는 이 2개 또는 n개의 3차원 영상의 차 또는 특정 비율을 구하여 자신이 원하고자 하는 새로운 3차원 영상을 획득할 수 있다.
이와 같이 획득된 3차원 영상은 표시부(40)를 통해 출력되어 의사나 환자가 볼 수 있게 된다.
제어 패널(10)은 장치 제어부(22)를 제어하기 위한 조작 패널으로서, 이 제어 패널(10)의 조작에 의해 X선에 인가되는 관전압을 변경하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 X선 영상 획득방법을 나타내는 순서도로서, 3개의 관전압을 A->B->C->A… 순번에 따라 계속 변경하면서 조사하는 경우의 순서도이다.
먼저, 피사체(50)를 X선 광원부(26)와 X선 센서부(28) 사이에 위치시킨 후, X선 광원부(26)는 처음의 제1지점에서 제1관전압(A관전압)을 인가하여 생성된 X선을 피사체(50)에 조사한다(S302).
상기 X선 광원부(26)의 맞은 편에 있는 X선 센서부(28)는 피사체(60)를 투과한 X선량을 측정하여 영상처리부(30)에 출력하고, 상기 영상처리부(30)는 피사체(50)의 각 점의 X선 흡수율을 구해 제1관전압(A관전압)에서의 2차원 영상을 획득한다(S304).
다음 겐트리를 이용해 피사체(50)는 고정시킨 채 X선 광원부(26)와 X선 센서부(28)를 소정각도 똑같이 회전하여 X선 광원부(26)를 제2지점에서 위치시키고(S306), X선 광원부(26)는 제2지점에서 제2관전압(B관전압)을 인가하여 생성된 X선을 피사체에 조사한다(S308).
이때 X선 센서부(28)는 피사체(50)를 투과한 X선량을 측정하여 영상처리부(30)에 출력하고, 상기 영상처리부(30)는 피사체(50)의 각 점의 X선 흡수율을 구해 제2관전압(B관전압)에서의 2차원 영상을 획득한다(S310).
다음 겐트리를 이용해 피사체는 고정시킨 채 X선 광원부(26)와 X선 센서부(28)를 소정각도 똑같이 회전하여 X선 광원부(26)를 제3지점에서 위치시키고(S312), X선 광원부(26)는 제3지점에서 제3관전압(C관전압)을 인가하여 생성된 X선을 피사체에 조사한다(S314).
이때 X선 센서부(28)는 피사체(50)를 투과한 X선량을 측정하여 영상처리부(30)에 출력하고, 상기 영상처리부(30)는 피사체(30)의 각 점의 X선 흡수율을 구해 제3관전압(C관전압)에서의 2차원 영상을 획득한다(S316).
이와 같이 소정각도씩 회전하여 총 회전각도가 360°미만인 경우에(S318), 겐트리를 이용해 피사체(50)는 고정시킨 채 X선 광원부(26)와 X선 센서부(28)를 소정각도 똑같이 회전하여 X선 광원부(26)를 제4지점에서 위치시키고(S330), X선 광원부(26)는 제4지점에서 다시 제1관전압(C관전압)을 인가하여 생성된 X선을 피사체(50)에 조사한다(S302).
이때 X선 센서부(28)는 피사체(50)를 투과한 X선량을 측정하여 영상처리부(30)에 출력하고, 상기 영상처리부(30)는 피사체(50)의 각 점의 X선 흡수율을 구해 제1관전압(A관전압)에서의 2차원 영상을 다시 획득한다(S304).
이러한 과정을 X선 광원부(26)와 X선 센서부(28)가 360°회전할 때까지 반복하여 제1관전압에서의 2차원 영상 다수, 제2관전압에서의 2차원 영상 다수, 제3관전압에서의 2차원 영상 다수를 획득한다.
계속하여 영상처리부(30)는 같은 관전압 2차원 영상들을 재구성하여 3차원 영상을 각각 생성한다(S320).
즉, 제1관전압에서의 2차원 영상 다수를 재구성하여 제1관전압에서의 3차원 영상을 생성하고, 제2관전압에서의 2차원 영상 다수를 재구성하여 제2관전압에서의 3차원 영상을 생성하며, 제3관전압에서의 2차원 영상 다수를 재구성하여 제3관전압에서의 3차원 영상을 생성한다.
다음 영상처리부(30)는 이와 같이 생성한 제1,2,3관전압에서의 3차원 영상의 차를 이용해 궁극적으로 피사체(50)의 원하는 3차원 영상을 획득한다(S322).
이때 피사체(50)의 위치가 변하지 않기 때문에 2개 또는 3개 이상의 3차원 영상 간에 차를 이용할 수 있는 것이다.
도 5는 이와 같은 상기 S322단계를 이해하기 쉽도록 예시적으로 나타낸 것으로, A영상 컬러와 B영상 컬러 차이에 의해 새로운 C영상을 획득할 수 있음을 보여준다.
또한, 예를 들어 영상이 2개인 경우 각 영상 데이터의 값에 대해 레벨 차이(α,β)를 두어 아래의 수식과 같이 새로운 C영상을 획득할 수 있다.
C영상 = (α×B영상) - (β×A영상)
상기 레벨(α,β)은 최종적으로 원하고자 하는 C영상이 무엇이냐에 따라 달라질 수 있다.
마지막으로 표시부(40)는 영상처리부(30)에서 이렇게 획득한 피사체의 3차원 영상을 선명하게 출력한다.
이와 같이 영상을 얻기 위해 한 번 촬영하여 각 관전압에 대한 2차원 영상을 얻으므로 2차원 영상을 재구성하여 3차원 영상을 획득하더라도 기하학적인 변화가 없다.
또한, 한 번의 촬영으로 관전압에 따른 다양한 영상 정보를 얻을 수 있으며, 또 그에 따라 콘트라스트(contrast) 정보를 더 많이 얻을 수 있어 기존 CT 촬영보다 적은 X선량으로 경계면 혹은 보고자 하는 피사체의 영상을 생성할 수 있으므로 피폭량을 감소할 수 있다.
도 4a와 도 4b는 도 3에 나타낸 관전압 변화를 나타내는 예시 그래프이다.
도 4a는 도 3의 순서도에서와 같이 A관전압->B관전압->C관전압->다시 A관전압 순으로, 3개의 관전압을 순번에 따라 계속 변경하면서 X선 광원부(26)에 인가하는 것을 보여준다.
도 4b는 A관전압->B관전압->C관전압->D관전압->다시 A관전압 순으로, 4개의 관전압을 순번에 따라 계속 변경하면서 X선 광원부(26)에 인가하는 것을 보여준다.
도 5는 도 3에 나타낸 영상 재구성을 나타내는 예시도이다.
피사체(50)의 위치를 고정한 채로 2개 또는 3개 이상의 영상을 구하여 2개 또는 3개 이상의 영상 간에 차이를 이용하여 새로운 영상을 구하는 것을 보여준다.
도면에서는 2차원 영상을 예를 들었지만 3차원 영상에서 있어서도 그 차이를 이용하여 새로운 영상을 구할 수 있음은 물론이다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
26: X선 광원부 28: X선 센서부
30: 영상처리부 50: 피사체

Claims (7)

  1. (a) X선 광원부에서 다수의 관전압을 변경해가면서 X선을 피사체에 조사하는 단계;
    (b) X선 센서부에서 상기 피사체를 투과한 X선량을 측정하여 영상처리부에 출력하는 단계;
    (c) 상기 영상처리부에서 피사체의 각 점의 X선 흡수율을 구해 각 관전압에서의 피사체 영상을 획득하는 단계; 및
    (d) 상기 영상처리부에서 각 관전압에서의 피사체 영상 차이를 이용하여 재구성한 새로운 피사체 영상을 획득하는 단계;
    를 포함하는 X선 영상 획득방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 (ⅰ) 다수의 관전압을 순번에 따라 계속 변경하는 방식, (ⅱ) 다수의 관전압을 한번은 정해진 순서에 따라 다른 한번은 그 역순에 따라 변경하는 방식, (ⅲ) 다수의 관전압을 다양하게 임의로 변경하는 방식, (ⅳ) 다수의 관전압 중 특정 관전압과 나머지 관전압을 교대로 변경하는 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 관전압을 변경하는 X선 영상 획득방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계와 (b)단계에서 피사체는 고정한 채 X선 광원부와 X선 센서부를 소정각도씩 회전하되, 360도 회전할 때까지 반복하는 X선 영상 획득방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 각 관전압에서의 2차원 피사체 영상을 획득하고,
    상기 (d)단계에서 같은 관전압끼리의 2차원 피사체 영상을 재구성하여 같은 관전압끼리의 3차원 피사체 영상을 획득하며, 같은 관전압끼리의 3차원 피사체 영상 차이를 이용하여 새로운 3차원 피사체 영상을 획득하는 X선 영상 획득방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 3차원 피사체 영상은 치과용 CT 영상인 X선 영상 획득방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 각 관전압에서의 피사체 영상 데이터(예를 들어 A영상, B영상) 값에 대해 아래의 수식과 같이 레벨 차이를 두어 새로운 C영상을 획득하는 X선 영상 획득방법.
    C영상 = (α×B영상) - (β×A영상)
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 종래 단일 관전압을 인가하여 X선을 조사하는 경우보다, 관전압은 더 높게 변경하여 인가하고 관전류는 더 낮게 하여 인가하는 X선 영상 획득방법.
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