KR101651845B1

KR101651845B1 - 윤곽 데이터로 영상 데이터를 재구성

Info

Publication number: KR101651845B1
Application number: KR1020140135843A
Authority: KR
Inventors: 토마스 플로어; 베른하드 슈미드트; 마틴 세들마일
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2016-08-30
Also published as: US20150103969A1; KR20150043204A; DE102013220663A1; US9589336B2; CN104545968A; CN104545968B

Abstract

윤곽 데이터로 영상 데이터를 재구성한다.
본 발명의 방법은 CT 장치의 x-선 소스와 CT 장치의 시계 바깥에 부분적으로 놓여있는 적어도 하나의 검사 대상 간의 상대적인 회전 움직임 동안 기록된 제1 투영 데이터(p)에 기반을 두고 있다. 그래서 제1 투영 데이터(p)는 불완전 투영 데이터를 포함한다. 본 발명자들은 카메라(C13)에 의해 기록된 검사 대상의 표면의 윤곽 데이터(k)가 불완전 제1 투영 데이터의 재구성을 개선하는데 이용될 수 있음을 인식하였다. 이 경우 제1 투영 데이터(p)와 윤곽 데이터(k) 간의 공간 상관관계는 알려져 있다. 본 발명에 따르면 제1 투영 데이터(p)는 윤곽 데이터(k)에 의해 수정된 투영 데이터(p')로 확장되고, 그래서 수정된 투영 데이터(p')는 CT 장치의 시계 바깥에 놓여있는 검사 대상의 윤곽에 대한 정보를 포함한다. 그러므로, 수정된 투영 데이터(p')에 의한 영상 데이터(f)의 본 발명의 재구성에 있어서는, 영상 데이터를 단지 제1 영상 데이터로부터 재구성하는 것에 비해서 아티팩트가 조금 발생하거나 아예 발생하지 않는다.

Description

윤곽 데이터로 영상 데이터를 재구성{RECONSTRUCTION OF IMAGE DATA BY MEANS OF CONTOUR DATA}

본 발명은 윤곽 데이터(contour data)로 영상 데이터를 재구성하기 위한 방법 및 영상 시스템에 관한 것이다.

컴퓨터 단층촬영(CT)은 2-스테이지 영상 기법으로 알려져 있다. 이 기법에서 투영 데이터는 검사 대상이 x-선 방사선으로 조사되고(irradiated) x-선 소스로부터 x-선 검출기로 가는 여정에서 x-선들의 감쇄가 기록됨으로써 기록된다. 감쇄는 빔 경로를 따라 있는 조사된 재료들에 의해 생기므로, 이 감쇄는 또한 빔 경로를 따라 있는 모든 볼륨 요소들(복셀들(voxels))의 감쇄 계수에 대한 선 적분으로 이해될 수 있다. 기록된 투영 데이터는 바로 해석될 수 없다, 즉 이는 검사 대상의 조사된 슬라이스(slice)의 영상을 생성하지 못한다. 재구성 방법을 이용하여, 투영 데이터로부터 개별 복셀들의 감쇄 계수들을 계산하여 감쇄 계수들의 분포 그림을 생성하는 것은 제2 단계에서만 가능하다. 그러한 경우들에서, 투영 데이터는 상이한 투영 각들로부터 기록된 복수의 개별 투영들을 포함할 수 있다. 상이한 투영 각들로부터의 복수의 개별 투영들의 기록은 또한 스캔이라 불린다.

2차원 영상을 예를 들어 검사 대상의 슬라이스 형태로 나타내는 영상 데이터는 스캔 동안 생성된 투영 데이터를 기반으로 재구성될 수 있다. 예를 들어, 영상 데이터는 또한 복수의 이차원 영상들 또는 인접 3차원 볼륨(contiguous three-dimensional volume)을 포함한다. 영상 데이터의 재구성 동안의 문제점들은, 위에 기술된 투영 데이터의 기록 동안에 검사 대상이 투영 각들 중 적어도 수 개의 각으로 x-선 소스 및 x-선 검출기로 구성되는 시스템의 스캐닝 영역을 벗어나 튀어나오는 경우에 생긴다. 스캐닝 영역은 x-선 소스에 의해 생성된 x-선들과 x-선 검출기의 상대적 공간 배열에 의해 정의된다. 스캐닝 영역 내에서는 완전한 투영 데이터가 구해질 수 있고; 스캐닝 영역 밖에서는 완전한 투영 데이터가 얻어질 수 없다. 그래서, 검사 대상이 스캐닝 영역을 벗어나 튀어나오면, 검사 대상의 조사 동안 기록된 투영 데이터는 불완전하며, 이는 재구성 동안 영상 아티팩트(image artifacts)로 이어진다. 그럼에도 불구하고 영상 재구성을 가능한 한 정밀하게 하기 위해서는, 재구성 전에 불완전한 투영들에 대한 투영 데이터의 대응 확장(expansion)이 필요하다. 스캐닝 영역은 또한 시계(field of view)라 칭해지고, 불완전한 투영 데이터로부터의 영상 데이터의 재구성을 위한 방법은 또한 확장된 시계에서의 재구성 방법이라 칭해진다. 용어 스캐닝 영역 및 시계는 아래에서는 동의어로 이용된다.

불완전 측정 데이터로부터 영상 데이터를 재구성하는 방법은 DE 102010006585 A1으로부터 알려져 있다. 이 방법에서 제1 영상 데이터는 측정 데이터로부터 재구성되며 제1 영상 데이터를 기반으로 검사 대상의 한계(delimination)가 판정된다. 이후 제1 영상 데이터는 판정된 한계를 이용하여 수정되고 투영 데이터는 수정된 제1 영상 데이터로부터 계산된다. 측정 데이터는 투영 데이터를 이용하여 수정되고 마지막으로 제2 영상 데이터가 수정된 측정 데이터로부터 재구성된다.

본 발명의 목적은 불완전한 투영 데이터로부터 영상 데이터를 재구성하는 것을 개선하는 것이다.

이 목적의 본 발명의 성취는 청구된 시스템에 관련해서 그리고 청구된 방법에 관련해서 이하 기술된다. 여기에 언급된 실시 예의 특징들 및 장점들 또는 대안 형태들은 유사하게 다른 청구된 대상들에 전환될 수 있고 그 역도 같으며, 다른 말로, 예를 들어 시스템에 관련되어 있는 대상 청구항들은 또한 방법에 관련해서 기술되거나 청구된 특징들로 더 전개될 수 있다. 본 방법의 대응 기능적인 특징들은 그러한 경우들에서 대응 물리적인 모듈들로 구현된다.

본 발명의 방법은 CT 장치의 x-선 소스와 CT 장치의 스캐닝 영역 밖에 부분적으로 놓여 있는 적어도 하나의 검사 대상 간의 상대적인 회전 움직임 동안 기록되는 제1 투영 데이터에 기반을 두고 있다. 그래서 제1 투영 데이터는 불완전한 투영 데이터를 포함하고 있다. 본 발명자들은 카메라에 의해 기록된 검사 대상의 표면의 윤곽 데이터가 불완전한 제1 투영 데이터의 재구성을 개선하는데 이용될 수 있음을 인식하였다. 이 경우에 제1 투영 데이터와 윤곽 데이터 간의 공간 상관관계는 알려져 있다. 본 발명에 따르면 제1 투영 데이터는 윤곽 데이터에 의해 수정된 투영 데이터로 확장되며, 그래서 수정된 투영 데이터는 CT 장치의 스캐닝 영역 바깥에 놓여있는 검사 대상의 윤곽에 대한 정보를 포함한다. 종래 방법과는 대조적으로, 투영 데이터는 카메라에 의해 기록된 윤곽 데이터에 의해 확장된다. 카메라에 의해 기록된 그러한 윤곽 데이터는 불완전한 제1 투영 데이터가 아주 잘 확장될 수 있게 해주는 아주 높은 정보량을 갖추고 있다. 그래서 단지 제1 영상 데이터로부터 영상 데이터를 재구성하는 것에 비해서 본 발명에 따라 수정된 투영 데이터로 영상 데이터를 재구성하는 동안에는 아티팩트가 조금 생성되거나 아예 생성되지 않는다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 제1 영상 데이터는 윤곽 데이터로 제1 영상 데이터를 수정하기 위해서 불완전한 제1 투영 데이터로부터 재구성된다. 더욱이 수정된 투영 데이터는 수정된 영상 데이터로부터 생성되며, 그래서 제2 영상 데이터는 제1 투영 데이터로부터 그리고 수정된 투영 데이터로부터 재구성될 수 있다. 이 양태에서 윤곽 데이터의 정보량은 영상 공간(image space)의 수정 동안 고려되고, 여기서 그러한 수정은 본 발명의 영상 시스템의 사용자가 특히 직관적으로 성취할 수 있다. 그래서 제1 영상 데이터 및 윤곽 데이터는 출력 유닛에 그래픽으로 표현될 수 있다. 더욱이 이 양태에 따른 본 발명의 방법은 반복해서 실행될 수 있고 그럼으로써 추가의 반복 단계들에 의한 영상 데이터의 재구성은 보다 나은 결과, 즉 아티팩트에 노출되는 범위가 더 적어지는 결과를 낳는다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 제1 영상 데이터는, 제1 영상 데이터와 윤곽 데이터 간의 상관관계로, 검사 대상의 경계면이 제1 영상 데이터에 정의되도록 수정된다. 그러한 경계면의 정의는 불완전한 투영 데이터의 유의미한 확장을 나타내며, 그러므로 후속 재구성에서, 투영 데이터의 불완전성에 기인한 아티팩트를 상당히 바로잡는다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 경계면은 검사 대상의 표면을 포함하고, 여기서 제1 영상 데이터는, 투영 데이터의 불완전성이 통상 검사 대상의 표면 근방에 있는 불완전 정보에 기반을 두고 있으므로, 스캐닝 영역 바깥의 영역과 표면이 정하는 영역 내에 있는 화소 값들이 수정되도록 수정된다. 이 표면 근방에 있는 불완전 정보의 결과인 아티팩트는, 본 발명에 따라서 윤곽 데이터에 의해 수정이 되는 완전하게 스캐닝 되지 않은 검사 대상의 영역 내의 화소 값들이 이 표면에 대한 추가 정보를 고려한다면 감소 또는 방지될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 검사 대상은 환자를 포함하고, 그럼으로써 적어도 하나의 해부학적 랜드마크(anatomical landmark)가 윤곽 데이터에서 식별되며, 여기서 랜드마크의 영역 내의 화소 값들은 이들 랜드마크의 전형적인 x-선 흡수의 함수로서 수정될 것이다. 랜드마크는 특히 환자의 신체의 일정 영역, 즉, 예를 들어, 머리, 눈, 흉부, 가슴, 다리 또는 개별 무릎관절을 포함한다. 상이한 랜드마크들은, 예를 들어, 이들이 주로 뼈, 지방 또는 물과 같은 상이한 물질로 구성되기 때문에 상이한 x-선 흡수를 나타낸다. 특정 x-선 흡수는 재구성된 영상 데이터 내의 특정 값들에 상관되므로, 이러한 본 발명의 양태는 불완전한 투영 데이터를 확장하기 위한 특히 정밀한 옵션을 제공한다.

본 발명의 추가 양태에 따르면, 사이노그램(sinogram)은 제1 투영 데이터로부터 판정되고, 제1 투영 데이터는 사이노그램의 외삽(extrapolation)에 의해서 수정된 투영 데이터로 확장된다. 이 경우, 투영 데이터의 확장 전에는 재구성이 이루어지지 않아야 하고, 이는 본 발명의 방법이 더 적은 계산 노력으로 따라서 특히 빠르게 실행될 수 있음을 의미한다.

본 발명의 추가 양태에 따르면, 제1 투영 데이터는 이 제1 투영 데이터가 상관된 윤곽 데이터에 따라서 웨이트(weight)되도록 확장된다. 그러한 경우들에서 특히 개별 투영들 내의 개별 선들(rays)은 웨이트될 수 있다. 본 발명의 웨이팅은 예를 들어 완전한 투영들 또는 선들에는 불완전한 투영들 또는 선들보다 큰 웨이트를 제공한다. 본 발명의 이 양태에 따른 방법은 특히 반복 재구성 알고리즘에 결합될 수 있다. 이때 투영 데이터는 각 반복 단계에서 더 확장되고 그 결과 영상 데이터의 최종 재구성은 아티팩트를 더 적은 정도로 나타내며 그래서 개선된다.

본 발명의 추가 양태에 따르면, 제1 검사 대상은 환자를 포함하고, 제2 검사 대상은 윤곽 데이터에 의해 식별되며, 제2 검사 대상의 아이덴티티와 위치에 따라서, 정보는 CT 장치에 연결된 출력 장치에서 출력된다. 이는 부분적으로 또는 심지어 완전히 스캐닝 영역 바깥에 있는 추가 검사 대상들의 재구성 중에도 고려할 수 있게 해주며 그래서 본 발명의 CT 장치의 사용자에게 추가 정보를 제공해준다.

본 발명의 추가 양태에 따르면, 제2 검사 대상은 개입(intervention)을 위한 의학 장치를 포함하고, 그래픽 재현의 출력은 2개의 검사 대상 중 적어도 일부는 물론이고 서로에 관련한 검사 대상들의 상대적인 위치에 대한 명세를 포함한다. 본 발명은 예를 들어 침이나 내시경에 의한 개입을 보다 정밀하고 신뢰할 수 있게 설계하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 추가 양태에 따르면 출력은 경고를 포함하고, 이에 의해서 투영 데이터의 연속 기록 동안 그리고 개입들 동안 안전성이 개선된다.

추가 양태에 따르면 카메라는 3D 카메라를 포함하고, 윤곽 데이터는 3D 윤곽 데이터를 포함하므로, 윤곽 데이터의 정보량이 특히 커지고 그래서 투영 데이터의 특히 정밀한 확장이 가능하며 그래서 아티팩트에 아주 적게 노출되는 영상 데이터의 재구성이 가능해진다. 더욱이, 윤곽 데이터의 높은 정보량의 결과로서, 반복 재구성 동안 결과가 특히 빠르게 성취될 수 있다.

본 발명은 또는 회전가능한 x-선 소스와 이 x-선 소스와 상호작용하는 x-선 검출기를 갖춘 CT 장치를 포함하는 영상 시스템의 형태로 실현될 수 있고, CT 장치는 CT 장치의 스캐닝 영역 안 또는 밖에 있는 검사 대상의 제1 투영 데이터를 기록하도록 설계되어 있다. 본 발명의 영상 시스템은 검사 대상의 표면의 윤곽 데이터의 기록을 위한 카메라 - 여기서 제1 투영 데이터와 윤곽 데이터 간의 공간 상관관계는 알려져 있음 - , 및 윤곽 데이터로 제1 투영 데이터를 수정된 투영 데이터로 확장하도록 설계된 처리 장치를 더 포함한다. 이 외에도 본 발명의 영상 시스템은 수정된 투영 데이터로 영상 데이터의 재구성을 위해 설계된 재구성 유닛을 포함한다. 그러한 본 발명의 시스템으로 본 발명의 방법을 필요한 변형으로 유리하게 실행할 수 있다.

본 발명은 도면에 제시된 본보기 실시 예들을 참조로 이하 좀더 상세히 기술되고 설명된다.

도 1은 영상 시스템의 본보기 실시 예의 제1 개략도이다.
도 2는 영상 시스템의 본보기 실시 예의 제2 개략도이다.
도 3은 z-방향에 수직인 기록 기하학의 단면을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 방법의 변형에 대한 흐름도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 방법의 추가 변형에 대한 흐름도를 도시하고 있다.

도 1은 먼저 CT 장치를 갖춘 제1 영상 시스템의 개략도를 도시하고 있다. 이는 소위 말하는 제3세대 CT 장치를 포함하며, 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 갠트리 하우징(gantry housing)(C6) 내에는 여기서는 볼 수 없는 폐쇄된 갠트리가 배치되어 있고, 이 갠트리에는 x-선 관 형태의 제1 x-선 소스(C2)와 이 소스와 마주하는 x-선 검출기(C3)가 배치되어 있다. 선택적으로 제2 x-선 관(C4)이 마주 보는 x-선 검출기(C5)와 함께 여기에 도시된 CT 장치(C1) 내에 배치되어 있으며, 그래서 이용가능한 추가의 이미터/검출기 결합을 통해서 보다 큰 시간 해상도(temporal resolution)가 성취될 수 있고, 또는 상이한 x-선 에너지 스펙트럼이 이미터/검출기 시스템에 이용될 때, 소위 말하는 "듀얼-에너지" 검사가 또한 실행될 수 있다.

CT 장치(C1)는 또한 환자 카우치(couch)(C8)를 갖고 있고, 이 위에서 환자는 검사 동안 z-축이라고도 불리는 시스템 축(C9)을 따라서 스캐닝 영역 안으로 또는 FOV("field of view"의 약어) 안으로 밀려 들어갈 수 있다. 그러나 오르지 당해 검사 영역 내에서 환자의 어떤 전진 없이 스캐닝 그 자체를 순수 진자 스캐닝(pure orbital scanning)으로서 착수되게 하는 것도 가능하다. 갠트리에 관한 환자 카우치(C8)의 움직임은 적합한 동력(motorization)으로 실행된다. 이 움직임 동안 x-선 소스(C2 또는 C4)는 각각 환자 주위를 회전한다. 이 경우에 검출기(C3 또는 C5)는 제1 투영 데이터 p를 기록하기 위해서 x-선 소스(C2 또는 C4)를 마주 보고 평행하게 움직이며, 이 데이터는 영상 데이터, 예를 들어, 슬라이스 영상들의 재구성을 위해 이용된다. 환자가 검사장(examination field)을 통해서 개별 스캔들 간의 스테이지들 내로 밀려 들어가는 순차 스캔의 대안으로서, 나선형 스캔의 옵션이 또한 자연스럽게 제공되며, 여기서 환자는 x-선 방사선을 갖는 진자 스캔 동안 x-선 관들(C2 또는 C4)과 검출기들(C3 또는 C5) 간의 검사장을 통해서 시스템 축(C9)을 따라서 연속 밀려 들어간다. 축(C9)을 따른 환자의 움직임과 x-선 소스(C2 또는 C4)의 동시 궤도를 통해서, 측정 중에 헬리컬 트랙(helical track)이 환자에 관한 x-선 소스(C2 또는 C4)의 나선형 스캔 동안 생성된다. 이 트랙은 또한 움직이지 못하는 환자와 함께 축(C9)을 따라서 밀려들어 가는 갠트리에 의해 성취될 수 있다. 환자를 연속해서 그리고 가능한 주기적으로 2 지점간에 앞뒤로 이동시키는 것도 가능하다.

CT 시스템(C1)은 메모리에 존재하는 컴퓨터 코드(Prg₁ 내지 Prg_n)를 갖는 제어 및 처리 유닛(C10)에 의해 제어된다. 이들 컴퓨터 프로그램 코드(Prg₁ 내지 Prg_n)는 물론, 외부 저장 매체에 포함될 수 있고, 필요하다면 제어 및 처리 유닛(C10) 내로 로딩될 수 있음을 알 수 있다.

획득 제어 신호(AS)는 특정한 측정 프로토콜들에 따른 CT 장치를 제어하기 위해서 제어 인터페이스(24)를 통해 제어 및 처리 유닛(C10)에 의해 전송될 수 있다. 획득 제어 신호(AS)는 여기서 x-선 관들(C2 및 C4)에 관련되어 있고, 여기서 그들의 전력, 및 이들이 스위치 온 및 오프되는 횟수는 물론이고 갠트리에 관련되어 규격이 만들어질 수 있고, 그의 회전 속도는 물론이고 카우치 전진에 관련해서 규격이 만들어질 수 있다.

제어 및 처리 유닛(C10)은 입력 콘솔(console)을 갖고 있기 때문에, 측정 파라미터들은 획득 제어 신호의 형태로 데이터 획득을 제어하는 CT 장치(C1)의 사용자 또는 오퍼레이터에 의해 입력될 수 있다. 현재 이용되는 측정 파라미터들에 대한 정보는 출력 유닛에 스크린의 형태로 제공될 수 있으며; 게다가 오퍼레이터에 관한 추가 정보가 표시될 수 있다. 본 발명의 영상 시스템은 또한 예를 들어 음향 출력 유닛과 같은, 출력 유닛들을 더 포함한다.

검출기들(C3 또는 C5)에 의해 기록된 제1 투영 데이터 p 또는 원시 데이터는 원시 데이터 인터페이스(C23)를 통해서 제어 및 처리 유닛(C10)에 전달된다. 이때 이 제1 투영 데이터 p는, 필요한 경우 적합한 선-처리 후에, 재구성 유닛(C21)에서 더 처리된다. 이 본보기 실시 예의 재구성 유닛(C21)은 제어 및 처리 유닛(C10) 내에서 프로세서에 관한 소프트웨어의 형태로, 예를 들어, 컴퓨터 프로그램 코드들(Prg₁ 내지 Prg_n) 중 1 이상의 형태로 실현된다. 영상 재구성에 관해서, 측정 프로세스의 제어에 관련해서 이미 설명된 것이 적용되며, 즉, 컴퓨터 프로그램 코드(Prg₁ 내지 Prg_n)는 또한 외부 저장 매체에 포함될 수 있고 필요하다면 제어 및 처리 유닛(C10)에 로딩될 수 있다. 또한 한편으로는 측정 프로세스를 제어하고 다른 한편으로는 영상을 재구성하는 것을 상이한 처리 유닛들로 실행할 수 있다.

재구성 유닛(C21)에 의해 재구성된 영상 데이터 f는 제어 및 처리 유닛(C10)의 메모리(C22)에 저장되고 및/또는 일반적인 방식으로 제어 및 처리 유닛(C10)의 스크린에 출력된다. 이는 또한 도 1에는 도시되지 않은 인터페이스를 통해서 CT 장치(C1)에 연결된 네트워크, 예를 들어, 방사능 정보 시스템(RIS)에 공급되고, 거기서 이용가능한 대용량 저장소에 저장되거나 영상으로 출력될 수 있다.

제어 및 처리 유닛(C10)은 추가로 EKG의 기능을 실행할 수 있으며, 여기서 EKG 전위들을 끌어내기 위한 라인(C12)은 환자와 제어 및 처리 유닛(C10) 사이에 이용된다. 게다가 도 1에 도시된 CT 시스템(C1)은 또한 조영제 인젝터(C11)를 갖고 있고, 이를 통해서 추가 조영제가 환자의 혈류 내로 주입될 수 있으며, 그래서 예를 들어 환자의 혈관, 특히 박동 심장의 심실들이 잘 표현될 수 있다. 게다가 이는 또한 제안된 방법이 마찬가지로 적합한 관류(perfusion) 측정을 실행하는 옵션을 제공한다.

제어 및 처리 유닛(C10) - 도 1에 묘사된 도면과는 달리 - 은 물론 CT 시스템(C1)의 나머지 컴포넌트들의 근처에 배치될 필요가 없다. 대신에 상기 유닛을 다른 룸(room) 또는 더 먼 장소에 수용할 수 있다. 원시 데이터 p 및/또는 획득 신호 AS 및/또는 EKG 데이터는 유선 또는 무선으로 전송될 수 있다.

본 발명의 영상 시스템은 또한 검사 대상(O)의 표면의 적어도 일부의 비-접촉 스캐닝을 위해 설계되어 있는 적어도 하나의 카메라(C13)를 갖고 있다. 카메라(C13)는 전자기 방사선의 검출을 위해, 특히 x-선 방사선에 비교해서 스펙트럼 생성의 더 낮은 주파수 범위, 예를 들어, 스펙트럼의 가시 또는 적외선 범위에 있는 전자기 방사선의 검출을 위해 설계되어 있다. 그래서 카메라(C13)는 1 이상의 포토그래픽 카메라(들) 또는 비디오 카메라(들)를 포함할 수 있다. 여기에 도시된 예에서 카메라(C13)는 갠트리에 부착된 3D 카메라를 포함하며, 이는 예를 들어 스테리오 카메라 또는 런타임 측정 시스템(타임-오브-플라이트 카메라로 알려져 있음)으로서 구현된다. 본 발명의 추가 실시 예에서, 카메라(C13)는 구조화된 조명으로 표면을 스캔하도록 구현되어 있다. 이 실시 예에서, 영상 시스템은 추가로 검사 대상(0)의 적어도 일부의 구조화된 조명을 생성하는 조명 유닛을 갖추고 있다. 더욱이 이 경우 카메라(C13) 및 조명 유닛은 그들의 방출 및 검출 특성에 따라 배치되고 구현되므로, 카메라(C13)는 검사 대상(O)의 표면으로부터 방사선 반사를 검출하도록 구현된다.

본 발명의 실시 예의 추가 형태에서, 전자기 센서(31)는 CT 장치(C1)의 갠트리에 영구 통합되어 있다. 실시 예의 대안 형태에서 카메라(C13)가 x-선 소스(C2) 또는 x-선 검출기(C3)와 함께 회전하도록 카메라(C13)는 갠트리(19)의 회전가능 파트에 통합되어 있다. 이는 검사 대상(O)의 표면이 다양한 관점에서 특히 쉽고 빠르게 스캔될 수 있게 해준다. 추가 표면 정보는 스캔된 표면의 윤곽 데이터 k가 특히 정밀하게 계산될 수 있게 해주며, 그 결과 본 발명의 방법도 또한 특히 쉽고, 빠르고 정밀하게 실행될 수 있다. 본 발명의 방법을 실행하기 위해서, 기록된 윤곽 데이터 k의 좌표는 투영 데이터의 좌표로 변환될 수 있어야만 한다. 이때 윤곽 데이터 k는 또한 영상 데이터 f의 영상 공간으로 변환될 수 있다. 다른 말로 윤곽 데이타 k와 투영 데이터, 특히 제1 투영 데이터 p의 상관관계는 공지되어야만 한다. 그러한 상관관계는 본 발명의 방법에 선행하는 캘리브레이션(calibration)에 의해 판정될 수 있다.

도 2는 C-암 장치를 갖춘 영상 시스템을 보여주고 있고, 여기서는 도 1의 CT 장치와는 대조적으로, 하우징(C6)은 C-암(C7)을 품고 있고, 그의 한쪽에는 x-선 관(C2)이 고착되어 있고 그의 반대쪽에는 x-선 검출기(C3)가 고착되어 있다. C-암(C7)은 마찬가지로 스캔을 위해 시스템 축(C9)을 중심으로 피봇(pivot)되므로, 스캔이 복수의 스캐닝 각으로 이루어질 수 있고, 대응 제1 투영 데이터 p가 복수의 투영 각으로부터 판정될 수 있다. 도 2의 C-암 시스템(C1)은 도 1의 CT 시스템과 같이, 또한 도 1에 기술된 유형의 제어 및 처리 유닛(C10)을 갖고 있다.

도 2에 도시된 본 발명의 실시 예의 형태로, 카메라(C13)는 삼각대(C14) 형태의 포지셔닝 설비에 장착되어 있다. 더욱이 카메라(C13)는 또한 CT 장치(C1)가 배치되어 있는 공간 내에 어떤 다른 방식으로 배치될 수 있고, 예를 들어 카메라(C13)는 천장에 고정될 수 있다. 더욱이 카메라(C13)는 검사 대상(O) 위에 중앙에 배치되거나 환자 카우치(C8) 위에 중앙에 배치될 수 있다. 카메라(C13)가 3D 카메라를 포함한다면, 윤곽 데이터 k는 또한 검사 영역의 표면의 상세한 구조에 대한 깊이 정보를 포함한다. 기본적으로 검사 대상(O)의 스캔된 표면에 대한 깊이 정보의 품질과 기록된 윤곽 데이터 k의 품질이 가능한 한 균질(homogeneous)하도록 카메라(C13)가 배치되는 것이 유리하다. 스캐닝에 의해 판정된 깊이 정보 또는 윤곽 데이터 k의 노이즈 및 오차는 가능한 최소한도로 깊이 정보 또는 윤곽 데이터 k 그 자체 또는 스캔된 영역의 위치에 의존해야만 한다.

본 발명은 도 1 및 2에 도시된 시스템들 둘 다에 이용될 수 있다. 더욱이 이는 기본적으로 다른 CT 장치들, 예를 들어, 완전한 링(ring)을 형성하는 검출기를 갖춘 CT 장치들에 이용될 수 있다.

영상 재구성을 위해서는, 투영 데이터의 완전한 데이터세트의 존재가 유리하다. 이러한 관점에서 완전함은, 재구성 영상에 포함되는 검사 대상(O)의 각 볼륨 요소가, 측정이 평행한 선 기하학으로 이루어지는 경우 180°의 투영 각들의 범위에 걸쳐서, 또는 측정이 원뿔 빔 기하학으로 이루어지는 경우 180°플러스 원뿔 개방 각의 범위에 걸쳐서 조사되어야만 하고, 대응 투영들이 x-선 검출기에 의해 검출되어야만 함을 의미한다. 이들 조건이 충족되지 않아도 영상 재구성은 아직 가능하지만, 최종 영상은 투영 데이터의 데이터세트의 불완전함 때문에 아티팩트에 쉽게 노출된다.

검사 대상(O)의 범위가 CT 장치(C1)의 시계 FOV보다 크면 문제점들이 생긴다. 그러한 상황은 도 3에 도시되어 있다. 이 도면은 x-선 소스(C2) 및 x-선 검출기(C3)를 포함하는, 도 1 또는 도 2에 따른 CT 장치로부터의 선택을 보여주고 있다. 명료성 개선을 위해 x-선 검출기(C3)는 단지 채널 방향에 12개의 검출기 요소를 갖고 있고; 실제로 이 수는 훨씬 더 크다. 검사 대상(O)은 x-선 소스(C2)와 x-선 검출기(C3) 사이에 배치되어 있다. 도 3은 z-축에 수직인 단면을 보여주고 있고; 그래서 검사 대상(O)을 통한 축 단면을 볼 수 있다. CT 장치(C1)의 시계 FOV는 특정 투영 각에서, 도 3에 도시된 바와 같이, z-축에 수직인 횡단면에서 원형 단면에 대응한다. 그의 에지(edge)는 x-선 소스(C2)로부터 검출기(C3)의 최외곽 에지에 도달하는 x-선들에 의해 형성되어 있다.

이와 같이 채널 방향에서 검출기의 범위는 시계 FOV의 크기를 결정한다. 여기서 채널 방향은 행 방향에 수직인 검출기의 표면으로의 방향이다. 행 방향은 도 3의 단면의 평면에 직각으로 연장하므로 z-방향에 있다. 도 3의 도면 평면에서 검출기 디멘션(dimension)은 채널 방향이다.

도 3에서 검사 대상(O)이 도시된 투영 각으로 시계 FOV 내에 완전히 놓여있지 않은 것을 볼 수 있다. 도 3에 따른 x-선 소스(C2)와 x-선 검출기(C3)의 위치에 대한 검사 대상(O)의 요소들(OA)은 x-선 검출기(C3)에 의해 검출되는 x-선들에 의해서는 조명되지 않는다: 검사 대상(O)의 요소들(OA)은 시계 FOV 바깥에 놓여있다. x-선 소스(C2) 및 검출기(C3)가 검사 대상(O) 주위를 회전하면, 도 3에 도시된 배열에서, 몇몇 투영 각들의 경우, 시계 FOV 바깥에 놓여있는 검사 대상(O)의 부분들(OA)은 시계 FOV 안쪽에 놓여있고, 다른 투영 각들의 경우 이들은 시계 FOV 바깥에 놓여 있다. 이는 또한 검사 대상(O)의 다른 에지 영역들에도 적용된다.

이는 완전한 투영 데이터가 검사 대상(O)의 어떤 요소들에는 존재하지 않음을 의미한다. 일반적으로 CT 장치(C1)의 전체 시계, 즉 완전한 투영 데이터가 기록되는 x-선 소스(C2)와 x-선 검출기(C3) 간의 영역은 x-선 소스(C2)와 x-선 검출기(C3)의 반 궤도(half orbit)에 걸친 또는 180°플러스 원뿔 개방 각의 반 궤도에 걸친 빔들의 교차 수에 의해 생성된다고 말하는 것은 참이다. CT 장치(C1)의 확장된 시계는 전체 시계의 기술된 영역에 인접해 있는 영역이다. x-선 방사선에 의해서만 조사된 다음 어떤 투영 각들로 검출기에 도달하는 이들 볼륨 요소들을 포함하는, 확장된 시계는 전체 뷰 필드의 바깥에 놓여 있다.

예를 들어 도 3의 부분(OA)과 같은, 확장된 시계 내의 검사 대상(O)의 요소들의 경우, 이는 기록된 투영들 중 몇몇에서는, 검사 대상(O)의 이들 부분들에 관한 정보가 측정 데이터에 포함되어 있지만, 다른 투영들에서는 그렇지 않다는 것을 의미한다. 그래서 확장된 시계 안에 배치되어 있는 검사 대상(O)의 요소들에 관련해서, 불완전한 데이터세트가 이용될 수 있다. 이는 또한 "제한된 각(limited angle)" 스캐닝이라 불린다.

시계를 넘어서는 검사 대상(O)의 부분들은 실제로 예를 들어 환자들의 신체 체적의 결과로서, 또는 흉부 측정 동안 환자가 제 위치에 있지 않고 그들의 팔이 그들의 머리 위나 뒤에 놓여 있기 때문에 나타난다.

검사 대상(O)에 관한 정보가 몇몇 투영에서는 확장된 시계 안에 포함되어 있기 때문에, 전체 시계의 영역에 대해서만 CT 영상을 재구성하는 것은 쉽지 않다. 대신에 시계를 초과하면 CT 영상이 전체 시계 내의 아티팩트에 노출되기 쉽다. 이러한 이유는 위에 설명한 확장된 시계의 데이터가 불완전하다는 것이다. 확장된 시계의 정보는 그러므로 영상 재구성 동안 고려되어야만 한다.

본 발명의 방법의 변형의 흐름도가 도 4에 도시되어 있다. 본 발명의 방법은 CT 장치(C1)의 x-선 소스(C2)와 CT 장치(C1)의 시계 FOV 바깥에 부분적으로 놓여있는 적어도 한 검사 대상(O) 간의 상대적인 회전 움직임 동안 기록된 제1 투영 데이터 p에 기반을 두고 있다. 그래서 적어도 제1 투영 데이터의 부분들은 불완전하며 아티팩트를 방지하기 위해서 확장된 시계에서의 재구성을 필요로 한다. 그러한 재구성을 위해 검사 대상(O)의 표면의 윤곽 데이터 k는 카메라(C13)에 의해 기록되었다. 윤곽 데이터 k는 특히 시계 FOV 바깥에 있는 검사 대상(O)의 윤곽에 대한 정보를 포함하는 데이터를 수반하고 있다. 유리한 방식으로 윤곽 데이터 k는 3D 카메라에 의해 기록되었고, 그래서 윤곽 데이터는 검사 대상의 윤곽에 대한 좀더 상세한 깊이 정보를 포함하고 있다. 윤곽 데이터 k는 또한 선-처리된, 즉 여과된 또는 재구성된 데이터를 수반할 수 있다. 그래서, 예를 들어, 에지 검출 알고리즘으로 카메라에 의해 기록된 윤곽 데이터 k에 검사 대상(O)의 경계면을 정의하는 것이 가능하다. 그러한 경우들에서 제1 투영 데이터 p와 윤곽 데이터 k 간의 공간 상관관계는 알려져 있다. 그래서 윤곽 데이터 k의 좌표는 투영 데이터 p의 좌표로 변환될 수 있다. 그러므로 본 발명에 따르면 윤곽 데이터 k는 제1 불완전 투영 데이터 p를 수정된 투영 데이터 p'로 확장하는데 이용될 수 있다. 수정된 투영 데이터 p'를 이용한 영상 데이터 f의 후속 재구성은 제1 투영 데이터의 확장 결과로서 오리지널 제1 투영 데이터 p의 필적하는 재구성의 경우에서보다 적게 아티팩트를 나타낸다.

재구성은 종래의 방법들, 즉 여과된 백 투영(filtered back projection), 원뿔 빔 재구성으로 그리고 예를 들어 반복 또는 대수 방법으로 행해질 수 있다. 제1 투영 데이터 p는 통상 외삽(extapolation)에 의해서 확장된다. 이 경우에, 모든 불완전 투영들은 확장되지만, 예를 들어 상이한 투영들 간의 일정 연속성을 보장하기 위해서는 완전한 투영들을 확장하는 것이 기술적으로 유리할 수 있다. 본 발명의 추가 실시 예에서, 개별 투영의 선들은 웨이트되며, 이를 통해서 좀더 많은 정보가 윤곽 데이터 k를 기반으로 고려되며, 그래서 재구성은 좀더 나은 영상 데이터 f, 즉 아티팩트에 더 적게 노출되는 영상 데이터로 이어진다. 더욱이, 오리지널 제1 투영 데이터 p는 또한 예를 들어 혼합되는 제1 투영 데이터 p와 수정된 투영 데이터 p'에 의한 재구성에 있어서도 고려될 수 있다.

본 발명의 실시 예의 추가 형태에서, 사이노그램은 제1 투영 데이터 p로부터 판정되고, 여기서 제1 투영 데이터 p는 사이노그램의 외삽에 의해서 수정된 투영 데이터 p'로 확장될 수 있다. 사이노그램은 2D는 물론이고 3D 사이노그램을 포함하며, 여기서 3D 사이노그램은 통상 복수의 2D 사이노그램의 스택(stack)으로 구현된다. 외삽은 그러한 경우들에서 특히 2D 사이노그램의 개별 행들 및 열들에 따라서 행해질 수 있다. 외삽에 의해 확장된 사이노그램은 확장된 시계 내의 추가 정보를 포함하며, 그래서 확장된 사이노그램으로부터 유도된 수정된 투영 데이터 p'는 마찬가지로 확장된 시계 내의 추가 정보를 갖고 있다. 외삽은 예를 들어 다항 또는 삼각 함수에 의해 행해진다. 본 발명에 따르면 외삽은 즉 검사 대상(O)의 윤곽에 대한 정보를 고려하는 윤곽 데이터 k로 행해진다. 윤곽 데이터 k는 카메라에 의해 기록되어 검사 대상(O)의 윤곽에 대한 정밀한 정보를 제공하므로, 본 발명은 사이노그램들을 특히 정밀하고 효율적으로 외삽할 수 있게 해주며, 그래서 확장된 시계 내의 대응 재구성은 신속히 특히 양호한 결과를 영상 데이터 f의 형태로 이끌어낸다.

본 발명의 다른 변형의 흐름도는 도 5에 도시되어 있다. 여기에 도시된 변형에 따른 방법은 또한 반복적으로 실행될 수 있으므로, 인덱스 n은 아래의 각 반복 사이클을 명시한다. 그래서, 제1 반복에서는, 제1 영상 데이터 f_1이 제1 투영 데이터 p로부터 재구성된다. 이후 제1 영상 데이터 f_1은 윤곽 데이터 k에 의해 수정된다. 그래서 확장는 영상 공간에서 이루어진다. 수정된 투영 데이터 p'_1가 수정된 영상 데이터 f'로부터 생성되면, 특히 확장된 시계에 있는 수정된 투영 데이터 p'_1은 제1 투영 데이터 p에 비해 증가한 정보량을 갖는다. 그러므로 제2 영상 데이터 f_2는 제1 투영 데이터 p 및 수정된 투영 데이터 p'로부터 특히 유리하게 재구성될 수 있다. 명시된 반복 사이클은 중지 기준(abort criterion)에 도달하는 시간까지 반복될 수 있다. 중지 기준은 예를 들어 최대 반복의 절대 수, 또는 재구성된 영상 데이터 f_n 및 f_n+1의 두 아이템 간의 영상 정보의 미리 정해진 차 미만에 의해 주어진다.

영상 공간의 확장은 본 발명의 실시 예의 다양한 형태로 유리하게 이용될 수 있다. 본 발명의 실시 예의 한 형태에서, 영상 데이터 f_n은, 제1 영상 데이터와 윤곽 데이터 간의 상관관계에 의해 검사 대상(O)의 경계면이 영상 데이터 f_n에 정의되도록 수정된다. 경계면은 특히 검사 대상(O)의 표면을 포함한다. 영상 데이터에 경계면을 정의하면 경계면 양측의 화소들이 상이하게 처리될 수 있으며, 그럼으로써 추가 정보가 제공된다. 본 발명의 실시 예의 한 형태에서, 영상 데이터 f_n은, 시계 FOV 바깥에 있는 영역과 이 표면에 의해 한정된 영역 내의 화소 값들이 수정되도록 수정된다. 그래서 각 화소 값들은 윤곽 데이터 k 또는 경계면과 같은 그로부터 유도된 정보의 결과로서 예상되는 꽤 독특한 감쇄 값을 가정할 수 있다.

검사 대상이 환자를 포함하면, 본 발명의 실시 예의 다른 형태에서, 적어도 하나의 해부학적 랜드마크가 윤곽 데이터에서 식별되고, 그래서 랜드마크의 영역 내의 화소 값들은 이 랜드마크의 전형적인 x-선 흡수의 함수로서 수정될 것이다. 랜드마크가 팔을 포함하면, 대응 화소 값들은 이들이 팔의 전형적인 뼈와 근육 조직과 같은 재료들의 혼합에 의해 생성되는 x-선 흡수에 대응하도록 수정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 제2 검사 대상(O')은 윤곽 데이터 k에 의해 식별되며, 여기서 제2 검사 대상(O')의 아이덴티티 및 위치의 함수로서 출력이 CT 장치(C1)에 연결된 출력 유닛에 행해진다. 그래서 경고는, 예를 들어 C-암 또는 호스(hose)의 형태인 제2 검사 대상이 환자에 아주 가깝게 배치되는 경우에 출력될 수 있다. 본 발명의 실시 예의 다른 형태에서, 제2 검사 대상(O')은 개입을 위한 의학 장치를 포함하며, 여기서 출력은 2개의 검사 대상(O)의 적어도 일부의 그래픽 표현은 물론이고 서로에 관련한 검사 대상들의 상대적인 위치에 대한 명세를 포함한다. 이는 본 발명의 방법이 외과 개입(surgical intervention) 동안 내비게이션을 위해 또한 이용될 수 있게 해준다.

본 발명의 실시 예의 추가 형태들에서, 제1 투영 데이터 p의 기록 및 윤곽 데이터 k의 기록 그리고 여기에 본 발명의 방법을 선행하는 것으로 기술된 추가 단계들은 그들 자체가 본 발명의 방법의 일부로서 구현될 수 있다.

C1: CT 장치
C2, C4: x-선 소스
C3, C5: x-선 검출기
C6: 갠트리 하우징
C8: 카우치
C9: 시스템 축
C10: 제어 및 처리 장치
C11: 조영제 인젝터
C13: 카메라
C21: 재구성 장치
C22: 메모리
C23: 데이터 인터페이스

Claims

영상 데이터(f)의 재구성 방법으로서,
제1 투영 데이터(p)는 CT 장치(C1)의 x-선 소스(C2)와 상기 CT 장치(C1)의 시계(field of view; FOV) 바깥에 부분적으로 놓여있는 적어도 하나의 검사 대상(O) 간의 상대적인 회전 움직임에 대해 기록되며,
상기 CT 장치(C1)의 상기 시계(FOV) 바깥에 있는 영역을 포함하는 상기 검사 대상(O)의 표면의 윤곽 데이터(k)는, 상기 CT 장치(C1)의 상기 시계(FOV)와 상이한 시계(FOV)를 가지는 카메라(C13)에 의해 기록되며,
상기 제1 투영 데이터(p)와 상기 윤곽 데이터(k) 간의 공간 상관관계는 알려져 있으며,
상기 제1 투영 데이터(p)는 상기 윤곽 데이터(k)에 의해 수정된 투영 데이터(p')로 확장되며,
영상 데이터(f)는 상기 수정된 투영 데이터(p')에 의해 재구성되는, 영상 데이터 재구성 방법.
제1항에 있어서,
제1 영상 데이터는 상기 제1 투영 데이터(p)로부터 재구성되며,
상기 제1 영상 데이터는 상기 윤곽 데이터(k)에 의해 수정되며,
수정된 투영 데이터(p')는 상기 수정된 영상 데이터(f')로부터 생성되며,
제2 영상 데이터(f)는 상기 제1 투영 데이터(p) 및 상기 수정된 투영 데이터(p')로부터 재구성되는, 영상 데이터 재구성 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 영상 데이터는, 상기 제1 영상 데이터와 상기 윤곽 데이터 간의 상관관계에 의해 상기 검사 대상(O)의 경계면이 상기 제1 영상 데이터에 정의되도록 수정되는, 영상 데이터 재구성 방법.
제3항에 있어서,
상기 경계면은 상기 검사 대상(O)의 표면을 포함하며,
상기 제1 영상 데이터는, 화소 값들이 상기 시계(FOV) 바깥에 있는 영역과 상기 표면에 의해 한정된 영역 내에서 수정되는, 영상 데이터 재구성 방법.
제4항에 있어서,
상기 검사 대상(O)은 환자를 포함하며,
적어도 하나의 해부학적 랜드마크는 상기 윤곽 데이터(k)에서 식별되며,
상기 랜드마크의 영역 내의 화소 값들은 이 랜드마크의 전형적인 x-선 흡수의 함수로서 수정되는, 영상 데이터 재구성 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 투영 데이터(p)로부터 사이노그램(sinogram)이 판정되고,
상기 제1 투영 데이터(p)는 상기 사이노그램의 외삽(extrapolation)에 의해 수정된 투영 데이터(p')로 확장되는, 영상 데이터 재구성 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 투영 데이터(p)는 상관된 윤곽 데이터(k)에 따라서 웨이트(weight)함으로써 확장되는, 영상 데이터 재구성 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 검사 대상(O)은 환자를 포함하고,
제2 검사 대상(O')은 상기 윤곽 데이터(k)에 의해 식별되며,
상기 CT 장치(C1)에 연결된 출력 유닛에는 상기 제2 검사 대상(O')의 아이덴티티 및 위치의 함수로서 출력이 있는, 영상 데이터 재구성 방법.
제8항에 있어서,
상기 제2 검사 대상(O')은 개입을 위한 의학 장치를 포함하고,
상기 출력은 상기 2개의 검사 대상(O') 중 적어도 한 부분의 그래픽 표현은 물론이고 서로에 관련한 상기 검사 대상들(O, O')의 상대적인 위치의 명세를 포함하는, 영상 데이터 재구성 방법.
제8항에 있어서,
상기 출력은 경고 메시지를 포함하는, 영상 데이터 재구성 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카메라(C13)는 3D 카메라를 포함하고, 상기 윤곽 데이터(k)는 3D 윤곽 데이터를 포함하는, 영상 데이터 재구성 방법.
영상 시스템으로서,
- 회전가능 x-선 소스(C2) 및 상기 x-선 소스(C2)와 상호작용하는 x-선 검출기(C3)를 갖춘 CT 장치(C1) - 이 CT 장치(C1)는 상기 CT 장치(C1)의 시계(FOV) 안과 밖에 있는 검사 대상(O)의 제1 투영 데이터(p)를 기록하기 위해 설계되어 있음 -,
- 상기 CT 장치(C1)의 상기 시계(FOV) 바깥에 있는 영역을 포함하는 상기 검사 대상(O)의 표면의 윤곽 데이터(k)를 기록하기 위해 설계되어 있고, 상기 CT 장치(C1)의 상기 시계(FOV)와 상이한 시계(FOV)를 가지는 카메라(C13) - 여기서 상기 제1 투영 데이터(p)와 상기 윤곽 데이터(k) 간의 공간 상관관계는 알려져 있음 -,
- 상기 윤곽 데이터(k)에 의해 상기 제1 투영 데이터(p)를 수정된 투영 데이터(p')로 확장하도록 설계되어 있는 처리 유닛(C10),
- 상기 수정된 투영 데이터(p')로 영상 데이터(f)를 재구성하도록 설계되어 있는 재구성 유닛(C21)을 포함하는, 영상 시스템.
제12항에 있어서, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 방법을 실행하도록 설계되어 있는, 영상 시스템.
제12항에 있어서, 상기 영상 시스템이 제8항에 청구된 바와 같은 방법을 실행하도록 설계되게 출력 유닛을 더 포함하는, 영상 시스템.
제12항에 있어서, 상기 카메라(C13)는 3D 카메라를 포함하고, 상기 윤곽 데이터(k)는 3D 윤곽 데이터를 포함하는, 영상 시스템.
제13항에 있어서, 상기 카메라(C13)는 3D 카메라를 포함하고, 상기 윤곽 데이터(k)는 3D 윤곽 데이터를 포함하는, 영상 시스템.