KR101665513B1

KR101665513B1 - 컴퓨터 단층 촬영 장치 및 그에 따른 ct 영상 복원 방법

Info

Publication number: KR101665513B1
Application number: KR1020150015581A
Authority: KR
Inventors: 토시히로 리후; 이경용
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-10-12
Also published as: US10032293B2; US20160225170A1; KR20160094222A

Abstract

대상체를 CT 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상, 상기 제1 시점으로부터 제1 구간 이전의 제2 시점에 대응되는 제2 영상, 및 상기 제1 시점으로부터 제2 구간 이후의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 획득하는 데이터 획득부, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임량인 제1 정보 및 상기 제1 영상 및 상기 제3 영상 간의 움직임량인 제2 정보에 기초하여 상기 대상체의 모션 정보를 획득하며, 상기 모션 정보에 기초하여 상기 제1 영상을 수정하여 목표 영상을 획득하는 영상 복원부, 및 상기 목표 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 컴퓨터 단층(computed tomography; CT) 촬영 장치를 개시한다.

Description

컴퓨터 단층 촬영 장치 및 그에 따른 CT 영상 복원 방법{COMPUTER TOMOGRAPHY APPARATUS AND METHOD FOR RECONSTRUCTING A COMPUTER TOMOGRAPHY IMAGE THEREOF}

본원 발명은 컴퓨터 단층 촬영 장치 및 그에 따른 CT 영상 디스플레이 방법에 관한 것이다.

구체적으로, 움직이는 대상체를 CT 촬영하여 CT 영상을 복원하는 컴퓨터 단층 촬영 장치 및 그에 따른 CT 영상 복원 방법에 관한 것이다.

의료 영상 장치는 대상체의 내부 구조를 영상으로 획득하기 위한 장비이다. 의료 영상 처리 장치는 비침습 검사 장치로서, 신체 내의 구조적 세부사항, 내부 조직 및 유체의 흐름 등을 촬영 및 처리하여 사용자에게 보여준다. 의사 등의 사용자는 의료 영상 처리 장치에서 출력되는 의료 영상을 이용하여 환자의 건강 상태 및 질병을 진단할 수 있다.

환자에게 방사선을 조사하여 대상체를 촬영하기 위한 장치로는 대표적으로 컴퓨터 단층 촬영(CT: Computed Tomography) 장치가 있다.

의료 영상 처리 장치 중 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치는 대상체에 대한 단면 영상을 제공할 수 있고, 일반적인 엑스레이 장치에 비하여 대상체의 내부 구조(예컨대, 신장, 폐 등의 장기 등)가 겹치지 않게 표현할 수 있다는 장점이 있어서, 질병의 정밀한 진단을 위하여 널리 이용된다. 이하에서는 컴퓨터 단층 촬영 장치에 의해서 획득된 의료 영상을 CT 영상이라 한다.

영상진단기기를 이용하여 대상체를 촬영하는 경우, 일반적으로 여러 주기 동안 반복적으로 대상체를 촬영하게 된다. 이러한 경우, 대상체의 움직임이 일정하지 않은 경우에는, 반복적으로 촬영한 결과 획득된 복수개의 대상체의 영상이 서로 대응되지 않을 수 있다. 서로 대응되지 않는 영상들을 기초로 대상체의 영상을 재구성하는 경우, 재구성 영상의 정확성이 떨어질 수 있다. 인체를 진단하는 경우 정확한 진단이 필요하므로 재구성 영상의 정확성이 떨어지는 경우, 대상체를 진단하는데 어려움이 있을 수 있다.

CT 영상을 획득하기 위해서는, 컴퓨터 단층 촬영 장치를 이용하여 대상체에 대한 CT 촬영을 수행하여, 원시 데이터(raw data)를 획득한다. 그리고, 획득된 원시 데이터를 이용하여 CT 영상을 복원(reconstruction)하게 된다. 여기서, 원시 데이터는 엑스레이를 대상체로 조사(projection)하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data) 또는 프로젝션 데이터의 집합인 사이노그램(sinogram)이 될 수 있다.

예를 들어, CT 영상을 획득하기 위해서는 CT 촬영으로 획득된 사이노그램을 이용하여 영상 재구성의 동작을 수행하여야 한다.

구체적으로, 도 1의 (a)를 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치에 포함되는 X-ray 생성부(20)는 대상체(25)로 엑스레이를 조사한다. 컴퓨터 단층 촬영 장치가 CT 촬영을 하는데 있어서, X-ray 생성부(20)는 대상체를 중심으로 회전하며, 회전된 각도에 대응되는 복수개의 원시 데이터(30, 31, 32)를 획득한다. 구체적으로, P1 위치에서 대상체로 인가된 엑스레이를 감지하여 제1 원시 데이터(30)를 획득하고, P2 위치에서 대상체로 인가된 엑스레이를 감지하여 제2 원시 데이터(31)를 획득한다. 그리고, P3 위치에서 대상체로 인가된 엑스레이를 감지하여 제3 원시 데이터(P3)를 획득한다. 여기서, 원시 데이터는 프로젝션 데이터(projection data)가 될 수 있다.

하나의 단면 CT 영상을 생성하기 위해서는 X-ray 생성부(20)가 최소 180 도 이상 회전하며 CT 촬영을 수행하여야 한다.

도 1의 (b)를 참조하면, 도 1의 (a)에서 설명한 바와 같이 X-ray 생성부(20)를 소정의 각도 간격마다 이동시켜가며 획득된 복수개의 프로젝션 데이터(31, 31, 32)를 조합하여 하나의 사이노그램(sinogram)(40)을 획득할 수 있다. 사이노그램(40)은 X-ray 생성부(20)가 한주기 회전하며 CT 촬영을 하여 획득된 사이노그램으로, 한주기 회전에 대응되는 사이노그램(40)은 하나의 단면 CT 영상의 생성에 이용될 수 있다. 한주기 회전은 CT 시스템의 사양에 따라서 대략 반바퀴 이상 또는 한바퀴 이상이 될 수 있다.

그리고, 사이노그램(40)을 역투영(back-projection)하여 CT 영상(50)을 복원한다.

역투영 과정은 프로젝션 데이터 하나하나를 프로젝션 데이터를 얻은 직선을 따라 직선 상에 있는 모든 점에 프로젝션 데이터 값을 매핑을 해주는 과정이라 할 수 있다. 즉, 각 프로젝션 데이터의 단면에 해당하는 부분을 프로젝션 데이터의 취득방향을 따라 각각 영상에 투사시키면, 이미지가 점점 더 뚜렷해지고 그 뚜렷해지는 영상이 대상체의 단면영상이 된다.

일반적으로, X-ray 생성부(20)가 반바퀴 회전하는데 0.2 초 전후의 시간이 소요된다.

CT 촬영의 대상이 되는 대상체가 빠르게 움직이는 경우, 한주기 동안에도 대상체의 움직임이 발생하게 되며, 이러한 대상체의 움직임으로 인하여, CT 영상을 복원(reconstruction)하는데 있어서 움직임 아티펙트(motion artifact)가 발생하게 된다.

또한, 복수개의 단면 CT 영상을 이용하여 3차원 CT 영상을 재구성할 수 있다. 따라서, 3차원 CT 영상을 재구성하는데 있어서 필요한 원시 데이터(raw data)를 획득하는 동안에는 대상체의 움직임이 더욱 많이 발생하게 된다.

움직임 아티팩트가 발생하면, 복원된 CT 영상에서 대상체의 경계가 블러링(blurring)되어 표시되거나, 영상이 불명확하게 복원될 수 있다. 따라서, CT 영상 내의 움직임 아티펙트는 CT 영상의 화질을 저하시켜 의사 등의 사용자가 영상을 판독하여 질병을 진단하는데 있어서, 판독 및 진단의 정확성을 저하시킨다.

따라서, 움직이는 대상체를 CT 촬영하는 경우, 움직임 아티펙트가 최소화된 CT 영상을 복원하는 것이 무엇보다 중요하다

본 발명은 질병 진단을 위한 영상 촬영 시, 대상체의 영상을 보다 정확하게 재구성할 수 있는 영상 진단 방법, 컴퓨터 단층 촬영 장치 및 기록매체를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치는 대상체를 CT 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상, 상기 제1 시점으로부터 제1 구간 이전의 제2 시점에 대응되는 제2 영상, 및 상기 제1 시점으로부터 제2 구간 이후의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 획득하는 데이터 획득부, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임량인 제1 정보 및 상기 제1 영상 및 상기 제3 영상 간의 움직임량인 제2 정보에 기초하여 상기 대상체의 모션 정보를 획득하며, 상기 모션 정보에 기초하여 상기 제1 영상을 수정하여 목표 영상을 획득하는 영상 복원부, 및 상기 수정된 목표 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함한다.

또한, 상기 영상 복원부는 이미지 도메인 상에서 상기 제1 영상을 수정하여 상기 목표 영상을 획득할 수 있다.

또한, 상기 영상 복원부는 상기 제1 시점에 대응되는 제1 시간 구간에서 획득된 원시 데이터(raw data)를 역투영하여 상기 제1 영상을 복원하고, 상기 모션 정보에 근거하여 상기 제1 영상을 이미지 도메인 상에서 보정하여 상기 목표 영상을 획득할 수 있다.

또한, 상기 영상 복원부는 상기 제1 시점에 대응되는 제1 시간 구간에서 획득된 원시 데이터(raw data)를 역투영하는 과정에서 상기 모션 정보에 근거하여 와핑(warping)을 수행함으로써 상기 제1 영상을 보정하여 상기 목표 영상을 획득할 수 있다.

또한, 상기 영상 복원부는 상기 모션 정보에 근거하여 상기 제1 영상을 와핑(warping)시켜 상기 목표 영상을 획득할 수 있다.

또한, 상기 영상 복원부는 절반 복원(half reconstruction) 방식을 적용하여 제1 영상, 제2 영상 및 제3 영상을 복원할 수 있다.

또한, 상기 컴퓨터 단층 촬영 장치는 상기 대상체로 엑스레이를 방출하는 X-ray 생성부(CT gantry)를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간은 상기 X-ray 생성부가 대략 120도 회전하는데 소요되는 시간에 대응될 수 있다.

또한, 상기 영상 복원부는 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보를 이용하여 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이 및 상기 제1 시점과 상기 제3 시점 사이의 구간에서 모션을 추정(estimation)하여 상기 모션 정보를 획득할 수 있다.

또한, 상기 제1 시점은 ECG 신호에 근거하여 결정될 수 있다.

또한, 상기 모션 정보는 블록 매칭, 논-리지드 레지스트레이션(non-rigid registration), 벡터 플로우(vector flow) 중 적어도 하나를 이용하여 획득된 모션 벡터 필드(motion vector field)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 CT 영상 복원 방법은 CT 원시 데이터(raw data)로부터, 제1 시점에 대응되는 제1 영상, 상기 제1 시점으로부터 제1 구간 이전의 제2 시점에 대응되는 제2 영상, 및 상기 제1 시점으로부터 제2 구간 이후의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 획득하고, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임량인 제1 정보 및 상기 제1 영상 및 상기 제3 영상 간의 움직임량인 제2 정보에 기초하여 상기 대상체의 모션 정보를 획득하고, 상기 모션 정보에 기초하여 상기 제1 영상을 수정하여 목표 영상을 획득하는 단계를 포함한다.

도 1은 CT 영상 촬영 및 복원 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 CT 시스템(100)의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 통신부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 절반 복원(half reconstruction)에 따른 CT 영상의 복원을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 구간에서의 빔의 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치의 동작을 설명하기 위한 일 도면이다.
도 10은 대상체의 움직임 변화를 설명하기 위한 일 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 영상 복원 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따라 모션 정보를 추출하고 목표 시점에서의 영상을 복원하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.

본 명세서에서 "영상"은 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들 및 3차원 영상에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상은 CT 촬영 장치에 의해 획득된 대상체의 의료 영상 등을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 "CT(Computed Tomography) 영상"란 대상체에 대한 적어도 하나의 축을 중심으로 회전하며 대상체를 촬영함으로써 획득된 복수개의 엑스레이 영상들의 합성 영상을 의미할 수 있다.

본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

CT 시스템은 대상체에 대하여 단면 영상을 제공할 수 있으므로, 일반적인 X-ray 촬영 기기에 비하여 대상체의 내부 구조(예컨대, 신장, 폐 등의 장기 등)가 겹치지 않게 표현할 수 있다는 장점이 있다.

CT 시스템은, 예를 들어, 2mm 두께 이하의 영상데이터를 초당 수십, 수백 회 획득하여 가공함으로써 대상체에 대하여 비교적 정확한 단면 영상을 제공할 수 있다. 종래에는 대상체의 가로 단면만으로 표현된다는 문제점이 있었지만, 다음과 같은 여러 가지 영상 재구성 기법의 등장에 의하여 극복되었다. 3차원 재구성 영상기법들로는 다음과 같은 기법들이 있다.

- SSD(Shade surface display): 초기 3차원 영상기법으로 일정 HU값을 가지는 복셀들만 나타내도록 하는 기법.

- MIP(maximum intensity projection)/MinIP(minimum intensity projection): 영상을 구성하는 복셀 중에서 가장 높은 또는 낮은 HU값을 가지는 것들만 나타내는 3D 기법.

- VR(volume rendering): 영상을 구성하는 복셀들을 관심영역별로 색 및 투과도를 조절할 수 있는 기법.

- 가상내시경(Virtual endoscopy): VR 또는 SSD 기법으로 재구성한 3차원 영상에서 내시경적 관찰이 가능한 기법.

- MPR(multi planar reformation): 다른 단면 영상으로 재구성하는 영상 기법. 사용자가 원하는 방향으로의 자유자제의 재구성이 가능하다.

- Editing: VR에서 관심부위를 보다 쉽게 관찰하도록 주변 복셀들을 정리하는 여러 가지 기법.

- VOI(voxel of interest): 선택 영역만을 VR로 표현하는 기법.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)의 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)은 갠트리(102), 테이블(105), 제어부(118), 저장부(124), 영상 처리부(126), 입력부(128), 디스플레이부(130), 통신부(132)를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 대상체(10)는 테이블(105) 상에 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 테이블(105)은 소정의 방향(예컨대, 상, 하, 좌, 우 중 적어도 한 방향)으로 이동 가능하고, 제어부(118)에 의하여 움직임이 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 갠트리(102)는 회전 프레임(104), X-ray 생성부(106), X-ray 검출부(108), 회전 구동부(110), 데이터 획득 회로(116), 데이터 송신부(120)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 갠트리(102)는 소정의 회전축(RA; Rotation Axis)에 기초하여 회전 가능한 고리 형태의 회전 프레임(104)을 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)은 디스크의 형태일 수도 있다.

회전 프레임(104)은 소정의 시야 범위(FOV; Field Of View)를 갖도록 각각 대향하여 배치된 X-ray 생성부(106) 및 X-ray 검출부(108)를 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)은 산란 방지 그리드(anti-scatter grid, 114)를 포함할 수 있다. 산란 방지 그리드(114)는 X-ray 생성부(106)와 X-ray 검출부(108)의 사이에서 위치할 수 있다.

의료용 영상 시스템에 있어서, 검출기(또는 감광성 필름)에 도달하는 X-선 방사선에는, 유용한 영상을 형성하는 감쇠된 주 방사선 (attenuated primary radiation) 뿐만 아니라 영상의 품질을 떨어뜨리는 산란 방사선(scattered radiation) 등이 포함되어 있다. 주 방사선은 대부분 투과시키고 산란 방사선은 감쇠시키기 위해, 환자와 검출기(또는 감광성 필름)와의 사이에 산란 방지 그리드를 위치시킬 수 있다.

예를 들어, 산란 방지 그리드는, 납 박편의 스트립(strips of lead foil)과, 중공이 없는 폴리머 물질(solid polymer material)이나 중공이 없는 폴리머(solid polymer) 및 섬유 합성 물질(fiber composite material) 등의 공간 충전 물질(interspace material)을 교대로 적층한 형태로 구성될 수 있다. 그러나, 산란 방지 그리드의 형태는 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

회전 프레임(104)은 회전 구동부(110)로부터 구동 신호를 수신하고, X-ray 생성부(106)와 X-ray 검출부(108)를 소정의 회전 속도로 회전시킬 수 있다. 회전 프레임(104)은 슬립 링(미도시)을 통하여 접촉 방식으로 회전 구동부(110)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다. 또한, 회전 프레임(104)은 무선 통신을 통하여 회전 구동부(110)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다.

X-ray 생성부(106)는 파워 분배부(PDU; Power Distribution Unit, 미도시)에서 슬립 링(미도시)을 거쳐 고전압 생성부(미도시)를 통하여 전압, 전류를 인가 받아 X선을 생성하여 방출할 수 있다. 고전압 생성부가 소정의 전압(이하에서 튜브 전압으로 지칭함)을 인가할 때, X-ray 생성부(106)는 이러한 소정의 튜브 전압에 상응하게 복수의 에너지 스펙트럼을 갖는 X-ray들을 생성할 수 있다.

X-ray 생성부(106)에 의하여 생성되는 X-ray는, 콜리메이터(collimator, 112)에 의하여 소정의 형태로 방출될 수 있다.

X-ray 검출부(108)는 X-ray 생성부(106)와 마주하여 위치할 수 있다. X-ray 검출부(108)는 복수의 X-ray 검출 소자들을 포함할 수 있다. 단일 엑스레이 검출 소자는 단일 채널을 형성할 수 있지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

X-ray 검출부(108)는 X-ray 생성부(106)로부터 생성되고 대상체(10)를 통하여 전송된 X 선을 감지하고, 감지된 X선의 강도에 상응하게 전기 신호를 생성할 수 있다.

X-ray 검출부(108)는 방사선을 광으로 전환하여 검출하는 간접방식과 방사선을 직접 전하로 변환하여 검출하는 직접방식 검출기를 포함할 수 있다. 간접방식의 X-ray 검출부는 Scintillator를 사용할 수 있다. 또한, 직접방식의 X-ray 검출부는 photon counting detector를 사용할 수 있다. 데이터 획득 회로(DAS; Data Acquisitino System)(116)는 X-ray 검출부(108)와 연결될 수 있다. X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 DAS(116)에서 수집될 수 있다. X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 유선 또는 무선으로 DAS(116)에서 수집될 수 있다.또한, X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 증폭기(미도시)를 거쳐 아날로그/디지털 컨버터(미도시)로 제공될 수 있다.

슬라이스 두께(slice thickness)나 슬라이스 개수에 따라 X-ray 검출부(108)로부터 수집된 일부 데이터만이 영상 처리부(126)에 제공될 수 있고, 또는 영상 처리부(126)에서 일부 데이터만을 선택할 수 있다.

이러한 디지털 신호는 데이터 송신부(120)를 통하여 영상 처리부(126)로 제공될 수 있다. 이러한 디지털 신호는 데이터 송신부(120)를 통하여 유선 또는 무선으로 영상 처리부(126)로 송신될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(118)는 CT 시스템(100)의 각각의 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(118)는 테이블(105), 회전 구동부(110), 콜리메이터(112), DAS(116), 저장부(124), 영상 처리부(126), 입력부(128), 디스플레이부(130), 통신부(132) 등의 동작들을 제어할 수 있다.

영상 처리부(126)는 DAS(116)로부터 획득된 데이터(예컨대, 가공 전 순수(pure) 데이터)를 데이터 송신부(120)를 통하여 수신하여, 전처리(pre-processing)하는 과정을 수행할 수 있다.

전처리는, 예를 들면, 채널들 사이의 감도 불균일 정정 프로세스, 신호 세기의 급격한 감소 또는 금속 같은 X선 흡수재로 인한 신호의 유실 정정 프로세스 등을 포함할 수 있다.

영상 처리부(126)의 출력 데이터는 원시 데이터(raw data) 또는 프로젝션(projection) 데이터로 지칭될 수 있다. 이러한 프로젝션 데이터는 데이터 획득시의 촬영 조건(예컨대, 튜브 전압, 촬영 각도 등)등과 함께 저장부(124)에 저장될 수 있다.

프로젝션 데이터는 대상체롤 통과한 X선의 세기에 상응하는 데이터 값의 집합일 수 있다. 설명의 편의를 위해, 모든 채널들에 대하여 동일한 촬영 각도로 동시에 획득된 프로젝션 데이터의 집합을 프로젝션 데이터 세트로 지칭한다.

저장부(124)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(SD, XD 메모리 등), 램(RAM; Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM; Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

또한, 영상 처리부(126)는 획득된 프로젝션 데이터 세트를 이용하여 대상체에 대한 단면 영상을 재구성할 수 있다. 이러한 단면 영상은 3차원 영상일 수 있다. 다시 말해서, 영상 처리부(126)는 획득된 프로젝션 데이터 세트에 기초하여 콘 빔 재구성(cone beam reconstruction) 방법 등을 이용하여 대상체에 대한 3차원 영상을 생성할 수 있다.

입력부(128)를 통하여 X선 단층 촬영 조건, 영상 처리 조건 등에 대한 외부 입력이 수신될 수 있다. 예를 들면, X선 단층 촬영 조건은, 복수의 튜브 전압, 복수의 X선들의 에너지 값 설정, 촬영 프로토콜 선택, 영상재구성 방법 선택, FOV 영역 설정, 슬라이스 개수, 슬라이스 두께(slice thickness), 영상 후처리 파라미터 설정 등을 포함할 수 있다. 또한 영상 처리 조건은 영상의 해상도, 영상에 대한 감쇠 계수 설정, 영상의 조합비율 설정 등을 포함할 수 있다.

입력부(128)는 외부로부터 소정의 입력을 인가 받기 위한 디바이스 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 입력부(128)는 마이크로폰, 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치 패드, 터치팬, 음성, 제스처 인식장치 등을 포함할 수 있다.

디스플레이부(130)는 영상 처리부(126)에 의해 재구성된 X선 촬영 영상을 디스플레이 할 수 있다.

전술한 엘리먼트들 사이의 데이터, 파워 등의 송수신은 유선, 무선 및 광통신 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다.

통신부(132)는 서버(134) 등을 통하여 외부 디바이스, 외부 의료 장치 등과의 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여서는 도 4를 참조하여 후술한다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 시스템(100)의 구조를 나타낸 도면이다.

X-ray 검출부(108)는 방사선을 광으로 전환하여 검출하는 간접방식과 방사선을 직접 전하로 변환하여 검출하는 직접방식 검출기를 포함할 수 있다. 간접방식의 X-ray 검출부는 Scintillator를 사용할 수 있다. 또한, 직접방식의 X-ray 검출부는 photon counting detector를 사용할 수 있다. 데이터 획득 회로(DAS; Data Acquisitino System)(116)는 X-ray 검출부(108)와 연결될 수 있다. X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 DAS(116)에서 수집될 수 있다. X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 유선 또는 무선으로 DAS(116)에서 수집될 수 있다. 또한, X-ray 검출부(108)에 의하여 생성된 전기 신호는 증폭기(미도시)를 거쳐 아날로그/디지털 컨버터(미도시)로 제공될 수 있다.

영상 처리부(126)의 출력 데이터는 원시 데이터(raw data) 또는 프로젝션 데이터(projection data)로 지칭될 수 있다. 이러한 프로젝션 데이터는 데이터 획득시의 촬영 조건(예컨대, 튜브 전압, 촬영 각도 등)등과 함께 저장부(124)에 저장될 수 있다.

도 4은 통신부의 구성을 도시하는 도면이다.

통신부(132)는, 유선 또는 무선으로 네트워크(301)와 연결되어 서버(134), 외부 의료 장치(136) 또는 휴대용 장치 등과 같은 외부 디바이스(138)와의 통신을 수행할 수 있다. 통신부(132)는 의료 영상 정보 시스템(PACS, Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고받을 수 있다.

또한, 통신부(132)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 외부 디바이스(138) 등과 데이터 통신을 수행할 수 있다.

통신부(132)는 네트워크(301)를 통해 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있다. 또한 통신부(132)는 MRI 장치, X-ray 장치 등 다른 의료 기기(136)에서 획득된 의료 영상 등을 송수신할 수 있다.

나아가, 통신부(132)는 서버(134)로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등을 수신하여 환자의 임상적 진단 등에 활용할 수도 있다. 또한, 통신부(132)는 병원 내의 서버(134)나 의료 장치(136)뿐만 아니라, 사용자나 환자의 휴대용 장치(138) 등과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.

또한 장비의 이상유무 및 품질 관리현황 정보를 네트워크를 통해 시스템 관리자나 서비스 담당자에게 송신하고 그에 대한 피드백(feedback)을 수신할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(500)는 데이터 획득부(510), 영상 복원부(520), 및 디스플레이부(530)를 포함한다.

컴퓨터 단층 촬영 장치(500)는 도 2 및 도 3에서 설명한 CT 시스템(100) 내에 포함될 수 있다. 또한, 컴퓨터 단층 촬영 장치(500)는 도 4에서 설명한 의료 장치(136) 또는 휴대용 장치(138) 내에 포함되어, CT 시스템(100)과 연결되어 동작할 수 도 있다.

또한, 컴퓨터 단층 촬영 장치(500)가 CT 시스템(100)에 포함되는 경우, 도 5에 도시된 데이터 획득부(510) 및 영상 복원부(520)는 도 3의 영상 처리부(126)에 포함될 수 있다.

데이터 획득부(510)는 대상체를 CT 촬영하여, 제1 시점에 대응되는 제1 영상, 제1 시점으로부터 소정의 구간 이전의 제2 시점에 대응되는 제2 영상, 제1 시점으로부터 소정의 구간 이후의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 획득한다. 구체적으로, 데이터 획득부(510)는 원시 데이터(raw data)를 전송받고, 원시 데이터를 이용하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상, 제2 시점에 대응되는 제2 영상, 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 재구성할 수 있다. 여기서, 제1 영상, 제2 영상 및 제3 영상은 2차원 CT 영상 또는 3차원 CT 영상이 될 수 있다. 여기서, 2차원 CT 영상은 단면 CT 영상이라고도 한다.

영상 복원부(520)는 제1 영상 및 제2 영상 간의 움직임량인 제1 정보 및 제1 영상 및 제3 영상 간의 움직임량인 제2 정보에 기초하여 대상체의 모션 정보를 획득한다. 그리고, 획득된 모션 정보에 기초하여 제1 영상을 수정하여 목표 영상을 획득한다.

구체적으로, 영상 복원부(520)는 제1 영상 및 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여, 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제1 정보를 획득한다. 여기에서, 움직임 량은 대상체의 움직임으로 인하여 발생하는, 제1 영상에 포함되는 대상체와 제2 영상 내에 포함되는 대상체 사이의 상태, 크기, 및 위치 중 적어도 하나의 차이일 수 있다.

또한, 영상 복원부(520)는 제1 영상 및 제3 영상 간의 움직임 량에 근거하여, 대상체의 움직임 량과 시간의 관계를 나타내는 제2 정보를 획득한다.

그리고, 영상 복원부(520)는 제1 정보 및 제2 정보를 이용하여 제1 시점과 제2 시점 사이 및 제1 시점과 제3 시점 사이의 구간에서 모션을 추정(estimation)한 모션 정보를 획득할 수 있다. 나아가, 획득된 모션 정보와 측정 데이터를 비교하여 모션정보를 수정(correction)할 수 있다. 수정된 모션정보에 기초하여 제1 영상을 수정하여 개선된 목표 영상을 획득할 수 있다. 이와 관련하여 도 9를 참조하여 자세히 설명한다.

여기서, 측정 데이터는, 대상체를 투과한 엑스레이를 감지하고 감지되는 엑스레이를 이용하여 원시 데이터를 생성할 때, 임의의 시점에 대응되는 시간 구간에서 획득된 원시 데이터를 이용하여 복원된 영상을 뜻한다.

디스플레이부(530)는 복원된 CT 영상을 디스플레이한다. 구체적으로, 디스플레이부(530)는 목표 영상을 디스플레이한다. 디스플레이부(530)는 도 3의 디스플레이부(130)와 동일 대응되는 구성으로, 도 3에서와 중복되는 설명은 생략한다.

컴퓨터 단층 촬영 장치(500)의 구체적인 동작은 이하에서 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치를 나타내는 블록도이다.

도 6을 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치(600)에 있어서, 데이터 획득부(610), 영상 복원부(620) 및 디스플레이 부(630)는 도 5의 데이터 획득부(510), 영상 복원부(520) 및 디스플레이 부(530)와 동일 대응되므로, 도 5에서와 중복되는 설명은 생략한다.

도 6을 참조하면, 컴퓨터 단층 촬영 장치(600)는 데이터 획득부(610), 영상 복원부(620) 및 디스플레이 부(630)를 포함한다. 또한, 컴퓨터 단층 촬영 장치(600)는 갠트리(640), 사용자 인터페이스 부(650), 저장부(660) 및 통신부(670) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 단층 촬영 장치(600)에 포함되는 디스플레이 부(630), 갠트리(640), 사용자 인터페이스 부(650), 저장부(660) 및 통신부(670)는 각각 도 3에 도시된 CT 시스템(100)의 디스플레이 부(130), 갠트리(102), 입력부(128), 저장부(124) 및 통신부(132)와 그 동작 및 구성이 동일하므로, 도 3에서와 중복되는 설명은 생략한다.

영상 복원부(620)는 제1 영상 및 제2 영상 간의 움직임량인 제1 정보 및 제1 영상 및 제3 영상 간의 움직임량인 제2 정보에 기초하여 대상체의 모션 정보를 획득한다.

구체적으로, 영상 복원부(620)는 모션 정보를 이용하여, 이미지 도메인 상에서 제1 영상을 수정하여 상기 목표 영상을 획득할 수 있다.

구체적으로, 영상 복원부(620)는 제1 시점에 대응되는 제1 시간 구간에서 획득된 원시 데이터(raw data)를 역투영(back-projection)하여 제1 영상을 복원한다. 그리고, 모션 정보에 근거하여 제1 영상을 이미지 도메인 상에서 보정하여 목표 영상을 획득할 수 있다.

갠트리(640)는 X-ray 생성부(도 3의 106), X-ray 검출부(도 3의 108), 및 데이터 획득 회로(도 3의 116)를 포함한다. 갠트리(640)는 대상체로 엑스레이를 조사하고, 대상체를 투과한 엑스레이를 감지하며, 감지된 엑스레이에 대응되는 원시 데이터(raw data)를 생성한다. 구체적으로, X-ray 생성부(106)는 엑스레이(X-ray)를 생성한다. 그리고, X-ray 생성부(106)는 대상체를 중심으로 회전하며, 대상체로 엑스레이를 조사한다. 그러면, X-ray 검출부(108)는 대상체를 통과한 엑스레이를 감지한다. 그리고 데이터 획득 회로(116)는 감지된 엑스레이에 대응되는 원시 데이터를 생성한다. 여기서, 원시 데이터는 방사선을 대상체로 조사(projection)하여 획득된 프로젝션 데이터(projection data) 또는 프로젝션 데이터의 집합인 사이노그램(sinogram)이 될 수 있다.

이하에서는, X-ray 생성부(106)가 반바퀴 회전하여 획득된 원시 데이터를 이용하여 하나의 단면 CT 영상을 복원하는 것을 절반 복원(half reconstruction) 방식이라 하고, X-ray 생성부(106)가 한바퀴 회전하여 획득된 원시 데이터를 이용하여 하나의 단면 CT 영상을 복원하는 것을 전체 복원(full reconstruction) 방식이라 한다. 또한, 이하에서는, 하나의 단면 CT 영상을 복원하는데 필요한 원시 데이터를 획득하기 위해서, X-ray 생성부(106)가 회전하는 시간 또는 각도(또는 위상)를 '한주기'라 한다. 예를 들어, 절반 복원 방식에서는 한 주기가 180 도 이상이 되며, 전체 복원 방식에서는 한 주기가 360도 이상이 된다. 예를 들어, 절반 복원 방식에서 한주기 각도 구간은 180 도에 팬 각도(fan angle)를 추가하여 대략 180+60=240 도 내지 180+120=300도가 될 수 있으며, 전체 복원에서 한주기 각도 구간은 360도에 팬 각도를 추가하여 대략 360+60=420 도가 될 수 있다. 상기된 예에서는, 팬 각도가 60 도 또는 120 도인 경우를 예로 들었다.

본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(500, 600)에서는 전체 복원(full reconstruction) 방식 및 절반 복원(half reconstruction) 방식 모두에 적용될 수 있다.

구체적으로, 갠트리(640)는 절반 복원 방식, 및 전체 복원 방식 중 적어도 하나의 방식으로 CT 촬영을 수행하여 원시 데이터를 획득할 수 있다. 데이터 획득부(610)는 갠트리(640) 또는 외부적으로 연결되는 CT 시스템에서 전송되는 원시 데이터를 이용하여, 제1 영상, 제2 영상 및 제3 영상을 복원(reconstruction)할 수 있다.

사용자 인터페이스 부(650)는 사용자로부터 소정 명령 또는 데이터를 입력받기 위한 사용자 인터페이스 화면을 생성 및 출력하며, 사용자 인터페이스 화면을 통하여 사용자로부터 소정 명령 또는 데이터를 입력 받는다. 또한, 사용자 인터페이스 부(650)에서 출력되는 사용자 인터페이스 화면은 디스플레이 부(630)로 출력된다. 그러면, 디스플레이 부(630)는 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이 할 수 있다. 사용자는 디스플레이 부(630)를 통하여 디스플레이 되는 사용자 인터페이스 화면을 보고, 소정 정보를 인식할 수 있으며, 소정 명령 또는 데이터를 입력할 수 있다.

예를 들어, 사용자 인터페이스 부(650)는 마우스, 키보드, 또는 소정 데이터 입력을 위한 하드 키들을 포함하는 입력 장치 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 인터페이스 부(650)에 포함되는 마우스, 키보드, 또는 기타 입력 장치 중 적어도 하나를 조작하여, 소정 데이터 또는 명령을 입력할 수 있다.

또한, 사용자 인터페이스 부(650)는 터치 패드로 형성될 수 있다. 구체적으로, 사용자 인터페이스 부(650)는 디스플레이 부(630)에 포함되는 디스플레이 패널(display panel)(미도시)과 결합되는 터치 패드(touch pad)(미도시)를 포함하여, 디스플레이 패널 상으로 사용자 인터페이스 화면을 출력한다. 그리고, 사용자 인터페이스 화면을 통하여 소정 명령이 입력되면, 터치 패드에서 이를 감지하여, 사용자가 입력한 소정 명령을 인식할 수 있다.

구체적으로, 사용자 인터페이스 부(650)가 터치 패드로 형성되는 경우, 사용자가 사용자 인터페이스 화면의 소정 지점을 터치하면, 사용자 인터페이스 부(650)는 터치된 지점을 감지한다. 그리고, 감지된 정보를 영상 복원부(620)로 전송할 수 있다. 그러면, 영상 복원부(620)는 감지된 지점에 표시된 메뉴에 대응되는 사용자의 요청 또는 명령을 인식하며, 인식된 요청 또는 명령을 반영하여 CT 영상 복원 동작을 수행할 수 있다.

저장부(660)는 CT 촬영에 따라서 획득되는 데이터를 저장할 수 있다. 구체적으로, 원시 데이터인 프로젝션 데이터 및 사이노그램 중 적어도 하나를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(660)는 CT 영상의 복원에 필요한 각종 데이터, 프로그램 등을 저장할 수 있으며, 최종적으로 복원된 CT 영상을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(660)는 제1 정보의 획득에 필요한 각종 데이터 및 획득된 제1 정보를 저장할 수 있다.

또한, 저장부(660)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(SD, XD 메모리 등), 램(RAM; Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM; Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

통신부(670)는 외부 디바이스, 외부 의료 장치 등과의 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신부(670)는 외부의 CT 시스템 또는 컴퓨터 단층 촬영 장치와 연결되며, 제1 영상, 제2 영상 및 제3 영상을 수신할 수 있다. 또는 제1 영상, 제2 영상 및 제3 영상을 복원하기 위한 원시 데이터를 수신할 수 있다. 이 경우, 데이터 획득부(610)는 통신부(670)를 통하여 전송되는 제1 영상, 제2 영상 및/또는 제3 영상을 복원하기 위한 원시 데이터를 전송받고, 전송된 데이터에 근거하여 제1 영상, 제2 영상 및/또는 제3 영상을 복원할 수 있다.

전술한 바와 같이, 심장과 같이 대상체가 빠르게 움직이는 경우, 복원된 CT 영상 내에 움직임 아티팩트(motion artifact)가 발생한다. 복원된 CT 영상 내에서 움직임 아티팩트를 최소화하여 화질을 높일 수 있는 컴퓨터 단층 촬영 장치(600)의 동작을 이하에서, 도 7 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.

도 7은 절반 복원(half reconstruction)에 따른 CT 영상의 복원을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 7의 (a)는 X-ray 생성부(106)의 회전을 설명한다. 도 7의 (b)는 원시 데이터인 프로젝션 데이터에 적용되는 가중치를 설명한다. 도 7의 (c)는 절반 복원 방식에 의해서 복원된 CT 영상을 나타낸다.

X-ray 생성부(106)가 소정 지점에서 부채모양으로 퍼지는 팬(fan) 형태의 빔(beam)을 방출하는 경우, 절반 복원에서는 180 도 + 팬 각도(fan angle) 만큼 회전하여 CT 촬영을 수행한다. 여기서, 팬 각도(fan angle)는 팬 형태를 갖는 빔인 콘 빔(cone beam)을 이용할 경우 추가적으로 회전하여야 하는 각도 값으로, 대략 60 도 전후의 값을 가질 수 있다. 도 7 에서는 fan angle = 2a = 120 도인 경우를 예로 들어 설명한다. 전술한 예의 절반 복원에 있어서, 한주기는 180도+팬각도 = 180+2a = 300 도가 된다.

도 7의 (a)를 참조하면, 콘 빔을 방출하는 X-ray 생성부(106)가 빔 위치(710)에서 대상체(705)로 엑스레이를 조사할 때, X-ray 검출부(108)는 감지면(720)에서 엑스레이를 감지한다. 빔 위치(710)는 대상체를 중심으로 원을 그리며 이동하며, 한 주기인 180+2a 도 만큼 회전한다. 또한, 감지면(720) 또한 빔 위치(710)에 대응되어 회전한다. 구체적으로, 빔 위치(710)는 +Y축에서 -Y축으로 180도 이동하고 추가적으로 팬 각도인 2a만큼 더 이동하여 733 지점까지 이동한다.

도 7의 (b)를 참조하면, 하나의 CT 단면 영상을 복원하기 위해서 필요한 프로젝션 데이터(740)가 도시되며, x 축은 프로젝션 데이터(740)를 획득하는 한주기의 각도 구간 또는 시간을 나타낸다. 그리고, 팬 형태를 갖는 콘 빔을 이용할 경우, 처음의 2a 각도 구간(735)에서와 마지막의 2a 각도 구간(736)에서는 대상체의 동일 방향으로 엑스레이가 조사된다. 따라서, 대상체의 동일 부위가 중복적으로 샘플링되는 것을 방지하기 위하여, 프로젝션 데이터에 가중치를 적용할 수 있다. 구체적으로, 처음의 2a 각도 구간(735)에서 획득된 프로젝션 데이터(742)와 마지막의 2a 각도 구간(736)에서 획득된 프로젝션 데이터(741)에는 이외의 각도 구간(737)에서 획득된 프로젝션 데이터(745)와 다른 가중치를 적용하여 최종 프로젝션 데이터(740)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로젝션 데이터(745)에는 가중치 1을 적용할 때, 획득된 프로젝션 데이터(742)와 획득된 프로젝션 데이터(741)에는 각각 0.5의 가중치를 적용할 수 있다.

하나의 단면 CT 영상을 복원하기 위해서 필요한 원시 데이터를 획득하는데 소요되는 시간이 감소할수록, 움직임 아티팩트가 감소된 영상을 복원할 수 있다.

또한, 하나의 단면 CT 영상을 복원하기 위해서 필요한 원시 데이터를 획득하는데 소요되는 시간이 감소할수록, 시간 해상도(temporal resolution)를 증가시킬 수 있다.

따라서, X-ray 생성부(106)의 회전 속도가 동일한 경우, 절반 복원 방식에 의해서 복원된 CT 영상이 전체 복원 방식에 의해서 복원된 CT 영상에 비하여 움직임 아티팩트가 적다.

따라서, 갠트리(640)는 절반 복원 방식을 적용하여 제1 영상, 제2 영상 및 제3 영상을 획득할 수 있다. 또한, 팬 각도를 60도로 적용하여 한주기 각도 구간을 180 +60 = 240 도로 설정할 수 있다. 그에 따라서, 갠트리(640)의 X-ray 생성부(106)가 대상체를 중심으로 240 도 회전하며 240도 각도 구간에 대응되는 원시 데이터를 획득한다. 그리고, 원시 데이터를 이용하여 하나의 단면 CT 영상, 예를 들어, 제1 영상, 제2 영상 및/또는 제3 영상을 복원할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(500, 600)는 다양한 스캔 모드에 따라서 CT 촬영을 수행하여 제1 영상 및 제2 영상을 획득할 수 있다. CT 촬영 시 이용되는 스캔 모드로는 예를 들어, 프로스펙티브(prospective) 모드 및 레트로스펙티브(retrospective) 모드 중 적어도 하나일 수 있다. 구체적으로 스캔 모드는 촬영 대상이되는 환자의 심장 박동 주기가 일정한지 또는 일정하지 않은지에 따라서 구별될 수 있다. 심장의 박동 주기가 일정한 사람의 경우, 프로스펙티브(prospective) 모드를 적용하여 규칙적으로 심전도 신호를 게이팅하여 영상 복원에 이용할 원시 데이터를 획득한다. 그리고, 부정맥 환자와 같이 심장의 박동 주기가 일정하지 않은 경우, 레트로스펙티브(retrospective) 모드를 적용하여 불규칙적으로 심전도 신호(860)를 게이팅하여 영상 복원에 이용할 원시 데이터를 획득한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 절반 복원 방식을 이용하여 제1 영상, 제2 영상, 제3 영상의 획득을 설명하는 도면이다.

제2 영상은 제1 영상보다 선행하는 시점에 대응되는 영상이 되며, 제3 영상은 제1 영상보다 후행하는 시점에 대응되는 영상이 된다.

구체적으로, 절반 복원에 필요한 180도와 팬 각도를 합친 각도 구간은 예를 들어 240도가 될 수 있다. 제1 영상은 x-ray 생성부(106)가 제1 각도 구간(820)을 회전하여 CT 촬영하여 획득된 원시 데이터를 이용하여 복원된 영상이다. 그리고, 제2 영상은 x-ray 생성부(106)가 제1 각도 구간(820)보다 선행하는 각도 구간인 제2 각도 구간(830)을 회전하여 CT 촬영하여 획득된 원시 데이터를 이용하여 복원된 영상이다. 또한, 그리고, 제3 영상은 x-ray 생성부(106)가 제1 각도 구간(820)보다 후행하는 각도 구간인 제3 각도 구간(840)을 회전하여 CT 촬영하여 획득된 원시 데이터를 이용하여 복원된 영상이다.

제1 각도 구간(820)에 대응되는 시점을 제1 시점이라고 할 수 있으며, 제2 각도 구간(830)에 대응되는 시점을 제2 시점이라고 할 수 있다. 또한, 제3 각도 구간(840)에 대응되는 시점을 제3 시점이라고 할 수 있다. 구체적으로, 제1 각도 구간(820)을 회전하는데 t1 내지 t2 의 시간이 소요된 경우, 제1 시점은 t1 내지 t2 의 시간의 중간인 (t2-t1)/2 의 시점이 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 시점과 제2 시점 간의 차이 및 제1 시점 및 제3 시점간의 차이는 X-ray 생성부(106)가 대략 120도 회전하는데 소요되는 시간이 될 수 있다.

도 8에서 도시한 바와 같이, 제2 영상은 제1 영상을 복원하기 위한 각도 구간보다 120도 선행하는 각도 구간에서 획득된 원시 데이터를 이용하여 복원된 영상이 된다. 그리고, 제3 영상은 제1 영상을 복원하기 위한 각도 구간보다 120도 후행하는 각도 구간에서 획득된 원시 데이터를 이용하여 복원된 영상이 된다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치의 동작을 설명하기 위한 일 도면이다. 도 9의 (a)는 심전도 신호(ECG signal)를 도시한다. 도 9의 (b)는 심전도 신호에 기반하여 일정 구간에서 각각 촬영된 제 1 영상, 제2 영상, 제3영상(921,922,923)을 도시한다. 도 9의 (c)는 영상들을 비교하여 획득한 움직임 량을 나타내는 정보들(931, 932)을 도시한다.

심장을 CT 촬영하는데 있어서, ECG(심전도) 신호(905)를 이용하여 심장의 움직임이 적은 구간을 검출 할 수 있다. ECG 신호에는 P,Q,R,S,T피크가 있는데, 이중 R피크(710)에서 일정 시간이 지난 구간이 가장 움직임이 적을 수 있다. 모션 아티팩트를 피하기 위해, 장치는 이 구간에서 획득된 프로젝션 데이터를 이용하여 영상을 재구성할 수 있다.

실시예에 따르면, 움직임이 적은 시점을 목표 시점으로 설정하고, 목표 시점을 제1 시점(920)으로 설정할 수 있다. 예를 들어, R피크(710)에서 소정의 시간이 지난 시점을 제1 시점(920)으로 정할 수 있다. 타겟시점에 대응되는 구간동안(911) 획득된 원시 데이터를 이용하여 대상체의 영상(922)을 재구성한다. 제1 시점에서 제1 구간 이전의 제2 시점(930)을 기준으로 절반복원에 필요한 구간(912) 동안 촬영된 원시 데이터를 재구성하여 대상체의 영상(921)을 얻게된다. 또한 제1 시점에서 제2 구간 이후인 제3 시점(930)을 기준으로 절반복원에 필요한 구간(912) 동안 촬영된 원시 데이터를 재구성하여 대상체의 영상(921)을 얻게된다. 상술한 제1 및 제2 구간은 X-ray 생성부(106)가 한주기 각도 구간의 절반 만큼 회전하는데 소요되는 시간 구간이 될 수 있다. 예를 들어, 한주기 각도 구간이 240도 인 경우, 제1 및 제2 구간은 120도 회전하는데 소요되는 시간이 될 수 있다.

대상체의 영상(921)은 제2시점(930)을, 영상(922)은 제1시점(920)을, 영상(923)은 제3시점(940)에서의 대상체를 나타내는 영상일 수 있다.

제1 영상(922)과 제2 영상(921)를 비교하여 제1정보(931)를 획득하고, 제1 영상(922)과 제3 영상(923)를 비교하여 제2정보(932)를 획득한다. 제1 정보(931)와 제2 정보(932)는 영상 간의 움직임량에 해당하고, 구체적으로, 제1 정보(931)는 제1 영상(922)과 제2 영상(921) 간의 모션 벡터 필드(Motion Vector Field)에서의 대상체의 움직임 량과 시간 간의 관계를 나타내는 정보가 될 수 있다. 여기서, 대상체의 움직임 량은 고정 등록(rigid registration), 광학적 플로우(optical flow) 및 특징점 매칭(feature matching) 등의 다양한 움직임 측정 기법을 이용하여 측정할 수 있고, 시간은 사용자 등이 설정한 시간 구간이 될 수 있다. 예를 들어 시간은 제1 시점(920)과 제2 시점(930) 사이의 시간 구간이 될 수도 있다.

제1 정보(931)와 제2 정보(932)를 이용하여 제2 시점에서 제3 시점 사이의 대상체의 모션 정보를 획득할 수 있다. 모션 정보는 제2 시점에서 제3 시점 사이의 모든 시점에서 대상체의 모션, 즉 대상체의 크기, 형태 및 위치를 포함할 수 있다.

구체적으로, 모션 정보는 블록 매칭, 논-리지드 레지스트레이션(non-rigid registration), 벡터 플로우(vector flow) 중 적어도 하나를 이용하여 획득된 모션 벡터 필드(motion vector field)를 포함할 수 있다.

이러한 대상체의 모션 정보를 이용하여 제1 영상을 수정하여 수정된 목표 영상을 획득할 수 있다. 역투영은 x-ray 생성부가 회전하며 각각의 각도에서 x-ray를 촬영하여 획득한 프로젝션 데이터를 복셀화(voxelization) 및 재구성하여 대상체의 단면 영상을 얻는 과정을 뜻한다. x-ray생성부가 회전함에 따라 시간이 달라지게 되므로 해당 촬영 순간에서의 대상체의 크기 등이 달라질 수 있다.

따라서, 한주기 각도 구간 동안 대상체가 움직이는 경우, 역투영된 영상 내에서 대상체의 경계는 블러(blur)되게 된다

모션 정보는 대상체의 움직임 정보를 포함하므로, 모션 정보를 이용하면 x-ray를 찍을 때의 해당 각도 또는 시점에서의 대상체의 크기를 알 수 있다.

따라서, 영상 복원부(620)는 역투영에 의해 획득된 제1 영상을 모션 정보에 따른 움직임 상태에 근거하여 와핑(warping)한다. 여기서, 와핑은 영상 내에 포함되는 대상체를 팽창 또는 축소시켜, 영상 내에 포함되는 대상체의 크기를 예측되는 크기에 맞춰 조절하는 것을 뜻한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원시 데이터를 역투영한 후의 영상인 제1 영상을 와핑하지 않고, 역투영 과정에서 대상체를 와핑하여 목표 영상을 획득할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 제2 시점과 제3 시점 사이의 구간 밖에 존재하는 남은 구간에서도 추가적인 시점을 설정하여 상술한 과정을 반복하여 다른 구간에서의 모션 정보를 획득하고 이를 이용하여 수정된 영상을 획득할 수 있다.

도 10는 대상체의 움직임 변화를 설명하기 위한 일 도면이다.

모션 정보는 제2 시점(t2) 내지 제3 시점(t3) 사이의 대상체의 움직임 정보를 포함한다.

도 10를 참조하면, 제1 시점(t1)에 대응되는 제1 영상에 포함되는 대상체(1020)는 제1 크기(1020)를 가지며, 제2 시점(t2)에 대응되는 제2 영상에 포함되는 대상체는 제2 크기(1030)를 가질 수 있다.

따라서 대상체를 촬영하는 시점에 따라, 대상체의 크기가 달라질 수 있기 때문에 대상체를 촬영하여 얻은 사이노그램을 단순히 백투영하는 경우 백투영된 영상이 모션 아티팩트를 가지게 된다.

따라서, 상술한 모션정보를 이용하여, 예측된 크기 변화량을 제1 내지 제3 영상에 포함되는 대상체에 적용하여, 임의의 시점에서의 모션 아티팩트가 감소한 예측 영상을 생성할 수 있다. 구체적으로, 영상 복원부(620)는 모션정보에 근거하여, 제1 영상, 제2 영상, 제3 영상 중 적어도 하나를 와핑(warping) 시켜 목표 영상을 복원할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 영상 복원 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CT 영상 복원 방법(1100)은 대상체를 CT 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상, 상기 제1 시점으로부터 제1 구간 이전의 제2 시점에 대응되는 제2 영상, 및 제1 시점으로부터 제2 구간 이후의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 획득한다(1110). 1010 단계의 동작은 컴퓨터 단층 촬영 장치(600)의 데이터 획득부(610)에서 수행될 수 있다.

제1 영상 및 제2 영상 간의 움직임 량에 근거하여 대상체의 움직임 량을 나타내는 제1 정보를 획득한다. 그리고 제1 영상 및 제3 영상 간의 움직임 량을 나타내는 제2 정보를 획득한다. 그리고 제1 정보 및 제2 정보에 기초하여 대상체의 모션 정보를 획득한다(1120). 1120 단계에서 획득된 모션 정보에 기초하여 제1 영상을 수정하여 개선된 목표 영상을 획득한다(1130). 1120 단계 및 1130 단계의 동작은 컴퓨터 단층 촬영 장치(600)의 영상 복원부(620)에서 수행될 수 있다.

도 12은 본 발명의 일 실시예에 따라 모션 정보를 추출하고 목표 시점에서의 영상을 복원하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, 목표 시점의 영상(1210)은 목표 시점에 대응하는 대상체의 영상을, 이전 시점의 영상(1220)은 목표 시점의 이전 시점에 대응하는 대상체의 영상을, 이후 시점의 영상(1230)은 목표 시점의 이후 시점에 대응하는 대상체의 영상을 나타낸다. 구체적으로, 목표 시점의 영상(1210)은 t_target 시점을 대표하는 영상일 수 있고, 이전 시점의 영상(1220)은 t_a시점을 대표하는 영상일 수 있고, 이후 시점의 영상(1230)은 t_b시점을 대표하는 영상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(500)는 이전 시점의 영상(1220) 및 이후 시점의 영상(1230)을 이용하여 목표시점의 영상(1210)에 필요한 모든 뷰(view)에서의 모션 정보를 추출할 수 있다. 이때, 추출된 모션 정보를 이용하여 목표 시점에서의 영상(1210)에서 구간별 움직임 또는 크기가 보정될 수 있다. 모션정보는 각 구간별 영상(1215)에 나타난 바와 같이, 구간별로 대응되는 대상체의 움직임이 반영된 영상일 수 있다. 또한, 모션 정보는 구간별로 대응되는 대상체의 크기 또는 움직임일 수 있다.

최종적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 단층 촬영 장치(500)는 목표시점의 영상(1210)에 대하여 보정된 구간별 움직임을 적용하여, 대상체의 움직임 또는 크기가 구간별로 정확하게 반영된 보정된 목표시점의 영상(1240)을 획득할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.

상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

대상체를 CT(computed tomography) 촬영하여 제1 시점에 대응되는 제1 영상, 상기 제1 시점으로부터 제1 구간 이전의 제2 시점에 대응되는 제2 영상, 및 상기 제1 시점으로부터 제2 구간 이후의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 획득하는 데이터 획득부;
상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임량인 제1 정보 및 상기 제1 영상 및 상기 제3 영상 간의 움직임량인 제2 정보에 기초하여 상기 대상체의 모션 정보를 획득하며, 상기 모션 정보에 기초하여 상기 제1 영상을 수정하여 목표 영상을 획득하는 영상 복원부; 및
상기 목표 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 컴퓨터 단층 촬영(CT: Computed Tomography) 장치.
제 1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
이미지 도메인 상에서 상기 제1 영상을 수정하여 상기 목표 영상을 획득하는 컴퓨터 단층 촬영 장치.
제2항에 있어서, 상기 영상 복원부는
상기 모션 정보에 근거하여 상기 이미지 도메인 상에서 상기 제1 영상을 와핑(warping)시켜 상기 목표 영상을 획득하는 컴퓨터 단층 촬영 장치.
제 1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
상기 제1 시점에 대응되는 제1 시간 구간에서 획득된 원시 데이터(raw data)를 역투영하여 상기 제1 영상을 복원하고, 상기 모션 정보에 근거하여 상기 제1 영상을 이미지 도메인 상에서 보정하여 상기 목표 영상을 획득하는 컴퓨터 단층 촬영 장치.
제 1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
상기 제1 시점에 대응되는 제1 시간 구간에서 획득된 원시 데이터(raw data)를 역투영하는 과정에서 상기 모션 정보에 근거하여 와핑(warping)을 수행함으로써 상기 제1 영상을 보정하여 상기 목표 영상을 획득하는 컴퓨터 단층 촬영 장치.
제 1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
절반 복원(half reconstruction) 방식을 적용하여 제1 영상, 제2 영상 및 제3 영상을 복원하는 컴퓨터 단층 촬영 장치.
제 1항에 있어서,
상기 대상체로 엑스레이를 방출하는 X-ray 생성부(CT gantry)를 더 포함하며,
상기 제1 구간 및 상기 제2 구간은 상기 X-ray 생성부가 대략 120도 회전하는데 소요되는 시간에 대응되는 컴퓨터 단층 촬영 장치.
제 1항에 있어서, 상기 영상 복원부는
상기 제1 정보 및 상기 제2 정보를 이용하여 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이 및 상기 제1 시점과 상기 제3 시점 사이의 구간에서 상기 대상체의 모션을 추정(estimation)하여 상기 모션 정보를 획득하는 컴퓨터 단층 촬영 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1 시점은
ECG 신호에 근거하여 결정되는 컴퓨터 단층 촬영 장치.
제 1항에 있어서, 상기 모션 정보는
블록 매칭, 논-리지드 레지스트레이션(non-rigid registration), 벡터 플로우(vector flow) 중 적어도 하나를 이용하여 획득된 모션 벡터 필드(motion vector field)를 포함하는 컴퓨터 단층 촬영 장치.
컴퓨터 단층 촬영 장치의 CT 영상 복원 방법에 있어서,
데이터 획득부가 대상체를 CT(computed tomography) 촬영한 CT 원시 데이터(raw data)로부터, 제1 시점에 대응되는 제1 영상, 상기 제1 시점으로부터 제1 구간 이전의 제2 시점에 대응되는 제2 영상, 및 상기 제1 시점으로부터 제2 구간 이후의 제3 시점에 대응되는 제3 영상을 획득하는 단계;
영상 복원부가 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 움직임량인 제1 정보 및 상기 제1 영상 및 상기 제3 영상 간의 움직임량인 제2 정보에 기초하여 상기 대상체의 모션 정보를 획득하는 단계; 및
상기 영상 복원부가 상기 모션 정보에 기초하여 상기 제1 영상을 수정하여 목표 영상을 획득하는 단계를 포함하는 CT 영상 복원 방법
제 11항에 있어서, 상기 목표 영상을 획득하는 단계는
상기 영상 복원부가 이미지 도메인 상에서 상기 제1 영상을 수정하여 상기 목표 영상을 획득하는 단계를 포함하는 CT 영상 복원 방법
제12항에 있어서, 상기 이미지 도메인 상에서 상기 제1 영상을 수정하여 상기 목표 영상을 획득하는 단계는
상기 영상 복원부가 상기 모션 정보에 근거하여 상기 제1 영상을 와핑(warping)시켜 상기 목표 영상을 획득하는 단계를 포함하는 CT 영상 복원 방법
제 11항에 있어서, 상기 목표 영상을 획득하는 단계는
상기 영상 복원부가 상기 제1 시점에 대응되는 제1 시간 구간에서 획득된 원시 데이터(raw data)를 역투영하여 상기 제1 영상을 복원하고, 상기 모션 정보에 근거하여 상기 제1 영상을 보정하여 상기 목표 영상을 획득하는 단계를 포함하는 CT 영상 복원 방법
제 11항에 있어서, 상기 목표 영상을 획득하는 단계는
상기 영상 복원부가 상기 제1 시점에 대응되는 제1 시간 구간에서 획득된 원시 데이터(raw data)를 역투영하는 과정에서 상기 모션 정보에 근거하여 와핑(warping)을 수행함으로써 상기 제1 영상을 보정하여 상기 목표 영상을 획득하는 단계를 포함하는 CT 영상 복원 방법
제 11항에 있어서, 상기 목표 영상을 획득하는 단계는
상기 영상 복원부가 절반 복원(half reconstruction) 방식을 적용하여 제1 영상, 제2 영상 및 제3 영상을 복원하는 단계를 포함하는 CT 영상 복원 방법.
제 11항에 있어서, 상기 제1 구간 및 상기 제2 구간은
대상체로 엑스레이를 방출하는 X-ray 생성부가 대략 120도 회전하는데 소요되는 시간에 대응되는 CT 영상 복원 방법.
제 11항에 있어서, 상기 대상체의 모션 정보를 획득하는 단계는
상기 영상 복원부가 상기 제1 정보 및 상기 제2 정보를 이용하여 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이 및 상기 제1 시점과 상기 제3 시점 사이의 구간에서 모션을 추정(estimation)하여 상기 모션 정보를 획득하는 단계를 포함하는 CT 영상 복원 방법.
제 11항에 있어서, 상기 제1 시점은
ECG 신호에 근거하여 결정되는 CT 영상 복원 방법.
제 11항에 있어서, 상기 모션 정보는
블록 매칭, 논-리지드 레지스트레이션(non-rigid registration), 벡터 플로우(vector flow) 중 적어도 하나를 이용하여 획득된 모션 벡터 필드(motion vector field)를 포함하는 CT 영상 복원 방법.
제11항에 있어서,
디스플레이가 상기 목표 영상을 포함하는 화면을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 CT 영상 복원 방법.
제 11항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 의한 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.