KR101789422B1

KR101789422B1 - Method and apparatus for image reconstruction using ct

Info

Publication number: KR101789422B1
Application number: KR1020160063041A
Authority: KR
Inventors: 이수열; 조민형
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-10-25

Abstract

본 발명은 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 투영영상들의 변위를 추정하고, 추정된 투영영상들의 변위에 따른 누적 변위를 산출하여 대상체에 대한 3차원 영상을 재구성하는 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 면 엑스선 디텍터를 이용하여 3차원 단층영상을 획득하는 치과용 콘빔 CT에서 환자의 움직임이나 주사 오차에 의한 투영영상의 변위를 추정하고, 이를 영상 재구성 과정에서 보정함으로써 단층영상에서 동잡음의 영향을 줄일 수 있다.The present invention relates to an image reconstruction apparatus using a tomography apparatus for estimating a displacement of projection images using a correlation between projection images and reconstructing a three-dimensional image of the object by calculating a cumulative displacement according to a displacement of the estimated projection images And a method thereof. In a dental cone beam CT that acquires a three-dimensional tomographic image using a surface X-ray detector, a displacement of a projection image due to a patient motion or a scanning error is estimated, The influence of the motion noise can be reduced.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an image reconstruction apparatus using a tomographic imaging apparatus,

본 발명은 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투영영상들 사이의 상관관계를 이용하여 변위를 추정하고, 추정된 투영영상들의 변위에 따른 누적 변위를 산출하여 대상체에 대한 3차원 영상을 재구성하는 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치 및 그 방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to an apparatus and method for reconstructing an image using a tomography apparatus, and more particularly, to a system and method for estimating a displacement using a correlation between projection images and calculating a cumulative displacement according to a displacement of the estimated projection images The present invention relates to an apparatus and method for reconstructing an image using a tomographic apparatus for reconstructing a three-dimensional image of a target object.

엑스선을 이용한 단층촬영장치(CT)는 엑스선이 대상체를 투과하면서 엑스선이 감쇄(attenuation)되는 현상을 이용한다. 엑스선은 대상체를 투과하면서 광전효과(photo electric effect), 콤프턴 산란(Compton scattering) 등 물리적 현상에 의해 그 강도가 점차 약해지는데 생체조직을 이루는 물체 성분과 그 물리적 밀도에 따라 엑스선이 감쇄되는 정도가 다르다. A tomography system (CT) using an X-ray utilizes a phenomenon in which an X-ray is attenuated while an X-ray is transmitted through the object. X-rays are gradually transmitted through the object and are weakened by physical phenomena such as photo electric effect and compton scattering. The degree of attenuation of the X-ray depends on the physical constituents of the living tissue and its physical density different.

엑스선 단층영상은 생체조직의 엑스선 감쇄계수(attenuation coefficient) 영상을 보여주는 것이라 할 수 있다. 엑스선 감쇄계수는 일반적으로 물질의 밀도가 높을수록 그리고 물질을 이루는 성분의 원자번호가 높을수록 증가한다. 예를 들어, 인체를 촬영 대상으로 할 경우, 생체에서는 뼈 조직이나 치아가 연부 조직에 비해 감쇄계수가 높으며, 엑스선 감쇄계수는 엑스선 광자의 에너지에 따라서도 달라지는데 일반적으로 엑스선 광자의 에너지가 높을수록 감쇄계수는 줄어든다.The X-ray tomogram shows the x-ray attenuation coefficient image of the living tissue. The x-ray attenuation coefficient generally increases as the density of the material increases and as the atomic number of the constituent of the material increases. For example, when the human body is photographed, the attenuation coefficient of bone tissue or teeth is higher than that of soft tissues in living body, and the x-ray attenuation coefficient varies depending on the energy of x-ray photon. Generally, The coefficient decreases.

이러한 엑스선으로 대상체(인체)의 단층영상을 획득하기 위해서는 엑스선을 대상체에 여러 각도로 조사하여 얻은 투영영상(projection image) 집합이 필요하다. 일반적으로는 엑스선원(x-ray source)과 엑스선 디텍터를 하나의 주사장치(gantry) 상에 놓고 이 주사장치를 등각으로 회전하면서 투영영상의 집합을 획득한다. 일부의 단층촬영장치는 엑스선원과 엑스선 디텍터를 고정시키고 물체를 회전시켜 투영영상의 집합을 획득하기도 하는데 원리는 동일하다. 이렇게 일정한 각도로 투영영상을 순차적으로 얻어내는 과정을 주사(scan)라 하며, 기준점으로부터 주사장치가 회전한 각도를 주사 각도(scan angle)라 일컫는다. 주사 각도는 통상 일 회전, 즉 360도(degree)까지 하는 것은 일반적이다. 또한, 한 주사 각도에서 투영영상을 획득한 뒤 다음 주사 각도로 회전하는 회전량을 단위주사각(angular sampling interval)이라 부르며 일반적으로 단위주사각은 1도보다 작다. 고해상도의 영상을 얻기 위해서는 단위주사각을 작게 해야 하는데 이 경우 주사 수가 늘어나게 되며, 주사 수가 늘어나면 촬영시간이 길어지고 대상체의 엑스선 피폭량(dose)도 증가하는 한계가 존재하였다.In order to acquire tomographic images of the object (human body) with these X-rays, a projection image set obtained by irradiating X-rays to the object at various angles is required. Generally, an x-ray source and an x-ray detector are placed on a single gantry, and a set of projection images is acquired while the scanning device is rotated uniformly. Some of the tomography systems have the same principle, in which an X-ray source and an X-ray detector are fixed and a set of projection images is obtained by rotating an object. The process of successively obtaining projection images at a certain angle is referred to as a scan, and the angle at which the scanning device rotates from a reference point is referred to as a scan angle. The scan angle is typically about one rotation, i.e., up to 360 degrees. Also, the amount of rotation that rotates at the next scan angle after acquiring the projection image at one scan angle is called an angular sampling interval. In general, the unit scan angle is smaller than 1 degree. In order to obtain a high-resolution image, the unit scan angle should be decreased. In this case, the number of scan is increased. When the number of scan is increased, the shooting time becomes longer and the dose of X-

일반 병원용 엑스선 CT에서 투영영상을 받는 엑스선 디텍터로 단일 소자형 엑스선 디텍터를 배열형으로 구성한 것을 많이 사용하고 있다. 단일 소자형 엑스선 디텍터는 크고 두꺼워 엑스선 감도(sensitivity)가 높은 장점이 있으며, 단일 소자형 엑스선 디텍터를 원호에 배열하면 한 주사각도에서 1차원 투영데이터를 일시에 획득할 수 있고, 주사장치를 일 회전하면 한 단면의 영상을 획득할 수 있다. 또한, 엑스선 디텍터를 여러 개의 원호에 배열하면 복수의 단면에 대한 투영데이터를 동시에 획득할 수 있으므로, 주사장치의 일 회전으로 복수 장의 단면 영상을 획득할 수 있다. 이러한 구조를 가진 CT를 통상 멀티링 CT(Multi-ring CT)라 한다. Multi-ring CT는 싱글링 CT(Single-ring CT)와 비교하여 단면당 주사시간을 단축할 수 있어 기존 병원에서 널리 쓰이고 있다. Multi-ring CT의 출현으로 인해 엑스선 CT의 촬영시간이 크게 단축되었으며, Multi-ring CT가 헬리컬(helical) 주사 기능까지 겸비하면서 3차원 단층촬영이 가능하게 되었다.X-ray detectors that receive projected images in general hospital X-ray CT are often used in which a single-element X-ray detector is arranged in an array. Single-element x-ray detectors are advantageous in that they have a large and thick X-ray sensitivity. When a single-element X-ray detector is arranged on an arc, one-dimensional projection data can be acquired at one scan angle at a time. The image of one cross section can be acquired. Further, since the projection data for a plurality of sections can be obtained simultaneously by arranging the X-ray detector in a plurality of arcs, a plurality of section images can be obtained by one rotation of the scanning apparatus. A CT having such a structure is generally referred to as a multi-ring CT. Multi-ring CT is widely used in existing hospitals because it can shorten the scan time per section compared with single-ring CT. With the advent of multi-ring CT, the imaging time of X-ray CT has been greatly shortened and multi-ring CT combined with helical scan function has enabled 3D tomography.

다만, Multi-ring 구조를 갖춘 CT로 헬리컬 주사를 하면 3차원 단층영상을 얻을 수 있지만 헬리컬 주사를 하기 위해서는 주사장치를 여러 번 회전해야만 한다. 단 일회의 주사장치 회전으로 3차원 영상을 얻기 위해서는 디텍터 링(ring)의 수가 적어도 수백 개 이상이 되어야 하는데 이는 경제적이지 않다. However, in a CT with a multi-ring structure, a helical scan can obtain a three-dimensional tomographic image. However, in order to perform a helical scan, the scanning device must be rotated several times. In order to obtain a three-dimensional image by rotating a single scanning device, the number of detectors must be at least several hundreds, which is not economical.

그러나, 엑스선 디텍터 기술의 발전으로 2차원 면 디텍터도 이제 상용화 되었으며, 면 디텍터의 화소(pixel)수는 이제 수백만 개 이상이 되는 수준으로 발전하여 면 디텍터의 개발로 디지털 엑스선 촬영인 디지털 라디오그래피(Digital radiography)도 일반화되었다. 또한, 면 디텍터를 이용한 CT도 개발되었는데 이러한 CT를 일반적으로 콘빔(cone beam) CT라 부르며, 치과용 CT와 마이크로 CT가 대표적인 예이다.However, due to the development of X-ray detector technology, 2D surface detectors are now commercialized, and the number of pixels of the plane detector has now developed to the level of several millions or more. As a result of development of the surface detector, digital radiography radiography) was also generalized. Also, a CT using a plane detector has been developed. Such a CT is generally called a cone beam CT, and dental CT and micro CT are typical examples.

콘빔 CT는 투영영상을 2차원 면 디텍터로 획득하기 때문에 주사장치를 일 회전만 해도 3차원 영상을 재구성(reconstruction)할 수 있다. 그러나, 면 디텍터의 화소수가 일반적으로 1200 × 1200 이상으로 매우 커서 2차원 투영데이터를 읽어 내는데 시간이 많이 소요되고, 면 디텍터의 화소 크기가 수십 내지 수백 마이크론 정도로 작고 면 디텍터를 이루는 광전소자의 두께도 얇기 때문에 면 디텍터의 감도는 개별 디텍터의 감도에 비해 매우 낮다. 따라서, 면 디텍터의 프레임 비율(frame rate)은 30Hz 미만이 보통이며, 일 회전 주사를 하면서 600개 정도의 투영영상을 얻는다면 총 주사시간은 20초에 이르게 된다. 콘빔 CT의 주사시간은 면 디텍터의 프레임 비율과 일 회전 주사하면서 획득하는 투영영상의 수에 비례하는데 콘빔 CT의 일반적인 주사 시간은 수십 초 정도이다.Since the cone beam CT acquires the projected image with the two-dimensional plane detector, the three-dimensional image can be reconstructed by one rotation of the scanning device. However, since the number of pixels of the plane detector is as large as 1200 x 1200 or more, it takes a lot of time to read the two-dimensional projection data, and if the pixel size of the plane detector is as small as several tens to several hundreds of microns, Because of the thinness, the sensitivity of the plane detector is very low compared to the sensitivity of the individual detectors. Therefore, the frame rate of the plane detector is usually less than 30 Hz. If 600 projection images are obtained while performing one rotation scan, the total scanning time reaches 20 seconds. The scanning time of the cone beam CT is proportional to the frame rate of the plane detector and the number of projection images obtained while scanning one rotation. The typical scanning time of the cone beam CT is about several tens of seconds.

3차원 단층영상을 고화질로 얻기 위해서는 촬영 중 환자의 움직임이 전혀 없어야 한다. 그러나, 콘빔 CT로 대상체를 촬영하는 동안 호흡, 심장박동, 침 삼킴 및 가려움증 등에 의해 대상체는 움직일 수 있으며, 이에 따라 투영데이터에 오류가 발생한다. 오류가 있는 투영데이터로부터 재구성된 단층영상에는 동잡음(motion artifact)이 나타날 수 있고, 동잡음은 단층영상에 흐림(blurring)과 줄무늬(streak) 형태로 나타나는데, 이 동작음은 결과적으로 단층영상의 공간해상도(spatial resolution)을 저해하며 단층영상의 가독성(readability)을 훼손하는 문제점이 존재하였다.In order to obtain 3D tomographic images with high quality, there should be no movement of the patient during shooting. However, during shooting of the object with the cone beam CT, the object may move due to respiration, heartbeat, swallowing, and itching, thereby causing an error in the projection data. Motion artifacts can be seen in reconstructed tomographic images from erroneous projection data and motion noise appears as blurring and streaking in the tomographic image, The spatial resolution is deteriorated and the readability of the tomographic image is deteriorated.

또한, 대상체의 움직임 뿐만 아니라 주사장치의 불완전성에 의해서도 동작음이 발생할 수 있다. 주사장치의 회전을 위해 전동기가 일반적으로 사용되는데 전동기로부터 주사장치로의 동력전달장치의 불완전성, 주사장치의 편심 및 주사장치의 하중 불균형 등에 의해 주사장치가 회전하는 동안 불규칙 진동이 발생할 수 있으며, 이 진동은 대상체의 움직임과 마찬가지로 동잡음을 유발할 수 있다.Also, an operation sound may be generated not only by the movement of the object but also by the incompleteness of the scanning apparatus. An electric motor is generally used for the rotation of the scanning device, but irregular vibration may occur during rotation of the scanning device due to incomplete power transmission from the motor to the scanning device, eccentricity of the scanning device, unbalanced load of the scanning device, This vibration can cause motion noise as well as motion of the object.

이에 대한 해결책으로 CT 영상에서 동잡음을 줄이기 위해 많은 방법들이 개발되었다. 대상체 내부나 외부에 엑스선을 잘 흡수하는 마커(marker)를 부착하고, 주사 중 이 마커의 위치를 투영여상이나 재구성한 영상에서 추적하여 마커의 변위(displacement) 정보를 만들고, 이 변위 정보를 영상재구성 과정에서 이용해 동잡음을 줄일 수 있다. 그러나, 이 방법에서 마커의 크기가 작을 경우, 투영영상에서 마커의 위치를 정확하게 파악하기 힘들고, 동잡음이 심할 경우 재구성한 단층영상에서 마커의 위치를 추정하는데 오차가 커지는 단점이 있다.As a solution to this problem, many methods have been developed to reduce motion noise in CT images. A marker that absorbs the x-ray is attached to the inside or the outside of the object, and the position of the marker is scanned in the projected image or the reconstructed image during the scan to create the displacement information of the marker. It is possible to reduce motion noise by using it in the process. However, when the size of the marker is small in this method, it is difficult to precisely grasp the position of the marker in the projection image, and when the motion noise is severe, there is a disadvantage that the error is large in estimating the position of the marker in the reconstructed tomographic image.

또한, 다른 해결책으로 대상체 표면에 빛 반사체를 부착하고 이 반사체에 레이저 빔을 조사하여 대상체 움직임에 따른 반사체의 움직임을 추적하는 방법도 소개되었다. 그러나 이 방법에서는 대상체에 반사체를 부착해야 하는 불편함이 있고 또한 레이저 발생기과 광 감지기를 CT 시스템 내에 설치해야 하는 부담이 존재하였다.Another solution is to attach a light reflector to the surface of the object and irradiate the reflector with a laser beam to track the movement of the reflector according to object motion. However, this method has the inconvenience of attaching the reflector to the object, and there is a burden to place the laser generator and the light detector in the CT system.

또한, 또 다른 해결책으로 주사장치를 여러 번 회전하면서 투영영상 집합을 반복하여 획득하면서 동시에 호흡 신호를 기록하는 방법도 있다. 호흡 신호가 같은 위상일 때, 즉, 대상체 상복부의 내부 모양이 같을 때의 투영영상들만을 솎아내어 새로운 투영영상 부분집합을 구성하고 이 부분집합으로부터 영상을 재구성하는 방법을 회고형(retrospective) 영상 재구성이라 한다. 상기 회고형 영상 재구성은 대상체 호흡에 따른 동잡음을 줄이는데 유효하지만 주사장치를 적어도 수십 회 회전하면서 투영영상을 중복하여 받아야 하므로 주사장치의 일 회전으로 영상을 얻어야 하는 콘빔 CT에 응용하기에는 적합하지 않다.Another solution is to record the respiration signal while simultaneously acquiring the projection image set while rotating the scanning apparatus several times. A method of reconstructing a new projection image subset by extracting only the projection images when the respiration signals are in the same phase, that is, when the inner shape of the object abdomen is the same, and reconstructing the image from this subset, is called a retrospective image reconstruction Quot; Although the retroreflective reconstruction is effective in reducing motion noise due to object breathing, it is not suitable for application to a cone-beam CT which must acquire an image by one rotation of the scanning device, since the projection device must be repeatedly received while rotating the scanning device at least several tens of times.

2차원 엑스선 면 디텍터 기술의 발달로 콘빔 CT의 임상적 응용은 확대되어 가는 추세이며 인공치아 이식이나 치아교정기구 제작 등을 위해 치과영역에서의 콘빔 CT의 활용은 급증하고 있다(치과영역에서 쓰는 콘빔 CT를 특히 치과용 CT, 혹은 덴탈(dental) CT라 한다.). 치과용 CT에서는 환자가 의자에 직립자세로 앉아 있고, 환자의 머리 축을 중심으로 주사장치가 수평면에서 회전하는 것이 일반적이다. 반면, 병원용 CT에서는 환자가 침대에 누워있는 상태에서 주사장치가 수직면에서 회전하는 것이 일반적이다. 따라서 치과용 CT에서는 직립 자세로 인한 환자의 움직임이 상대적으로 많으며, 또한 콘빔 CT의 늦은 스캔 속도로 인해 촬영 중 환자의 움직임에 의한 동잡음이 많이 발생할 수 있다.Due to the development of 2D X-ray detector technology, the clinical application of cone beam CT has been expanding and the use of cone beam CT in the dental field has been increasing rapidly for implantation of artificial teeth and orthodontic appliances (Kon- CT is referred to as dental CT or dental CT in particular). In dental CT, it is common for a patient to sit in an upright position on a chair and to rotate the scanning device about the patient's head axis in a horizontal plane. On the other hand, in hospital CT, it is common for a scanning device to rotate on a vertical plane while a patient is lying on a bed. Therefore, in dental CT, the patient's motion due to the upright posture is relatively large, and due to the late scanning speed of the cone beam CT, a lot of motion noise due to the motion of the patient during shooting may occur.

최근에는 대상체의 치아구조를 고해상도의 3차원 영상으로 촬영하고 이 3차원 영상정보로부터 인공치아나 치아교정물을 CAM(Computer aided manufacturing)이나 3D 프린터로 제작하는 것이 가능하다. 대상체치아의 고해상도 영상으로부터 인공치아나 교정물을 디지털 기술로 일관되게 만들어 내어 치료의 정확성을 높이고 치료 기간을 단축하는 치과 기술을 디지털 치과술(digital dentistry)이라 부른다. 디지털 치과술에서 3차원 영상을 0.1mm 수준의 고해상도, 고정밀도로 얻는 것은 인공치아 이식이나 치과 교정물의 제작에 있어 매우 중요한다. 인공치아 제작에 오류가 있는 경우 이를 수작업으로 보정하는데 시간과 노력이 더 들어가게 되고 치료기간은 길어지게 된다. 치과 교정물 제작에 오류가 있는 경우도 마찬가지이다. 디지털 치과술에 있어 고해상도, 고정밀도의 3차원 단층영상을 얻는 것은 매우 중요한 일이며, 디지털 치과술이 임상적으로 성공하기 위해서는 고해상도, 고정밀도의 치과용 CT 기술이 필요하다. 따라서, 치과용 CT 영상에서 동잡음을 제거하는 것은 디지털 치과술의 임상적 효용성을 높이기 위한 기술로 각광받고 있다. In recent years, it is possible to take a tooth structure of a subject with a high-resolution three-dimensional image, and to fabricate an artificial tooth or an orthodontic article from the three-dimensional image information by a computer aided manufacturing (CAM) or a 3D printer. Digital dentistry is a dental technology that consistently improves the accuracy of treatment and shortens the duration of treatment by consistently creating artificial teeth correction from digital images of high-resolution images of the object teeth. In digital dentistry, obtaining a high resolution, high-precision 3D image of 0.1 mm level is very important for artificial tooth implantation and dental correction. If there is an error in the preparation of an artificial tooth, it will take more time and effort to correct it manually and the treatment period will be longer. The same is true of errors in the preparation of dental proofs. In digital dentistry, it is very important to obtain high-resolution, high-precision 3D tomographic images. In order for digital dentistry to be clinically successful, high-resolution, high-precision dental CT technology is required. Therefore, removal of motion artifacts from dental CT images is attracting attention as a technique for improving the clinical efficacy of digital dental surgery.

다만, 종래의 치과용 CT 기술은 촬영시간이 최소 수초 이상이고 환자(대상체)가 직립하거나 앉아 있는 자세에서 촬영하기 때문에 촬영 도중 환자의 움직임에 의해 단층 영상 내 동잡음(motion artifact)이 발생할 수 있다. 또한, 치과용 CT 기술은 갠트리(gantry)를 이용하는데, 갠트리는 엑스선 발생장치와 면 엑스선 디텍터를 수평형으로 지지하면서 회전하는 과정에서 진동이 발생할 수 있으므로, 이 진동에 의해 주사(scan)의 불완전성을 유발하고 영상에 동잡음을 유발하는 문제점이 존재하였다.However, since the conventional dental CT technique takes at least a few seconds of shooting time and the patient (object) is in an upright or sitting position, motion artifacts in the tomographic image may occur due to the motion of the patient during shooting . In addition, the dental CT technique uses a gantry. Since the gantry may cause vibration during rotation while supporting the x-ray generator and the surface x-ray detector in a horizontal direction, the vibration may cause incomplete scanning And there is a problem that causes motion nuisance.

동잡음은 단층영상의 공간해상도를 저하시키므로 유용한 정보를 획득하는 것을 저해할 수 있다. 치과용 CT 기술로 획득되는 영상은 인공치아나 보철, 교정장치 등을 제작하는데 이용할 경우 영상의 공간해상도가 매우 중요한 바, 환자의 움직임이나 주사 오차에 의해 야기되는 공간해상도의 저하를 막는 것은 매우 중요한 요소이다. Motion noise degrades the spatial resolution of the tomographic image and can hinder obtaining useful information. When the image obtained by dental CT technique is used to fabricate prosthesis, prosthesis, orthodontic appliance, etc., the spatial resolution of the image is very important. It is very important to prevent the degradation of the spatial resolution caused by the patient's motion or scanning error to be.

미국공개특허 제2011/0176723호(2011.07.21), "MOTION CORRECTION IN CONE-BEAM CT BY TRACKING INTERNAL AND EXTERNAL MARKERS USING CON-BEAM PROJECTION FROM A KV ON-BOARD IMAGER: FOUR-DIMENSIONAL CONE-BEAM CT AND TUMOR TRACKING IMPLICATIONS"US Patent Application No. 2011/0176723 (July 21, 2011), "MOTION CORRECTION IN CONE-BEAM CT BY TRACKING INTERNAL AND EXTERNAL MARKERS USING CON-BEAM PROJECTION FROM A KV ON-BOARD IMAGER: FOUR-DIMENSIONAL CONE BEAM CT AND TUMOR TRACKING IMPLICATIONS " 한국등록특허 제10-1531370호(2015.06.18), "엑스선 영상장치 및 엑스선 영상장치의 이미징 방법"Korean Patent No. 10-1531370 (2015.06.18), "Imaging method of X-ray imaging apparatus and X-ray imaging apparatus" 일본등록특허 제4498023호(2010.04.23), "X선 CT장치"Japanese Patent No. 4498023 (Apr. 23, 2010), "X-ray CT apparatus" 한국공개특허 제10-2015-0143915호(2015.12.24), "X선 영상 획득방법"Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0143915 (December 24, 2015), "X-ray image acquisition method"

본 발명은 치과용 콘빔 CT(cone-beam computed tomography)에서 환자의 움직임이나 주사 오차에 의해 발생하는 투영영상의 변위를 추정하고, 이를 영상 재구성 과정에서 보정함으로써 단층영상에서 동잡음의 영향을 줄여 영상의 화질을 높일 수 있는 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.In the cone-beam computed tomography (CT) of the present invention, the displacement of a projection image caused by a patient's motion or a scanning error is estimated and corrected in the image reconstruction process, thereby reducing the influence of motion noise on the tomographic image And to provide a method and apparatus for reconstructing an image using a tomography apparatus capable of enhancing the image quality of an image.

또한, 본 발명은 외부 장치의 도입 없이 획득된 투영영상 데이터로부터 환자의 움직임이나 불완전 주사에 대한 정보를 추정하고, 이 추정 정보를 영상의 재구성 과정에서 활용하여 단층영상 내 동잡음을 줄일 수 있는 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다. In addition, the present invention estimates information on motion or incomplete scanning of a patient from projection image data obtained without the introduction of an external device, and uses the estimation information in the reconstruction process of the image to reduce the motion noise in the tomographic image. An image reconstruction apparatus using the image pickup apparatus, and a method thereof.

또한, 본 발명은 주사장치를 복수 회 회전할 필요가 없이, 획득된 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 투영영상들의 변위를 추정하고, 추정된 투영영상들의 변위에 따른 누적 변위를 산출하여 대상체에 대한 3차원 영상을 재구성하여 동잡음을 제거할 수 있는 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.Further, the present invention does not need to rotate the scanning apparatus a plurality of times, estimates the displacements of the projection images using the correlation between the obtained projection images, calculates the cumulative displacements according to the displacements of the estimated projection images, An image reconstruction apparatus and a method thereof using a tomography apparatus capable of reconstructing 3D images and removing motion noise.

또한, 본 발명은 대상체의 움직임에 따른 동잡음의 제거 뿐만 아니라 주사장치의 불완전성에 의해 야기되는 동잡음을 감소시킬 수 있는 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다. The present invention also provides an apparatus and method for reconstructing an image using a tomography apparatus capable of reducing motion noise caused by imperfection of a scanning apparatus as well as removing motion noise due to motion of a target object.

본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치는 회전 중심축에서의 주사(scan)에 따른 기준 투영영상(projection image)을 획득하고, 상기 회전 중심축을 기준으로 주사 각도(scan angle)로 회전한 단위주사각(angular sampling interval)에서의 인접한 투영영상을 획득하여 투영영상들의 2차원 투영영상 집합을 획득하는 투영영상 획득부, 상기 기준 투영영상 및 상기 인접한 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사에 의한 투영영상의 변위(displacement)를 추정하는 변위 추정부, 상기 기준 투영영상을 기준으로 상기 추정된 투영영상의 변위에 따른 수평 방향 및 수직 방향으로의 누적 변위를 산출하는 누적변위 산출부 및 상기 2차원 투영영상 집합에 상기 산출된 누적 변위를 보정한 투영영상 집합을 획득하고, 상기 보정된 투영영상 집합에 대하여 영상 재구성 알고리즘을 적용하여 3차원 영상을 재구성(reconstruction)하는 3차원 영상 재구성부를 포함한다.An apparatus for reconstructing an image using a tomographic apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention acquires a reference projection image according to a scan on a rotation center axis and calculates a scan angle based on the rotation center axis, A projection image acquiring unit acquiring an adjacent projection image at an angular sampling interval rotated by the reference projection image and obtaining a two-dimensional projection image set of the projection images, and using a correlation between the reference projection image and the adjacent projection image A displacement estimation unit for estimating a displacement of a projected image due to a motion displacement or an incomplete scan of the object based on the displacement of the projection image in the horizontal direction and the vertical direction according to the displacement of the estimated projection image on the basis of the reference projection image, And obtaining a projection image set in which the calculated cumulative displacement is corrected in the two-dimensional projection image set, Applying the image reconstruction algorithm with respect to the corrected image projection group comprises a set of 3-D image reconstruction (reconstruction) 3D image reconstruction unit for.

상기 변위 추정부는 상기 회득된 인접한 투영영상의 수평 방향 및 수직 방향으로의 공간주파수에 대한 2차원 푸리에 변환에 따른 교차상관(cross-correlation)으로부터 상기 투영영상들 사이의 변위를 추정할 수 있다.The displacement estimator may estimate a displacement between the projection images from a cross-correlation according to a two-dimensional Fourier transform on the spatial frequency in the horizontal direction and the vertical direction of the acquired adjacent projection image.

상기 변위 추정부는 상기 2차원 푸리에 변환에 따른 교차상관의 값이 최대값이 되는 변위량에 의해 상기 투영영상들 사이의 변위를 추정할 수 있다.The displacement estimator may estimate a displacement between the projection images by a displacement amount having a maximum cross-correlation value according to the two-dimensional Fourier transform.

상기 누적변위 산출부는 상기 기준 투영영상을 기준으로 상기 투영영상들 사이의 상관관계에 기반하여 획득된 상기 투영영상들의 변위량을 합산하여 상기 누적 변위를 산출할 수 있다.The cumulative displacement calculation unit may calculate the cumulative displacement by summing displaced amounts of the projection images obtained based on the correlation between the projection images on the basis of the reference projection image.

상기 3차원 영상 재구성부는 상기 투영영상들의 푸리에 변환에 공간이동을 반영하는 조화함수를 곱한 뒤 푸리에 역변환을 수행하여 상기 보정된 투영영상 집합을 획득할 수 있다.The three-dimensional image reconstruction unit may multiply the Fourier transform of the projection images by a harmonic function reflecting spatial motion, and then perform Fourier inverse transform to obtain the corrected projection image set.

또한, 상기 3차원 영상 재구성부는 상기 보정된 투영영상 집합을 기반으로 수평 방향 및 수직 방향의 좌표 값, 및 상기 단위주사각으로 회전한 수를 이용하여 대상체에 대한 3차원 공간좌표를 획득하여 영상 재구성할 수 있다.In addition, the 3D image reconstruction unit acquires the 3D spatial coordinates of the object using the coordinate values in the horizontal and vertical directions and the number rotated in the unit square based on the corrected projection image set, can do.

또한, 상기 3차원 영상 재구성부는 상기 보정된 투영영상 집합에 공간 필터링(spatial filtering)한 뒤 역투영(filtered back-projection)하여 상기 획득된 3차원 공간좌표로부터 대상체 영상을 재구성할 수 있다.In addition, the 3D image reconstructing unit may perform spatial filtering on the corrected projected image set and then perform a filtered back-projection to reconstruct the object image from the obtained 3D spatial coordinates.

상기 단위주사각은 상기 인접한 주사 각도에서 상기 주사에 따른 투영영상을 획득한 뒤, 기설정된 주사 각도로 회전하는 회전량을 나타낼 수 있다.The unit scan angle may represent a rotation amount that rotates at a predetermined scan angle after acquiring the projection image according to the scan at the adjacent scan angle.

본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 방법은 회전 중심축에서의 주사(scan)에 따른 기준 투영영상(projection image)을 획득하고, 상기 회전 중심축을 기준으로 주사 각도(scan angle)로 회전한 단위주사각(angular sampling interval)에서의 인접한 투영영상을 획득하여 투영영상들의 2차원 투영영상 집합을 획득하는 단계, 상기 기준 투영영상 및 상기 인접한 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사에 의한 투영영상의 변위(displacement)를 추정하는 단계, 상기 기준 투영영상을 기준으로 상기 추정된 투영영상의 변위에 따른 수평 방향 및 수직 방향으로의 누적 변위를 산출하는 단계, 상기 산출된 누적 변위를 이용하여 상기 2차원 투영영상 집합의 동잡음을 보정하는 단계 및 상기 보정된 2차원 투영영상 집합에 대하여 영상 재구성 알고리즘을 적용하여 3차원 영상을 재구성(reconstruction)하는 단계를 포함한다.A method of reconstructing an image using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention includes acquiring a reference projection image according to a scan on a rotation center axis and acquiring a scan angle based on the rotation center axis, Obtaining a two-dimensional projection image set of the projection images by acquiring an adjacent projection image at an angular sampling interval rotated by the reference projection image, and using the correlation between the reference projection image and the adjacent projection image, Estimating displacements of the projection image by the motion displacement or incomplete scanning, calculating cumulative displacements in the horizontal direction and the vertical direction according to the displacement of the estimated projection image on the basis of the reference projection image, Correcting the motion noise of the two-dimensional projection image set using the calculated cumulative displacement, Applying the image reconstruction algorithm with respect to the includes the step of reconfiguring (reconstruction) a three-dimensional image.

상기 투영영상의 변위를 추정하는 단계는 상기 획득된 인접한 투영영상의 수평 방향 및 수직 방향으로의 공간주파수에 대한 2차원 푸리에 변환에 따른 교차상관(cross-correlation)으로부터 상기 투영영상들 사이의 변위를 추정할 수 있다.Wherein the step of estimating the displacement of the projection image includes the step of calculating a displacement between the projection images from a cross-correlation according to a two-dimensional Fourier transform on the spatial frequency in the horizontal direction and the vertical direction of the obtained adjacent projection image Can be estimated.

상기 투영영상의 변위를 추정하는 단계는 상기 2차원 푸리에 변환에 따른 교차상관의 값이 최대값이 되는 변위량에 의해 상기 투영영상들 사이의 변위를 추정할 수 있다.The step of estimating the displacement of the projection image may estimate the displacement between the projection images by the amount of displacement at which the value of the cross-correlation according to the two-dimensional Fourier transform becomes a maximum value.

상기 누적 변위를 산출하는 단계는 상기 기준 투영영상을 기준으로 상기 투영영상들 사이의 상관관계에 기반하여 획득된 상기 투영영상들의 변위량을 합산하여 상기 누적 변위를 산출할 수 있다.The step of calculating the cumulative displacement may calculate the cumulative displacement by summing the displacement amounts of the projection images obtained based on the correlation between the projection images with reference to the reference projection image.

상기 3차원 영상을 재구성하는 단계는 상기 보정된 2차원 투영영상 집합을 기반으로 수평 방향 및 수직 방향의 좌표 값, 및 상기 단위주사각으로 회전한 수를 이용하여 대상체에 대한 3차원 공간좌표를 획득하여 영상 재구성할 수 있다.The reconstructing of the three-dimensional image acquires three-dimensional spatial coordinates of the object using the horizontal and vertical coordinate values and the number rotated by the unit square based on the corrected two-dimensional projection image set So that the image can be reconstructed.

또한, 상기 3차원 영상을 재구성하는 단계는 상기 보정된 2차원 투영영상 집합에 공간 필터링(spatial filtering)한 뒤 역투영(filtered back-projection)하여 상기 획득된 3차원 공간좌표로부터 대상체 영상을 재구성할 수 있다.The reconstructing of the three-dimensional image may include spatial filtering the corrected two-dimensional projection image set, filtering back-projecting the reconstructed object image, and reconstructing the object image from the obtained three- .

본 발명의 실시예에 따르면, 치과용 콘빔 CT(cone-beam computed tomography)에서 환자의 움직임이나 주사 오차에 의해 발생하는 투영영상의 변위를 추정하고, 이를 영상 재구성 과정에서 보정함으로써 단층영상에서 동잡음의 영향을 줄여 영상의 화질을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a displacement of a projection image caused by a patient's motion or a scanning error in a dental cone-beam computed tomography (CT) is estimated and corrected in an image reconstruction process, The image quality of the image can be increased.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 외부 장치의 도입 없이 획득된 투영영상 데이터로부터 환자의 움직임이나 불완전 주사에 대한 정보를 추정하고, 이 추정 정보를 영상의 재구성 과정에서 활용하여 단층영상 내 동잡음을 줄일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, information on motion or incomplete scanning of a patient is estimated from projection image data obtained without introduction of an external device, and the estimated information is used in the reconstruction process of the image to generate motion noise .

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 주사장치를 복수 회 회전할 필요가 없이, 획득된 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 투영영상들의 변위를 추정하고, 추정된 투영영상들의 변위에 따른 누적 변위를 산출하여 대상체에 대한 3차원 영상을 재구성하여 동잡음을 제거할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the displacement of the projection images is estimated using the correlation between the obtained projection images without the need to rotate the scanning apparatus a plurality of times, and the cumulative displacement according to the displacement of the estimated projection images And reconstructs the 3D image of the object to remove the motion noise.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 대상체의 움직임에 따른 동잡음의 제거 뿐만 아니라 주사장치의 불완전성에 의해 야기되는 동잡음을 감소시킬 수 있다. In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce motion noise caused by imperfection of the scanning apparatus as well as removal of motion noise according to motion of the object.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치를 적용한 엑스선 영상장치의 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치를 이용하여 2차원 투영영상 집합을 획득하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치를 이용하여 투영영상의 변위를 추정하는 과정을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치를 이용하여 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사에 의해 발생하는 동잡음에 따른 투영영상의 변위를 추정하는 과정을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 6은 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생하지 않은 경우, 투영영상의 교차상관에 따른 변위 결과를 도시한 것이다.
도 7은 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생한 경우, 기준 투영영상 및 인접한 투영영상 간의 교차상관에 따른 변위 결과를 도시한 것이다.
도 8은 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생하지 않은 경우, 동잡음 보정을 위한 신호처리 흐름도의 결과를 도시한 것이다.
도 9는 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생한 경우, 동잡음 보정을 위한 신호처리 흐름도의 결과를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 방법의 흐름도를 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an image reconstruction apparatus using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates an example of an X-ray imaging apparatus to which an image reconstruction apparatus using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 3 illustrates an example of acquiring a two-dimensional projection image set using an image reconstruction apparatus using the tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.
4A to 4C illustrate a process of estimating a displacement of a projection image using an image reconstruction apparatus using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a process of estimating displacement of a projection image according to motion noise caused by motion displacement or incomplete scanning of an object using an image reconstruction apparatus using the tomography apparatus according to an embodiment of the present invention. will be.
6 shows a displacement result according to cross-correlation of a projection image when motion displacement or incomplete scanning of the object does not occur.
FIG. 7 shows a displacement result according to cross-correlation between a reference projection image and an adjacent projection image when motion displacement or incomplete scanning of the object occurs.
Fig. 8 shows the result of the signal processing flowchart for the motion noise correction when no motion displacement or incomplete scanning of the object has occurred.
Fig. 9 shows the result of a signal processing flowchart for motion noise correction when motion displacement or incomplete scanning of the object occurs.
10 is a flowchart illustrating a method of reconstructing an image using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, the terms "embodiment," "example," "side," "example," and the like should be construed as advantageous or advantageous over any other aspect or design It does not.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다. Also, the term 'or' implies an inclusive or 'inclusive' rather than an exclusive or 'exclusive'. That is, unless expressly stated otherwise or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the phrase "a" or "an ", as used in the specification and claims, unless the context clearly dictates otherwise, or to the singular form, .

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Furthermore, the terms first, second, etc. used in the specification and claims may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The terminology used herein is a term used for appropriately expressing an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도를 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an image reconstruction apparatus using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)는 기준 투영영상 및 인접한 투영영상을 획득하여 투영영상들의 2차원 투영영상 집합을 획득하고, 획득된 투영영상들 사이의 상관관계를 이용하여 투영영상의 변위를 추정하여 누적 변위를 산출하며, 산출된 누적 변위를 보정한 2차원 투영영상 집합에 영상 재구성 알고리즘을 적용하여 3차원 영상을 재구성한다.Referring to FIG. 1, an apparatus 100 for reconstructing an image using a tomographic apparatus according to an embodiment of the present invention acquires a reference projection image and an adjacent projection image to obtain a two-dimensional projection image set of the projection images, The 3D image is reconstructed by applying the image reconstruction algorithm to the 2D projection image set corrected for the calculated cumulative displacement by estimating the displacement of the projection image using the correlation between images and calculating the cumulative displacement.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)는 투영영상 획득부(110), 변위 추정부(120), 누적변위 산출부(130) 및 3차원 영상 재구성부(140)를 포함한다.To this end, an image reconstruction apparatus 100 using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention includes a projection image acquisition unit 110, a displacement estimation unit 120, a cumulative displacement calculation unit 130, (140).

투영영상 획득부(110)는 회전 중심축에서의 주사(scan)에 따른 기준 투영영상(projection image)을 획득하고, 회전 중심축을 기준으로 주사 각도(scan angle)로 회전한 단위주사각(angular sampling interval)에서의 인접한 투영영상을 획득하여 투영영상들의 2차원 투영영상 집합을 획득한다.The projection image acquiring unit 110 acquires a reference projection image according to a scan on a rotation center axis and acquires an angular sampling rotation angle at a scan angle based on the rotation center axis. interval) of the projected images to acquire a two-dimensional projection image set of the projected images.

상기 주사는 일정한 각도로 투영영상을 순차적으로 얻어내는 과정일 수 있고, 상기 주사 각도는 회전 중심축으로부터 주사장치가 회전한 각도를 일컫을 수 있으며, 상기 단위주사각은 인접한 주사 각도에서 주사에 따른 투영영상을 획득한 후 기설정된 주사 각도로 회전하는 회전량을 일컫을 수 있다. The scanning may be a process of sequentially obtaining a projection image at a certain angle, and the scanning angle may refer to an angle at which the scanning device rotates from the rotation center axis, and the unit scanning angle may be an angle The amount of rotation that rotates at a predetermined scanning angle after acquiring the projection image.

본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 이미징 방법이 적용되는 엑스선 영상장치(주사장치), 즉 본 발명에 따른 엑스선 영상장치의 이미징 방법을 위한 엑스선 영상장치의 일 실시예는 이하의 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.Ray imaging apparatus (scanning apparatus) to which the imaging method of the image reconstruction apparatus 100 using the tomographic apparatus according to the embodiment of the present invention is applied, that is, the X-ray imaging apparatus for imaging the X- The embodiment will be described in detail with reference to Figs. 2 and 3 below.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치를 적용한 엑스선 영상장치의 예를 도시한 것이다.FIG. 2 illustrates an example of an X-ray imaging apparatus to which an image reconstruction apparatus using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.

보다 상세하게는, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치의 이미징 방법을 위해 엑스선을 이용한 콘빔 CT를 이용한 일 실시예를 도시한 것이다.More specifically, FIG. 2 illustrates an embodiment using a cone beam CT using an X-ray for an imaging method of an image reconstruction apparatus using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 엑스선을 이용한 콘빔 CT은 대상체(200)를 중심으로 한쪽에는 엑스선원(x-ray source, 210)을, 그리고 반대쪽에는 면 엑스선 디텍터(2D x-ray detector, 220)를 두고 기설정된 주사 각도의 단위주사각으로 회전하며 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치는 회전되는 단위주사각 각각에서의 투영영상(projection image, 230)를 획득할 수 있다.2, a cone beam CT using an X-ray has an X-ray source 210 on one side of the object 200, and a 2D x-ray detector 220 on the opposite side of the object 200 The image reconstruction apparatus using the tomography apparatus according to the embodiment of the present invention rotates at a unit scan angle of a predetermined scan angle and can acquire a projection image 230 at each rotated unit scan angle.

엑스선원(210)에서 나오는 엑스선(X-ray)은 엑스선원(210) 출구에 설치된 시준기(collimator)에 의해 빔의 크기가 제한될 수 있다(빔의 크기를 제한하는 이유는 촬영하고자 하는 시야각(field of view) 내로만 엑스선 조사를 제한함으로써 대상체에 조사되는 엑스선량(x-ray dose)을 줄이기 위함이다.).The X-ray emitted from the X-ray source 210 may be limited in size by a collimator installed at the exit of the X-ray source 210 (the reason for limiting the size of the beam is the viewing angle field of view) to limit x-ray dose to the object.

엑스선원(210) 및 면 엑스선 디텍터(220)는 회전 운동과 병진 운동이 가능한 구성으로서, 자유도 1의 회전 운동과 자유도 1의 병진 운동(선형 이동)이 가능하며, 엑스선원(210)의 회전중심은 엑스선원(210)의 병진 운동 축(Axis) 상에 존재한다.The X-ray source 210 and the X-ray detector 220 are rotatable and translationally movable. The X-ray source 210 and the X-ray detector 220 are capable of rotational movement of the degree of freedom 1 and translational movement (linear movement) The center of rotation is on the axis of translation Axis of the x-ray source 210.

보다 상세하게는 엑스선원(210)과 면 엑스선 디텍터(220)는 서로 마주하도록 구비되며, 대상체(200)를 중심으로 하여 엑스선원(210) 및 면 엑스선 디텍터(220)가 일정한 속도로 회전할 수 있다. 또한, 엑스선을 이용한 콘빔 CT는 엑스선원(210) 및 면 엑스선 디텍터(220)를 기준으로 대상체(200)를 회전시킴으로써, 대상체(200)에 조사되는 엑스선에 의해 대상체(200) 전체에 대한 투영영상(230)을 획득할 수 있다. More specifically, the X-ray source 210 and the X-ray detector 220 are provided to face each other, and the X-ray source 210 and the X-ray detector 220 can be rotated at a constant speed around the object 200 have. The cone beam CT using the X-ray can be obtained by rotating the object 200 on the basis of the X-ray source 210 and the X-ray detector 220 so that the projection image with respect to the entire object 200 (230).

는 수평방향의 시야각을 의미하고,

는 수직방향의 시야각을 의미하며, 대상체(200)에 대한 단층영상을 재구성하기 위해서는 수평방향 및 수직방향의 시야각에 따른 다양한 각도에서의 투영영상을 획득하여야 하므로, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)는 회전 중심축을 중심으로 엑스선원(210) 및 면 엑스선 디텍터(220)를 일정한 각도(단위주사각)로 이동시키고, 투영영상 획득부(110)를 통해 일정한 각도에 따른 복수의 투영영상들을 획득할 수 있다.

Means a viewing angle in the horizontal direction,

In order to reconstruct a tomographic image with respect to the object 200, it is necessary to acquire a projection image at various angles according to viewing angles in the horizontal direction and the vertical direction. Therefore, in order to reconstruct a tomographic image with respect to the object 200, The image reconstruction apparatus 100 using the apparatus moves the X-ray source 210 and the surface X-ray detector 220 at a predetermined angle (unit square) around the rotation center axis, A plurality of projection images corresponding to the plurality of projection images can be obtained.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치를 이용하여 2차원 투영영상 집합을 획득하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates an example of acquiring a two-dimensional projection image set using an image reconstruction apparatus using the tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 엑스선원(310) 및 면 엑스선 디텍터(320)는 한 쌍을 이루며 대상체(300)를 중심으로 단위주사각(

)에서의 주사를 수행하며, 주사를 위한 회전 중심축(330)은 대상체(300)의 중앙에 위치한다.Referring to FIG. 3, the X-ray source 310 and the X-ray detector 320 form a pair. The X-ray source 310 and the X-

, And the rotation center axis 330 for scanning is located at the center of the object 300. [

예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 투영영상 획득부(110)는 엑스선원(310)에서 조사되어 회전 중심축(330)으로의 엑스선 주사에 따른 기준 투영영상을 획득하고, 회전 중심축(330)에 인접한 주사 각도 및 상기 주사 각도로 회전하는 회전량인 단위주사각(

)에서의 엑스선원(310)에서 조사되어 회전 중심축(330)으로의 엑스선 주사에 따른 인접한 투영영상을 획득할 수 있다. For example, the projection image obtaining unit 110 of the image reconstruction apparatus 100 using the tomographic apparatus according to an embodiment of the present invention irradiates the X-ray source 310 to the X- And calculates a unit scan angle (i.e., a unit scan angle) which is the rotation angle of the scan angle and the scan angle adjacent to the rotation center axis 330

The X-ray source 310 in the X-ray source 310 can acquire an adjacent projection image in accordance with the X-ray scanning on the rotation center axis 330.

또한, 투영영상 획득부(110)는 기준 투영영상 및 단위주사각(

) 각각으로부터 획득된 인접한 투영영상을 포함하는 투영영상들의 2차원 투영영상 집합을 획득할 수 있다. The projection image acquiring unit 110 acquires the reference projection image and the unit main scan (

Dimensional projection image set of the projection images including the adjacent projection images obtained from each of the plurality of projection images.

일반적으로 단위주사각이 작을수록, 즉 투영영상의 수가 많을수록 단층영상의 공간해상도는 좋아지지만 촬영시간이 길어지게 되며 환자가 받는 엑스선량도 늘어나게 된다. 반면, 투영영상의 수가 너무 적으면 영상의 공간해상도가 저하될 뿐만 아니라 줄무늬(streak) 아티팩트(artifact)도 나타나게 되어 단층영상의 가독성(readability)이 저해될 수 있다. 따라서, 투영영상의 수는 일반적으로 1000 이하에서 정해지지만 실시예에 따라서는 그 이상일 수도 있다.Generally, the smaller the unit squareness, that is, the larger the number of projection images, the better the spatial resolution of the tomographic image, but the longer the shooting time and the larger the x-ray dose the patient receives. On the other hand, if the number of projection images is too small, not only the spatial resolution of the image is degraded but also streak artifacts appear, which may hinder the readability of the tomographic image. Therefore, the number of projection images is generally set at 1000 or less, but may be more than that depending on the embodiment.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 변위 추정부(120)는 기준 투영영상 및 인접한 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사에 의한 투영영상의 변위(displacement)를 추정한다.1, a displacement estimator 120 of an image reconstruction apparatus 100 using a tomography apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention estimates a motion of a target object using a correlation between a reference projection image and an adjacent projection image, And estimates the displacement of the projected image by displacement or incomplete scanning.

변위 추정부(120)는 회득된 인접한 투영영상의 수평 방향 및 수직 방향으로의 공간주파수에 대한 2차원 푸리에 변환에 따른 교차상관(cross-correlation)의 값으로부터 투영영상들 사이의 변위를 추정할 수 있다.The displacement estimation unit 120 can estimate the displacement between the projection images from the value of the cross-correlation according to the two-dimensional Fourier transform on the spatial frequency in the horizontal direction and the vertical direction of the obtained adjacent projection image have.

보다 상세하게는, 변위 추정부(120)는 기준 투영영상 및 인접한 투영영상을 포함하는 투영영상들의 변위가 같을 경우, 교차상관의 값은 최대값을 가지므로 상기 2차원 푸리에 변환에 따른 교차상관의 값이 최대값이 되는 변위량에 의해 상기 투영영상들 사이의 변위를 추정할 수 있다.More specifically, when the displacements of the projection images including the reference projection image and the adjacent projection images are the same, the value of the cross-correlation is the maximum value, so that the displacement estimation unit 120 calculates the cross- The displacement between the projection images can be estimated by a displacement amount having a maximum value.

이하에서는 도 4a 내지 도 4c, 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)를 이용하여 투영영상의 변위를 추정하는 과정을 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, a process of estimating the displacement of a projection image using the image reconstruction apparatus 100 using the tomography apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4C and FIG.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치를 이용하여 투영영상의 변위를 추정하는 과정을 설명하기 위해 도시한 것이다.4A to 4C illustrate a process of estimating a displacement of a projection image using an image reconstruction apparatus using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)는 제1 엑스선원(410a)에서 조사되는 엑스선이 대상체(400)의 중앙에 위치한 회전 중심축(430)을 지나 제1 면 엑스선 디텍터(420a)에 투영되어 생성되는 기준 투영영상을 획득한다. 4A, an image reconstruction apparatus 100 using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention includes an X-ray source 410a for irradiating an X- To obtain a reference projection image generated by being projected on the first-surface X-ray detector 420a.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)는 제1 엑스선원(410a)를 기준으로 회전 중심축(430)에 인접한 주사 각도로 회전하는 회전량인 단위주사각(440)에 기반하여 이동된 제2 엑스선원(410a)로부터 회전 중심축(430)에서의 주사에 따른 제2 면 엑스선 디텍터(420b)로부터 인접한 투영영상을 획득한다.In addition, the image reconstruction apparatus 100 using the tomography apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a first X-ray source 410a, a first X-ray source 410a, From the second X-ray source 410a moved based on the second X-ray detector 440, the adjacent projection image from the second X-ray detector 420b according to the scan at the rotation center axis 430.

이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 변위 추정부(120)는 제1 엑스선원(410a)을 기준으로 획득된 기준 투영영상과, 제2 엑스선원(420a)으로부터 획득된 인접한 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 대상체(400)의 움직임 변위 또는 불완전 주사에 의한 동잡음에 따른 투영영상의 변위를 추정할 수 있다. Accordingly, the displacement estimation unit 120 of the image reconstruction apparatus 100 using the tomographic apparatus according to the embodiment of the present invention can estimate the displacement of the reference projection image based on the first X-ray source 410a, The displacement of the projection image due to the motion displacement of the object 400 or the motion noise due to incomplete scanning can be estimated by using the correlation between the adjacent projection images obtained from the image 420a.

또한 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)는 제2 엑스선원(410b)에서 회전 중심축(430)에 인접한 주사 각도로 회전하여 이동된 제3 엑스선원(410c)으로부터 회전 중심축(430)에서의 주사에 따른 제3 면 엑스선 디텍터(420c)로부터 인접한 투영영상을 획득한다.4B, the image reconstruction apparatus 100 using the tomography apparatus according to an embodiment of the present invention includes a second X-ray source 410b that rotates at a scanning angle adjacent to the rotation center axis 430, And acquires an adjacent projection image from the third X-ray detector 420c according to the scan at the rotation center axis 430 from the 3 X-ray source 410c.

제3 엑스선원(410c)는 제1 엑스선원(410a)으로부터 회전 중심축(430)을 기준으로 기설정된 주사 각도로 회전하는 회전량인 단위주사각(450)에 기반하여 이동될 수 있다.The third X-ray source 410c can be moved based on the unit scan angle 450, which is the amount of rotation that rotates from the first X-ray source 410a at a predetermined scanning angle with respect to the rotation center axis 430. [

이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 변위 추정부(120)는 제1 엑스선원(410a)을 기준으로 획득된 기준 투영영상과, 제3 엑스선원(420c)으로부터 획득된 인접한 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 대상체(400)의 움직임 변위 또는 불완전 주사에 의한 동잡음에 따른 투영영상의 변위를 추정할 수 있다.Accordingly, the displacement estimating unit 120 of the image reconstruction apparatus 100 using the tomographic apparatus according to the embodiment of the present invention calculates the displacement of the third X-ray source 410a based on the reference projection image obtained on the basis of the first X- The displacement of the projection image according to the motion displacement of the object 400 or the motion noise due to incomplete scanning can be estimated using the correlation between the adjacent projection images obtained from the image 420c.

또한 도 4c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)는 제3 엑스선원(410c)에서 회전 중심축(430)에 인접한 주사 각도로 회전하여 이동된 제4 엑스선원(410d)으로부터 회전 중심축(430)에서의 주사에 따른 제4 면 엑스선 디텍터(420d)로부터 인접한 투영영상을 획득한다.Referring to FIG. 4C, the apparatus for reconstructing an image 100 using the tomography apparatus according to an embodiment of the present invention includes a third X-ray source 410c, From the fourth X-ray source 410d, the adjacent projection image from the fourth surface-side X-ray detector 420d according to the scan at the rotation center axis 430. [

제 4 엑스선원은(410d)는 제1 엑스선원(410a)으로부터 회전 중심축(430)을 기준으로 기설정된 주사 각도로 회전하는 회전량인 단위주사각(460)에 기반하여 이동될 수 있다.The fourth X-ray source 410d may be moved based on the unit scan angle 460, which is the amount of rotation that rotates from the first X-ray source 410a at a predetermined scanning angle with respect to the rotation center axis 430. [

이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 변위 추정부(120)는 제1 엑스선원(410a)을 기준으로 획득된 기준 투영영상과, 제4 엑스선원(420d)으로부터 획득된 인접한 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 대상체(400)의 움직임 변위 또는 불완전 주사에 의한 동잡음에 따른 투영영상의 변위를 추정할 수 있다.Accordingly, the displacement estimation unit 120 of the image reconstruction apparatus 100 using the tomographic apparatus according to the embodiment of the present invention calculates the displacement of the fourth X-ray source 410a based on the reference projection image obtained on the basis of the first X-ray source 410a, The displacement of the projected image due to the motion displacement of the object 400 or the motion noise due to the incomplete scan can be estimated using the correlation between adjacent projection images obtained from the image 420d.

이하에서는 획득된 투영영상들 사이의 상관관계에 기반하여 투영영상의 변위를 추정하는 방법을 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, a method of estimating the displacement of the projection image based on the correlation between the obtained projection images will be described in detail.

본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 투영영상 획득부(110)는 크기가 같은 두 개의 투영영상인 f(x,y) 및 g(x,y)을 획득할 수 있다. 여기서, 상기 g(x,y)의 투영영상은 f(x,y)를 (α,β) 만큼 변위한 투영영상일 수 있으며, g(x,y)=f(x-α,y-β)로 나타낼 수 있다.The projection image acquiring unit 110 of the image reconstruction apparatus 100 using the tomographic apparatus according to the embodiment of the present invention acquires two projection images f (x, y) and g (x, y) having the same size can do. Here, the projection image of g (x, y) may be a projection image in which f (x, y) is displaced by (?,?) And g (x, y) = f ).

이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 변위 추정부(120)는 두 투영영상(f(x,y) 및 g(x,y))의 교차상관(cross correlation,

)의 값을 추정할 수 있으며, 교차상관은 하기의 [수식 1]로부터 정의될 수 있다. Accordingly, the displacement estimation unit 120 of the image reconstruction apparatus 100 using the tomographic apparatus according to the embodiment of the present invention calculates the cross-correlation of two projection images f (x, y) and g (x, y) (cross correlation,

), And the cross-correlation can be defined from the following [Expression 1].

[수식 1][Equation 1]

(여기서, F(u,v) 및 G(u,v)는 각각 f(x,y) 및 g(x,y)의 2차원 푸리에(fourier) 변환을 나타내며, u 및 v는 수평방향 및 수직방향으로의 공간주파수를 의미한다.Where u and v represent the two-dimensional fourier transform of f (x, y) and g (x, y), respectively, Quot; direction "

또한, M 및 N은 f(x,y) 및 g(x,y)의 수평방향 및 수직방향으로의 화소 수를 나타내고, *는 복소수의 공액(conjugate)을 의미한다.)M and N denote the number of pixels in the horizontal direction and the vertical direction of f (x, y) and g (x, y), and * denotes a conjugate of a complex number.

하기의 [수식 2]에 기반하여, 변위 추정부(120)는 [수식 1]에서 상관관계 절대값의 자승을 최대로 하는 (x₀, y₀)을 산출하여 두 투영영상 사이의 변위(α,β)를 추정할 수 있다. Based on the following Expression 2, the displacement estimation unit 120 calculates (x ₀ , y ₀ ) which maximizes the square of the absolute value of correlation in Expression 1 and calculates the displacement α , β) can be estimated.

[수식 2][Equation 2]

상기 교차상관의 값은 두 투영영상이 같은 경우 최대값을 가지므로 f(x,y)의 투영영상을 (α,β)만큼 변위할 때 교차상관 값은 최대가 될 수 있다. 따라서, 2차원 교차상관

을 산출한 후 교차상관의 값의 최대값인 (x₀, y₀)을 획득하여 변위(α,β)를 추정할 수 있다. The value of the cross-correlation has a maximum value when the two projection images are equal to each other, so that the cross-correlation value can be maximized when displacing the projection image of f (x, y) by (?,?). Therefore,

(X ₀ , y ₀ ), which is the maximum value of the cross-correlation values, and then estimates the displacements (α, β).

[수식 1]을 이용한 교차상관의 값은 공간영역에서 획득할 수 있고, 공간주파수영역에서도 획득할 수 있다. 통상 공간영역에서의 계산량보다 공간주파수영역에서 계산하는 것이 산출 속도가 빠르므로, 두 투영영상의 2차원 푸리에 변환은 FFT(Fast Fourier Transform) 알고리즘을 이용하여 고속으로 연산할 수 있다.The value of the cross-correlation using [Equation 1] can be acquired in the spatial domain and can be acquired in the spatial frequency domain. Since the computation speed in the spatial frequency domain is faster than the computation amount in the normal spatial domain, the two-dimensional Fourier transform of the two projection images can be computed at high speed using an FFT (Fast Fourier Transform) algorithm.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 변위 추정부(120)는 전술한 방식으로 두 투영영상의 변위(x₀, y₀)를 획득한 경우, g(x,y)의 인접한 투영영상으로부터 기준 투영영상인 f(x,y)를 하기의 [수식 3]으로부터 추정할 수 있다.When the displacement estimator 120 of the image reconstruction apparatus 100 using the tomographic apparatus according to the present invention acquires the displacements (x ₀ , y ₀ ) of the two projection images in the above-described manner, g (x, y) from the adjacent projection image of (x, y) can be estimated from the following equation (3).

[수식 3][Equation 3]

[수식 3]에서 IFT는 역푸리에 변환(Inverse Fourier Transform)을 나타내며, 푸리에 변환과 마찬가지로 역푸리에 변환도 FFT 알고리즘을 이용하여 고속으로 연산될 수 있다. In Equation (3), IFT denotes an inverse Fourier transform, and the inverse Fourier transform can be computed at high speed using an FFT algorithm as in the Fourier transform.

[수식 3]을 사용하면 변위량(x₀, y₀)이 한 화소의 크기보다 작더라도 영상을 정확하게 공간 이동할 수 있다. 변위량이 한 화소의 크기보다 작은 경우, 공간이동을 공간영역에서 수행하기 위해서는 서브 픽셀(sub-pixel) 수준의 공간 이동을 위한 영상의 보간(interpolation)이 필요하며 보간 작업을 수행하는데 연산이 많이 수행된다. 그러나, [수식 3]을 이용하면 공간주파수 영역에서 연산을 수행함으로써 연산시간을 크게 단축시킬 수 있다.Using Equation (3), the image can be accurately moved even if the amount of displacement (x ₀ , y ₀ ) is smaller than the size of one pixel. If the displacement is smaller than the size of one pixel, interpolation of the image for spatial movement at the sub-pixel level is required in order to perform spatial motion in the spatial domain. do. However, if [Equation 3] is used, the calculation time can be greatly shortened by performing the calculation in the spatial frequency domain.

실시예에 따라서, 주사를 하는 동안 대상체의 움직임 또는 불완전 주사에 의한 오류가 없다면 인접한 주사 각도에서의 두 투영영상(

및

)은 형상에 있어서 큰 차이가 없다. 이에 따라서, 인접한 두 투영영상 간 교차상관의 값을 최대로 하는 변위량은 하기의 [수식 4]와 같이 거의 (0,0)에 가깝게 산출될 수 있다. According to an embodiment, if there is no error due to motion or incomplete scanning of the object during the scan, two projection images at adjacent scan angles

And

) Are not significantly different in shape. Accordingly, the amount of displacement that maximizes the value of the cross-correlation between two adjacent projection images can be calculated close to (0, 0) as shown in the following equation (4).

[수식 4][Equation 4]

(기본적으로 투영영상은 면 엑스선 디텍터 상의 좌표에서 고려해야 하므로, [수식 4]에서 (x,y) 대신 면 엑스선 디텍터 상에서의 좌표인 (s,t)를 사용하였다.)(Basically, since the projected image must be considered in the coordinates on the surface x-ray detector, the coordinates (s, t) on the surface x-ray detector are used instead of (x, y)

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치를 이용하여 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사에 의해 발생하는 동잡음에 따른 투영영상의 변위를 추정하는 과정을 설명하기 위해 도시한 것이다.5 is a flowchart illustrating a process of estimating displacement of a projection image according to motion noise caused by motion displacement or incomplete scanning of an object using an image reconstruction apparatus using the tomography apparatus according to an embodiment of the present invention. will be.

도 5를 참조하면, 주사를 하는 동안 대상체의 움직임이 발생하는 경우 주사에 따른 면 엑스선 디텍터(500)로부터 기준 투영영상(501) 대비 변위가 발생한 투영영상(502)이 획득될 수 있다.Referring to FIG. 5, when a motion of a target occurs during scanning, a projection image 502 in which displacement occurs relative to the reference projection image 501 from the plane X-ray detector 500 according to scanning can be obtained.

변위가 발생한 투영영상(502)은 수평방향으로

및 수직방향으로

의 변위가 발생하였으며, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)는 기준 투영영상(

, 501)과 변위가 발생한 투영영상(

, 502) 사이의 교차상관의 값을 획득하기 위해 [수식 1] 내지 [수식 3]을 활용한 하기의 [수식 5]을 이용하여 두 투영영상들의 변위량(

,

)을 추정할 수 있다.The projection image 502 in which the displacement occurs is horizontally

And vertically

And the image reconstruction apparatus 100 using the tomographic apparatus according to the embodiment of the present invention generates a reference projection image

, 501) and a projection image (

, 502) using the following Equation (5) using Equations (1) to (3) to obtain the value of the cross correlation between the two projection images

,

) Can be estimated.

[수식 5][Equation 5]

(여기서, P_i-1(u,v) 및 P_i(u,v)는 각각

및

의 푸리에 변환을 의미한다.) _{(Where, P i-1 (u,} v) and P _i (u, v) are each

And

Quot; Fourier transform "

다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치(100)의 누적변위 산출부(130)는 기준 투영영상을 기준으로 추정된 투영영상의 변위에 따른 수평 방향 및 수직 방향으로의 누적 변위를 산출한다.1, a cumulative displacement calculation unit 130 of an image reconstruction apparatus 100 using a tomography apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention calculates a cumulative displacement of a reference image based on a horizontal direction And the cumulative displacement in the vertical direction.

누적변위 산출부(130)는 기준 투영영상을 기준으로 투영영상들 사이의 상관관계에 기반하여 획득된 투영영상들의 변위량을 합산하여 누적 변위를 산출할 수 있다.The cumulative displacement calculation unit 130 may calculate the cumulative displacement by summing the displacement amounts of the projection images obtained based on the correlation between the projection images with reference to the reference projection image.

예를 들면, 누적변위 산출부(130)는 회전 중심축에서의 주사에 따라 획득된 기준 투영영상과, 단위주사각에서의 획득된 인접한 투영영상들 사이의 추정된 변위를 첫 번째 투영영상인 기준 투영영상을 기준으로 누적 변위를 산출할 수 있다.For example, the cumulative displacement calculation unit 130 may calculate the estimated displacement between the reference projection image obtained in accordance with the scan on the rotation center axis and the adjacent projection images obtained in the unit scan direction as a reference The cumulative displacement can be calculated based on the projection image.

실시예에 따라서, 기준 투영영상 및 인접한 투영영상 사이의 변위(

,

)를 모든 투영영상에 대하여 획득한 뒤, 수평 방향 및 수직 방향으로의 누적 변위를 하기의 [수식 6]을 이용하여 산출할 수 있다.Depending on the embodiment, the displacement between the reference projection image and the adjacent projection image

,

) Can be obtained for all the projection images, and the cumulative displacements in the horizontal direction and the vertical direction can be calculated using the following equation (6).

[수식 6][Equation 6]

(여기서, k는 투영영상들 사이의 변위량을 의미한다.)(Where k denotes the amount of displacement between projection images).

3차원 영상 재구성부(140)는 산출된 누적 변위를 2차원 투영영상 집합에 적용하여 보정한 투영영상 집합을 획득하고, 보정된 투영영상 집합에 대하여 영상 재구성 알고리즘을 적용하여 3차원 영상을 재구성(reconstruction)한다.The 3D reconstruction unit 140 obtains a corrected projection image set by applying the calculated cumulative displacement to the 2D projection image set and reconstructs the 3D image by applying an image reconstruction algorithm to the corrected projection image set reconstruction.

3차원 영상 재구성부(140)는 투영영상들의 푸리에 변환에 공간이동을 반영하는 조화함수를 곱한 뒤, 푸리에 역변환을 수행하여 보정된 투영영상 집합을 획득할 수 있다.The 3D image reconstruction unit 140 may multiply the Fourier transform of the projection images by a harmonic function reflecting the spatial motion, and then perform the Fourier inverse transform to obtain the corrected projection image set.

예를 들면, 3차원 영상 재구성부(140)는 산출된 누적 변위량을 이용하여 2차원 투영영상 집합({p_i(s,t)})의 누적 변위를 보정한 투영영상 집합(

)을 하기의 [수식 7]로부터 산출할 수 있다.For example, the three-dimensional image reconstruction unit 140 reconstructs a projection image set ({p _i (s, t)}) in which the cumulative displacement of the two-dimensional projection image set {

) Can be calculated from the following equation (7).

[수식 7][Equation 7]

이에 따라서, 3차원 영상 재구성부(140)는 [수식 7]로부터 산출된 투영영상 집합(

)에 영상 재구성 알고리즘을 적용함으로써, 동잡음이 감소된 3차원 영상을 재구성할 수 있다. Accordingly, the 3D image reconstruction unit 140 reconstructs the projection image set ([

), It is possible to reconstruct a three-dimensional image with reduced motion noise.

실시예에 따라서 영상 재구성 알고리즘은 보정된 투영영상 집합에 공간 필터링(spatial filtering)한 후 역투영(filtered back-projection)하는 방법일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the image reconstruction algorithm may be a method of performing spatial filtering on a corrected projection image set and then filtering back-projection.

또한, 영상 재구성 알고리즘으로는 OSC 알고리즘(Ordered Subsets Convex Algorithm)과 같은 블록 반복 재구성 기술(Block-iterative Reconstruction Technique) 등이 있으며, 보다 구체적인 예로는 CT(컴퓨터 단층촬영)에서의 영상 재구성 기술이 적용될 수 있다.In addition, the image reconstruction algorithm includes a block-iterative reconstruction technique such as an OSC algorithm (Ordered Subsets Convex Algorithm), and more specifically, an image reconstruction technique in CT (computed tomography) can be applied have.

3차원 영상 재구성부(140)는 보정된 투영영상 집합을 기반으로 수평 방향 및 수직 방향의 좌표 값, 및 단위주사각으로 회전한 수를 이용하여 대상체 내에서의 3차원 공간좌표를 획득하여 영상을 재구성할 수 있다.The three-dimensional image reconstruction unit 140 acquires the three-dimensional spatial coordinates in the object using the coordinate values in the horizontal and vertical directions and the number rotated in the unit square direction based on the corrected projection image set, Can be reconstructed.

예를 들어, 3차원 영상 재구성부(140)는 변위 추정부(120)로부터 추정된 2차원 투영영상 집합({p_i(s,t)})으로부터 대상체 내에서의 3차원 공간좌표(f(x,y,z))에 따른 대상체 영상을 획득할 수 있다.For example, the three-dimensional image reconstructing unit 140 reconstructs the three-dimensional spatial coordinates f ( _i , s) in the object from the two-dimensional projection image set {p _i (s, t)} estimated from the displacement estimating unit 120. x, y, z)).

상기 2차원 투영영상 집합에서, s 및 t는 면 엑스선 디텍터에서 수평 방향 및 수직 방향으로의 좌표를 의미하고, i는 단위주사각으로 회전한 수를 의미한다. 즉, 단위주사각을

라 할 때, i번째 회전에서 단위주사각은

이 될 수 있고,

일 수 있다. In the above two-dimensional projection image set, s and t mean the coordinates in the horizontal direction and the vertical direction in the surface X-ray detector, and i means the number rotated by the unit square. That is,

, The unit square angle in the i th rotation is

Lt; / RTI >

도 6은 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생하지 않은 경우, 투영영상의 교차상관에 따른 변위 결과를 도시한 것이다.6 shows a displacement result according to cross-correlation of a projection image when motion displacement or incomplete scanning of the object does not occur.

보다 상세하게는, 도 6는 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생하지 않은 경우, 기준 투영영상과 인접한 투영영상을 포함한 2차원 투영영상 집합의 교차상관에 따른 변위 결과를 도시한 것으로서, 수평축은 주사의 순서인 단위주사각(

)에서 i를 나타내며, 수직축은 화소 크기 단위로 표시된 수직 변위를 나타낸다.More specifically, FIG. 6 shows displacement results according to cross-correlation of a two-dimensional projection image set including a projection image adjacent to a reference projection image in the case where no motion displacement or incomplete scanning of the object occurs, The unit square of the order (

), And the vertical axis represents the vertical displacement indicated by the pixel size unit.

실시예에 따른 주사 수는 360일 수 있으며, 일 회전 당 360 개의 투영영상을 나타낼 수 있다.The number of scans according to the embodiment may be 360, and 360 projected images may be displayed per rotation.

도 6을 참조하면, 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생하지 않은 경우, 기준 투영영상과 인접한 투영영상 사이의 주사 각도는 형상에 있어서 큰 차이가 발생하지 않으므로, 두 투영영상 간 교차상관의 값을 최대로 하는 변위량은 거의 0 근처에 머물러 있는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, when there is no motion displacement or incomplete scanning of the object, the scanning angle between the reference projection image and the adjacent projection image does not vary greatly in shape, so the value of the cross- It can be seen that the maximum amount of displacement stays close to zero.

도 7은 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생한 경우, 기준 투영영상 및 인접한 투영영상 간의 교차상관에 따른 변위 결과를 도시한 것이다.FIG. 7 shows a displacement result according to cross-correlation between a reference projection image and an adjacent projection image when motion displacement or incomplete scanning of the object occurs.

보다 상세하게는, 도 7의 수평축은 주사의 순서인 단위주사각(

)에서 i를 나타내며, 수직축은 화소 크기 단위로 표시된 수직 변위를 나타낸다.More specifically, the horizontal axis of FIG. 7 indicates the unit scan angle

실시예에 따른 주사 수는 450일 수 있으며, 일 회전 당 450 개의 투영영상을 나타낼 수 있다.The number of scans according to the embodiment may be 450, and 450 projected images per one rotation may be displayed.

도 7을 참조하면, 촬영 중간단계의 약 250회차 주사 근처에서 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be confirmed that a motion displacement or an incomplete scan of the object has occurred in the vicinity of about 250 times of the scanning in the mid-shooting stage.

도 8은 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생하지 않은 경우, 동잡음 보정을 위한 신호처리 흐름도의 결과를 도시한 것이다. Fig. 8 shows the result of the signal processing flowchart for the motion noise correction when no motion displacement or incomplete scanning of the object has occurred.

보다 상세하게는 도 8은 도 6에 도시된 변위에 대한 누적 변위를 나타낸다. 누적 변위는 변위보다 크게 나타나게 되며 도 8의 경우, 누적 변위는 약 -0.5 내지 약 0.5 화소 크기 정도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.More specifically, FIG. 8 shows the cumulative displacement for the displacement shown in FIG. The cumulative displacement is larger than the displacement. In the case of FIG. 8, the cumulative displacement is about -0.5 to about 0.5 pixel size.

도 8에 도시된 바와 같이, 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생하지 않은 경우에도 교차상관에 따른 변위 및 누적 변위가 미세한 수준으로 나타나는 것을 확인할 수 있는데, 이는 두 투영영상의 주사 각도가 동일하지 않으므로 투영영상 또한 완전히 같지 않기 때문에 발생할 수 있다. As shown in FIG. 8, even when no motion displacement or incomplete scanning of the object has occurred, it can be confirmed that the displacement and the cumulative displacement due to the cross correlation appear at a fine level because the scanning angles of the two projection images are not the same Projection images can also occur because they are not exactly equal.

도 9는 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생한 경우, 동잡음 보정을 위한 신호처리 흐름도의 결과를 도시한 것이다.Fig. 9 shows the result of a signal processing flowchart for motion noise correction when motion displacement or incomplete scanning of the object occurs.

보다 상세하게는 도 9는 도 7에 도시된 변위에 대한 누적 변위를 나타낸다. 누적 변위는 약 -3 내지 약 2 화소 크기 정도를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사가 발생하지 않은 경우와 비교하여 누적 변위는 약 5배 정도의 크기를 나타내는 것을 알 수 있다.More specifically, FIG. 9 shows the cumulative displacement for the displacement shown in FIG. It can be seen that the cumulative displacement is about -3 to about 2 pixels in size and that the cumulative displacement is about 5 times larger than the case where no motion displacement or incomplete scanning of the object occurs.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 방법의 흐름도를 도시한 것이다.10 is a flowchart illustrating a method of reconstructing an image using a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 단계 1010에서 회전 중심축에서의 주사(scan)에 따른 기준 투영영상(projection image)을 획득하고, 회전 중심축에 인접한 주사 각도(acan angle) 및 단위주사각(angular sampling interval)에서의 인접한 투영영상을 획득하여 투영영상들의 2차원 투영영상 집합을 획득한다.Referring to FIG. 10, in step 1010, a reference projection image according to a scan on the rotation center axis is obtained, and a scan angle (acan angle) and an angular sampling interval ) To acquire a two-dimensional projection image set of the projection images.

단계 1020에서 기준 투영영상 및 인접한 투영영상 사이의 상관관계를 이용하여 대상체의 움직임 변위 또는 불완전 주사에 의한 투영영상의 변위(displacement)를 추정한다.In step 1020, the displacement of the target object or the displacement of the projection image due to incomplete scanning is estimated using the correlation between the reference projection image and the adjacent projection images.

단계 1020은 획득된 인접한 투영영상의 수평 방향 및 수직 방향으로의 공간주파수에 대한 2차원 푸리에 변환에 따른 교차상관(cross-correlation)으로부터 투영영상들 사이의 변위를 추정하는 단계일 수 있다.Step 1020 may be a step of estimating the displacement between the projection images from the cross-correlation according to the two-dimensional Fourier transform on the spatial frequency in the horizontal direction and the vertical direction of the obtained adjacent projection image.

보다 상세하게는, 단계 1020은 2차원 푸리에 변환에 따른 교차상관의 값이 최대값이 되는 변위량에 의해 투영영상들 사이의 변위를 추정하는 단계일 수 있다.More specifically, step 1020 may be a step of estimating a displacement between the projection images by a displacement amount at which the value of the cross-correlation according to the two-dimensional Fourier transform becomes a maximum value.

단계 1030에서 기준 투영영상을 기준으로 추정된 투영영상의 변위에 따른 수평 방향 및 수직 방향으로의 누적 변위를 산출한다.In step 1030, the cumulative displacement in the horizontal and vertical directions is calculated according to the displacement of the projection image estimated based on the reference projection image.

단계 1030은 기준 투영영상을 기준으로 투영영상들 사이의 상관관계에 기반하여 획득된 투영영상들의 변위량을 합산하여 누적 변위를 산출하는 단계일 수 있다. Step 1030 may be a step of calculating the cumulative displacement by summing displaced amounts of the projection images obtained based on the correlation between the projection images with reference to the reference projection image.

단계 1040에서 산출된 누적 변위를 이용하여 2차원 투영영상 집합의 동잡음을 보정한다.The motion noise of the two-dimensional projection image set is corrected using the cumulative displacement calculated in step 1040.

단계 1050에서 보정된 2차원 투영영상 집합에 대하여 영상 재구성 알고리즘을 적용하여 3차원 영상을 재구성한다.In step 1050, an image reconstruction algorithm is applied to the corrected two-dimensional projection image set to reconstruct the three-dimensional image.

단계 1050은 보정된 2차원 투영영상 집합을 기반으로 수평 방향 및 수직 방향의 좌표 값, 및 단위주사각으로 회전한 수를 이용하여 대상체 내에서의 3차원 공간좌표를 획득하는 단계일 수 있다.Step 1050 may be a step of acquiring three-dimensional spatial coordinates in the object using the coordinate values in the horizontal and vertical directions and the number rotated in the unit square direction based on the corrected two-dimensional projection image set.

또한, 단계 1050은 보정된 2차원 투영영상 집합에 공간 필터링(spatial filtering)한 뒤 역투영(filtered back-projection)하여 획득된 3차원 공간좌표로부터 대상체 영상을 재구성하는 단계일 수 있다.Also, step 1050 may be a step of reconstructing the object image from the three-dimensional spatial coordinates obtained by performing spatial filtering on the corrected two-dimensional projection image set and then filtering back-projection.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

100: 단층촬영장치를 이용한 영상 재구성 장치
110: 투영영상 획득부
120: 변위 추정부
130: 누적변위 산출부
140: 3차원 영상 재구성부
200, 300, 400: 대상체
210, 310, 410: 엑스선원
220, 320, 420, 500: 면 엑스선 디텍터
230: 투영영상
501: 기준 투영영상
502: 변위가 발생한 투영영상100: Image reconstruction device using tomography
110: Projection image acquiring unit
120: Displacement estimating unit
130: Cumulative displacement calculation unit
140: 3D image reconstruction unit
200, 300, 400: object
210, 310, 410: X-ray source
220, 320, 420, 500: Surface X-ray detector
230: Projection image
501: reference projection image
502: Projection image with displacement

Claims

The method includes acquiring a projection image according to a scan on a rotation center axis and acquiring an adjacent projection image in an angular sampling interval rotated at a scan angle with respect to the rotation center axis, A projection image acquiring unit acquiring a two-dimensional projection image set of the projection images;
A displacement estimator for estimating a displacement of the projection image due to the motion displacement or incomplete scanning of the object using the correlation between the reference projection image and the adjacent projection image;
A cumulative displacement calculation unit for calculating a cumulative displacement in a horizontal direction and a vertical direction according to the displacement of the estimated projection image with reference to the reference projection image; And
Dimensional image reconstruction unit for reconstructing a three-dimensional image by obtaining a projection image set in which the calculated cumulative displacement is corrected in the two-dimensional projection image set, and applying an image reconstruction algorithm to the corrected projection image set, Including,
The 3D image reconstruction unit
The Fourier transform of the projection images is multiplied by a harmonic function reflecting the spatial movement, and the inverse Fourier transform is performed to obtain the corrected projection image set
Image reconstruction device using tomography.

The method according to claim 1,
The displacement estimation unit
And estimating a displacement between the projection images from a cross-correlation according to a two-dimensional Fourier transform on the spatial frequency in the horizontal direction and the vertical direction of the obtained adjacent projection images. .

3. The method of claim 2,
The displacement estimation unit
Wherein a displacement between the projection images is estimated by a displacement amount at which a value of a cross-correlation according to the two-dimensional Fourier transform becomes a maximum value.

The method according to claim 1,
The cumulative displacement calculation unit
Wherein the cumulative displacement is calculated by summing displacement amounts of the projection images obtained based on the correlation between the projection images with reference to the reference projection image.

delete

The method according to claim 1,
The 3D image reconstruction unit
Dimensional reconstructed images obtained by acquiring three-dimensional spatial coordinates of the object using the horizontal and vertical coordinate values based on the corrected projection image set and the number rotated by the unit square angle, Device.

The method according to claim 6,
The 3D image reconstruction unit
And reconstructs the object image from the obtained three-dimensional spatial coordinates by filtering back-projecting the object after spatial filtering the corrected projection image set.

The method according to claim 1,
The unit square angle
Wherein the image reconstruction unit is configured to acquire a projection image according to the scan at the adjacent scan angle and then rotate at a predetermined scan angle.

A method of operating an image reconstruction apparatus using a tomographic imaging apparatus,
The method includes acquiring a projection image according to a scan on a rotation center axis and acquiring an adjacent projection image in an angular sampling interval rotated at a scan angle with respect to the rotation center axis, Acquiring a two-dimensional projection image set of the projection images;
Estimating displacement of a projected image by motion displacement or incomplete scanning of a target object using a correlation between the reference projection image and the adjacent projection image;
Calculating a cumulative displacement in a horizontal direction and a vertical direction according to the displacement of the estimated projection image with reference to the reference projection image;
Correcting the motion noise of the two-dimensional projection image set using the calculated cumulative displacement; And
And reconstructing a three-dimensional image by applying an image reconstruction algorithm to the corrected two-dimensional projection image set,
Wherein the step of correcting the motion noise of the two-
Multiplying the Fourier transform of the projection images by a harmonic function that reflects the spatial movement, performing Fourier inverse transform to obtain the corrected projection image set
And a reconstruction method using the tomographic apparatus.

10. The method of claim 9,
The step of estimating the displacement of the projection image
An image reconstruction method using a tomography apparatus for estimating a displacement between the projection images from a cross-correlation according to a two-dimensional Fourier transform on the spatial frequency in the horizontal direction and the vertical direction of the obtained adjacent projection images .

11. The method of claim 10,
The step of estimating the displacement of the projection image
And estimating a displacement between the projection images by a displacement amount at which a value of a cross-correlation according to the two-dimensional Fourier transform becomes a maximum value.

10. The method of claim 9,
The step of calculating the cumulative displacement
And calculating the cumulative displacement by summing displacement amounts of the projection images obtained based on the correlation between the projection images with reference to the reference projection image.

10. The method of claim 9,
The step of reconstructing the three-dimensional image
Dimensional coordinate system for a target object by using the coordinate values in the horizontal direction and the vertical direction based on the corrected two-dimensional projection image set, and the number rotated by the unit square angle, and reconstructing the image Image reconstruction method.

14. The method of claim 13,
The step of reconstructing the three-dimensional image
Dimensional spatial coordinate of the target object image by spatial filtering the corrected two-dimensional projection image set and filtering back-projection the reconstructed object image from the obtained three-dimensional spatial coordinate.