KR101799399B1 - 디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법 - Google Patents

디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 디지털 단층영상합성 시스템에서, X선관이 제한된 촬영 각도를 움직이며 획득한 투영데이터로 3차원 영상재구성시, 이분검색방법(Bi-section search method)을 적용하여, 재구성 시간을, 기존방식과 비교하여, 기하급수적으로 단축시킴으로써, 빠른 시간에 재구성 된 단면영상을 확인하여 진단을 빠르게 할 수 있게 하는, 디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법에 관한 것이다.
본 발명은 X선을 조사하는 X선관, 복수의 단층영상합성용(트모신세시스용) 단층 화상을 검출하는 검출기,복수의 단층영상합성용 단층 화상을 재구성하여 X-선 투영 영상을 생성하는 화상처리부를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법에 있어서, X-ray가 검출기에 도달한 가상의 지점을 x좌표와 y좌표로 나눌때의 x좌표에 대해서 화상처리부는 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 x좌표를 연산하는 x좌표 연산단계; X-ray가 검출기에 도달한 가상의 지점을 x좌표와 y좌표로 나눌때의 y좌표에 대해서 화상처리부는 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 y좌표를 연산하는 y좌표 연산단계; x좌표연산단계에서 구하여진 검출기 상의 X-ray의 x좌표와, y좌표연산단계에서 구하여진 검출기 상의 X-ray의 y좌표를 적용하여, 최종 좌표를 도출하는 것을 특징으로 한다.

Description

디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법{Image reconstruction method using bi-section search method in DTS}
본 발명은, 디지털 단층영상합성 시스템에서, X선관이 제한된 촬영 각도를 움직이며 획득한 투영데이터로 3차원 영상재구성시, 이분검색방법(Bi-section search method)을 적용하여, 재구성 시간을, 기존방식과 비교하여, 기하급수적으로 단축시킴으로써, 빠른 시간에 재구성 된 단면영상을 확인하여 진단을 빠르게 할 수 있게 하는, 디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법에 관한 것이다.
디지털 단층영상합성 시스템 (Digital tomosynthesis system, DTS)은, 도 1에서와 같이, X선관이 제한된 촬영 각도를 움직이며 투영데이터를 획득하고, 이렇게 획득한 투영데이터로 3차원 영상재구성을 한다. DTS는 전산화단층촬영(CT) 장치의 단점인 높은 환자 피폭선량과 일반 디지털 X선 장치의 단점인 낮은 깊이 분해능을 동시에 해결할 수 있는 혁신적인 영상 장치이다. 따라서 DTS에서도 CT와 마찬가지로 각도마다 획득한 투영 영상을 이용하여 수학적인 재구성 알고리즘을 통해 3차원 단면영상을 재구성해야 한다.
최근 의료영상 분야에서 가장 널리 사용되고 있는 재구성 알고리즘은 필터링 후 역투영 (Filtered back-projection) 방법과 반복적 재구성 (Iterative reconstruction) 방법이 있으며, 두 방법 모두 실제 의료영상 시스템에 사용되기 위해서는 재구성된 단면 영상의 질도 중요하지만, 이와 더불어 재구성에 걸리는 소요 시간도 중요한 요소이다.
재구성 시간을 단축시킬 수 있다면 빠른 시간에 재구성 된 단면영상을 확인하여 진단을 빠르게 할 수 있을 뿐 아니라, 같은 시간에 더 많은 환자를 진단할 수 있어 경제적으로 큰 이득을 가져올 수 있다.
따라서, 디지털 단층영상합성 시스템에서 3차원 영상재구성시, 재구성된 단면 영상의 질을 유지하면서, 보다 소요시간이 적은 3차원 영상재구성방법이 요망된다.
국내 공개특허 10-2009-0019610호는 한정된 각도에서 얻은 부족한 데이터를 이용한 3차원영상재구성을 위한 방법에 관한 것으로, CT 촬영에 있어서 한정된 각도로 회전하는 X선원 및 검출기를 이용하여 피검사체의 투사 데이터를 얻은 후 역투사하여 3차원 데이터를 얻고, 상기 3차원 데이터에 대해 고속 푸리에 변환(FFT)을 적용한 후, 필터링 처리하고 역 고속 푸리에 변환(IFFT)을 적용하여 3차원 영상을 재구성하는 방법을 포함하여 이루어져 있다. 국내 공개특허 10-2009-0019610호는 고속 푸리에 변환(FFT)을 적용한 후, 필터링 처리하고 역 고속 푸리에 변환을 하기때문에 소요 시간이 너무 많이 걸리게 된다.
따라서, 본 발명은, 디지털 단층영상합성 시스템에서, X선관이 제한된 촬영 각도를 움직이며 획득한 투영데이터로 3차원 영상재구성시, 이분검색방법을 적용는, 디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법을 제안한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 디지털 단층영상합성 시스템에서, X선관이 제한된 촬영 각도를 움직이며 획득한 투영데이터로 3차원 영상재구성시, 이분검색방법을 적용하여, 재구성 시간을, 기존방식과 비교하여, 기하급수적으로 단축시킴으로써, 빠른 시간에 재구성 된 단면영상을 확인하여 진단을 빠르게 할 수 있게 하는, 디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, X선을 조사하는 X선관, 복수의 단층영상합성용(트모신세시스용) 단층 화상을 검출하는 검출기,복수의 단층영상합성용 단층 화상을 재구성하여 X-선 투영 영상을 생성하는 화상처리부를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템에 있어서, 화상처리부는, X-ray가 검출기에 도달한 가상의 지점을 x좌표와 y좌표로 나누고, x좌표에 대해서 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 x좌표를 구하고, y좌표에 대해서 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 y좌표를 구하여, 투영검색을 행하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
검출기 상의 Z좌표의 값은 모두 동일하다.
화상처리부는, 검출기의 왼쪽 위치를 1로 놓고, 오른쪽 위치를 검출기의 x좌표 개수로 놓은 다음, (왼쪽 위치+오른쪽 위치)/2 값인 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치가, X-ray가 도달한 x좌표(투영된 X-ray좌표 중 x좌표)와 비교하여, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점의 값 보다 크면 왼쪽 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점의 값보다 작거나 같으면 오른쪽 위치를 중간 위치로 바꾸되, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때까지 행하며, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때의 오른쪽 위치과 왼쪽 위치 중 하나를, 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 한다.
화상처리부는, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때의 오른쪽 위치와 왼쪽 위치로 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치와 X-ray가 도달한 x좌표와 비교하여, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점 위치보다 크다면, 왼쪽 위치가, 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 한다.
화상처리부는, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때의 오른쪽 위치와 왼쪽 위치로 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치와 X-ray가 도달한 x좌표와 비교하여, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점 위치보다 작거나 같다면, 오른쪽 위치가, 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 한다.
화상처리부는, 검출기의 상측 위치를 1로 놓고, 하측 위치를 검출기의 y좌표 개수로 놓은 다음, (상측 위치+하측 위치)/2 값인 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치가, X-ray가 도달한 y좌표(투영된 X-ray좌표 중 y좌표)와 비교하여, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 값 보다 크면 상측 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 값보다 작거나 같으면 하측 위치를 중간 위치로 바꾸되, 상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때까지 행하며, 상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때의 상측 위치과 하측 위치 중 하나가, 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 한다.
화상처리부는, 상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때의 상측 위치와 하측 위치로 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치와 X-ray가 도달한 y좌표와 비교하여, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점 위치보다 크다면, 상측 위치를, 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 한다.
화상처리부는,상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때의 상측 위치와 하측 위치로 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치와 X-ray가 도달한 y좌표와 비교하여, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점 위치보다 작거나 같다면, 하측 위치를, 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 한다.
또한, 본 발명은, X선을 조사하는 X선관, 복수의 단층영상합성용(트모신세시스용) 단층 화상을 검출하는 검출기,복수의 단층영상합성용 단층 화상을 재구성하여 X-선 투영 영상을 생성하는 화상처리부를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법에 있어서, X-ray가 검출기에 도달한 가상의 지점을 x좌표와 y좌표로 나눌때의 x좌표에 대해서 화상처리부는 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 x좌표를 연산하는 x좌표 연산단계; X-ray가 검출기에 도달한 가상의 지점을 x좌표와 y좌표로 나눌때의 y좌표에 대해서 화상처리부는 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 y좌표를 연산하는 y좌표 연산단계; x좌표연산단계에서 구하여진 검출기 상의 X-ray의 x좌표와, y좌표연산단계에서 구하여진 검출기 상의 X-ray의 y좌표를 적용하여, 최종 좌표를 도출하는 것을 특징으로 한다.
x좌표 연산단계는, 화상처리부가 검출기의 왼쪽 위치를 1로 놓고, 오른쪽 위치를 검출기의 x좌표 개수로 놓는, 초기화 단계; 중간 지점의 위치를 (왼쪽 위치+오른쪽 위치)/2 로 구하는, 중간지점 연산단계; 중간지점 연산단계에서 구하여진 중간 지점의 위치와, X-ray가 도달한 x좌표를 비교하는, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표의 비교단계; 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표의 비교단계에서, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점의 위치의 값보다 크면, 왼쪽 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점의 위치의 값보다 작거나 같으면, 오른쪽 위치를 중간 위치로 바꾸는, 위치조정단계; 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1인지를 비교하고, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 아니라면, 중간지점 연산단계로 되돌아가는, 위치조정의 종료여부 판단단계; 위치조정의 종료여부 판단단계에서, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치 중 하나를, 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 하는, 검출기 상의 X-ray의 x좌표 검출단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
검출기 상의 X-ray의 x좌표 검출단계는, 중간 지점의 위치를 (왼쪽 위치+오른쪽 위치)/2로 구하고, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표를 비교하여, 중간 지점의 위치가 X-ray가 도달한 x좌표보다 작으면, 왼쪽 위치를 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 하고, 중간 지점의 위치의 값이, X-ray가 도달한 x좌표보다 크거나 같으면, 오른쪽 위치를 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 한다.
y좌표 연산단계는, 화상처리부가 검출기의 상측 위치를 1로 놓고, 하측 위치를 검출기의 y좌표 개수로 놓는, 초기화 단계; 중간 지점의 위치를 (상측 위치+하측 위치)/2 로 구하는, 중간지점 연산단계; 중간지점 연산단계에서 구하여진 중간 지점의 위치와, X-ray가 도달한 y좌표를 비교하는, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 y좌표의 비교단계; 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 y좌표의 비교단계에서, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 위치의 값보다 크면, 상측 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 위치의 값보다 작거나 같으면, 하측 위치를 중간 위치로 바꾸는, 위치조정단계; 하측 위치와 상측 위치의 차이가 1인지를 비교하고, 하측 위치와 상측 위치의 차이가 1이 아니라면, 중간지점 연산단계로 되돌아가는, 위치조정의 종료여부 판단단계; 위치조정의 종료여부 판단단계에서, 하측 위치와 상측 위치의 차이가 1이 될때, 하측 위치와 상측 위치 중 하나를, 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 하는, 검출기 상의 X-ray의 y좌표 검출단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
검출기 상의 X-ray의 y좌표 검출단계는, 중간 지점의 위치를 (상측 위치+하측 위치)/2로 구하고, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 y좌표를 비교하여, 중간 지점의 위치가 X-ray가 도달한 y좌표보다 작으면, 상측 위치를 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 하고, 중간 지점의 위치의 값이, X-ray가 도달한 x좌표보다 크거나 같으면, 하측 위치를 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 한다.
또한, 본 발명은, 본 발명의 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체를 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 디지털 단층영상합성 시스템에서, X선관이 제한된 촬영 각도를 움직이며 획득한 투영데이터로 3차원 영상재구성시, 이분검색방법을 적용하여, 재구성 시간을, 기존방식과 비교하여, 기하급수적으로 단축시킴으로써, 빠른 시간에 재구성 된 단면영상을 확인하여 진단을 빠르게 할 수 있게 한다.
본 발명의 디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법은 기하학적 시스템 모델링인 픽셀드리븐 (Pixel-driven), 레이드리븐 (ray-driven), 디스턴스-드리븐 (distance-driven) 모두에 적용이 가능하며, 또한 기존의 '필터링 후 역투영 (Filtered back-projection)'방법과 '반복적 재구성 (Iterative reconstruction)'방법 모두에 적용이 가능하여 그 적용범위가 폭넓다. 그뿐만 아니라, 재구성 속도 단축 방법인 병렬처리가 가능한 소프트웨어와 컴퓨팅 속도가 빠른 워크스테이션 모두와 결합이 가능하여 속도 개선 가능성이 무궁무진하다. 또한, 이들과 결합하지 않은 일반 개인용 PC에서 사용하여도 이분검색를 사용하지 않은 알고리즘과 비교했을 때 현저히 빠른 속도를 느낄 수 있다. 따라서 의료시장에 본 이분검색방법을 적용할 시 3차원 단면영상을 빠르게 획득할 수 있어 진단을 빠르게 진행할 수 있고, 이에 따라 많은 환자를 검사할 수 있어 경제적, 산업적 기대효과가 크다고 할 수 있다.
도 1은 시판되는 디지털 단층영상합성 시스템의 사용상태도이다.
도 2는 픽셀드리븐 방법으로 모델링 한 시스템에서의 투영검색을 설명하기 위한 모식도이다
도 3는 가상의 X-ray가 검출기와 만난 점을 검출기 관점에서 바라본 그림이다.
도 4a 및 도 4b는 기존 방법을 이용한 가상의 X-ray 위치를 찾는 방법을 설명하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 이분검색법을 이용한 가상의 X-ray 위치를 찾는 방법(제안된 투영부 검색)에 관해 설명을 하기위한 모식도이다.
도 6는 본 발명의 이분검색법을 이용한 가상의 X-ray 위치를 찾는 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법을 구비한 디지털 단층영상합성 시스템에 대한 개략적인 모식도이다.
이하, 본 발명의 디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법을 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.
각도 별로 획득한 투영 영상을 정확하게 재구성하기 위해서는 투영 영상을 획득한 시스템의 기하학적인 모델링이 필수적이다. 따라서, 기존에 공지된 기하학적인 시스템 모델링 (Geometric system modeling) 방법에 대해 우선 간략히 설명한다.
기하학적인 모델링 방법은 픽셀드리븐 (Pixel-driven, 화소구동형), 레이드리븐 (ray-driven, 선속구동형), 디스턴스-드리븐 (distance-driven, 거리구동형) 방법이 있다.
도 2는 픽셀드리븐 방법으로 모델링 한 시스템에서의 투영검색을 설명하기 위한 모식도이고, 도 3는 가상의 X-ray가 검출기와 만난 점 (빨간 점)을 검출기 관점에서 바라본 그림이고, 도 4a는 기존 방법을 이용한 가상의 X-ray 위치를 찾는 방법, 즉, 일반적인 투영부 검색방법을 설명하는 모식도이고, 도 4b는 도 4a 방법을 이용한 가상의 X-ray 위치를 찾는 방법, 즉, 일반적인 투영부 검색방법을 설명하는 흐름도이다.
X선관으로부터 출사되어 환자의 촬영부위를 투과 한 X-ray가 검출기에서 방사선 화상 정보로 검출된다. 도 2에서는, X선원의 위치 (x1, y1, z1)가 촬영부위 상의 위치 (x2, y2, z2)를 투과하여, 검출기 상의 위치(x, y, z)에 위치되게 되는 데, 이때 상기 검출기 상의 위치(x, y, z)가, 검출기 전체 좌표에서 어디인지를 찾는 것이 목적이다.
도 2는 어떠한 1개의 각도에서 모델링 한 것이고, 재구성을 위해서는 모든 각도에 따른 X선원의 위치 (x1, y1, z1)를 샘플링 해야한다. 수학적인 재구성 알고리즘 과정에서, 검출기 상의 위치(x, y, z)를 검출기 전체 좌표에서 구하는 것, 즉, 도 2의 오른쪽부분인 (x, y, z) 좌표를 도출하는 것이, 가장 시간이 오래 걸린다. 즉, 각각의 광선 위치(도 3 참조)를 찾아내는 것에 가장 시간이 걸린다
도 2에서, 점 (x, y, z)는 기하학적으로 샘플링 한 X선원의 위치 (x1, y1, z1)와 오브젝트(object)의 각 위치 (x2, y2, z2)를 연결하여 모사한 가상의 X-ray가 검출기에 도달한 좌표이다. 본 좌표를 찾기 위해서, 도 4b와 같은, 기존의 방법을 이용할 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 공지된 기술로 상세한 설명은 생략한다.
도 4a 및 도 4b에서와 같이, 기존의 방법은 모든 검출기의 좌표를 스캔하며 X-ray가 검출기에 도달한 위치 (x, y, z) 좌표가 어떠한 검출기의 좌표와 그 다음 좌표에 걸려서 ‘참’일 경우 반복루프를 빠져 나오게 되는 방법이다.
이렇게 기존 방법을 이용하게 되면 1개의 X-ray 도달 위치를 찾기 위해 검출기 전체 범위를 참인 경우에 도달할 때까지 모두 스캔해야 하기 때문에 연산 횟수가 많아져 시간이 오래 걸린다.
예를 들어, 검출기의 좌표 구간이 3000×3000개 일 때, 연산 횟수는 최대 9백만 번 이루어지게 되고, 이는 1개의 X-ray 위치에 대한 연산이기 때문에, 9백만 번의 연산을 2000×1500개의 X-ray 위치에 적용한다면 연산 횟수는 무한대에 가깝다.
따라서 아무런 처리를 하지 않은 일반적인 직렬적 연산으로는 무한대의 시간이 소요되어 재구성할 수 없고, 기존에는 이 문제를 해결하기 위하여 다음과 같은 방법을 수행하게 된다.
첫째로는,‘병렬적 연산’ 처리가 가능한 소프트웨어를 사용하여 한 번 연산할 때 여러 개의 요소를 한꺼번에 수행하는 방법이 있고, 둘째로는 컴퓨팅 속도가 매우 빠른 고성능 워크스테이션을 이용하여 직렬 연산시간을 기하급수적으로 단축시키는 방법이 있고, 셋째로는 직렬 알고리즘에서 X-ray가 검출기에 도달하는 위치를 효과적으로 찾을 수 있는 알고리즘을 추가하는 방법이 있다.
본 발명은 세번째 방법 중의 하나로,‘이분검색법’을 이용하여 재구성 시간을 효과적으로 단축시켰다.
도 5는 본 발명의 이분검색법을 이용한 가상의 X-ray 위치를 찾는 방법(제안된 투영부 검색)에 관해 설명을 하기위한 모식도이고, 도 6는 본 발명의 이분검색법을 이용한 가상의 X-ray 위치를 찾는 방법에 대한 흐름도이다.
이분검색법은 반복문의 ‘참’ 값에 대한 수렴을 보장하면서 빠른 시간에 참 값을 얻을 수 있는 방법으로, 본 발명에서는 이분검색법을 재구성 과정에서 가상의 X-ray가 검출기에 도달한 위치를 찾는 과정에 적용하였다.
도 5에서와 같이, 이분검색법에서는 가상의 X-ray가 검출기에 도달한 지점을 x좌표와 y좌표로 나누어 먼저 x좌표에 대해서 이분검색법을 시행하고, 그 다음 y좌표에 대해서 이분검색법을 시행하여 최종 좌표 (x, y, z)를 도출한다, 여기서, z좌표는 모두 동일하다.
x좌표에 대한 이분검색법은 검출기의 왼쪽 위치(xLeft, 즉, 검출기의 왼쪽 끝)를 1로 놓고, 오른쪽 위치(xRight, 검출기의 오른쪽 끝)를 마지막(Last)(즉, 검출기의 x좌표 개수와 같음)로 놓으며, 다음은, 중간 지점 위치(xMid)를 (왼쪽 위치+오른쪽 위치)/2 로 구한다. 상기 중간 지점 위치(xMid)의 값을, X-ray가 도달한 x좌표(Proj(x',y')의 x')와 비교하여, X-ray가 도달한 x좌표가 크면, 왼쪽 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 x좌표가 작으면, 오른쪽 위치를 중간 위치로 바꾼다. 이 과정은 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1일 때, 즉, 바로 옆에 위치하게 될 때 반복루프를 빠져나오게 되며, 이 때의 X-ray가 도달한 위치(Pos(x,y)의 x)는 업데이트 된 왼쪽의 좌표 또는 오른쪽의 좌표 둘 중 하나가 된다. 둘 중 어느 곳을 선택할지는 왼쪽과 오른쪽의 중앙값과 비교하여 큰지 작은지를 따져보면 알 수 있다. 이렇게 x좌표에 대한 이분검색법을 진행하게 되며, 같은 방법으로, y좌표에 대해 시행하게 되면 최종 (x, y, z) 좌표를 알 수 있게 된다.
이렇게 이분검색법을 진행하면 항상 ‘참’의 수렴을 보장할 수 있으며, 그 속도도 기존과 비교했을 때 기하급수적으로 단축시킬 수 있다.
도 6을 참조하여, x좌표에 대한 이분검색법을 설명하면 다음과 같다.
초기화 단계로, 검출기의 왼쪽 위치(xLeft)를 1로 놓고, 검출기의 오른쪽 위치(xRight)를 검출기의 x좌표 개수(N)로 놓는다(S110).
중간지점 연산단계로, 중간 지점의 위치, 즉, 중간 지점의 x좌표(xMid)를, (왼쪽 위치+오른쪽 위치)/2 로 구한다(S120).
중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표의 비교단계로, 상기 중간 지점의 위치(xMid)와 X-ray가 도달한 x좌표, 즉 투영된 X-ray좌표 중 x좌표(Proj(x',y')의 x', )을 비교한다(S130).
위치조정단계로, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표의 비교단계(S130)에서, X-ray가 도달한 x좌표(Proj(x',y')의 x')가 중간 지점의 위치(xMid)의 값보다 크면, 왼쪽 위치(xLeft)를 중간 위치로 바꾸고(S140), 만약, X-ray가 도달한 x좌표(Proj(x',y')의 x')가 중간 지점의 위치(xMid)의 값보다 작거나 같으면, 오른쪽 위치(xRight)를 중간 위치로 바꾼다(S150).
위치조정의 종료여부 판단단계로, 오른쪽 위치(xRight)와 왼쪽 위치(xLeft)의 차이가 1인지를 비교하고(S170), 오른쪽 위치(xRight)와 왼쪽 위치(xLeft)의 차이가 1이 아니라면, 다음 연산을 위해 중간지점 연산단계(S120)으로 되돌아가 반복루프를 계속하게 된다. 만약, 위치조정의 종료여부 판단단계(S150)에서, 오른쪽 위치(xRight)와 왼쪽 위치(xLeft)의 차이가 1이면, 즉, 오른쪽 위치(xRight)와 왼쪽 위치(xLeft)가 서로의 바로 옆에 위치하게 될 때, 반복루프를 빠져나오게 된다.
X-ray가 도달한 위치 연산단계로, 위치조정의 종료여부 판단단계(S150)에서, 오른쪽 위치(xRight)와 왼쪽 위치(xLeft)의 차이가 1이라면, 중간 지점의 위치를 (왼쪽 위치+오른쪽 위치)/2로 구하고, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표(Proj(x',y')의 x')를 비교하여(S170), 중간 지점의 위치가 X-ray가 도달한 x좌표(Proj(x',y')의 x')보다 작으면, 왼쪽 위치(xLeft)를 검출기 상의 X-ray의 x좌표(Pos(x,y)의 x)로 하고(S180), 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표의 비교단계(S130)에서, 중간 지점의 위치(xMid)의 값이, X-ray가 도달한 x좌표보다 크거나 같으면, 오른쪽 위치(xRight)를 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 한다(S190).
y좌표에 대한 이분검색법은 x좌표에 대한 이분검색법과 동일하다. y좌표에 대한 이분검색법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
검출기의 상측 위치를 1로 놓고, 하측 위치를 검출기의 y좌표 개수로 놓은 다음, (상측 위치+하측 위치)/2 값인 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치가, X-ray가 도달한 y좌표(투영된 X-ray좌표 중 y좌표)와 비교하여, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 값 보다 크면 상측 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 값보다 작거나 같으면 하측 위치를 중간 위치로 바꾸되, 상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때까지 행하며, 상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때의 상측 위치과 하측 위치 중 하나가, 검출기 상의 X-ray의 y좌표가 된다.
즉, 상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때의 상측 위치와 하측 위치로 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치와 X-ray가 도달한 y좌표와 비교하여, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점 위치보다 크다면, 상측 위치가, 검출기 상의 X-ray의 y좌표이며, 만약 X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점 위치보다 작거나 같다면, 하측 위치가, 검출기 상의 X-ray의 y좌표가 된다.
특히, 본 발명의 디지털 단층영상합성 시스템에서의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법은 투영부에서 투영부 검색에서 활용되는 알고리즘으로, 더욱 빠르게 투영된 부위를 검색하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체는 본 발명의 특징 중 하나이라고 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 이분검색방법을 이용한 영상재구성 방법을 구비한 디지털 단층영상합성 시스템에 대한 개략적인 모식도이다.
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디지털 단층영상합성 시스템은 X선관(12), 카셋트(14), 이동기구(16), 이동기구(18), 제어장치(100), 입력부(190), 표시부(200)를 포함한다.
X선관(12)은 제어장치(100)으로부터의 제어신호에 따라, X선(방사선)(X)를 소정의 선량으로 출력한다. 카셋트(14)는 방사선 변환 패널을 포함하며 검출기라 할 수 있다. 카셋트(14)는 X선관(12)로부터 출사되어 촬영대(28)의 피검사대상 물체(환자)(26)을 투과 한 방사선 X를 검출하여, 방사선 화상 정보로 변환하며, 변환된 방사선 화상 정보를 제어장치(100)로 전송한다. 이동기구(16)와 이동기구(18)은 제어장치(100)의 제어신호에 따라, X선관(12)과 카셋트(14)를 이동시킨다.
촬영부(32)는 디지털 단층영상합성용(트모신세시스용) 촬영을 실시한다. 디지털 단층영상합성용 촬영이란, 재구성을 실시하는 것을 전제로 하는 디지털 단층영상합성용의 복수의 단층 화상(트모신세시스용 단층 화상)의 데이터를 취득하는 것이다.
촬영 제어부(110)는 X선관(12), 방사선 변환 패널, 이동기구(16, 18)을 작동시켜 디지털 단층영상합성용 촬영을 제어한다.
화상 처리부(120)는 트모신세시스용 단층 화상의 데이터에 소정의 처리, 즉, 영상재구성을 실시해 표시부(200)로 출력한다. 이때, 본 발명의 이분검색방법을 이용하여 영상재구성을 행한다.
입력부(190)는 트모신세시스 촬영시에 의사 등의 의료전문인으로부터의 소정의 명령을 입력하는 수단(콘솔)으로, 키입력수단을 포함한다.
표시부(200)는 제어장치(100)로부터 수신된 영상신호를 출력한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
12: X선관 14: 카셋트
16: 이동기구 18: 이동기구
100: 제어장치 110: 촬영 제어부
120: 화상 처리부 190: 입력부
200: 표시부

Claims (14)

  1. X선을 조사하는 X선관, 복수의 단층영상합성용(트모신세시스용) 단층 화상을 검출하는 검출기,복수의 단층영상합성용 단층 화상을 재구성하여 X-선 투영 영상을 생성하는 화상처리부를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템에 있어서, 화상처리부는,
    X-ray가 검출기에 도달한 가상의 지점을 x좌표와 y좌표로 나누고, x좌표에 대해서 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 x좌표를 구하고, y좌표에 대해서 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 y좌표를 구하여, 투영검색을 행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    검출기 상의 Z좌표의 값은 모두 동일한 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 화상처리부는,
    검출기의 왼쪽 위치를 1로 놓고, 오른쪽 위치를 검출기의 x좌표 개수로 놓은 다음, (왼쪽 위치+오른쪽 위치)/2 값인 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치가, X-ray가 도달한 x좌표(투영된 X-ray좌표 중 x좌표)와 비교하여, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점의 값 보다 크면 왼쪽 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점의 값보다 작거나 같으면 오른쪽 위치를 중간 위치로 바꾸되, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때까지 행하며, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때의 오른쪽 위치과 왼쪽 위치 중 하나를, 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 화상처리부는,
    오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때의 오른쪽 위치와 왼쪽 위치로 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치와 X-ray가 도달한 x좌표와 비교하여, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점 위치보다 크다면, 왼쪽 위치를, 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 화상처리부는,
    오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때의 오른쪽 위치와 왼쪽 위치로 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치와 X-ray가 도달한 x좌표와 비교하여, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점 위치보다 작거나 같다면, 오른쪽 위치를, 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 화상처리부는,
    검출기의 상측 위치를 1로 놓고, 하측 위치를 검출기의 y좌표 개수로 놓은 다음, (상측 위치+하측 위치)/2 값인 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치가, X-ray가 도달한 y좌표(투영된 X-ray좌표 중 y좌표)와 비교하여, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 값 보다 크면 상측 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 값보다 작거나 같으면 하측 위치를 중간 위치로 바꾸되, 상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때까지 행하며, 상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때의 상측 위치과 하측 위치 중 하나를, 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 화상처리부는,
    상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때의 상측 위치와 하측 위치로 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치와 X-ray가 도달한 y좌표와 비교하여, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점 위치보다 크다면, 상측 위치를, 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 화상처리부는,
    상측 위치와 하측 위치의 차이가 1이 될때의 상측 위치와 하측 위치로 중간 지점 위치를 구하고, 중간 지점 위치와 X-ray가 도달한 y좌표와 비교하여, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점 위치보다 작거나 같다면, 하측 위치를, 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템.
  9. X선을 조사하는 X선관, 복수의 단층영상합성용(트모신세시스용) 단층 화상을 검출하는 검출기, 복수의 단층영상합성용 단층 화상을 재구성하여 X-선 투영 영상을 생성하는 화상처리부를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법에 있어서,
    X-ray가 검출기에 도달한 가상의 지점을 x좌표와 y좌표로 나눌때의 x좌표에 대해서 화상처리부는 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 x좌표를 연산하는 x좌표 연산단계;
    X-ray가 검출기에 도달한 가상의 지점을 x좌표와 y좌표로 나눌때의 y좌표에 대해서 화상처리부는 이분검색법을 시행하여 검출기 상의 X-ray의 y좌표를 연산하는 y좌표 연산단계;
    x좌표연산단계에서 구하여진 검출기 상의 X-ray의 x좌표와, y좌표연산단계에서 구하여진 검출기 상의 X-ray의 y좌표를 적용하여, 화상처리부가 최종 좌표를 구하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법.
  10. 제9항에 있어서, x좌표 연산단계는,
    화상처리부가 검출기의 왼쪽 위치를 1로 놓고, 오른쪽 위치를 검출기의 x좌표 개수로 놓는, 초기화 단계;
    화상처리부가 중간 지점의 위치를 (왼쪽 위치+오른쪽 위치)/2 로 구하는, 중간지점 연산단계;
    화상처리부가, 중간지점 연산단계에서 구하여진 중간 지점의 위치와, X-ray가 도달한 x좌표를 비교하는, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표의 비교단계;
    중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표의 비교단계에서, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점의 위치의 값보다 크면, 화상처리부는 왼쪽 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 x좌표가 중간 지점의 위치의 값보다 작거나 같으면, 화상처리부는 오른쪽 위치를 중간 위치로 바꾸는, 위치조정단계;
    화상처리부는 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1인지를 비교하고, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 아니라면, 중간지점 연산단계로 되돌아가는, 위치조정의 종료여부 판단단계;
    위치조정의 종료여부 판단단계에서, 오른쪽 위치와 왼쪽 위치의 차이가 1이 될때, 화상처리부는 오른쪽 위치와 왼쪽 위치 중 하나를, 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 하는, 검출기 상의 X-ray의 x좌표 검출단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 검출기 상의 X-ray의 x좌표 검출단계는,
    화상처리부는, 중간 지점의 위치를 (왼쪽 위치+오른쪽 위치)/2로 구하고, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 x좌표를 비교하여, 중간 지점의 위치가 X-ray가 도달한 x좌표보다 작으면, 왼쪽 위치를 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 하고, 중간 지점의 위치의 값이, X-ray가 도달한 x좌표보다 크거나 같으면, 오른쪽 위치를 검출기 상의 X-ray의 x좌표로 하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법.
  12. 제9항에 있어서, y좌표 연산단계는,
    화상처리부가 검출기의 상측 위치를 1로 놓고, 하측 위치를 검출기의 y좌표 개수로 놓는, 초기화 단계;
    화상처리부가 중간 지점의 위치를 (상측 위치+하측 위치)/2 로 구하는, 중간지점 연산단계;
    화상처리부가, 중간지점 연산단계에서 구하여진 중간 지점의 위치와, X-ray가 도달한 y좌표를 비교하는, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 y좌표의 비교단계;
    중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 y좌표의 비교단계에서, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 위치의 값보다 크면, 화상처리부는 상측 위치를 중간 위치로 바꾸고, X-ray가 도달한 y좌표가 중간 지점의 위치의 값보다 작거나 같으면, 화상처리부는 하측 위치를 중간 위치로 바꾸는, 위치조정단계;
    화상처리부는 하측 위치와 상측 위치의 차이가 1인지를 비교하고, 하측 위치와 상측 위치의 차이가 1이 아니라면, 중간지점 연산단계로 되돌아가는, 위치조정의 종료여부 판단단계;
    위치조정의 종료여부 판단단계에서, 하측 위치와 상측 위치의 차이가 1이 될때, 화상처리부는, 하측 위치와 상측 위치 중 하나를, 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 하는, 검출기 상의 X-ray의 y좌표 검출단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법.
  13. 제12항에 있어서, 검출기 상의 X-ray의 y좌표 검출단계는,
    화상처리부는, 중간 지점의 위치를 (상측 위치+하측 위치)/2로 구하고, 중간 지점의 위치와 X-ray가 도달한 y좌표를 비교하여, 중간 지점의 위치가 X-ray가 도달한 y좌표보다 작으면, 상측 위치를 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 하고, 중간 지점의 위치의 값이, X-ray가 도달한 x좌표보다 크거나 같으면, 하측 위치를 검출기 상의 X-ray의 y좌표로 하는 것을 특징으로 하는 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항의 디지털 단층영상합성 시스템의 3차원 영상재구성 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체.
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