KR101849705B1 - 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 영상 생성 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 표면 영상 생성 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 둘 이상의 다중 에너지 X선 투과 데이터를 이용하여 피검체의 피부를 포함하는 연조직의 대조도(contrast)가 향상된 X선 단층 영상을 재구성하고 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하며, 나아가 상기 피검체에 대한 색상 정보 등을 포함하는 광학 영상 정보를 결합하여 상기 피검체에 대한 입체 표면 영상을 생성하는 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 표면 영상 생성 방법 및 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 영상 생성 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 둘 이상의 다중 에너지 X선 투과 데이터를 이용하여 피검체의 피부를 포함하는 연조직의 대조도(contrast)가 향상된 X선 단층 영상을 재구성하고 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하며, 나아가 상기 피검체에 대한 색상 정보 등을 포함하는 광학 영상 정보를 결합하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성하는 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 영상 생성 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근, 성형 수술 등 다양한 수술을 위한 최적의 수술 방법을 계획하거나 수술의 효과를 미리 예측하거나 수술의 결과를 추적 (follow-up)하기 위하여, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 환자의 X선 단층 영상 정보(도 1의 (A)) 및 컬러 화상 정보 등 광학 영상 정보(도 1의 (B))를 동시에 획득하고, 상기 정보들을 하나의 가상 입체 모델로 융합하여 입체 영상(도 1의 (C))을 생성하고 제공해 주는 장치가 임상적으로 유용하게 활용되고 있으며, 이에 따라 상기 입체 영상을 생성하여 제공할 수 있는 다양한 기술들의 연구 및 상용화가 시도되고 있다.
예를 들어, 한국 등록특허 KR 10-0702148호에서는 컴퓨터 단층 촬영 영상과 카메라 영상을 이용하여 입체 표면 영상을 생성함으로서, 단층 영상과 입체 표면 영상을 동시에 얻을 수 있는 장치에 대하여 기술하고 있다.
그러나, 컴퓨터 단층 촬영(CT)에서 통상적으로 사용되는 X선 에너지 준위 (80~140kVp)에서는 뼈 등 경조직의 경우와 달리 피부, 지방 등 연조직(soft tissue)에서의 X선 감쇄율이 상당히 낮고, 이에 따라 연조직의 대조도(contrast)가 경조직과 비교하여 현저히 떨어지게 되어, 입체 표면 영상을 구성하는데 필요한 피검체의 피부 등 연조직에 대한 정확한 경계면을 검출하기 어렵다는 문제가 따르게 된다. 또한, 여러 각도에서 촬영한 카메라 광학 영상 등을 이용하여 피검체의 입체 표면 모델을 생성하는 경우에도, 광학 영상을 처리하는 방법 만으로 높은 정확도를 가지는 입체 표면 모델를 산출하는 것은 여전히 쉽지 않은 여러 기술적 문제들(여러 각도의 광학 영상에서 대응점 관계의 모호성 등)을 포함한다.
입체 표면 영상을 생성하는 또 다른 종래 방법으로서, 미국 공개특허 US 12/0300900호에서는 별도의 레이져 스캐닝(Laser Scanning) 장치를 사용하여 입체 표면 모델을 획득하고, 여기에 카메라를 사용하여 획득한 광학 영상에 포함된 컬러 색상 정보를 결합하여 입체 표면 영상을 생성하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 이러한 경우에는 입체 표면 모델을 생성하기 위하여 기존의 X 선 장치에서 사용할 필요가 없었던 별도의 레이져 스캐닝 장비가 추가되어야 하며, 나아가 상기 레이져 스캐닝 장비를 이용하여 다양한 레이져 패턴(예를 들어, 선형 패턴)을 피사체에 조사하고 이를 카메라로 촬영하여 상기 레이져 패턴의 위치 정보를 수집한 후, 레이져와 카메라의 3차원 기하학적(Geometry) 관계를 이용하여 상기 피사체의 표면에 대한 3차원 좌표를 계산함으로써, 상기 피사체에 대한 입체 표면 모델을 생성하게 되는 바, 상기와 같은 시스템을 구성하기 위한 생산 단가가 상승하는 문제가 나타나게 되며, 레이져 스캐닝을 위한 검사 시간이 증가하게 된다. 나아가 이 방법에서는 피검체(예를 들어, 사람의 얼굴)에 레이져를 조사하여야 하므로 검사를 받는 사람 등이 불편함을 느낄 수 있다는 문제점도 따를 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, X선 단층 영상 정보와 광학 영상 정보를 이용하여 피검체에 대한 입체 영상을 생성하는 방법에 있어서 통상적인 컴퓨터 단층 촬영 영상, 또는 카메라 촬영 영상 등을 이용하여 피검체의 입체 표면 모델을 생성하는 경우 나타날 수 있는 오차를 줄이고, 그에 따라 생성되는 피검체에 표면에 대한 정확도를 개선할 수 있는 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 영상 생성 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 레이져 조사 장치 등 피검체의 입체 표면 모델을 생성하기 위한 별도의 추가 장비장치를 사용하지 않으면서도 피검체의 표면에 대한 높은 정확도를 가지는 입체 영상을 생성할 수 있는 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 영상 생성 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 레이져 조사 등에 의하여 피검자가 느낄 수 있는 불편함을 방지하면서도, 피검체의 표면에 대한 높은 정확도를 가지는 입체 영상을 생성할 수 있는 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 영상 생성 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 입체 영상 생성 방법은, 입체 영상 생성 시스템이 피검체에 대한 광학 영상을 수집하는 단계; 상기 피검체를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출하여 상기 피검체에 대한 제1 투과 영상군을 생성하는 단계; 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하는 단계; 및 상기 입체 표면 모델과 상기 광학 영상을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 입체 표면 모델을 산출하는 단계는, 상기 제 1 투과 영상군을 이용하여 상기 복수의 에너지 준위를 가지는 X선 중 하나의 X선에 의한 투과 영상을 이용하는 경우 보다 상기 피검체의 연조직의 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 단계; 및 상기 대조도가 향상된 단층 영상으로부터 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 단계는, 상기 제 1 투과 영상군 중 각 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 재구성하는 단계; 및 상기 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 이용하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 단계는, 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체의 표면 조직에 대한 대조도가 향상된 제2 투과 영상을 산출하는 단계; 및 상기 제2 투과 영상으로부터 단층 영상을 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수의 에너지 준위는 제1 에너지 준위 및 상기 제1 에너지 준위보다 낮은 제2 에너지 준위를 포함하며, 상기 제2 투과 영상을 산출하는 단계에서는, 상기 제2 에너지 준위보다 낮은 제3 에너지 준위에서의 가상의 제2 투과 영상을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제2 투과 영상을 산출하는 단계에서는, 광전 흡수 기저(photoelectric absorption basis)에 대응하는 제1 영상 및 콤프턴 산란 기저(Compton scattering basis)에 대응하는 제2 영상을 생성하고, 상기 제1 영상 및 제2 영상을 선형 결합하여 제3 에너지 준위에서의 가상의 제2 투과 영상을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 제3 에너지 준위는, 상기 입체 영상 생성 시스템에서 사용할 수 있는 최저 에너지 준위 보다 낮은 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 투과 영상군을 생성하는 단계에서는, 광자계수 X선 검출기(photon counting X-ray detector) 또는 복수의 에너지 준위를 검출할 수 있는 적층 구조의 X선 검출기를 사용하여 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 동시에 검출할 수 있다.
또한, 상기 제1 투과 영상군을 생성하는 단계에서는, 서로 다른 에너지 준위의 X선을 방출하도록 X선원의 동작 모드를 스위칭하거나, X선원에 다중 필터를 부가하여 서로 다른 복수의 에너지 준위의 X선을 방출하도록 필터를 스위칭하거나, 서로 다른 에너지 준위를 가지는 복수의 X선원을 사용하여 X선을 조사할 수 있다.
또한, 상기 입체 표면 모델을 산출하는 단계에서는, 상기 단층 영상에 표면 검출 알고리즘을 적용하여 상기 입체 표면 모델을 산출할 수 있다.
이때, 상기 단층 영상에서 피검체 영역을 제외한 빈 공간(air)의 한 점 또는 일부 영역을 시드(seed)로 하고 연조직의 표면을 영역의 한계로 설정하여 입체 영역 성장(3D region growing)을 수행함으로써 상기 빈 공간과 연조직의 경계면을 검출하여 상기 입체 표면 모델을 산출할 수 있다.
또한, 상기 입체 표면 모델을 산출하는 단계에서는, 상기 제1 투과 영상에 의한 표면 경계면 정보 또는 상기 광학 영상으로부터 산출되는 표면 윤곽 정보를 바탕으로, 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 보정할 수 있다.
여기서, 상기 입체 표면 모델을 산출하는 단계는, 상기 단층 영상에 의한 표면 경계면 정보와 상기 광학 영상으로부터 산출되는 표면 윤곽 정보의 오차를 산출하는 제1 단계; 상기 오차를 반영하여 상기 단층 영상을 업데이트하는 제2 단계; 및 업데이트된 상기 단층 영상이 소정의 수렴 조건을 만족할 때까지 상기 제1 단계 및 제2 단계를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 투과 영상을 생성하는 단계에서는, 상기 광학 영상으로부터 산출되는 상기 피검체의 표면 윤곽 정보와 상기 피검체에 대한 시험(preshot) X선 영상 정보를 비교하여, 상기 피검체의 표면에서 X선 검출기가 제1 투과 영상에 연조직 정보를 최대한 포함할 수 있는 동작 영역(dynamic range)에서 작동하도록 X선 노출을 조절할 수 있다.
또한, 상기 피검체의 특성에 따른 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델의 산출에 필요한 X선 노출 설정값을 미리 저장하여 두고, 상기 피검체에 대한 광학 영상을 이용하여 파악한 상기 피검체에 대한 특성을 고려하여 상기 X선 노출 설정값을 적용시킬 수 있다.
또한, 상기 광학 영상은 적외선을 이용하여 상기 피검체에 대한 표면 하부의 구조에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 영상은 가시광선이나 적외선을 사용한 영상 또는 분광 영상(spectroscopic image) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 입체 영상은 신경, 혈관 또는 특정 연조직에 대한 해부학적 정보 또는 병변 정보를 포함하거나, 조영 증강 병변 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 입체 영상 생성 시스템은, 피검체에 대한 입체 영상을 생성하는 입체 영상 생성 시스템으로서, 피검체에 대한 광학 영상을 수집하는 광학 영상 수집부; 상기 피검체를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출하여 상기 피검체에 대한 제1 투과 영상군을 생성하는 제1 투과 영상 생성부; 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하는 입체 표면 모델 산출부; 및 상기 입체 표면 모델과 상기 광학 영상을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성하는 입체 영상 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 입체 표면 모델 산출부는, 상기 제 1 투과 영상군을 이용하여 상기 복수의 에너지 준위를 가지는 X선 중 하나의 X선에 의한 투과 영상을 이용하는 경우 보다 상기 피검체의 연조직의 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 단층 영상 재구성부; 및 상기 대조도가 향상된 단층 영상으로부터 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 생성하는 입체 표면 모델 생성부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단층 영상 재구성부는, 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 제2 투과 영상을 산출하는 제2 투과 영상 산출부; 및 상기 제2 투과 영상으로부터 상기 피검체에 대한 단층 영상을 재구성하여 산출하는 단층 영상 산출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단층 영상 재구성부는, 상기 제 1 투과 영상군 중 각 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 재구성하는 단층 영상군 재구성부; 및 상기 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 이용하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 단층 영상을 생성하는 단층 영상 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 둘 이상 다중 에너지의 X선 투과 데이터를 이용하여 피검체의 피부를 포함하는 연조직의 대조도(contrast)가 향상된 X선 단층 영상을 재구성하고 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하며, 나아가 상기 피검체에 대한 색상 정보 등 광학 영상 정보를 결합하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성함으로써, 통상적인 컴퓨터 단층 촬영 영상, 또는 카메라 촬영 영상 등을 이용하여 피검체의 입체 표면 모델을 생성하는 경우 나타날 수 있는 오차를 줄이고, 그에 따라 생성되는 피검체의 표면에 대한 정확도가 개선된 입체 영상을 생성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 별도의 레이져 조사 장치 등을 사용하지 않고, 다중 에너지 X선 투과 영상 및 광학 영상을 이용하여 피검체에 대한 입체 표면 모델을 생성함으로써, 입체 표면 모델을 생성하기 위한 별도의 추가 장비장치를 사용하지 않으면서도 상기 피검체의 표면에 대한 높은 정확도를 가지는 입체 영상을 생성할 수 있고, 나아가 레이져 조사 등에 의하여 피검자가 느낄 수 있는 불편함을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 X선 단층 영상과 광학 영상이 융합된 입체 영상을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 방법의 순서도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 X선 투과 영상에서의 연조직의 대조도 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구체화된 입체 영상 생성 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 통상의 X선 단층 촬영 시스템에서의 X선 에너지 분포 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상을 이용하여 피검체에 대한 입체 표면 모델을 보정하는 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구체화된 입체 영상 생성 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체의 특성을 반영하여 최적화된 엑스선 촬영 설정 파라미터를 적용하는 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 검출기를 이용하여 광학 영상을 수집하는 방법에 대한 설명도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 시스템의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상을 생성하는 다중 에너지 엑스선 촬영 장치의 구성도이다.
도 1은 종래 기술에 따른 X선 단층 영상과 광학 영상이 융합된 입체 영상을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 방법의 순서도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 X선 투과 영상에서의 연조직의 대조도 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구체화된 입체 영상 생성 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 통상의 X선 단층 촬영 시스템에서의 X선 에너지 분포 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상을 이용하여 피검체에 대한 입체 표면 모델을 보정하는 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구체화된 입체 영상 생성 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검체의 특성을 반영하여 최적화된 엑스선 촬영 설정 파라미터를 적용하는 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 검출기를 이용하여 광학 영상을 수집하는 방법에 대한 설명도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 시스템의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상을 생성하는 다중 에너지 엑스선 촬영 장치의 구성도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서는, 종래 기술에 따라 컴퓨터 단층 촬영 영상 또는 카메라 영상을 이용하여 입체 표면 모델을 생성하는 경우 오차가 커질 수 있고, 레이져 조사를 이용하는 경우에는 시스템 복잡도 상승에 따른 생산비 상승 및 사용자의 불편함을 초래할 수 있다는 문제점에 착안하여, 둘 이상 다중 에너지의 X선 투과 데이터를 이용하여 피검체의 피부를 포함하는 연조직의 대조도(contrast)가 향상된 X선 단층 영상을 재구성하고 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하며, 나아가 상기 피검체에 대한 색상 정보 등 광학 영상 정보를 결합하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성함으로써, 별도의 추가 장비장치를 사용하지 않으면서도 피검체의 표면에 대한 높은 정확도를 가지는 입체 영상을 생성할 수 있고, 나아가 레이져 조사 등에 의하여 피검자가 느낄 수 있는 불편함을 방지할 수 있는 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 영상 생성 방법 및 시스템을 제공한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 다중 에너지 엑스선 촬영 및 광학 영상을 이용한 입체 영상 생성 방법 및 시스템의 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 방법의 순서도를 예시하고 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 방법은, 입체 영상 생성 시스템이 피검체에 대한 광학 영상을 수집하는 단계(S1100), 상기 피검체를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 수집하여 상기 피검체에 대한 제1 투과 영상군을 생성하는 단계(S1200), 상기 제 1 투과 영상군을 이용하여 상기 복수의 에너지 준위를 가지는 X선 중 하나의 X선에 의한 투과 영상을 이용하는 경우 보다 상기 피검체의 연조직의 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 단계(S1300), 상기 대조도가 향상된 단층 영상으로부터 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하는 단계(S1400) 및 상기 입체 표면 모델과 상기 광학 영상을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성하는 단계(S1500)를 포함할 수 있다.
아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 표면 영상 생성 방법을 각 단계별로 나누어 보다 자세하게 검토한다.
우선, S1100 단계에서는 피검체에 대한 표면 색상 정보 등을 포함하는 광학 영상을 수집하게 된다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영(Computer Tomography) 장치의 회전체 또는 갠트리에 카메라 등 영상 정보 획득 장치를 장착하여, 피검체를 중심으로 회전하면서 다양한 방향에서 피검체에 대한 표면 색상 정보를 포함하는 광학 영상 정보를 획득하도록 할 수 있다. 그러나, S1100 단계에서 반드시 피검체의 다양한 방향에 대한 광학 영상을 연속적으로 수집하여야 하는 것은 아니며, 경우에 따라서는 중요도가 높은 일부 방향에 대한 방향 중심으로 적은 수의 광학 영상만을 수집하도록 하는 것도 가능하다.
S1100 단계에서 수집된 광학 영상은 이하 다중 에너지 엑스선 촬영 영상으로부터 산출되는 피검체에 대한 입체 표면 모델에 결합되어 표면 색상 정보를 포함하는 입체 영상을 생성할 수 있게 된다. 나아가, 상기 S1100 단계에서 수집된 광학 영상은 상기 다중 에너지 엑스선 촬영 영상으로부터 산출되는 피검체에 대한 입체 표면 모델의 오차를 보정하는데 사용될 수도 있다. 이에 대해서는 아래에서 보다 자세하게 설명하도록 한다.
다음으로, S1200 단계에서는 피검체를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출하여 상기 피검체에 대한 제1 투과 영상군을 생성하게 된다. 이때, 다양한 구성을 이용하여 본 단계에서 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출할 수 있다. 예를 들어, 입사되는 광자에 대한 에너지 준위를 식별하여 측정할 수 있는 광자계수 X선 검출기(photon counting X-ray detector)를 구성하거나, 복수의 에너지 준위를 검출할 수 있는 검출기가 적층 구조를 이루는 X선 검출기를 사용하여 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 동시에 검출할 수 있다. 또한, X선원에서 서로 다른 에너지 준위(예를 들어, 80kVp 및 120kVp)의 X선을 방출하도록 동작 모드를 스위칭하거나, X선원에 다중 필터를 부가하여 서로 다른 복수의 에너지 준위의 X선을 방출하도록 필터를 스위칭 하도록 할 수도 있다. 나아가, 서로 다른 에너지 준위를 가지는 복수의 X선원을 포함하여 시스템을 구성하는 것도 가능하다.
위와 같은 구성 외에도 피검체를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출할 수 있는 구성이라면 특별한 제한이 없이 적용될 수 있다.
상기와 같은 구성을 통하여 피검체를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출함으로써 상기 피검체에 대한 복수의 투과 영상을 포함하는 제1 투과 영상군을 생성할 수 있게 된다.
나아가, 상기 제1 투과 영상군은 피검체에 대한 다양한 방향에서 조사되는 X선을 검출하여 생성됨으로써, 또한 복수의 투과 영상을 포함하여 구성될 수 있게 된다.
이어서, S1300 단계에서는 상기 제 1 투과 영상군을 이용하여 상기 복수의 에너지 준위를 가지는 X선 중 하나의 X선에 의한 투과 영상을 이용하는 경우 보다 상기 피검체의 연조직의 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하게 된다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 컴퓨터 단층 촬영(CT)에서 통상적으로 사용되는 X선 에너지 준위 (80~140kVp)에서는 뼈 등 경조직의 경우와 달리 피부, 지방 등 연조직(soft tissue)에서의 X선 감쇄율(attenuation)이 상당히 낮고, 이에 따라 연조직의 대조도(contrast)가 현저히 떨어지게 되어, 피검체의 피부 등 연조직에 대한 경계면을 정확하게 검출하기 어렵다는 문제점이 나타나게 된다. 나아가, 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 경계면을 자동으로 검출하기 위해서는 영상에서 나타나는 연조직의 경계면이 뚜렷할수록 유리하게 된다.
보다 구체적으로, 도 4에서는 본 발명의 일 실시예로서 상기 S1300 단계를 보다 구체화화한 입체 영상 생성 방법의 순서도를 예시하고 있다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 S1300 단계는 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체의 피부 등 연조직에 대한 대조도가 향상된 제2 투과 영상을 산출하는 단계(S1310); 및 상기 제2 투과 영상으로부터 단층 영상을 재구성하는 단계(S1320)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 S1310 단계에서는 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출하여 생성된 제1 투과 영상군을 이용하여, 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상될 수 있는 수준의 낮은 에너지 준위에서의 제2 투과 영상을 산출함으로써, 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 단색(monochrome) X선 투과 영상을 얻을 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 제2 투과 영상을 산출하는 단계(S1310)에서는, 광전 흡수 기반(photoelectric absorption basis)의 제1 영상 및 상기 광전 흡수 보다 높은 에너지 준위에서 뚜렷하게 나타나는 콤프턴 산란 기반(Compton scattering basis)의 제2 영상을 생성한 후, 상기 제1 영상 및 제2 영상을 선형 결합하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도를 향상시킬 수 있는 제3 에너지 준위에서의 가상의 투과 영상을 산출하도록 구성할 수도 있다.
이때, 상기 제3 에너지 준위는 상기 입체 영상 생성 시스템에서 실제로 얻기 어려운 낮은 가상의 에너지 준위(예를 들어 20keV-40keV)일 수 있으며, 또는 상기 입체 영상 생성 시스템에서 사용할 수 있는 최저 에너지 준위 보다 낮은 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도를 향상시킬 수 있는 에너지 준위를 선택할 수도 있다.
한편, 상기 제3 에너지 준위에서의 가상의 투과 영상은 피검체의 특성을 고려하여 X선 단층영상 재구성시 발생할 수 있는 빔경화 (beam hardening) 또는 메탈 아티팩트 (metal artifact) 등 인공음영(image artifac)을 최소화하기 위해 상기 제1 영상 및 제2 영상을 선형 결합하여 임의의 에너지 준위로 조정될 수도 있다. 또한, 상기 제3 에너지 준위는 입체 영상 생성 시스템에서 사용할 수 있는 최저 에너지 준위 보다 높은 에너지 준위를 사용함으로써, 인공음영의 영향을 최소화할 수도 있다.
또한 가상의 단색 X선 투과 영상을 생성하는 대신, 피부의 표면이나 조영제 등 특정 조직이나 물질을 선택적으로 분리할 수 있는 물질분리(material decomposition) 기법을 적용할 수도 있다.
다음으로, S1320 단계에서는 상기 제2 투과 영상으로부터 단층 영상을 재구성하게 된다. X선 투과 영상으로부터 단층 영상을 재구성하는 방법은 종래 다양한 기술이 제안되어 활용되고 있으며, 예를 들어, 통상적으로 많이 사용되는 FDK (Feldkamp-Davis-Kress) 재구성 기법을 포함하는 여과 역투영(filtered backprojection) 기법 등 X선 투과 영상으로부터 단층 영상을 재구성할 수 있는 방법이라면 특별한 제한없이 본 단계에 적용될 수 있다. 도 5(a)에서는 X선 투과 영상을 이용하여 생성된 피검체의 두부에 대한 단면 영상을 예시하고 있다.
따라서, 상기 피검체의 연조직 및 경조직 등 물질 특성에 따라 X선의 에너지 준위에 따른 감쇄율이 달라지게 되므로, 본 발명에서는 상기 연조직에 대한 대조도를 높일 수 있는 수준의 낮은 에너지(예를 들어, 40 ~ 60kVp)에서의 X선 투과 영상을 가상으로 생성하는 등, 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체의 연조직의 대조도가 향상된 제2 투과 영상을 산출하고, 나아가 상기 제2 투과 영상을 이용하여 단층 영상을 재구성한 후 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 생성함으로써, 종래 컴퓨터 단층 촬영 영상을 이용하여 피검체에 대한 입체 표면 모델을 생성하는 경우 나타날 수 있었던 오차를 크게 개선할 수 있게 된다.
즉, 상기 제1 투과 영상군에서의 복수의 에너지 준위는 제1 에너지 준위 및 상기 제1 에너지 준위보다 낮은 제2 에너지 준위를 포함할 수 있으며, 이에 따라 상기 제2 투과 영상을 생성하는 단계에서는, 상기 제2 에너지 준위보다 낮은 제3 에너지 준위에서의 가상의(즉, 제3 에너지 준위 X선을 검출하여 생성하지 않은) 투과 영상을 산출할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 통상의 X선 단층 촬영 시스템에서는 80~140kVp(여기서, kVp는 최대 관전압으로서 X선원에서 방출되는 X선 광자 에너지의 최대값을 의미) 에너지 준위의 X선을 사용하게 되며, 이에 따라 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 연조직에서의 X선 감쇄율이 낮아 대조도가 떨어지는 문제점이 나타날 수 있으나, 본 발명에서는 상기 80~140kVp의 대역에서 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출하여 생성된 제1 투과 영상군을 생성한 후, 이를 이용하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성함으로써, 피검체에 대한 입체 표면 모델을 생성하는 경우 나타날 수 있었던 오차를 크게 개선할 수 있게 된다.
이어서, S1400 단계에서는 상기 단층 영상으로부터 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하게 된다.
이때, 상기 단층 영상에 표면 검출 알고리즘을 적용하여 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어, 상기 단층 영상에서 피검체 영역을 제외한 빈 공간(air)의 한 점 또는 일부 영역을 시드(seed)로 하고 연조직을 영역의 한계로 설정하여 입체 영역 성장(3D region growing)을 수행함으로써 상기 빈 공간과 연조직의 경계면을 검출함으로써, 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 효과적으로 산출할 수 있다.
또한, 표면 검출 알고리즘으로서 상기와 같은 입체 영역 성장 방법 외에도 다양한 세그멘테이션 기법들을 적용할 수도 있다. 예를 들어, 경계면의 해상도를 증대시키기 위한 방법으로 점퍼짐함수(Point Spread Function)을 예측하여 Deconvolution처리 기법을 적용할 수도 있고, 특정한 기하하적 표면 구조를 강조하여 처리할 수 있는 Hessian Filter를 적용할 수도 있다.
도 5(b)에서는 피검체의 두부에 대한 단층 영상(도 5(a))으로부터 산출된 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 예시하고 있다. 상기 입체 표면 모델은 상기 피검체의 표면을 입체 형상으로 구성하기 위한 입체 형상 데이터를 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 제1 투과 영상군에 의한 표면 경계면 정보 또는 상기 광학 영상으로부터 산출되는 표면 윤곽 정보를 고려하여, 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 보정함으로써, 상기 입체 표면 모델의 정확도를 개선할 수도 있다.
보다 구체적으로, 도 7에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 영상을 이용하여 피검체에 대한 입체 표면 모델을 보정하는 방법의 순서도를 예시하고 있다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 단층 영상에 의한 표면 경계면 정보와 상기 광학 영상으로부터 산출되는 표면 윤곽 정보의 오차를 산출한 후, 상기 오차를 반영하여 상기 단층 영상을 업데이트하며, 업데이트된 상기 단층 영상이 소정의 수렴 조건을 만족할 때까지 상기 과정들을 반복함으로써, 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델의 정확도를 높일 수 있게 된다. 나아가, 유사한 방법으로 상기 제1 투과 영상에 의한 표면 경계면 정보를 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델의 정확도를 높이는 것도 가능하다.
또한, 도 8에서는 본 발명의 다른 실시예로서 상기 S1300 단계를 구체화화한 또 다른 입체 영상 생성 방법의 순서도를 예시하고 있다.
도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 S1300 단계는 상기 제 1 투과 영상군 중 각 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 재구성하는 단계(S1330); 및 상기 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 이용하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 단계 (S1340)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 S1330 단계에서는 상기 제 1 투과 영상군 중 각 복수의 에너지 준위의 투과 영상을 이용하여 각 에너지 준위에 대한 복수의 단층 영상을 포함하는 단층 영상군을 재구성하게 되고, 이어서 S1340 단계에서는 상기 복수의 에너지 준위에서의 단층 영상군을 이용하여 상기 피검체의 피부 등 연조직에 대한 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성함으로써, 상기 피검체의 표면에 대한 정확도가 향상된 입체 표면 모델을 산출할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명에서 상기 피검체에 대한 복수의 에너지 준위에서의 엑스선 투과 영상군을 이용하여 단층 영상을 재구성한 후, 이를 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 생성하여야 하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 상기 피검체에 대한 복수의 에너지 준위에서의 엑스선 투과 영상군을 생성한 후, 상기 피검체에 대한 단층 영상을 재구성하는 단계를 거치지 않고 상기 엑스선 투과 영상군에 포함된 데이터를 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 생성하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 상기 피검체에 대한 전체 단층 영상을 재구성하는 과정을 거치지 않고 입체 표면 모델의 생성에 필요한 데이터만을 처리하여 입체 표면 모델을 생성함으로써, 보다 적은 전산 자원만을 사용하여 신속하게 입체 표면 모델을 생성할 수 있게 된다.
마지막으로, S1500 단계에서는 상기 입체 표면 모델과 상기 광학 영상을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성하게 된다. 예를 들어, 상기 일련의 단계를 거쳐 생성된 피검체에 대한 입체 표면 모델에 상기 광학 영상에 포함되는 컬러 색채 정보를 매핑시켜 입체 영상을 생성할 수도 있다. 도 5(c)에서는 상기 입체 표면 모델과 상기 광학 영상을 이용하여 생성된 피검체의 두부에 대한 입체 영상을 예시하고 있다.
나아가, 본 발명은 반드시 입체 표면 모델에 광학 영상이 결합된 입체 영상의 생성에 한정되는 것은 아니며, 상기 입체 영상과 함께 상기 피검체에 대한 단면 영상이 분리되어 사용자에게 제공될 수 있으며, 나아가 상기 입체 영상과 단면 영상이 결합된 하나의 영상으로 생성되어 사용자에게 제공될 수도 있다.
또한, 본 발명은 입체 표면 모델에 광학 영상의 컬러 정보를 함께 결합하여 표현할 수도 있으며, 입체 표면 모델에 광학 영상의 컬러 정보와 함께 해부학적 단층 영상 정보를 함께 표현할 수도 있다. 또한 다중에너지 X선 재구성 과정에서 분리된 물질 분리 영상 (material-selective image)를 포함할 수도 있다. 여기서 물질 분리 영상이란 조영 증강 등을 이용하여 강조된 신경이나 혈관 구조를 의미할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예로서, 입체 표면 모델의 정확도를 더욱 높이기 위한 여러가지 구성을 더 포함할 수도 있다.
보다 구체적으로, 도 9에서는 피검체의 특성을 반영하여 최적화된 X선 노출 설정 등 X선 촬영 설정 파라미터를 적용하는 방법의 순서도를 예시하고 있다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 카메라 등 광학 장비를 이용하여 수집된 광학 영상으로부터 피검체의 크기, 모양, 위치, 중심 등 피검체의 특성을 산출하고, 상기 산출된 피검체의 특성을 고려하여 상기 피검체의 연조직의 대조도를 높일 수 있도록 최적화된 X선 촬영 설정 파라미터를 선택하여 적용한 후, X선 촬영을 수행하여 입체 표면 모델을 생성하도록 함으로써, 보다 높은 정확도를 가지는 입체 표면 모델을 산출할 수 있게 된다. 예를 들어, X선 노출 설정 값은 X선 튜브의 관전압 (kVp), 관전류 (mA), 노출 시간 등을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 최적화된 X선 촬영 설정 파라미터는 미리 산출되어 테이블 등의 형태로 저장되어 있거나, 함수 등의 형태로 구현되어 사용될 수도 있다.
예를 들어, 전하 결합형 검출기(charge integration detector)를 사용하는 경우에는 피검체의 특성에 따른 관전압 (kVp) 등과 필터 설정 파라미터를 적용할 수 있으며, 광자계수 검출기(photon counting detector)를 사용하는 경우에는 피검체의 특성에 따른 관전압 (kVp) 등과 필터 및 에너지 식별 기준치(threshold) 설정 파라미터도 함께 적용함으로써 입체 표면 모델의 정확도를 보다 개선할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 투과 영상군을 생성하는 단계에서, 상기 광학 영상으로부터 산출되는 상기 피검체의 표면 윤곽 정보와 상기 피검체에 대한 시험(preshot) X선 영상 정보를 비교하여, 상기 피검체의 표면에서 X선 검출기가 제1 투과 영상군에 연조직 정보를 최대한 포함할 수 있는 동작 영역(dynamic range)에서 작동하도록 X선 노출을 조절함으로써, 상기 제1 투과 영상군에서의 피검체의 피부 등 연조직에 대한 정보의 손실을 최소화할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 광학 영상을 수집하기 위하여 다양한 광학 장비가 사용될 수 있다. 예를 들어, 가시광선을 수집할 수 있는 CCD, CMOS 센서가 사용될 수도 있고, 피검체의 피하 조직 정보를 획득할 수 있는 적외선 영역의 광학영상(예, 근적외선) 센서가 사용될 수도 있으며, 하나의 센서에서 다양한 파장의 정보를 수집할 수도 있는 분광 검출기(spectroscopy detector)나 그 배열 소자(array)가 사용될 수도 있고, 적외선 센서를 사용하여 피부 아래의 혈관 분포 등에 대한 영상 정보를 수집하도록 할 수도 있다.
도 10에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 검출기를 이용하여 광학 영상을 수집하는 방법을 설명하고 있다. 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이 분광 검출기를 이용하여 광학 영상을 수집하는 경우, 다양한 파장에서의 스펙트럼 정보를 수집할 수 있어, 피검체 표면의 광반응 특성을 특성화(characterization)할 수 있는 등 매우 다양한 용도의 데이터를 산출할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 광학 영상으로서 가시광선, 적외선을 사용하여 획득한 영상을 사용하거나, 분광 영상(spectroscopic image)을 사용함으로써, 입체 영상의 용도에 따라 보다 다양한 정보를 제공해 줄 수 있게 된다.
더 나아가, 상기 입체 영상은 복수의 에너지 준위를 가지는 다중 에너지 X선을 이용하여 특정 연조직에 대한 대조도 등을 개선함으로써, 신경, 혈관, 조영 증강 병변 등에 대한 병변 정보를 제공하거나, 특정 조직에 대한 해부학적 정보를 제공할 수도 있다.
도 11에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 시스템(100)의 구성도를 예시하고 있다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 광학 영상 수집부(110), 제1 투과 영상 생성부(120), 입체 표면 모델 산출부(130) 및 입체 영상 생성부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 광학 영상 수집부(110)에서는 피검체에 대한 표면 색상 정보를 포함하는 광학 영상을 수집하게 된다.
다음으로, 제1 투과 영상 생성부(120)에서는 상기 피검체를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출하여 상기 피검체에 대한 제1 투과 영상군을 생성하게 된다.
또한, 입체 표면 모델 산출부(130)에서는 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하게 된다. 이때, 상기 입체 표면 모델 산출부(130)는, 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 단층 영상 재구성부(132) 및 상기 대조도가 향상된 단층 영상으로부터 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 생성하는 입체 표면 모델 생성부(134)를 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 상기 단층 영상 재구성부(132)는 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 제1 투과 영상군 중 하나의 투과 영상을 이용하는 경우 보다 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 제2 투과 영상을 산출하는 제2 투과 영상 산출부(미도시) 및 상기 제2 투과 영상으로부터 상기 피검체에 대한 단층 영상을 재구성하여 산출하는 단층 영상 산출부(미도시)를 포함하여 구성될 수도 있다.
또한, 상기 단층 영상 재구성부(132)는 상기 제 1 투과 영상군 중 각 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 재구성하는 단층 영상군 재구성부(미도시) 및 상기 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 이용하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 단층 영상을 생성하는 단층 영상 생성부(미도시)를 포함하여 구성될 수도 있다.
마지막으로, 입체 영상 생성부(140)에서는 상기 입체 표면 모델과 상기 광학 영상을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성하게 된다.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 시스템(100)은 앞서 자세하게 살핀 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 생성 방법의 경우와 유사하게 확장되거나 구현될 수 있으므로, 여기서 보다 자세하게 설명하는 것은 생략한다.
도 12에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상을 생성하는 다중 에너지 엑스선 촬영 장치(200)의 구성도를 예시하고 있다.
아래에서는, 도 11과 도 12를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 에너지 엑스선 촬영 장치(200)의 각 구성을 보다 자세하게 설명한다.
도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 입체 영상을 생성하는 다중 에너지 엑스선 촬영 장치(200)는 멀티 X선 제어부(215)의 제어에 따라 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 방사하는 멀티 X선원(X-ray source)(210)과, 시준 제어부(225)의 제어에 따라 시준을 조정하는 시준기(220), 피검체(213)를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출하는 멀티 X선 검출부(240)와, 상기 검출된 복수의 에너지 준위를 가지는 X선의 투과 데이터을 수집하는 멀티 X선 데이터 수집부(245)와, 피검체(213)에 대한 표면 색상 정보를 포함하는 광학 영상을 수집하는 화상카메라(230)와, 상기 수집된 광학 영상을 처리하는 화상획득 및 제어부(235)와, 상기 각 구성요소들을 탑재하여 회전제어부(255)의 제어에 따라 상기 피검체를 중심으로 회전하는 회전체(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 멀티 X선 데이터 수집부(245)에서 수집된 복수의 에너지 준위를 가지는 X선의 투과 데이터를 일시 저장하는 멀티 X선 데이터 수집 버퍼(260)와, 상기 멀티 X선 데이터수집 버퍼(260)와 상기 화상 획득 및 제어부(235)로부터 전달되는 복수의 에너지 준위를 가지는 X선의 투과 데이터 정보와 광학 영상 정보를 처리하여 상기 피검체에 대한 입체 영상으로 재구성하는 데이터 처리장치(270)와, 상기 피검체에 대한 입체 영상을 표시하는 표시장치(280)와, 상기 데이터 처리장치(270)가 상기 회전체(250) 및 회전체(250) 상에 탑재되는 구성요소(멀티 X선원(210), 시준기(220), 화상카메라(230) 등)들을 제어함에 있어 인터페이스 역할을 수행하는 제어 인터페이스(283)와, 사용자의 조작 버튼들을 포함하여 이루어진 조작장치(281)와, 멀티 X선 설정부(217)가 부가적으로 더 포함될 수 있다.
상기 멀티 X선 제어부(215), 멀티 X선원(210), 시준제어부(225), 시준기(220), 화상카메라(230), 화상 획득 및 제어부(235), 멀티 X선 검출부(240), 멀티 X선 데이터 수집부(245)는 상기 회전체(250) 상에 탑재되어 회전 제어부(255)의 제어에 따라 회전하면서 동작하게 된다.
즉, 상기 각 구성요소들을 탑재한 회전체(250)는 피검체(213)를 중심으로 미소한 각도 간격으로 회전하면서 각 위치에서 지속적으로 X선 투과 데이터와 피검체(213)에 대한 표면 색상 정보를 포함하는 광학 영상 정보를 동시에 획득하게 된다.
상기 멀티 X선원(210)은 X선 제어부(215)의 제어에 따라 소정의 X선을 발생하여 피검체(213)를 향하여 방사한다. 이때, 상기 피검체(213)를 구성하는 조직의 특성에 따라 상기 조직을 투과하는 X선(X-ray)의 에너지 준위에 따른 X선의 감쇄율이 달라지게 되며, 특히 뼈 등의 경조직의 경우와 달리, 피부 등의 연조직에서의 X선 감쇄율이 상당히 낮고, 이에 따라 연조직의 대조도(contrast)가 현저히 떨어지게 되어, 피검체의 피부 등 연조직에 대한 정확한 경계면을 정확하게 검출하기 어려워 지게 된다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 X선원(210) 및 멀티 X선 검출부(240)는 이러한 특성을 반영하여 적어도 둘 이상의 에너지 준위를 가지는 X선을 피검체로 조사하고, 피검체를 투과한 X선에 대하여 둘 이상의 에너지 준위를 포함하는 대역에서 X선 투과 데이터를 검출하여, 상기 피검체에 대한 제1 투과 영상을 생성하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 멀티 X선원(210)에서는 서로 다른 에너지 준위(예를 들어, 8kVp 및 12kVp)의 X선을 방출하도록 동작 모드를 스위칭하거나, 상기 멀티 X선원(210)에 필터를 부가하여 서로 다른 복수의 에너지 준위의 X선을 방출하도록 하도록 할 수도 있다. 나아가, 서로 다른 에너지 준위를 가지는 복수의 X선원(210)을 포함하여 입체 영상 생성 시스템(200)을 구성할 수도 있다.
나아가, 상기 멀티 X선 검출부(240)에 대해서는, 입사되는 광자에 대한 에너지 준위를 식별하여 측정할 수 있는 광자계수 검출기(photon counting detector)를 이용하여 멀티 X선 검출부(240)를 구성하거나, 복수의 에너지 준위를 검출할 수 있는 검출기가 적층 구조를 이루는 멀티 X선 검출부(240)를 구성하여 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출하도록 할 수 있다. 더 나아가 광자계수 검출기와 전하축적방식(charge ingtegration) 검출기를 혼합하여 검출기를 구성할 수도 있다.
또한, 상기 멀티 X선원(210)로부터 피검체(213)로 조사되는 방사선은 멀티-에너지 X선(multi-energy X-ray) 또는 다파장 X선(polychromatic X-ray)을 포함할 수 있다. 상기 X선은 시준제어부(225)의 제어에 따라 시준이 조정되는 시준기(220)를 통하여 상기 피검체(213)를 투과하여 상기 멀티 X선 검출부(240)에 전달된다. 상기 시준기(220)는 상기 피검체에서의 관심 영역(Region of Interest, ROI)의 형태 등을 고려하여 적정하게 시준되어 상기 X선을 투과시킨다.
상기 멀티 X선 검출부(240)에서 검출되는 피검체를 투과한 X선 투과 데이터는 상기 멀티 X선 데이터 수집부(245)에 의해서 수집된다.
상기 멀티 X선 데이터 수집부(245)는 상기 멀티 X선 검출부(240)에서 검출된 X선량에 따라 발생하는 일련의 전압 신호를 소정의 디지털 신호로 변환하여 멀티 X선 데이터 수집 버퍼(260)로 전달한다. 또한, 상기 멀티 X선 데이터 수집버퍼(260)는 상기 피검체에 대한 X선 투과 데이터 정보에 관한 디지털 신호를 순서대로 데이터 처리장치(270)로 전송한다.
한편, 상기 회전체(250) 상에 탑재된 화상카메라(230)는 피검체(213)의 표면 색상 정보를 포함하는 광학 정보를 촬영 획득하여 상기 화상 획득 및 제어부(235)로 전달한다. 그러면, 상기 화상 획득 및 제어부(235)는 상기 화상카메라(230)에 의하여 획득된 표면 색상 정보를 포함하는 광학 정보를 일시 저장하였다가, 순서대로 상기 데이터 처리장치(270)로 전송한다.
상기 화상카메라(230)는 상기 피검체(213)의 표면 색상 정보를 포함하는 광학 영상을 정확히 촬영하기 위하여 상기 화상 획득 및 제어부(235)의 제어에 따라 초점과 각도가 조절된다. 즉, 피검체(213)의 크기와 위치가 변경되는 경우에는 상기 화상 획득 및 제어부(235)의 제어에 따라 상기 화상카메라(230)는 초점과 각도가 다시 조절되어 상기 피검체(213)의 표면 색상 정보를 포함하는 광학 영상을 정확히 촬영할 수 있도록 한다.
상기 화상카메라(230)에 사용되는 이미지 센서는 CCD(charge coupled devices) 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor field effect transistor, 상보형 트랜지스터) 형 중 하나일 수 있으며, 이외에도 상기 피검체에 대한 표면 색상 정보를 포함하는 광학 영상을 정확히 수집할 수 있는 다양한 센서가 사용될 수 있다.
또한, 상기 화상카메라(230)는 상기 회전체(250)의 소정의 위치에 설치될 수 있으며, 나아가 상기 멀티 X선원(210)에서 조사되는 X선에 맞지 않도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 피검체(213)의 표면 색상 정보를 포함하는 광학 영상을 정확히 촬영하기 위하여 상기 화상카메라(230)의 렌즈는 상기 회전체(250)의 회전 중심과 일치하도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 데이터 처리장치(270)에서는 전송받은 상기 피검체(213)에 대한 X선 투과 데이터와 상기 피검체(213)에 대한 광학 영상 정보를 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성하게 된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예로서 상기 데이터 처리장치(270)에서는 상기 피검체(213)를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선 투과 데이터를 이용하여 상기 피검체(213)의 연조직에 대한 대조도(contrast)가 향상된 단층 영상을 재구성하고, 이어서 상기 단층 영상에 표면 검출 알고리즘을 적용하여 상기 피검체(213)에 대한 입체 표면 모델을 산출할 수 있다. 나아가, 상기 데이터 처리장치(270)에서는 상기 입체 표면 모델과 상기 피검체(213)에 대한 표면 색상 정보를 포함하는 광학 영상을 이용하여 상기 피검체(213)에 대한 입체 영상을 생성할 수 있다.
이에 따라, 상기 데이터 처리장치(270)에 의하여 생성되는 입체 영상에는 실제의 칼라 색상 정보가 맵핑될 수 있고, 나아가 X선 단층영상에서 재현하기 어려운 사람의 눈썹, 머리카락 또는 색조화장, 문장, 그림 등 풍부한 표면 정보를 실제와 같은 색상으로 재현할 수 있게 된다.
또한, 상기 데이터 처리장치(270)는 입체 표면 모델과 광학 영상을 결합하여 입체 영상을 생성하는 것에서 나아가, 상기 입체 영상과 함께 상기 피검체에 대한 단면 영상을 동시에 생성할 수도 있으며, 더 나아가 상기 입체 영상과 단면 영상이 결합된 영상을 생성하여 사용자에게 제공할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 입체 영상 생성 시스템
110 : 광학 영상 생성부
120 : 제1 투과 영상 생성부
130 : 입체 표면 모델 산출부
132 : 단층 영상 재구성부
134 : 입체 표면 모델 생성부
140 : 입체 영상 생성부
200 : 다중 에너지 엑스선 촬영 장치
210 : 멀티 X선원
213 : 피검체
215 : 멀티 X선 제어부
217 : 멀티 X선 설정부
220 : 시준기
225 : 시준 제어부
230 : 화상카메라
235 : 화상획득 및 제어부
240 : 멀티 X선 검출부
245 : 멀티 X선 데이터 수집부
250 : 회전체
255 : 회전 제어부
260 : 멀티 X선 데이터 수집 버퍼
270 : 데이터 처리장치
280 : 표시장치
281 : 조작장치
283 : 제어 인터페이스
110 : 광학 영상 생성부
120 : 제1 투과 영상 생성부
130 : 입체 표면 모델 산출부
132 : 단층 영상 재구성부
134 : 입체 표면 모델 생성부
140 : 입체 영상 생성부
200 : 다중 에너지 엑스선 촬영 장치
210 : 멀티 X선원
213 : 피검체
215 : 멀티 X선 제어부
217 : 멀티 X선 설정부
220 : 시준기
225 : 시준 제어부
230 : 화상카메라
235 : 화상획득 및 제어부
240 : 멀티 X선 검출부
245 : 멀티 X선 데이터 수집부
250 : 회전체
255 : 회전 제어부
260 : 멀티 X선 데이터 수집 버퍼
270 : 데이터 처리장치
280 : 표시장치
281 : 조작장치
283 : 제어 인터페이스
Claims (22)
- 삭제
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- 피검체에 대한 입체 영상을 생성하는 입체 영상 생성 시스템으로서,
영상 정보 획득 장치를 이용하여 피검체에 대한 광학 영상을 수집하는 광학 영상 수집부;
X선 검출기를 이용하여 X선원에서 방출되어 상기 피검체를 투과한 복수의 에너지 준위를 가지는 X선을 검출하여 상기 피검체에 대한 제1 투과 영상군을 생성하는 제1 투과 영상 생성부;
데이터 처리장치를 이용하여 상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 산출하는 입체 표면 모델 산출부; 및
상기 데이터 처리장치를 이용하여 상기 입체 표면 모델과 상기 광학 영상을 이용하여 상기 피검체에 대한 입체 영상을 생성하는 입체 영상 생성부를 포함하며,
상기 복수의 에너지 준위는 제1 에너지 준위 및 상기 제1 에너지 준위보다 낮은 제2 에너지 준위를 포함하고,
상기 입체 표면 모델 산출부에서는,
상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 제2 에너지 준위보다 낮고, 상기 X선원을 구비하는 입체 영상 생성 시스템에서 사용할 수 있는 X선의 최저 에너지 준위 보다 낮은 제3 에너지 준위에서의 가상의 제2 투과 영상을 산출하고,
상기 제2 투과 영상을 이용하여 단층 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 생성 시스템. - 제19항에 있어서,
상기 입체 표면 모델 산출부는,
상기 제 1 투과 영상군을 이용하여 상기 복수의 에너지 준위를 가지는 X선 중 하나의 X선에 의한 투과 영상을 이용하는 경우 보다 상기 피검체의 연조직의 대조도가 향상된 단층 영상을 재구성하는 단층 영상 재구성부; 및
상기 대조도가 향상된 단층 영상으로부터 상기 피검체에 대한 입체 표면 모델을 생성하는 입체 표면 모델 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 생성 시스템. - 제20항에 있어서,
상기 단층 영상 재구성부는,
상기 제1 투과 영상군을 이용하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 제2 투과 영상을 산출하는 제2 투과 영상 산출부; 및
상기 제2 투과 영상으로부터 상기 피검체에 대한 단층 영상을 재구성하여 산출하는 단층 영상 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 생성 시스템. - 제20항에 있어서,
상기 단층 영상 재구성부는,
상기 제 1 투과 영상군 중 각 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 재구성하는 단층 영상군 재구성부; 및
상기 복수의 에너지 준위의 투과 영상에 대한 단층 영상군을 이용하여 상기 피검체의 연조직에 대한 대조도가 향상된 단층 영상을 생성하는 단층 영상 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 입체 영상 생성 시스템.
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