KR101853814B1 - 방사선 영상 촬영장치, 의료영상시스템 및 방사선 영상을 촬영하는 방법 - Google Patents

방사선 영상 촬영장치, 의료영상시스템 및 방사선 영상을 촬영하는 방법 Download PDF

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Abstract

방사선 영상 촬영장치, 의료영상시스템 및 방사선 영상을 촬영하는 방법에 따르면, 방사선 영상 촬영장치는 보정 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하는 방사선 조사부; 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 감쇠계수를 추정하는 감쇠계수 추정부; 및 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하는 에너지 대역 결정부;를 포함한다.

Description

방사선 영상 촬영장치, 의료영상시스템 및 방사선 영상을 촬영하는 방법{Apparatus for photographing radiation image, medical imaging system and method for photographing radiation image}
방사선 영상 촬영장치, 의료영상시스템 및 방사선 영상을 촬영하는 방법이 개시된다.
방사선, 예를 들면 엑스-레이(X-ray)를 이용하는 의료영상시스템은 엑스-레이를 인체와 같은 피사체에 조사하여 투사된 방사선 영상을 획득한다. 조사대상 물질의 종류, 밀도 또는 조사되는 엑스-레이 에너지 대역에 따라, 엑스-레이가 물질에 따라 감쇠되는 정도가 다르다. 예를 들어, 뼈의 엑스-레이 감쇠계수는 연조직에 비하여 매우 높다. 따라서, 연조직과 뼈의 명암대비가 높아 방사선 영상에서 연조직과 뼈는 선명하게 구분된다. 하지만, 연조직에 포함된 서로 다른 조직들은 단일 에너지의 엑스-레이에 대한 감쇠계수가 유사하여 방사선 영상에서도 유사한 인텐시티(intensity)를 가지게 된다. 이에 따라, 방사선 영상에서 연조직에 포함된 복수의 조직들간의 구분이 어렵게 된다.
퀄리티가 향상된 방사선 영상을 촬영하는 방사선 영상 촬영장치, 의료영상시스템 및 방사선 영상을 촬영하는 방법을 제공한다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 적어도 두 가지 이상의 물질들로 구성된 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영하는 방사선 영상 촬영장치는 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정(calibration) 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하는 방사선 조사부; 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 상기 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정하는 감쇠계수 추정부; 및 상기 추정된 감쇠계수 및 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하는 에너지 대역 결정부;를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 의료영상시스템은 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하고, 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여 감쇠계수를 추정하고, 상기 추정된 감쇠계수 및 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하고, 결정된 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 피사체에 조사하여 피사체에 대한 진단영상을 생성하는 방사선 영상 촬영장치; 상기 생성된 진단영상을 저장하는 저장부; 및 상기 생성된 진단영상을 외부장치로 출력하는 출력부를 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 적어도 두 가지 이상의 물질들로 구성된 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영하는 다중 에너지 방사선의 최적 에너지 대역을 결정하는 방법은 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정(calibration) 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하는 단계; 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 상기 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 감쇠계수 및 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하는 단계;를 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 적어도 두 가지 이상의 물질들로 구성된 피사체에 대한 방사선 영상을 처리하는 방법은 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정(calibration) 수단 및 상기 피사체에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하는 단계; 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 상기 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정하는 단계; 및 상기 추정된 감쇠계수 및 상기 피사체를 통과하여 획득된 값을 이용하여, 상기 방사선 영상을 구성하는 픽셀들 각각이 상기 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률을 추정하는 단계;를 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 상기된 다중 에너지 방사선의 최적 에너지 대역을 결정하는 방법 및 방사선 영상을 처리하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상기된 바에 따르면, 방사선 영상을 촬영하는 다중 에너지 방사선에 포함된 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들에 대한 최적의 조합을 결정할 수 있고, 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률을 나타낸 진단영상을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치의 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치를 좀 더 상세히 도시한 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 복수의 다중 에너지 방사선들의 조합들의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 의료영상시스템을 도시한 구성도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 다중 에너지 방사선의 최적 에너지 대역을 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 피사체에 대한 방사선 영상을 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 방사선 조사부(110), 감쇠계수 추정부(120) 및 에너지 대역 결정부(130)로 구성된다.
도 1에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100)의 감쇠계수 추정부(120) 및 에너지 대역 결정부(130)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 적어도 두 가지 이상의 물질들로 구성된 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영한다. 이때, 방사선은 엑스-레이(x-ray)를 포함할 수 있고, 이에 따라, 본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 인체 중 뼈 이외의 연조직만으로 구성된 유방 조직의 병변을 감별하는데 이용되는 마모그래피(mammography)용 촬영장치가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
방사선 조사부(110)는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정(calibration) 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사한다. 이때, 보정 수단을 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질은 피사체를 구성하는 물질과 동일하다.
본 실시예에 따른 피사체는 적어도 두 가지 이상의 물질들로 구성되고, 예를 들어 설명하면, 피사체는 인체의 유방, 복부, 심장, 뼈 등이 될 수 있다. 피사체가 인체의 유방인 경우를 예로 들어 설명하면, 적어도 두 가지 이상의 물질은 아디포즈(adipose), 선상 조직(glandular tissue), 미세석회화(micro calcification) 및 암 조직(carcinoma tissue) 등으로 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정 수단은 보정 팬텀(calibration phantom)이 될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 보정 수단은 하나의 물질 및 하나의 두께로 구성된 복수의 보정 팬텀들이 마련되거나, 하나의 물질이 복수의 두께들로 구성된 보정 팬텀들이 마련되거나, 또는 복수의 물질들이 복수의 두께들로 구성된 하나의 보정 팬텀으로 마련될 수 있다.
예를 들어 설명하면, 보정 수단은 단일 물질로 구성된 1cm, 2cm, 3cm, 4cm 및 5cm의 두께를 가지는 블럭 형태의 보정 팬텀들이 복수의 물질들 각각에 대하여 마련될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 실시예에 따른 보정 수단은 피사체와 실질적으로 동일한 구조를 가지도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시예에 따른 방사선 조사부(110)는 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 보정 수단에 조사한다. 방사선이 x선인 경우를 예로 설명하면, 방사선 조사부(110)는 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합으로 구성된 x선 소스 스펙트라(source spectra)를 구현하여, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합으로 구성된 다중 에너지 방사선을 발생시키고, 발생된 다중 에너지 방사선을 보정 수단에 조사한다.
또한, 본 실시예에 따른 방사선 조사부(110)는 에너지 대역 결정부(130)에서 결정된 에너지 대역들의 조합으로 구성된 다중 에너지 방사선을 피사체에 조사한다. 그러하기에, 방사선 조사부(110)는 최적화된 에너지 대역들의 조합으로 구성된 다중 에너지 방사선을 조사하고, 이에 따라, 방사선 영상 촬영장치(100)를 이용하여 촬영된 방사선 영상의 노이즈(noise)가 저하됨에 따라 퀄리티(quality)가 향상될 수 있다.
감쇠계수 추정부(120)는 방사선 조사부(110)에서 조사된 다중 에너지 방사선이 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 상기 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정한다.
에너지 대역이 서로 다른 방사선을 동일한 조직에 조사하면, 조사되는 방사선의 에너지 대역에 따라 조직에 흡수되는 방사선의 정도가 다르게 된다. 본 실시예에 따른 감쇠계수 추정부(120)는 이러한 특성에 따라 각 에너지 대역별 감쇠 특성이 반영된 다수의 방사선 영상들을 획득하고, 획득된 방사선 영상들을 이용하여 감쇠계수를 추정할 수 있다.
예를 들어 설명하면, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대응하는 단일 에너지 방사선들이 보정 수단에 조사되면, 본 실시예에 따른 감쇠계수 추정부(120)는 각 에너지 대역별 감쇠 특성이 반영된 다수의 방사선 영상들을 획득하고, 획득된 방사선 영상들을 이용하여 감쇠계수를 추정할 수 있다.
다른 예를 들어 설명하면, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역을 포함하는 다중 에너지 방사선이 보정 수단에 조사되면, 본 실시예에 따른 감쇠계수 추정부(120)는 에너지 변별 검출기를 이용하여 각 에너지 대역별 감쇠 특성이 반영된 다수의 방사선 영상들을 획득하고, 획득된 방사선 영상들을 이용하여 감쇠계수를 추정할 수 있다. 이때, 에너지 변별 검출기는 광자 계수 검출부(photon counting detector)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 감쇠계수 추정부(120)에서 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정하는 방법에 관하여 좀 더 상세히 설명한다.
M개의 에너지 대역들 중 i 번째 에너지 대역의 방사선이 K개의 물질들로 구성된 보정 수단을 통과함에 따른 측정값 및 촬영값은 수학식 1 및 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00001
Figure 112011033817143-pat00002
수학식 1 내지 2에서, i는 촬영된 측정값의 에너지 대역에 대한 인덱스(index), j는 M개의 에너지 대역들 각각의 에너지 대역에 포함된 단일(monochromatic) 에너지에 대한 인덱스를 나타내고, λi는 i 번째 에너지 대역에 대한 촬영값, I0j는 i 번째 에너지 대역의 방사선 입사세기, li는 i 번째 에너지 대역의 하위 경계, ui는 i 번째 에너지 대역의 상위 경계, Energyj는 j 번째 단일 에너지, μkj는 j 번째 단일 에너지에 대한 k번째 물질의 감쇠계수, tk는 k번째 물질의 두께, yi는 i 번째 에너지 대역에 대한 측정값이 될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 li, ui 및 Energyj의 단위는 keV가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이때, 수학식 1은 Beer-Lambert Law에 따라 정의된 수학식이 될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다. 이에 따라, 촬영값 λi는 이상적인 값에 해당하기에, 감쇠계수 추정부(120)는 측정값 yi를 획득할 수 있다.
또한, 촬영값 λi 또는 측정값 yi는 보정 수단에 대한 방사선 영상을 나타낼 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
이에 따라, 방사선 조사부(110)에서 M개의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 K개의 물질들로 구성된 보정 수단에 조사한 경우, 감쇠계수 추정부(120)에서 획득되는 에너지 대역들 각각에 대한 측정값들은 수학식 3과 같은 메트릭스(matrix) 형태로 표현될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00003
수학식 3에서, ym은 m번째 에너지 대역의 방사선 조사에 따른 측정값, μk(Em)은 m번째 에너지 대역의 방사선이 k번째 물질에 조사된 경우의 대표 감쇠계수, tK는 k번째 물질의 두께, bm은 m번째 에너지 대역의 방사선 조사에 따른 오프셋 값이 될 수 있다.
이에 따라, 수학식 3은 y=At+b와 같은 형태로 정의될 수 있고, y는 측정값 행렬, A는 감쇠계수 행렬, t는 물질의 두께 행렬, b는 오프셋 값 행렬이 될 수 있다.
이때, 오프셋 값 행렬에 해당하는 b는 배경 값이 될 수 있다. 예를 들어 설명하면, y=At+b에서 t=0인 경우, 측정값 y=b가 된다. 즉, 방사선이 어떤 물질도 통과하지 않는 경우의 측정값이 오프셋 값이 된다. 따라서, 오프셋 값 행렬 b는 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00004
수학식 4에서 ybg는 t=0인 경우의 측정값, E(ybg)는 배경을 나타내는 방사선 영상을 구성하는 픽셀들의 픽셀 값의 평균이 될 수 있다.
본 실시예에 따른 감쇠계수 추정부(120)에서 감쇠계수를 추정하기 위하여, 보정 수단은 피사체와 동일한 구조를 가진다. 이에 따라, 보정 수단이 K개의 물질들 각각이 B개의 두께들을 가지도록 구성된 경우, k번째 물질이 b번째 두께를 가지는 보정 수단에 대한 측정값은 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00005
수학식 5에서 ykb는 k번째 물질이 b번째 두께를 가지는 보정 수단에 대한 측정값, b는 오프셋 값 행렬, A는 감쇠계수 행렬, lb는 b번째 보정 수단의 두께가 될 수 있다.
크로네커 곱(Kronecker product)를 이용하여, 수학식 5를 정리하면 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00006
수학식 6에서 y는 측정값 행렬, b는 오프셋 값 행렬, A는 감쇠계수 행렬, t는 l1 내지 lB를 포함하는 보정 수단의 두께 행렬, IK는 K×K 크기의 단위 행렬(identity matrix),
Figure 112011033817143-pat00007
는 크로네커 곱에 따라 정의되는 노테이션이 될 수 있다. 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 크로네커 곱에 관하여 알 수 있기에, 상세한 설명은 생략한다.
수학식 6은 수학식 7 내지 8으로 정리될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00008
Figure 112011033817143-pat00009
수학식 7 내지 8에서 y는 측정값 행렬, b는 오프셋 값 행렬, A는 감쇠계수 행렬, t는 l1 내지 lB를 포함하는 보정 수단의 두께 행렬, IK는 K×K 크기의 단위 행렬(identity matrix),
Figure 112011033817143-pat00010
는 크로네커 곱에 따라 정의되는 노테이션, (·)+는 의사 인벌스(pseudo inverse)를 나타내는 노테이션이 될 수 있다.
또한, 수학식 8에서 연산량을 감소시키기 위하여, 최소 자승법(least square)에 따른 의사 인벌스를 산출하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 감쇠계수 추정부(120)는 역행렬을 산출할 수도 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 감쇠계수 추정부(120)는 방사선 조사부(110)에서 조사된 다중 에너지 방사선이 보정 수단을 통과하여 획득된 값 y을 이용하여 감쇠계수 행렬 A를 추정할 수 있다.
이때, 감쇠계수 행렬 A는 방사선 조사부(110)에서 조사된 다중 에너지 방사선에 포함된 에너지 대역들 각각에 대하여 보정 수단을 구성하는 복수의 물질들 각각에 대한 감쇠계수로 구성될 수 있다. 또한, 다중 에너지 방사선이 보정 수단을 통과하여 획득된 값은 측정값 행렬 y 및 오프셋 값 행렬 b를 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 감쇠계수 추정부(120)는 피사체와 동일한 구조를 가지는 보정 수단을 이용하여, 감쇠계수를 추정할 수 있다.
에너지 대역 결정부(130)는 감쇠계수 추정부(120)에서 추정된 감쇠계수 및 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정한다.
예를 들어 설명하면, 본 실시예에 따른 에너지 대역 결정부(130)는 감쇠계수 행렬 및 촬영값 행렬을 이용하여 산출된 추정행렬의 조건 수(condition number)를 이용하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정한다. 이때, 감쇠계수 행렬은 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수로 구성될 수 있고, 촬영값 행렬은 보정 수단을 통과하여 획득된 촬영값들을 포함할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 촬영값 행렬은 촬영값으로 구성된 대각행렬이 될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 에너지 대역 결정부(130)는 감쇠계수 행렬 및 촬영값을 이용하여 산출된 추정행렬의 최대 특이값(singular value) 및 최소 특이값의 비를 이용하여 조건 수를 산출될 수 있다.
이와 같이, 에너지 대역 결정부(130)는 추정행렬의 조건 수를 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들에 대한 최적의 조합을 결정하기에, 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상이 물질들의 두께를 정확하게 추정할 수 있다.
이하에서는 추정행렬의 조건 수가 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상이 물질들의 두께를 정확하게 추정하는데 중요한 팩터(factor)로 사용될 수 있는 점에 관하여 설명한다.
본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 다중 에너지 방사선을 조사함에 따라, 에너지 대역들 각각에 대하여 촬영된 값은 포아송 분포(Poisson distribution)를 따른다는 사실을 알 수 있다.
또한, 다중 에너지 방사선에 포함된 에너지 대역들 중 i번째 에너지 대역에 따른 촬영값 di가 평균과 분산이 λi인 포아송 분포를 따른다고 가정하면, 에너지 대역들 각각에 대한 촬영값 di는 독립적으로 포아송 분포를 따른다. 이때, λi는 이상적인 촬영값, di는 실제 촬영값이 될 수 있다.
이에 따라, M개의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선이 보정 수단에 조사된 바에 따라 획득된 전체 촬영값의 확률 분포는 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00011
수학식 9에서 d는 다중 에너지 방사선이 보정 수단에 조사된 경우에 따른 전체 촬영값. t는 보정 수단에 포함된 물질의 두께, di는 i번째 에너지 대역의 방사선이 조사된 경우에 따른 실제 촬영값, λi는 i번째 에너지 대역의 방사선이 조사된 경우에 따른 이상적인 촬영값이 될 수 있다. 또한, λi는 수학식 1에서와 같이 정의될 수 있다.
수학식 9에 따른 포아송 분포의 log-likelihood는 weighted l-2 norm의 형태로 근사화됨에 따라, 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00012
수학식 10은 수학식 11과 같은 조건을 설정함에 따라, 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00013
Figure 112011033817143-pat00014
수학식 11 내지 12에서, Ai는 i 번째 에너지 대역에 대한 감쇠계수 행렬, t는 보정 수단의 두께 행렬이 될 수 있다.
수학식 11 내지 12의 pi를 근사화함에 따라 수학식 13과 같이 표현할 수 있고, 근사화된 pi를 2차원 테일러 급수 근사화(2nd order Taylor series approximation)함에 따라, 수학식 14와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00015
Figure 112011033817143-pat00016
수학식 14는 수학식 15와 같은 조건을 설정함에 따라, 수학식 16과 같은 행렬 형태로 표현될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00017
Figure 112011033817143-pat00018
수학식 16에서 d은 i번째 에너지 대역의 방사선이 조사된 경우에 따른 촬영값 di로 구성된 벡터, D는 i번째 에너지 대역의 방사선이 조사된 경우에 따른 촬영값 di를 대각 값으로 가지는 대각 행렬이 될 수 있다.
따라서, 포아송 확률분포 f(d|t)는 평균 (At+b) 및 공분산 행렬 D를 가지는 가우시안 분포(Gaussian distribution)로 근사화될 수 있다. 이러하기에, f(d|t)는 수학식 17에서와 같이 독립적인 두 함수의 곱으로 표현될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00019
수학식 17에 정의된 독립적인 두 함수는 수학식 18과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00020
수학식 18에 정의된 g(T(d)|t)를 참조하면, t에 대한 충족 통계량(sufficient statistics) T(d)는 수학식 19와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00021
수학식 19에서 정의된 바와 같이, 보정 수단에 포함된 물질의 두께 t에 대한 충족 통계량은 감쇠계수 행렬 A, 촬영값 d, 촬영값으로 구성된 대각행렬 D 및 오프셋 값 b를 이용하여 산출될 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 확률변수에 대한 충족 통계량을 알면, 확률변수의 정확한 분포를 구할 수 있음을 알 수 있다. 이에 따라, 상기 수학식 19를 이용하여 산출된 충족 통계량에 따라, 보정 수단에 포함된 물질의 두께 t에 대한 분포의 추정이 가능하다.
또한, Rao-Blackwell-Lehmann-Scheffe 정리에 따르면, 보정 수단에 포함된 물질의 두께 t에 대한 불편 추정치(unbiased estimator) t`와 충족 통계량 T(d)이 주어질 경우, 기대값 E(t`|T(d))는 불편 추정치 t`보다 더 작은 분산(variance)을 가진다. 추가적으로, 충족 통계량 T(d)가 완비성(completeness) 특징을 가질 경우, T(d)로 이루어진 언바이어스드 함수(unbiased function)는 t에 대한 최소분산 불편 추정치(minimum variance unbiased estimator)가 된다.
이러한 정리를 이용하여, t의 불편 추정치 t`는 상기 수학식 16의 f(d|t)의 log-likelihood로부터 수학식 20의 가격함수를 최소화하는 t의 값으로부터 수학식 21과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00022
Figure 112011033817143-pat00023
이에 따라, 기대값 E(t`|T(d))는 아래의 수학식 22와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00024
상기에서 설명한 바와 같이, T(d)는 가우시안 분포의 특징에 따라 완비성 특징을 가지기에, 불편 추정치 t`는 t의 최소 분산 불편 추정치가 된다. 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00025
는 수학식 23과 같이 정의될 경우, 상기 수학식 21에 따른 t의 최소 분산 불편 추정치 (ATDA)-1ATD(y-b)로부터, 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00026
의 조건 수가 물질의 두께 t의 추정에 중요함을 알 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00027
수학식 23에서 A는 감쇠계수 행렬, D는 촬영값 행렬이 될 수 있다. 예를 들어 설명하면, 촬영값 행렬은 촬영값으로 구성된 대각행렬이 될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 에너지 대역 결정부(130)는 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00028
의 조건 수를 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들에 대한 최적의 조합을 결정한다.
이하에서는 본 실시예에 따른 에너지 대역 결정부(130)에서 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00029
의 조건 수를 산출하는 방법에 관하여 설명한다. 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00030
의 조건 수는 추정행렬의 가장 큰 특이값(singular value)과 가장 작은 특이값의 비율을 나타낸다.
좀 더 상세히 설명하면, 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00031
의 조건 수는 측정값 y의 변화량이 보정 수단에 포함된 물질의 두께 t에 미칠 수 있는 변화량의 한계를 나타낸다. 이에 따라, 보정 수단에 포함된 물질의 두께 t의 변화량은 수학식 24와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00032
수학식 24에서
Figure 112011033817143-pat00033
은 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00034
의 의사 인벌스(pseudo inverse)를 나타낸다. 즉, A의 의사 인벌스 A+는 (ATA)-1AT에 의하여 정의될 수 있기에, 수학식 21로부터 t의 변화량에 대한 수학식 24가 도출될 수 있다.
또한, 조건 수의 정의에 따라 수학식 24로부터 수학식 25와 같은 조건이 만족될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00035
수학식 25에서, ∥·∥S 노테이션은 spectral norm을 의미한다. y=Fx를 예로 들어 설명하면, ∥y∥≤∥F∥∥x∥와 같은 조건을 만족한다. 이때, ∥y∥≤∥F∥∥x∥와 같은 조건은 ∥Fx∥≤fsv∥x∥ (이때, fsv는 F의 가장 큰 특이 값)의 관계로부터 유도될 수 있고, ∥Fx∥≤fsv∥x∥는 max∥Fx∥/∥x∥= fsv (이때, fsv는 행렬 F의 spectral norm)의 관계로부터 유도될 수 있다. 이는 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있기에, 상세한 설명은 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 수학식 24로부터 수학식 25가 도출될 수 있고, 이에 따라, t의 변화량의 norm에 대한 상위 경계는 수학식 25와 같이 표현될 수 있다.
또한, 행렬의 spectral norm은 해당 행렬의 가장 큰 특이값으로 표현될 수 있기에, 추정행렬의 의사 인벌스
Figure 112011033817143-pat00036
의 spectral norm은 수학식 26과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00037
수학식 26에서, σn은 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00038
의 특이값들 중 가장 작은 특이값이 될 수 있다.
또한, 수학식 21 및 23을 이용하여 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00039
와 물질의 두께 t의 곱은 D1/2(y-b)와 동일함을 알 수 있다. 상기 수학식 25에서 설명한 바와 같은 조건 수의 정의에 따라, t의 norm에 대한 하위 경계는 수학식 27과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00040
수학식 27에서 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00041
의 spectral norm은 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00042
의 특이 값들 중 가장 큰 특이 값이 될 수 있다. 이에 따라, 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00043
의 특이 값들 중 가장 큰 특이 값을 σ1, 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00044
의 특이 값들 중 가장 작은 특이 값을 σn이라고 하면, t의 변화량과 t에 대한 비의 경계는 수학식 28과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00045
따라서, 수학식 28에서 정의된 바와 같이, 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00046
의 조건 수는 수학식 29와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00047
수학식 29에서 K(
Figure 112011033817143-pat00048
)는 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00049
의 조건 수를 나타낸다.
따라서, 본 실시예에 따른 에너지 대역 결정부(130)는 수학식 29에서 정의된 바와 같이, 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00050
의 최대 특이값 및 최소 특이값의 비를 이용하여, 추정행렬
Figure 112011033817143-pat00051
에 대한 조건 수를 산출하고, 산출된 조건 수를 참조하여 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 결정한다.
따라서, 본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 감쇠계수 및 촬영값을 참조하여 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 레벨들의 조합을 결정하기에, 방사선 영상 촬영장치(100)를 이용하여 촬영된 방사선 영상의 노이즈가 감소되고, 그러하기에, 피사체를 구성하는 물질들의 두께를 정확하게 추정할 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)를 좀 더 상세히 도시한 구성도이다. 도 2를 참조하면, 방사선 영상 촬영장치(100)는 에너지 대역 설정부(105), 방사선 조사부(110), 감쇠계수 추정부(120), 에너지 대역 결정부(130), 두께 추정부(140), 확률 추정부(150), 진단영상 생성부(160) 및 표시부(170)로 구성된다.
도 2에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 2에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100)는 도 1에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100)의 일 실시예에 해당한다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 도 2에 도시된 유닛들에 한정되지 않는다. 또한, 도 1과 관련하여 기재된 내용은 도 2에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100)에도 적용이 가능하기에 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 도 2에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100)의 에너지 대역 설정부(105), 감쇠계수 추정부(120), 에너지 대역 결정부(130), 두께 추정부(140), 확률 추정부(150) 및 진단영상 생성부(160)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다.
본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 적어도 두 가지 이상의 물질들로 구성된 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영한다.
에너지 대역 설정부(105)는 방사선에 대응하는 에너지 대역을 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들로 분할하는 경계들을 설정하여, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 달리하는 복수의 다중 에너지 방사선들을 설정한다. 예를 들어 설명하면, 방사선에 대응하는 에너지 대역은 10keV 이상 49keV 이하가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 다중 에너지 방사선이 제1 내지 제3 에너지 대역들을 포함하는 세 가지 에너지 대역들의 조합으로 구성되는 것을 설명할 것이나, 이에 한정되지 않는다.
에너지 대역 설정부(105)는 방사선에 대응하는 에너지 대역을 세 가지 에너지 대역들로 분할하는 경계들을 설정한다. 이때, 에너지 대역 설정부(105)는 1keV 간격으로 경계를 설정할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어 설명하면, 에너지 대역 설정부(105)는 방사선에 대응하는 에너지 대역을 세 가지 이상의 에너지 대역들로 분할하는 경계들을 11keV 및 12keV로 설정할 수 있다. 이러한 경우, 다중 에너지 방사선에 포함되는 제1 에너지 대역의 범위는 10keV 이상 11keV 이하, 제2 에너지 대역의 범위는 11keV 이상 12keV 이하, 제3 에너지 대역의 범위는 12keV 이상 49keV 이하가 될 수 있다.
이러한 방법으로, 에너지 대역 설정부(105)는 11keV 이상 48keV 이하인 범위 내에서 2개의 경계들을 설정함에 따라, 세 가지 에너지 대역들의 다양한 조합으로 구성되는 다중 에너지 방사선을 설정할 수 있다. 이에 관하여, 이하 도 3에서 상세히 설명한다.
방사선 조사부(110)는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정(calibration) 수단 및 피사체 중 적어도 어느 하나에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사한다. 이때, 방사선 조사부(110)는 에너지 대역 설정부(105)에서 설정된 복수의 다중 에너지 방사선들 각각을 조사할 수 있다.
감쇠계수 추정부(120)는 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정한다. 이때, 추정되는 감쇠계수들은 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수들로 구성된 감쇠계수 행렬이 될 수 있다.
또한, 감쇠계수 추정부(120)는 보정 수단을 통과하여 획득된 값들을 이용하여, 에너지 대역 설정부(105)에서 설정된 복수의 다중 에너지 방사선들 각각에 대한 감쇠계수 행렬을 추정한다.
에너지 대역 결정부(130)는 감쇠계수 추정부(120)에서 추정된 감쇠계수를 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정한다.
예를 들어 설명하면, 에너지 대역 결정부(130)는 감쇠계수 행렬들 및 촬영값 행렬들을 이용하여 추정행렬들을 산출하고, 산출된 추정행렬들 중 조건 수가 가장 작은 추정행렬에 따른 다중 에너지 방사선에 포함된 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 최적의 다중 에너지 방사선의 조합으로 결정한다. 이때, 추정행렬의 조건 수는 추정행렬의 최대 특이값(singular value) 및 최소 특이값의 비를 이용하여 산출될 수 있다.
두께 추정부(140)는 에너지 대역 결정부(130)에서 결정된 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 피사체에 조사하여 획득된 값 및 감쇠계수 추정부(120)에서 추정된 감쇠계수를 이용하여, 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각의 두께를 추정한다.
수학식 8을 참조하면, 감쇠계수 행렬 및 오프셋 행렬을 이용하여 피사체를 구성하는 물질들 각각의 두께는 수학식 30에 따라 복원될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00052
수학식 30에서 t는 물질의 두께 행렬, A는 감쇠계수 행렬, y는 피사체에 대한 측정값으로 구성된 행렬, b는 오프셋 행렬이 될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 두께 추정부(140)는 피사체에 대한 측정값 및 감쇠계수를 이용하여, 피사체를 구성하는 복수의 물질들에 대한 두께를 추정할 수 있다.
이하에서는 수학식 30의 유도 과정에 관하여 설명한다. 본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 패들(paddle)을 이용하기에, 방사선이 통과하는 피사체의 전체 두께를 인지할 수 있다. 그러하기에, 피사체를 구성하는 물질들의 종류보다 하나 적은 수의 베이스들(bases)을 이용하여 물질들의 두께를 추정할 수 있다. 따라서, 두께 추정부(140)에서 추정되는 물질의 두께의 정확성이 향상될 수 있다.
이하에서는 피사체가 제1 내지 제3 물질로 구성된 것으로 설명할 것이나, 이에 한정되지 않는다. 피사체의 전체두께를 T, 제1 내지 제3 물질의 두께들을 각각 ta, tb, tc라고 하면, 아래의 수학식 31이 만족될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00053
감쇠계수 행렬 A의 각 열이 제1 내지 제3 물질들 각각에 대응하기에, 감쇠계수 행렬은 수학식 32와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00054
수학식 32에서 aa는 제1 물질에 대한 감쇠계수들로 구성된 열, ab는 제2 물질에 대한 감쇠계수들로 구성된 열, ac는 제3 물질에 대한 감쇠계수들로 구성된 열이 될 수 있다.
수학식 3 및 수학식 32를 참조하면, 다중 에너지 방사선을 피사체에 조사하여 획득된 값 및 감쇠계수는 아래와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00055
수학식 33에서 y는 피사체에 대한 측정값으로 구성된 행렬, T는 피사체 전체 두께, ta, tb, tc는 피사체를 구성하는 제1 내지 제3 물질 각각의 두께, aa, ab, ac는 피사체를 구성하는 제1 내지 제3 물질 각각의 감쇠계수가 될 수 있다.
이에 따라, 두께 추정부(140)에서 추정되는 물질의 두께들은 수학식 34와 같이 추정될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00056
이에 따라, 두께 추정부(140)는 피사체를 구성하는 복수의 물질들에 대한 두께를 수학식 34와 같이 추정할 수 있다. 또한, 수학식 34는 수학식 30과 같은 의미를 가진다는 것을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
다만, 두께 추정부(140)는 수학식 33 내지 34에서와 같이 물질들의 두께에 대하여 선형적 근사를 이용하여 물질의 두께를 추정하였으나, 이에 한정되지 않고 비선형적 근사를 이용하여 물질의 두께를 추정할 수도 있다.
피사체를 구성하는 물질들 중 제3 물질 c에 대한 비선형적 근사를 이용할 경우, 수학식 3은 수학식 35와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00057
수학식 35에서 y는 피사체에 대한 측정값으로 구성된 행렬, A2는 감쇠계수 행렬, c는 제3 물질에 대한 감쇠계수 행렬, t는 물질의 두께로 구성된 행렬, tc는 제3 물질의 두께로 구성된 행렬, b는 오프셋 행렬이 될 수 있다.
이에 따라, 수학식 35 및 선형적 근사에 따른 수학식 5를 참조하여, 피사체를 구성하는 물질들 중 제3 물질에 대하여 비선형적 근사를 이용할 경우, 수학식 5는 수학식 36과 같이 구성될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00058
또한, 물질의 전체 두께가 알려진 경우, 수학식 36은 수학식 33과 유사한 방식으로 수학식 37과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00059
본 실시예에 따른 두께 추정부(140)는 수학식 37을 이용하여 피사체를 구성하는 물질들 각각의 두께를 추정하기 위하여 수학식 38과 같은 방법을 이용하거나, 또는 수학식 39와 같은 방법을 이용할 수 있다.
두께 추정부(140)는 수학식 38과 같은 연산을 수행함에 따라 피사체를 구성하는 물질들 각각의 두께를 추정할 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00060
수학식 38에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 감쇠계수 행렬을 구성하는 열들 중 선형이라고 가정한 제1 물질 및 제2 물질과 관련된 [ac-ab aa-ab]에 대한 의사 인벌스를 산출하여, 세 가지 물질들의 길이를 추정하기 위한 문제를 2차식으로 근사된 물질에 대한 2차 방정식으로 구성된 행을 만들어 길이를 추정한다.
예를 들어 설명하면, 제3 물질 c에 대하여 비선형적 근사를 사용할 경우, 첫 번째 행을 산출하여 제3 물질에 대한 두께 tc를 먼저 산출하고, 산출된 tc를 이용하여 두 번째 및 세 번째 행들을 산출함에 따라 제1 물질 및 제2 물질에 대한 두께들 ta 및 tb를 산출할 수 있다.
또한, 두께 추정부(140)는 수학식 39와 같은 연산을 수행함에 따라 피사체를 구성하는 물질들 각각의 두께를 추정할 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00061
수학식 39에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 수학식 37로부터 가격함수(cost function)을 산출하고, 산출된 가격함수를 최소로 하는 값을 계산한다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 두께 추정부(140)는 선형적 근사 또는 비선형적 근사를 사용하여 피사체를 구성하는 물질들 각각에 대한 두께를 추정할 수 있다. 또한, 최적의 다중 에너지 방사선을 이용하기에, 추정된 물질의 두께의 정확성이 보장될 수 있다.
선형적 근사는 물질의 두께가 약 1cm 정도로 얇을 경우, 물질의 두께의 추정이 가능하나, 물질의 두께가 이보다 더 두꺼울 경우에는 선형적 근사에 따른 정확한 길이의 추정이 어렵다. 이러한 경우, 본 실시예에 따른 두께 추정부(140)는 상기에서 설명한 바와 같은 비선형적 근사를 이용하여 물질의 두께를 추정할 수 있다.
또한, 상기에서는 하나의 물질에 대해서만 비선형적 근사를 사용한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 복수의 물질들에 대해서도 비선형적 근사를 사용할 수 있다. 이에 따라, 정확성이 더욱 향상될 수 있다.
확률 추정부(150)는 감쇠계수 추정부(120)에서 추정된 감쇠계수를 이용하여, 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들이 분포할 확률을 추정한다. 예를 들어 설명하면, 확률 추정부(150)는 F-검정(F-test) 방법을 이용하여 확률을 추정한다. 본 실시예에 따른, F-검정 방법은 F-컨트라스트(F-contrast)를 포함할 수 있다.
확률 추정부(150)는 피사체에 대한 방사선 영상의 각 픽셀(pixel)이 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들 중 어떠한 물질에 해당할지 여부를 나타내는 확률을 추정한다. 따라서, 피사체에 대한 방사선 영상에 대한 정성적인 분석이 가능할 수 있다.
이하에서는 확률 추정부(150)에서 F-검정 방법을 이용하여 확률을 추정하는 방법에 관하여 설명할 것이나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시예에 따른 F-검정 방법은 피사체를 구성하는 물질들의 확률을 추정하기 위하여 감쇠계수 행렬을 딕셔너리(dictionary)로 사용하고, 감쇠계수 행렬의 각 행 또는 각 행들의 조합에 대하여 유일한(unique) 특징을 나타내는 값을 추정할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 확률 추정부(150)는 확률 맵(probability map)을 생성할 수 있고, 이는 전체 딕셔너리 행렬에 대한 레지듀얼(residual)의 분산을 산출하고, 줄어든 딕셔너리 행렬(reduced dictionary matrix))에 대한 레지듀얼의 분산을 산출하고, 산출된 분산의 비가 F-분포를 따름으로부터 생성될 수 있다. 이러한 경우, 분산은 레지듀얼의 sum-of-squares로부터 산출될 수 있다.
확률 추정부(150)는 감쇠계수 추정부(120)에서 추정된 감쇠계수 행렬 A를 딕셔너리 행렬로 설정하고, 감쇠계수 행렬 A의 일부 열(column)의 위치에서만 값을 가지는 컨트라스트 행렬 C을 설정한다. 이에 따라, 줄어든 딕셔너리 행렬 AC는 수학식 40과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00062
수학식 40에서 AC는 딕셔너리 행렬의 일부 열에 대한 값만을 포함하는 줄어든 딕셔너리 행렬, A는 딕셔너리 행렬, C는 컨트라스트 행렬이 될 수 있다.
예를 들어 설명하면, 줄어든 딕셔너리 행렬 AC가 딕셔너리 행렬 A의 k번째 열에 대한 값만을 포함하도록 설정된 경우, 컨트라스트 행렬 C의 각 엘리먼트는 수학식 41과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00063
이에 따라, 딕셔너리 행렬 A가 수학식 42로 정의될 경우, 줄어든 딕셔너리 행렬 AC는 수학식 43으로 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00064
Figure 112011033817143-pat00065
또한, 딕셔너리 행렬 A에서 줄어든 딕셔너리 행렬 AC을 제외한 나머지 딕셔너리 행렬
Figure 112011033817143-pat00066
는 컨트라스트 행렬 C의 열 공간(column space or range space)의 직교 여공간(orthogonal complement)로의 투영(projection)을 이용하여 수학식 44와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00067
수학식 44에서
Figure 112011033817143-pat00068
은 컨트라스트 행렬 C의 열 공간(column space or range space)의 직교 여공간(orthogonal complement)로의 투영(projection),
Figure 112011033817143-pat00069
는 나머지 딕셔너리 행렬이 될 수 있다.
줄어든 딕셔너리 행렬 AC의 레지듀얼은 전체 레지듀얼에서 나머지 딕셔너리 행렬
Figure 112011033817143-pat00070
에 해당하는 레지듀얼을 제외한 것과 동일하다. 따라서, 줄어든 딕셔너리 행렬 AC에 대한 레지듀얼 형성 행렬(residual forming matrix) M은 나머지 딕셔너리 행렬
Figure 112011033817143-pat00071
의 레지듀얼 형성 행렬
Figure 112011033817143-pat00072
과 전체 딕셔너리 행렬 A의 레지듀얼 형성 행렬
Figure 112011033817143-pat00073
의 차로 산출될 수 있다. 따라서, 줄어든 딕셔너리 행렬 AC에 대한 레지듀얼
Figure 112011033817143-pat00074
은 수학식 45와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00075
수학식 45에서 M은 줄어든 딕셔너리 행렬 AC에 대한 레지듀얼 형성 행렬, y는 피사체를 통과하여 획득된 측정값 행렬,
Figure 112011033817143-pat00076
는 나머지 딕셔너리 행렬
Figure 112011033817143-pat00077
의 레지듀얼 형성 행렬,
Figure 112011033817143-pat00078
는 전체 딕셔너리 행렬 A의 레지듀얼 형성 행렬이 될 수 있다.
이에 따라, 확률 추정부(150)는 전체 딕셔너리 행렬 A에 대한 레지듀얼
Figure 112011033817143-pat00079
및 줄어든 딕셔너리 행렬 AC에 대한 레지듀얼
Figure 112011033817143-pat00080
각각에 대한 분산을 sum-of squares를 이용하여 산출한다. 이에 따라, 수학식 46에서 나타난 바와 같이 산출된 분산의 비는 F-분포를 따르게 됨을 알 수 있다.
Figure 112011033817143-pat00081
수학식 46에서
Figure 112011033817143-pat00082
는 줄어든 딕셔너리 행렬 AC에 대한 레지듀얼,
Figure 112011033817143-pat00083
는 전체 딕셔너리 행렬 A에 대한 레지듀얼, R은 측정값 행렬 y에 대한 디멘젼(dimension), p는 rank(A), p1은 rank(M)이 될 수 있다.
확률 추정부(150)는 수학식 46에 나타난 F-분포도를 바탕으로, 방사선 영상을 구성하는 각 픽셀들이 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 해당하는지 여부에 대한 정보를 포함하는 p-value를 산출할 수 있다. 이때, p-value는 0 이상 1 이하의 값을 가지고, p-value가 0에 가까울수록 더 유의미하다고 볼 수 있다.
예를 들어 설명하면, 제1 내지 제3 물질을 포함하는 피사체에 대한 방사선 영상을 구성하는 복수의 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀에 대하여, 확률 추정부(150)는 픽셀이 제1 물질에 해당할 제1 p-value, 제2 물질에 해당할 제2 p-value, 및 제3 물질에 해당할 제3 p-value 각각을 산출한다. 이에 따라, 확률 추정부(150)는 산출된 제1 내지 제3 p-value를 참조하여, 픽셀이 제1 내지 제3 물질 각각에 해당할 확률을 추정할 수 있다. 이때, 제1 p-value가 0에 가까울수록 픽셀이 제1 물질이 아님에도 제1 물질에 해당될 확률이 더 적어진다. 이는 제2 p-value 내지 제3 value에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 F-검정 방법에 관하여 알 수 있기에, p-value에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이에 따라, 확률 추정부(150)는 방사선 영상을 구성하는 픽셀들 각각이 제1 내지 제3 물질들 각각에 해당할 확률을 추정할 수 있다.
진단영상 생성부(160)는 피사체에 대한 진단영상을 생성한다.
예를 들어 설명하면, 진단영상 생성부(160)는 두께 추정부(140)에서 추정된 두께를 이용하여, 관심영역에 해당하는 물질이 분리된 진단영상을 생성할 수 있다. 이때, 관심영역은 사용자가 관심을 가지고 관찰하고자 하는 영역으로서, 병변에 해당할 가능성이 있는 조직을 포함하는 영역을 나타낸다. 예를 들어 설명하면, 병변은 미세석회화, 암 조직 등이 될 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 두께를 이용하여, 관심영역에 해당하는 물질이 분리된 진단영상을 생성하는 방법에 관하여 알 수 있기에, 상세한 설명은 생략한다.
다른 예를 들어 설명하면, 진단영상 생성부(160)는 확률 추정부(150)에서 추정된 확률을 이용하여, 진단영상을 구성하는 픽셀들 각각이 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률이 나타난 진단영상을 생성한다.
이때, 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률이 나타난 진단영상은 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대응하는 복수의 컬러들을 이용하여, 각 픽셀들이 해당할 조직에 대응하는 컬러를 표시할 수 있다. 이때, 분포 확률이 더 높아질수록 표시되는 컬러가 더 진해질 수 있다.
이에 따라, 피사체에 대한 진단영상은 피사체를 구성하는 조직들 각각이 분포된 형태를 나타내기에, 방사선 영상 촬영장치(100)에서 촬영되는 진단영상을 통하여 진단의 정확성이 향상될 수 있다.
표시부(170)는 진단영상 생성부(160)에서 생성된 진단영상을 표시한다. 표시부(170)는 방사선 영상 촬영장치(100)에 마련된 디스플레이 패널, 터치 화면, LCD 화면, 모니터 등의 출력 장치 및 이들을 구동하는 소프트웨어를 모두 포함한다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 피사체를 구성하는 물질들 중 관심영역에 해당하는 물질이 분리된 진단영상을 표시하거나, 또는 진단영상을 구성하는 각 픽셀들이 피사체를 구성하는 조직들 각각에 해당할 확률이 나타난 진단영상을 표시할 수 있다. 따라서, 사용자는 방사선 영상 촬영장치(100)를 이용하여 피사체에 병변이 포함되어 있는지 여부를 직관적으로 인식할 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 복수의 다중 에너지 방사선들의 조합들의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 에너지 대역 설정부(105)는 방사선에 대응하는 에너지 대역을 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들로 분할하는 경계들을 설정하여, 다중 에너지 방사선에 포함된 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 달리하는 복수의 다중 에너지 방사선들을 설정한다.
방사선에 대응하는 에너지 대역이 10keV 이상 49keV 이하인 경우, 다중 에너지 방사선이 세 가지 에너지 대역들의 조합으로 구성된 경우를 예로 들어 설명한다.
에너지 대역 설정부(105)는 11keV 및 12keV를 경계들로 설정하여 제1 다중 에너지 방사선(31)을 설정할 수 있다. 이에 따른 제1 다중 에너지 방사선(31)에 포함되는 제1 에너지 대역(311)의 범위는 10keV 이상 11keV 이하, 제2 에너지 대역(312)의 범위는 11keV 이상 12keV 이하, 제3 에너지 대역(313)의 범위는 12keV 이상 49keV 이하가 될 수 있다.
또한, 에너지 대역 설정부(105)는 11keV 및 13keV를 경계들로 설정하여 제2 다중 에너지 방사선(32)을 설정할 수 있다. 이에 따른 제2 다중 에너지 방사선(32)에 포함되는 제1 에너지 대역(321)의 범위는 10keV 이상 11keV 이하, 제2 에너지 대역(322)의 범위는 11keV 이상 13keV 이하, 제3 에너지 대역(323)의 범위는 13keV 이상 49keV 이하가 될 수 있다.
이러한 방식으로 에너지 대역 설정부(105)는 방사선에 대응하는 에너지 대역을 분할하는 경계들을 1keV 만큼 증가시키면서, 다양한 조합들에 따른 복수의 다중 에너지 방사선들을 설정할 수 있다.
이러한 방식으로, 제3 다중 에너지 방사선(33) 및 제4 다중 에너지 방사선(34) 등이 설정될 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 의료영상시스템(200)을 도시한 구성도이다. 본 실시예에 따른 의료영상시스템(200)은 방사선 영상 촬영장치(100), 저장부(210) 및 출력부(220)로 구성된다.
도 4에 도시된 의료영상시스템(200)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100)는 도 1 내지 도 2에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100)의 일 실시예에 해당한다. 이에 따라, 도 1 내지 도 2와 관련하여 기재된 내용은 도 4에 도시된 의료영상시스템(200)에도 적용이 가능하기에 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하고, 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여 감쇠계수를 추정하고, 추정된 감쇠계수 및 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하고, 결정된 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 피사체에 조사하여 피사체에 대한 진단영상을 생성한다.
저장부(210)는 방사선 영상 촬영장치(100)에서 생성된 진단영상 및 의료영상시스템(200)의 동작을 수행하는 중에 발생하는 데이터를 저장한다.
본 실시예에 따른 저장부(210)는 통상적인 저장매체로서 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 저장부(210)는 하드디스크드라이브(Hard Disk Drive, HDD), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 플래쉬메모리(Flash Memory) 및 메모리카드(Memory Card)를 모두 포함함을 알 수 있다.
출력부(220)는 유, 무선 네트워크 또는 유선 직렬 통신 등을 통하여 외부장치와 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 출력부(220)는 방사선 영상 촬영장치(100)에서 생성된 진단영상을 네트워트를 통하여 외부장치로 출력한다. 이때, 네트워크(network)는 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network) 등을 포함하나 이에 한정되지 않고 정보를 송수신할 수 있는 다른 종류의 네트워크가 될 수도 있음을 알 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 외부장치는 다른 의료영상시스템, 원격지에 위치한 다른 의료영상시스템, 표시 장치, 저장 매체, 팩시밀리, 범용 컴퓨터 시스템 등이 될 수 있다.
이에 따라, 또한, 본 실시예에 따른 저장부(210) 및 출력부(220)는 영상 판독 및 검색 기능을 더 포함시켜 PACS(Picture Archiving Communication System)와 같은 형태로 일체화될 수도 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 다중 에너지 방사선의 최적 에너지 대역을 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 다중 에너지 방사선의 최적 에너지 대역을 결정하는 방법은 도 1 내지 도 2 및 도 4에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100) 또는 의료영상시스템(200)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 2 및 도 4에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100) 또는 의료영상시스템(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 5의 다중 에너지 방사선의 최적 에너지 대역을 결정하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
501 단계에서 방사선 조사부(110)는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사한다.
502 단계에서 감쇠계수 추정부(120)는 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정한다.
503 단계에서 에너지 대역 결정부(130)는 추정된 감쇠계수 및 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정한다.
이에 따라, 최적의 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 결정할 수 있고, 이를 이용하여 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영할 수 있다.
도 6은 본 실시예에 따른 피사체에 대한 방사선 영상을 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 피사체에 대한 방사선 영상을 처리하는 방법은 도 1 내지 도 2 및 도 4에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100) 또는 의료영상시스템(200)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 2 및 도 4에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100) 또는 의료영상시스템(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 6의 피사체에 대한 방사선 영상을 처리하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
601 단계에서 방사선 조사부(110)는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정 수단 및 피사체에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사한다.
602 단계에서 감쇠계수 추정부(120)는 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정한다.
603 단계에서 확률 추정부(150)는 추정된 감쇠계수 및 피사체를 통과하여 획득된 값을 이용하여, 방사선 영상을 구성하는 픽셀들 각각이 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률을 추정한다.
이에 따라, 피사체에 대한 방사선 영상을 구성하는 픽셀들 각각은 피사체를 구성하는 물질들 각각에 해당할 확률을 나타내기에, 피사체에 병변이 포함되어 있는지 여부를 직관적으로 인식할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영하는 방법은 도 1 내지 도 2 및 도 4에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100) 또는 의료영상시스템(200)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 2 및 도 4에 도시된 방사선 영상 촬영장치(100) 또는 의료영상시스템(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 7의 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영하는 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
701 단계에서 에너지 대역 설정부(105)는 방사선에 대응하는 에너지 대역을 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들로 분할하는 경계들을 설정하여, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 달리하는 복수의 다중 에너지 방사선들을 설정한다.
702 단계에서 방사선 조사부(110)는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정 수단에 상기 701 단계에서 설정된 복수의 다중 에너지 방사선들을 조사한다.
703 단계에서 감쇠계수 추정부(120)는 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 복수의 다중 에너지 방사선들 각각에 대한 감쇠계수 행렬을 추정한다.
704 단계에서 에너지 대역 결정부(130)는 추정된 감쇠계수 행렬들 및 보정 수단을 통과하여 획득된 촬영값 행렬들을 이용하여 추정행렬들을 산출하고, 산출된 추정행렬들 중 조건 수가 가장 작은 추정행렬에 따른 다중 에너지 방사선에 포함된 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 최적의 다중 에너지 방사선의 조합으로 결정한다.
예를 들어 설명하면, 에너지 대역 설정부(105)는 제1 내지 제5 다중 에너지 방사선들을 설정하고, 방사선 조사부(110)는 보정 수단에 제1 내지 제5 다중 에너지 방사선들 각각을 조사한다, 감쇠계수 추정부(120)는 제1 내지 제5 다중 에너지 방사선들 각각에 대응하는 제1 내지 제5 감쇠계수 행렬을 추정한다. 또한, 감쇠계수 추정부(120)는 제1 내지 제5 다중 에너지 방사선들이 보정 수단을 통과함에 따라, 제1 내지 제5 촬영값 행렬들을 획득한다.
이에 따라, 에너지 대역 결정부(130)는 제1 감쇠계수 행렬 및 제1 촬영값 행렬을 이용하여 제1 추정행렬을 산출하고, 이러한 방식으로 제2 내지 제5 추정행렬들 각각을 산출한다. 또한, 에너지 대역 결정부(130)는 제1 내지 제5 추정행렬들 각각에 대한 조건 수를 산출하여, 가장 작은 조건 수를 가지는 추정행렬에 따른 다중 에너지 방사선에 포함된 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 최적의 다중 에너지 방사선의 조합으로 결정한다.
예를 들어, 제3 추정행렬에 대한 조건 수가 가장 작은 경우, 에너지 대역 결정부(130)는 제3 다중 에너지 방사선에 포함된 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 최적의 다중 에너지 방사선의 조합으로 결정한다.
705 단계에서 방사선 조사부(110)는 상기 704 단계에서 결정된 최적의 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 피사체에 조사한다.
706 단계에서 두께 추정부(140)는 상기 705 단계에 따른 다중 에너지 방사선에 피사체를 통과하여 획득된 값 및 상기 703 단계에서 추정된 감쇠계수를 이용하여, 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각의 두께를 추정한다.
707 단계에서 확률 추정부(150)는 상기 705 단계에 따른 다중 에너지 방사선에 피사체를 통과하여 획득된 값 및 상기 703 단계에서 추정된 감쇠계수를 이용하여, 방사선 영상을 구성하는 픽셀들 각각이 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률을 추정한다.
708 단계에서 진단영상 생성부(160)는 상기 706 단계에서 추정된 두께를 이용하여, 관심영역에 해당하는 물질이 분리된 진단영상을 생성한다.
709 단계에서 진단영상 생성부(160)는 상기 707 단계에서 추정된 확률을 이용하여, 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률이 나타난 진단영상을 생성한다.
710 단계에서 표시부(170)는 상기 708 단계에서 생성된 진단영상 및 상기 709 단계에서 생성된 진단영상 중 적어도 어느 하나를 표시한다.
이에 따라, 피사체를 구성하는 복수의 물질들 중 관심영역에 해당하는 물질에 대한 진단영상 또는 피사체를 구성하는 복수의 물질들에 해당할 확률이 나타난 진단영상이 표시될 수 있고, 이를 이용하여 진단의 정확성이 향상될 수 있다.
본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 방사선 영상을 촬영하는 다중 에너지 방사선의 최적 에너지 대역을 결정할 수 있기에, 이를 이용하여 촬영된 진단영상의 퀄리티가 향상될 수 있다. 또한, 최적 에너지 대역의 결정은 보정 수단을 이용하여 수행될 수 있기에, 피사체가 방사선에 과다하게 노출되는 것을 막을 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 방사선 영상 촬영장치(100)는 피사체를 구성하는 물질들의 두께를 추정하여 관심영역에 해당하는 진단영상을 생성하거나, 또는 피사체를 구성하는 복수의 물질들에 해당할 확률을 나타내는 진단영상을 생성할 수 있기에, 사용자로 하여금 정량적 분석 및 정석적 분석 모두를 보장할 수 있다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 ... 방사선 영상 촬영장치
110 ... 방사선 조사부
120 ... 감쇠계수 추정부
130 ... 에너지 대역 결정부

Claims (20)

  1. 적어도 두 가지 이상의 물질들로 구성된 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영하는 방사선 영상 촬영장치에 있어서,
    상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정(calibration) 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하는 방사선 조사부;
    상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 상기 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정하고, 상기 추정된 감쇠계수 및 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하는 하나 이상의 프로세서;를 포함하는 촬영장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수로 구성된 감쇠계수 행렬 및 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 촬영값 행렬을 이용하여 산출된 조건 수(condition number)를 이용하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하는 촬영장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 감쇠계수 행렬 및 상기 촬영값 행렬을 이용하여 산출된 추정행렬의 최대 특이값(singular value) 및 최소 특이값의 비를 이용하여 조건 수를 산출하는 촬영장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 방사선에 대응하는 에너지 대역을 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들로 분할하는 경계들을 설정하여, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 달리하는 복수의 다중 에너지 방사선들을 설정하는, 촬영장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방사선 조사부는 상기 보정 수단에 상기 설정된 복수의 다중 에너지 방사선들 각각을 조사하고,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값들을 이용하여, 상기 복수의 다중 에너지 방사선들 각각에 대한 감쇠계수 행렬을 추정하고, 상기 추정된 감쇠계수 행렬들 및 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 촬영값 행렬들을 이용하여 추정행렬들을 산출하고, 상기 산출된 추정행렬들 중 조건 수가 가장 작은 추정행렬에 따른 다중 에너지 방사선에 포함된 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 최적의 다중 에너지 방사선의 조합으로 결정하는, 촬영장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 결정된 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 상기 피사체에 조사하여 획득된 값 및 상기 추정된 감쇠계수를 이용하여, 상기 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각의 두께를 추정하는, 촬영장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 결정된 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 상기 피사체에 조사하여 획득된 값 및 상기 추정된 감쇠계수를 이용하여, 상기 방사선 영상을 구성하는 픽셀들 각각이 상기 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률을 추정하는, 촬영장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, F-검정(F-test) 방법을 이용하여 확률을 추정하는 촬영장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서는, 상기 추정된 확률을 이용하여, 상기 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들이 해당할 확률이 나타난 진단영상을 생성하는, 촬영장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들이 해당할 확률이 나타난 진단영상을 표시하는 표시부;를 더 포함하는 촬영장치.
  11. 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하고, 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여 감쇠계수를 추정하고, 상기 추정된 감쇠계수 및 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하고, 결정된 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 피사체에 조사하여 피사체에 대한 진단영상을 생성하는 방사선 영상 촬영장치;
    상기 생성된 진단영상을 저장하는 저장부; 및
    상기 생성된 진단영상을 외부장치로 출력하는 출력부를 포함하는 의료영상시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 방사선 영상 촬영장치는 상기 결정된 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 상기 피사체에 조사하여 획득된 값 및 상기 추정된 감쇠계수를 이용하여, 상기 방사선 영상을 구성하는 픽셀들 각각이 상기 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률을 추정하는 의료영상시스템.
  13. 적어도 두 가지 이상의 물질들로 구성된 피사체에 대한 방사선 영상을 촬영하는 다중 에너지 방사선의 최적 에너지 대역을 결정하는 방사선 영상 촬영 방법에 있어서,
    방사선 조사부에 의해, 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정(calibration) 수단에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하는 단계;
    하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 상기 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 추정된 감쇠계수 및 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하는 단계;를 포함하는 방사선 영상 촬영 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 상기 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수로 구성된 감쇠계수 행렬 및 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 촬영값 행렬을 이용하여 산출된 조건 수(condition number)를 이용하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하는 방사선 영상 촬영 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 방사선에 대응하는 에너지 대역을 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들로 분할하는 경계들을 설정하여, 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 달리하는 복수의 다중 에너지 방사선들을 설정하는 단계;를 더 포함하는 방사선 영상 촬영 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 방사선 조사부에 의해, 상기 설정된 복수의 다중 에너지 방사선들 각각을 상기 보정 수단에 조사하는 단계;
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값들을 이용하여, 상기 복수의 다중 에너지 방사선들 각각에 대한 감쇠계수 행렬을 추정하는 단계;
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 추정된 감쇠계수 행렬들 및 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 촬영값 행렬들을 이용하여 추정행렬들을 산출하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 산출된 추정행렬들 중 조건 수가 가장 작은 추정행렬에 따른 다중 에너지 방사선에 포함된 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합을 최적의 다중 에너지 방사선의 조합으로 결정하는 단계;를 더 포함하는 방사선 영상 촬영 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 방사선 조사부에 의해, 상기 결정된 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 상기 피사체에 조사하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 피사체를 통과하여 획득된 값 및 상기 추정된 감쇠계수를 이용하여, 상기 방사선 영상을 구성하는 픽셀들 각각이 상기 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률을 추정하는 단계;를 더 포함하는 방사선 영상 촬영 방법.
  18. 적어도 두 가지 이상의 물질들로 구성된 피사체에 대한 방사선 영상을 처리하는 방사선 영상처리방법에 있어서,
    방사선 조사부에 의해, 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각이 복수의 두께들을 가지도록 구성된 보정(calibration) 수단 및 상기 피사체에 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들을 포함하는 다중 에너지 방사선을 조사하는 단계;
    하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 이용하여, 상기 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들 각각에 대하여 상기 적어도 두 가지 이상의 물질들 각각에 대한 감쇠계수를 추정하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 추정된 감쇠계수 및 상기 피사체를 통과하여 획득된 값을 이용하여, 상기 방사선 영상을 구성하는 픽셀들 각각이 상기 피사체를 구성하는 적어도 두 가지 이상의 물질들에 해당할 확률을 추정하는 단계;를 포함하는 방사선 영상처리방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 추정된 감쇠계수 및 상기 보정 수단을 통과하여 획득된 값을 참조하여, 다중 에너지 방사선에 포함될 적어도 두 가지 이상의 에너지 대역들의 조합들 중 최적의 조합을 결정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 다중 에너지 방사선을 조사하는 단계는 상기 최적의 조합에 따른 다중 에너지 방사선을 조사하는 방사선 영상처리방법.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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