KR101860145B1 - 광자계수기반 디지털 단층영상합성 장치, 시스템에서의 이중에너지 영상화방법 및 이를 이용한 시스템 - Google Patents

광자계수기반 디지털 단층영상합성 장치, 시스템에서의 이중에너지 영상화방법 및 이를 이용한 시스템 Download PDF

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조병두
김혜미
김도현
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연세대학교 원주산학협력단
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Abstract

본 발명은, 디지털 단층영상합성 시스템 상에서, CZT 검출기를 활용한 에너지 분리를 통하여 보다 높은 화질의 영상을 합성하는 제어 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은, 엑스선을 발생시켜 대상체를 향하여 조사하는 엑스선 소스, 상기 대상체를 통과한 엑스선을 검출하는 검출기, 및 상기 검출기에 의해 검출된 신호를 기초로 단층영상을 재구성하는 영상 처리부를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 검출기가 상기 검출하는 엑스선의 에너지 대역을 적어도 두 개의 영역으로 구분하여 검출하는 단계, 상기 영상 처리부가 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 1 영역에 해당하는 제 1 엑스선 신호(IH)에 기초하여 제 1 단층 영상을 재구성하는 단계, 및 상기 영상 처리부가 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 2 영역에 해당하는 제 2 엑스선 신호(IL)에 기초하여 제 2 단층 영상을 재구성하는 단계를 포함하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.

Description

광자계수기반 디지털 단층영상합성 장치, 시스템에서의 이중에너지 영상화방법 및 이를 이용한 시스템{DUAL ENERGY IMAGING METHOD FOR DIGITAL TOMOSYNTHESIS APPARATUS, SYSTEM USING PHOTON COUNTING DETECTOR AND DIGITAL TOMOSYNTHESIS SYSTEM THEREOF}
본 발명은 디지털 단층영상합성 시스템 및 그것의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에너지 대역을 분리하여 보다 선명한 영상을 획득할 수 있는 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
디지털 단층합성 촬영장치(DTS, Digital Tomosynthesis System)는 제한된 각도 내에서 다각도로 획득된 투영 영상 데이터를 사용하여 영상을 3차원으로 재구성하는 장치이다. DTS는 2차원 투영 영상에서 촬영대상 피사체의 중첩된 영상을 3차원 공간적으로 분리함으로써 분석과 진단의 정밀도를 향상하는 기술을 이용한다. 최근 이 기술은 3차원 디지털 유방암 단층합성 촬영장치(DBT, Digital Breast Tomosynthesis) 분야에 적용하기 위한 많은 연구가 진행 중이다.
기존의 2차원 X-선 Mammography방법은 X-선원에서부터 검출기까지의 공간상에 존재하는 모든 X-선 감쇄에 의존하여 영상을 검출하기 때문에, 관심 병변 영역이 병변 위 또는 아래의 물체에 의하여 중첩됨으로써 병변에 대하여 정확한 식별이 곤란하였다. 물론, 전산화 단층촬영장치(CT, Computed Tomography)를 이용한 3차원 진단영상을 이용하면 이러한 중첩을 충분히 제거할 수 있으나, CT는 매우 많은 각도에서 촬영하여야 하고, 피사체를 중심으로 일회전을 하여야 하므로, 조사선량과 회전각도 등에서 유방암 진단과 같은 분야에서는 많은 제약점을 가지고 있다.
이러한 DTS에 광자계수기반의 반도체 검출기인 CZT(Cadmium Zinc Telluride) 검출기를 사용하면 광자에 대한 계수뿐 만 아니라 에너지 정보를 획득할 수 있어 한 번의 X선 조사로 다중에너지 영상을 획득 할 수 있는 장점을 가지는 것으로 알려져 있다. 따라서, CZT 검출기를 활용하는 DTS를 통하여 영상의 질을 향상시키기 위한 방법에 대한 연구가 요구되는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 광자계수기반 영상응용기술로 이중에너지를 이용한 물질분리 기술을 활용하여 조직의 구별을 용이하게 하고, 아티팩트(Artifact)를 감소시켜 영상의 질을 개선 할 수 있으며, 두 개의 다른 에너지(kV)에서의 물질의 종류에 따라 X선 감쇠계수 특성을 통하여 인체 조직의 물질 구성비를 정량적으로 알 수 있는 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또 다른 목적은 물질의 특성을 고려하여 진단에 필요한 특정 물질, 예를 들어 연조직(soft tissue), 뼈(bone), 아이오다인(Iodine) 등과 같이 물질간의 감쇄 차이에 의해 분리시켜 특정 물질만을 추출하여 영상화가 가능하므로, 하나의 정보에서 다양한 정보를 획득할 수 있다는 점에서 디지털 단층영상합성장치의 효율성을 높이는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 엑스선을 발생시켜 대상체를 향하여 조사하는 엑스선 소스; 상기 대상체를 통과한 엑스선을 검출하는 검출기; 및 상기 검출기에 의해 검출된 신호를 기초로 단층영상을 재구성하는 영상 처리부를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 검출기가 상기 검출하는 엑스선의 에너지 대역을 적어도 두 개의 영역으로 구분하여 검출하는 단계; 상기 영상 처리부가 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 1 영역에 해당하는 제 1 엑스선 신호(IH)에 기초하여 제 1 단층 영상을 재구성하는 단계; 및 상기 영상 처리부가 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 2 영역에 해당하는 제 2 엑스선 신호(IL)에 기초하여 제 2 단층 영상을 재구성하는 단계를 포함하는, 디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법을 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 측면에 따르면, 엑스선을 발생시켜 대상체를 향하여 조사하는 엑스선 소스; 상기 대상체를 통과한 엑스선을 검출하는 검출기; 및 상기 검출기에 의해 검출된 신호를 기초로 단층영상을 재구성하는 영상 처리부를 포함하되, 상기 검출기는 상기 검출하는 엑스선의 에너지 대역을 적어도 두 개의 영역으로 구분하여 검출하고, 상기 영상 처리부는, 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 1 영역에 해당하는 제 1 엑스선 신호(IH)에 기초하여 제 1 단층 영상을 재구성하고, 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 2 영역에 해당하는 제 2 엑스선 신호(IL)에 기초하여 제 2 단층 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는, 디지털 단층영상합성 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 디지털 단층영상합성 시스템 및 그것의 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 물질간의 감쇄 차이에 의해 분리시켜 특정 물질만을 추출하여 영상화가 가능하므로, 하나의 정보에서 다양한 정보를 획득할 수 있다는 점에서 디지털 단층영상합성장치의 효율성을 높일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 전산화단층촬영에 비해 영상 재구성 시간이 짧고, 기구적 구조가 간단하여 비용이 저렴하며, 보다 적은 환자피폭선량으로 다양한 병변의 해부학적 위치와 비침습적인 병리학적 정보를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라, 디지털 단층영상합성 시스템(Digital tomosynthesis system, DTS)에 적용되는 예시를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시에에 따른 디지털 단층영상합성 시스템(200)에 대한 블록도이다.
도 3은 일반적인 방법에 의해서 엑스선의 세기를 순차적으로 변화해 가면서 여러 차례 조사하여 영상을 획득하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라, 광자계수기반의 반도체 검출기인 CZT 검출기를 활용하여 다중 에너지 영상을 획득하는 개념도를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라, 디지털 단층영상합성 시스템(Digital tomosynthesis system, DTS)에 적용되는 예시를 도시하는 도면이다.
디지털 단층영상합성 시스템(DTS)은, 도 1에서와 같이, 엑스선 소스(30)가 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 장치로 평가되고 있다. DTS에서도 CT와 마찬가지로 각도마다 획득한 투영 영상을 이용하여 수학적인 재구성 알고리즘을 통해 3차원 단면영상을 재구성해야 한다.
상술한 CT 장치에서와는 달리, DTS의 엑스선 소스(30)의 이동 경로는 원형(circular) 경로가 아닌, 선형(linear) 경로이다. 선형 경로를 DTS의 엑스선 소스(30)가 이동할 뿐만 아니라, 이동하면서 특정 지점(50, rotation center)를 향하여 엑스선 소스(30)를 회전시킨 상태로 조사한다. 그리고, 상기 조사되는 엑스선 소스(30)는 피사체(30)를 관통하여 검출기(40)에서 검출될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시에에 따른 디지털 단층영상합성 시스템(200)에 대한 블록도이다.
디지털 단층영상합성 시스템(200)은 엑스선 소스(30), 검출기(40), 이동부(201), 제어부(202), 입력부(204), 표시부(205)를 포함한다.
엑스선 소스(30)은 제어부(202)으로부터의 제어신호에 따라, 엑스선(방사선)을 소정의 선량으로 출력한다. 검출기(40)는 방사선 변환 패널을 포함할 수 있다. 검출기(40)는 엑스선 소스(30)로부터 출사되어 촬영대(28)의 피검사대상 물체(대상체 또는 환자)(10)를 통과 한 엑스선을 검출한 신호를 제어부(202)로 전송할 수 있다. 이동부(201)는 제어부(202)의 제어신호에 따라, 엑스선 소스(30)를 도 1에서와 같이 이동시킨다.
제어부(202)는, 디지털 단층영상합성 시스템(200)의 각 구성 요소들에 대한 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 즉, 제어부(202)는, 엑스선 소스(30), 이동부(201) 및 검출기(40)를 작동시켜 디지털 단층영상합성용 촬영을 수행할 수 있다.
영상 처리부(203)는 단층 화상의 데이터에 소정의 처리, 즉, 영상재구성을 실시해 표시부(205)로 출력한다. 이때, 본 발명의 이분검사방법을 이용하여 영상재구성을 행한다.
입력부(204)는 촬영 시에 의사 등의 의료 전문가로부터의 소정의 명령을 입력하는 수단(콘솔)으로, 키입력수단을 포함한다. 표시부(205)는 제어부(202)로부터 수신된 영상신호를 출력한다.
전원 공급부(206)는 제어부(202)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
디지털 단층영상합성 시스템(DTS)은 전산화단층촬영(CT)과는 다르게 제한된 각도와 프로젝션으로 3차원 단면영상을 구성하여, CT에 비해 환자피폭선량을 감소시킬 수 있으며 2차원 영상을 획득하는 일반촬영과는 다르게 물체의 깊이에 따른 병변의 정보를 획득할 수 있어 진단의 정확도를 개선시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
이러한 엑스선은 대상체(촬영하고자 하는 환자)를 투과할 때 그 세기가 일정한 비율로 감쇄하게 되는데, 거리에 따라 감쇄하는 비율은 조직의 종류에 따라서도 달라지지만 조사하는 엑스선의 세기에 따라서도 달라진다. 그렇기 때문에, 엑스선을 낮은 에너지로 조사하여 얻어지는 영상과 높은 에너지로 조사한 후 얻어지는 영상을 조합하여 최종 단층 영상을 재구성할 경우, 아티팩트(artifact)를 최소화할 수 있다.
도 3은 일반적인 방법에 의해서 엑스선의 세기를 순차적으로 변화해 가면서 여러 차례 조사하여 영상을 획득하는 방법을 도시하는 도면이다.
상술한 바와 같이 아티팩트를 최소화 하기 위하여 엑스선의 세기를 높은 에너지/낮은 에너지로 구분하여 영상을 획득한 후, 각 영상을 재구성하여 아티팩트를 최소화 시키기 위해 여러 차례 엑스선을 조사한다. 이와 같이 여러 차례 엑스선을 조사할 경우, 고 에너지 영상과 저 에너지 영상의 조합을 통하여 아티팩트를 낮출 수는 있지만, 그 만큼 피사체의 피폭선량은 증가할 것이다.
이에 따라, 본 발명에서의 디지털 단층영상합성 시스템은, 광자계수기반의 반도체 검출기인 CZT 검출기(카드뮴아연텔루라이드(CdZnTe) 검출기)를 사용함으로서 한 번의 X선 조사로 다중에너지 영상을 획득하도록 제안한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라, 광자계수기반의 반도체 검출기인 CZT 검출기를 활용하여 다중 에너지 영상을 획득하는 개념도를 도시하는 도면이다.
CZT 검출기를 활용하면 광자에 대한 계수뿐 만 아니라 에너지 정보를 획득할 수 있어 한 번의 X선 조사로 다중에너지 영상을 획득 할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 일실시예에서는, CZT 검출기를 활용하여 광자계수기반 영상응용기술로 이중에너지를 이용한 물질분리 기술을 활용하여 조직의 구별을 용이하게 하고, 아티팩트(Artifact)를 감소시켜 영상의 질을 개선하도록 제안한다. 이에 따라 본 발명의 일실시예에서는, 두 개의 다른 에너지(kV)에서의 물질의 종류에 따라 X선 감쇠계수 특성을 통하여 인체 조직의 물질 구성비를 정량적으로 알 수 있다.
도 4 (a)에 도시된 바와 같이, 넓은 에너지 범위의 세기(고 에너지 세기, 저 에너지 세기 포함)에 해당하는 엑스선을 대상체에 조사한 후, 검출기(40)를 통하여 대상체를 투과한 엑스선(401, 도 4 (b))을 검출한다. 도 4 (b)에 도시된 바와 같이, 검출기(40)는 대상체를 투과한 엑스선(401)의 에너지 대역을 적어도 두 개의 영역(그 이상의 영역으로 구분할 수도 있음)으로 구분하여 검출(501-1, 501-2로 구분)한 후, 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 1 영역에 해당하는 제 1 엑스선 신호(501-1, IH)에 기초하여 제 1 단층 영상(402-1)을 재구성하고, 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 2 영역에 해당하는 제 2 엑스선 신호(501-2, IL)에 기초하여 제 2 단층 영상(402-2)을 재구성할 수 있다.
영상 처리부(203)는, 상기 제 1 및 제 2 단층 영상(402-1, 402-2)을 합성하여 아티팩트가 최소화된 최종 단층영상을 재구성할 수 있을 것이다.
특히, 본 발명에서는 뼈 또는 특정 조직을 더 선명하게 출력할 수 있는 알고리즘에 대해서 아래 수학식 1(뼈를 더 선명하게 보여주기 위한 알고리즘) 및 수학식 2(조직을 더 선명하게 보여주기 위한 알고리즘)를 제안한다.
Figure 112016127481611-pat00001
Figure 112016127481611-pat00002
ILO는 대상체가 없을 때 저 에너지의 엑스선 세기에 의하여 검출기에 입사되는 입사 엑스선 강도(intensity), IHO는 대상체가 없을 때 고 에너지의 엑스선 세기에 의하여 검출기에 입사되는 입사 엑스선 강도(intensity)를 의미한다.
그리고, IL는 대상체가 존재할 때, 저 에너지의 엑스선이 대상체를 투과한 후 검출기에 입사되는 입사 엑스선 강도(intensity), IH는 대상체가 존재할 때, 고 에너지의 엑스선이 대상체를 투과한 후 검출기에 입사되는 입사 엑스선 강도(intensity)를 의미한다.
ILO, IHO, IL, IH 는 모두 영상을 구성하는 픽셀 하나하나의 픽셀값을 의미할 수 있으며, 상기 수학식 1 및 수학식 2는 각 픽셀 하나하나에 개별적으로 적용되는 알고리즘이다.
제 1 엑스선 신호(고 에너지 신호)와 제 2 엑스선 신호(저 에너지 신호)의 세기 차이에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 단층 영상을 합성(즉, 감산 영상을 획득)한다.
본 발명의 위와 같은 알고리즘에 의하여 이중에너지를 이용하여 감산 영상을 획득 시, 강조하고자 하는 부분(뼈나 조직 등)을 제외한 불필요한 부분은 정보를 확실히 제거함으로서, 보고자 하는 부분을 강조하여 영상에 표시할 수 있다.
영상 처리부(203)는, 상기 제 1 엑스선 신호와 상기 제 4 엑스선 신호의 비율인 제 1 비율값(ILO/IL)을 산출하고, 상기 제 2 엑스선 신호와 상기 제 5 엑스선 신호의 비율인 제 2 비율값(IHO/IH)을 산출하고, 제 1 및 제 2 비율값의 감산을 통하여 감산 영상을 획득할 수 있을 것이다.
더 나아가, 본 발명에서는 위와 같은 알고리즘을 통하여 감산 영상의 획득 시, 가중 변수를 추출하고 이를 이용하여 보다 선명한 영상을 얻을 수 있도록 제안한다. 이와 같이 추출한 가중변수를 영상에 적용하면 일반적인 검출기로 획득한 영상에 비해 대조도를 높일 수 있다.
EWb(EL) 및 EWT(EH)는 에너지별 가중 변수로서 아래와 같은 수학식 3 및 4에 의해서 산출될 수 있다.
Figure 112016127481611-pat00003
Figure 112016127481611-pat00004
수학식 3은 저 에너지에 대한 가중값(뼈를 강조 가능), 수학식 4는 고 에너지에 대한 가중값(조직을 강조 가능)을 의미할 수 있다.
에너지별 가중변수(EWb(EL) 및 EWT(EH))를 추출하는 방법으로 투사된 영상 기반의 에너지별 가중치 적용 방법(projection-based energy weighting)을 사용하였으며, 수학식 3 및 수학식 4를 참조하면 알 수 있듯이, 대조도를 높이고자 하는 대상 물질의 선형감약계수(?b,?T)와 두께(d), 배경 물질의 선형감약계수(?bg)의 함수로 표현될 수 있다. 각 선형감약계수는, 에너지에 대한 함수로 표현될 수 있다.
선형감약계수(μ, linear attenuation coefficient)란, 방사선이 물질 내에서 단위 거리당 물질과 상호 작용을 할 확률을 말한다. 아래 수학식 5는 선형감약계수의 정의와 관련되는 수식이다.
Figure 112016127481611-pat00005
여기서 N은 단위 체적(1cm3)당 원자수이고, σ는 반응 단면적이다.
질량감약계수(mass attenuation coefficient)란, 선형 감쇠 계수를 물질의 밀도로 나눈 값으로서, 아래 수학식 6과 같이 표현 가능하다.
Figure 112016127481611-pat00006
신체에서 주된 성분에 대한 질량감쇠계수는 다음 표와 같이 정리할 수 있다.
표 1은 뼈(bone)에 대한 질량감쇠계수이며, 표 2는 조직(tissue)에 대한 질량감쇠계수이다.
Figure 112016127481611-pat00007
Figure 112016127481611-pat00008
표 1과 표 2를 참조하여, 조사되는 에너지 별로 질량감쇠계수를 확인한 후, 뼈의 밀도(
Figure 112016127481611-pat00009
)와 조직의 밀도(
Figure 112016127481611-pat00010
)를 이용하여 수학식 6을 통해 선형감약계수를 얻을 수 있을 것이다.
더 나아가, 본 발명에서는, 상기 에너지 별 가중치뿐만 아니라 물질 별 가중치(뼈에 대한 가중치, 조직에 대한 가중치 등)를 더 적용하여 영상을 재구성하도록 제안한다.
즉, 영상 처리부(203)는, 아래 수학식 7 및 8에 기초하여, 뼈(bone)에 대한 가중치를 나타내는 제 1 가중값 및 조직(tissue)에 대한 가중치를 나타내는 제 2 가중값을 산출한다.
Figure 112016127481611-pat00011
Figure 112016127481611-pat00012
또한 본 발명의 일실시예에서는, 물질의 특성을 고려하여 진단에 필요한 특정 물질, 예를 들어 연조직(soft tissue), 뼈(bone), 아이오다인(Iodine) 등과 같이 물질간의 감쇄 차이에 의해 분리시켜 특정 물질만을 추출하여 영상화가 가능하므로, 하나의 정보에서 다양한 정보를 획득할 수 있다는 점에서 디지털 단층영상합성장치의 효율성을 높일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는, 광자계수기반의 디지털 단층영상합성 시스템에서 획득한 투영영상에 이중 에너지 물질분리 기술과 디지털 단층영상합성 시스템에 최적화된 재구성 알고리즘을 접목시킨 발명으로, 전산화단층촬영에 비해 영상 재구성 시간이 짧고, 기구적 구조가 간단하여 비용이 저렴하며, 보다 적은 환자피폭선량으로 다양한 병변의 해부학적 위치와 비침습적인 병리학적 정보를 제공할 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 디지털 단층영상합성 장치, 시스템 및 이를 이용한 제어 방법의 실시예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.

Claims (22)

  1. 엑스선을 발생시켜 대상체를 향하여 조사하는 엑스선 소스;
    상기 대상체를 통과한 엑스선과 상기 대상체가 없는 상태에서 검출기를 통하여 검출되는 제 3 엑스선 신호(IHO, ILO)를 검출하는 검출기;
    상기 검출기에 의해 검출된 신호를 기초로 단층영상을 재구성하는 영상 처리부를 포함하되,
    상기 검출기는 상기 검출하는 엑스선의 에너지 대역을 적어도 두 개의 영역으로 구분하여 검출하고,
    상기 제 3 신호는 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 1 영역에 해당하는 제 4 엑스선 신호(IHO) 및 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 2 영역에 해당하는 제 5 엑스선 신호(ILO)로 구분되고,
    상기 영상 처리부는,
    상기 구분된 두 개의 영역 중 제 1 영역에 해당하는 제 1 엑스선 신호(IH)에 기초하여 제 1 단층 영상을 재구성하고,
    상기 구분된 두 개의 영역 중 제 2 영역에 해당하는 제 2 엑스선 신호(IL)에 기초하여 제 2 단층 영상을 재구성하여,
    제 1 엑스선 신호와 제 2 엑스선 신호의 세기 차이에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 단층 영상을 합성하고, 여기에 제 3 엑스선 신호(IHO, ILO)를 함께 고려하여 단층 영상을 재구성하되,
    상기 제 1 엑스선 신호와 상기 제 4 엑스선 신호의 비율인 제 1 비율값(ILO/IL)을 산출하고,
    상기 제 2 엑스선 신호와 상기 제 5 엑스선 신호의 비율인 제 2 비율값(IHO/IH)을 산출하며,
    상기 제 1 및 제 2 비율값에 기초하여 단층 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는, 뼈(bone)에 대한 가중치를 나타내는 제 1 가중값 및 조직(tissue)에 대한 가중치를 나타내는 제 2 가중값을 산출하고,
    상기 제 1 및 제 2 단층 영상을 합성하는데 있어서 상기 제 1 및 제 2 가중값에 기초하여 합성을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 가중값은 각 물질에 대한 선형 감쇠 계수(linear attenuation coefficient)에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 영역에 해당하는 가중치를 나타내는 제 3 가중값(EWb(EL))을 산출하고,
    상기 산출된 제 1 비율값에 상기 제 3 가중값을 적용하여 단층 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 재구성된 단층 영상은, 뼈를 구분하기 위한 영상인 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 2 영역에 해당하는 가중치를 나타내는 제 4 가중값(EWT(EH))을 산출하고,
    상기 산출된 제 2 비율값에 상기 제 4 가중값을 적용하여 단층 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 재구성된 단층 영상은, 조직을 구분하기 위한 영상인 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템.
  12. 엑스선을 발생시켜 대상체를 향하여 조사하는 엑스선 소스; 상기 대상체를 통과한 엑스선을 검출하는 검출기; 및 상기 검출기에 의해 검출된 신호를 기초로 단층영상을 재구성하는 영상 처리부를 포함하는 디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 검출기가 상기 검출하는 엑스선의 에너지 대역을 적어도 두 개의 영역으로 구분하여 검출하고, 상기 대상체가 없는 상태에서 상기 검출기를 통하여 검출되는 제 3 엑스선 신호(IHO, ILO)를 검출하는 단계;
    상기 영상 처리부가 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 1 영역에 해당하는 제 1 엑스선 신호(IH)에 기초하여 제 1 단층 영상을 재구성하는 단계; 및
    상기 영상 처리부가 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 2 영역에 해당하는 제 2 엑스선 신호(IL)에 기초하여 제 2 단층 영상을 재구성하는 단계;
    를 포함하되, 상기 영상 처리부가 상기 제 1 및 제 2 단층 영상을 합성하여 단층영상을 재구성하되, 제 1 엑스선 신호와 제 2 엑스선 신호의 세기 차이에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 단층 영상을 합성하고, 제 3 엑스선 신호(IHO, ILO)를 함께 고려하여 단층 영상을 재구성하되,
    상기 제 3 신호는 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 1 영역에 해당하는 제 4 엑스선 신호(IHO) 및 상기 구분된 두 개의 영역 중 제 2 영역에 해당하는 제 5 엑스선 신호(ILO)로 구분되고,
    상기 영상 처리부가 상기 제 1 엑스선 신호와 상기 제 4 엑스선 신호의 비율인 제 1 비율값(ILO/IL)을 산출하고, 상기 제 2 엑스선 신호와 상기 제 5 엑스선 신호의 비율인 제 2 비율값(IHO/IH)을 산출하여, 상기 제 1 및 제 2 비율값에 기초하여 단층 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 영상 처리부가 뼈(bone)에 대한 가중치를 나타내는 제 1 가중값 및 조직(tissue)에 대한 가중치를 나타내는 제 2 가중값을 산출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 재구성하는 단계는, 상기 제 1 및 제 2 단층 영상을 합성하는데 있어서 상기 제 1 및 제 2 가중값에 기초하여 합성을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 가중값은 각 물질에 대한 선형 감쇠 계수(linear attenuation coefficient)에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 영상 처리부가 제 1 영역에 해당하는 가중치를 나타내는 제 3 가중값(EWb(EL))을 산출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 재구성하는 단계는 상기 산출된 제 1 비율값에 상기 제 3 가중값을 적용하여 단층 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 재구성된 단층 영상은, 뼈를 구분하기 위한 영상인 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 영상 처리부가 제 2 영역에 해당하는 가중치를 나타내는 제 4 가중값(EWT(EH))을 산출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 재구성하는 단계는 상기 산출된 제 2 비율값에 상기 제 4 가중값을 적용하여 단층 영상을 재구성하는 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 재구성된 단층 영상은, 조직을 구분하기 위한 영상인 것을 특징으로 하는,
    디지털 단층영상합성 시스템의 제어 방법.
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