KR101892144B1

KR101892144B1 - 엑스선 영상 촬영장치

Info

Publication number: KR101892144B1
Application number: KR1020150149018A
Authority: KR
Inventors: 안병준; 나상옥; 양용주; 최성일; 홍대기
Original assignee: 주식회사 바텍; (주)바텍이우홀딩스
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2018-08-28
Also published as: EP3369377B1; US20180310898A1; EP3369377A4; CN108366769B; EP3369377A1; US10799198B2; WO2017073997A1; KR20170048093A; CN108366769A

Abstract

소폭의 센서를 이용하여 경제적으로 엑스선 CT 영상을 제공함은 물론, 왜곡되지 않은 정확도 높은 엑스선 파노라마 영상을 제공할 수 있는 엑스선 영상 촬영장치가 개시된다. 본 발명의 한 측면에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는, 회전축을 중심으로 회전하는 회전지지대; 상기 회전지지대의 일측에 배치되고, 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 제너레이터를 구비하는 제너레이터부; 피검체를 사이에 두고 상기 회전지지대의 타측에 상기 제너레이터부와 대향 배치되고, 상기 회전지지대의 회전 중에 상기 회전축에 수직인 그 폭 방향으로 이동하는 소폭 센서를 구비하는 센서부; 및, 상기 회전지지대의 회전을 수반하여 다수의 투과 영상을 획득하는 엑스선 영상 촬영 시퀀스 중에 피검체의 관심부와 상기 소폭 센서 사이의 거리 변화에 따른 확대도 변화의 보상을 위해 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시키는 제어부를 포함한다.

Description

엑스선 영상 촬영장치{X-ray Imaging Apparatus}

본 발명은 엑스선 영상 촬영장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 좁은 폭의 센서와 저 선량의 엑스선으로 CT 영상은 물론 파노라마 영상을 제공할 수 있는 엑스선 영상 촬영장치에 관한 것이다.

의료분야에서 엑스선 촬영 장치는 일정량의 엑스선을 촬영하고자 하는 신체부위에 투과시키고, 투과된 엑스선을 엑스선 센서로 감지하여, 감지된 전기적 신호를 바탕으로 엑스선 영상을 구성하는 장치를 말한다. 엑스선은 그 진행경로 상의 물질에 따라 다른 감쇄율로 감쇄되며 투과되고, 엑스선 센서에 도달하면 광전효과에 의해 전기적 신호로 변환된다. 엑스선 촬영 장치는 이와 같이 엑스선 진행경로에 따른 누적 감쇄량이 반영된 전기적 신호를 이용하여 촬영대상의 내부에 관한 정보를 엑스선 영상으로 제공한다.

치과 진료분야에서, CT 영상은 환자의 신체 중 주요 관심 부위인 치열, 턱 관절 또는 머리 부분에 대한 3차원 엑스선 영상은 물론 사용자가 원하는 위치 및 방향에 따른 단층 영상을 정확하고 선명하게 표시할 수 있어서 임플란트 시술 등 고도의 정밀성이 요구되는 분야에 활용되고 있다. 엑스선 CT(Computed Tomography) 촬영 장치는 촬영대상의 여러 각도에서 촬영한 엑스선 영상들을 재구성하여 촬영대상에 대한 3차원 엑스선 영상을 제공한다. 이를 위해 엑스선 CT 촬영장치는 엑스선 제너레이터, 피검체를 사이에 두고 엑스선 제너레이터와 대향 배치되는 엑스선 센서, 엑스선 제너레이터와 엑스선 센서를 지지하며 회전시키는 회전지지대, 그리고 엑스선 센서의 검출결과를 통해 CT 영상을 구현하는 영상 재구성부를 포함한다.

엑스선 CT 영상 촬영을 위해 엑스선 제너레이터와 엑스선 센서는 촬영대상을 지나는 회전축을 중심으로 소정의 각도범위에서 대향 회전하면서, 여러 각도에서 촬영대상 영역, 즉 FOV(Field Of View)에 대한 엑스선 투과 데이터를 취득한다. 일반적인 엑스선 CT 촬영 시 엑스선 제너레이터와 엑스선 센서는 촬영대상영역의 중심축을 그 회전축으로 하여 회전하고, 촬영대상영역을 투과한 전 면적의 엑스선을 수광해야 한다. 따라서 파노라마 엑스선 영상 촬영용 센서 대비 월등히 큰 대면적 센서를 필요로 한다. 그러나, 엑스선 센서의 면적이 커질수록 제조 비용은 기하급수적으로 늘어나므로 치과용 엑스선 영상 촬영장치 분야에서는 소폭의 센서로 그 폭의 2배보다 큰 촬영대상영역에 대한 CT 영상을 촬영하는 기술에 대한 요구가 있어왔다.

한편, 치과 분야에서 엑스선 파노라마 영상은 오래전부터 널리 사용되어 이제는 진단에 필수적인 표준 영상으로 인식되고 있다. 따라서, 엑스선 CT 영상을 제공하기 위한 촬영장치에도 파노라마 영상 촬영 기능이 추가되는 경우가 많다. 이러한 경우에도, 진단에 있어서 중요한 영상인 만큼 정확도 높은 엑스선 파노라마 영상을 제공할 것이 요구된다.

전술한 기술적 요구에 부응하기 위하여, 본 발명은 소폭의 센서를 이용하여 경제적이고, 설치 및 촬영 공간을 덜 차지하면서도, 상대적으로 넓은 촬영대상영역에 대한 엑스선 CT 영상을 제공함은 물론, 왜곡되지 않은 정확도 높은 엑스선 파노라마 영상을 효율적으로 제공할 수 있는 엑스선 영상 촬영장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

전술한 과제의 해결을 위해, 본 발명의 한 측면에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는, 회전축을 중심으로 회전하는 회전지지대; 상기 회전지지대의 일측에 배치되고, 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 제너레이터를 구비하는 제너레이터부; 피검체를 사이에 두고 상기 회전지지대의 타측에 상기 제너레이터부와 대향 배치되고, 상기 회전지지대의 회전 중에 상기 회전축에 수직인 그 폭 방향으로 이동하는 소폭 센서를 구비하는 센서부; 및, 상기 회전지지대의 회전을 수반하여 다수의 투과 영상을 획득하는 엑스선 영상 촬영 시퀀스 중에 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시키는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는, 상기 피검체의 관심부와 상기 소폭 센서 사이의 거리 변화에 따라 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시켜 확대도 변화를 보상하는 것일 수 있다.

상기 제어부는 상기 확대도가 상대적으로 큰 구간에서 상기 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 높이거나 상기 센서부의 프레임 레이트를 상대적으로 낮출 수 있다.

이 경우, 상기 제어부는 상기 확대도가 상대적으로 큰 구간에서 상기 회전지지대의 회전 속도를 일정하게 유지하며, 상기 센서부의 프레임 레이트를 상대적으로 낮출 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 확대도가 상대적으로 큰 구간에서 상기 센서부의 프레임 레이트를 일정하게 유지하며, 상기 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 높일 수도 있다.

상기 엑스선 영상 촬영 시퀀스는 파노라마 영상 촬영 시퀀스이고, 상기 피검체의 관심부는 악궁 궤적을 따라 분포될 수 있다.

이때, 상기 제어부는 구치부의 투과 영상을 획득하는 구간에서 전치부의 투과 영상을 획득하는 구간보다 상기 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 높이거나, 상기 센서부의 프레임 레이트를 상대적으로 낮출 수 있다.

또한, 상기 다수의 투과 영상을 소정 간격으로 시프트(shift)시키며 중첩시켜 상기 악궁 궤적 상의 위치에 따른 횡축 방향의 확대도 차이를 보상하고, 상기 악궁 궤적 상의 횡축 방향 위치에 따라 서로 다른 비율을 적용하여 종축 방향의 확대도를 보정하는, 영상 재구성부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 한 측면에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는, 회전축을 중심으로 회전하는 회전지지대; 상기 회전지지대의 일측에 배치되고, 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 제너레이터를 구비하는 제너레이터부; 피검체를 사이에 두고 상기 회전지지대의 타측에 상기 제너레이터부와 대향 배치되고, 상기 회전지지대의 회전 중에 상기 회전축에 수직인 그 폭 방향으로 이동하는 소폭 센서를 구비하는 센서부; 및, 상기 회전지지대의 회전을 수반하여 다수의 투과 영상을 획득하는 엑스선 영상 촬영 시퀀스 중에 피검체의 관심부와 상기 소폭 센서 사이의 거리 변화에 따른 확대도 변화의 보상을 위해 상기 회전지지대의 회전 속도 또는 상기 센서부의 프레임 레이트를 변화시키는 제어부를 포함하고, 상기 엑스선 제너레이터는 상기 엑스선 빔의 방향이 상기 회전축에 수직인 평면에 대하여 소정의 기울기를 갖도록 설치되고, 상기 소폭 센서는 상기 회전축에 평행한 면에 대해서 소정의 각도로 기울어지게 설치된다.

여기서, 상기 엑스선 영상 촬영 시퀀스는 파노라마 영상 촬영 시퀀스이고, 상기 피검체의 관심부는 악궁 궤적을 따라 분포되며, 상기 다수의 투과 영상을 소정 간격으로 시프트(shift)시키며 중첩시켜 상기 악궁 궤적 상의 위치에 따른 횡축 방향의 확대도 차이를 보상하고, 상기 악궁 궤적 상의 횡축 방향 위치에 따라 서로 다른 비율을 적용하여 종축 방향의 확대도를 보정하는, 영상 재구성부를 더 포함할 수 있다.

상기 영상 재구성부는, 상기 소폭 센서의 기울어진 배치에 따른 상부와 하부의 확대도 차이를 보정할 수도 있다.

본 발명에 따른 구성이 적용된 엑스선 영상 촬영장치는, 소폭의 센서를 이용하여 경제적이고, 설치 및 촬영 공간을 덜 차지하면서도, 상대적으로 넓은 촬영대상영역에 대한 엑스선 CT 영상을 제공함은 물론, 왜곡되지 않은 정확도 높은 엑스선 파노라마 영상을 효율적으로 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부 구성을 보인다.
도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 촬영부 구성에 의해서 동일한 크기의 촬영대상영역을 제공함을 전제로 촬영부의 회전 범위가 축소되는 원리를 보인다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부에서 소폭 센서로 넓은 촬영대상영역을 제공하는 구성을 보인다.
도 4는 상기 도 3의 실시예에 따른 촬영부를 이용하여 악궁 궤적에 따른 파노라마 영상을 촬영하는 모습을 보인다.
도 5는 악궁 형상과 이를 촬영한 파노라마 영상의 이상적인 관계를 보이는 모식도이다.
도 6은 상기 도 5의 악궁 형상을 촬영한 파노라마 영상의 왜곡 및 그 보정 방식에 대한 설명을 위한 모식도이다.
도 7a는 확대도 보상이 적용되지 않은 무보정 파노라마 영상의 예를 보인다.
도 7b는 촬영 시퀀스에 횡축 확대도 보상이 적용된 파노라마 영상의 예를 보인다.
도 7c는 상기 도 7b의 영상에 촬영 시퀀스에 따른 종축 확대도 보정 및 틸팅 보정이 적용된 파노라마 영상의 예를 보인다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명이 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니다. 동일한 도면 부호는 동일한 성격의 구성요소임을 나타내는 것으로서, 한 도면에서 설명된 구성요소와 동일한 도면 부호를 갖는 구성요소에 대한 설명은 다른 도면에 대한 설명에서는 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부 구성을 보인다.

본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영장치는 다수의 엑스선 투과 영상을 획득하는 촬영부와, 상기 촬영부를 제어하는 제어부, 그리고 상기 다수의 엑스선 투과 영상을 이용하여 엑스선 CT 영상 및 파노라마 영상을 재구성하는 재구성부를 포함하여 구성된다. 필요에 따라서는 상기 촬영부의 외부를 둘러싸는 촬영부 케이스를 더 구비할 수도 있다. 본 도면은 이들 중 상기 촬영부의 구성을 보인다.

촬영부(13)는 회전구동부(25)와, 상기 회전구동부(25)에 의해 회전축(25C)을 중심으로 회전하는 회전지지대(30)를 포함하고, 상기 회전지지대(30)의 일측에 배치되고, 엑스선 제너레이터(321T)와 콜리메이터(322)를 구비하여 소정의 폭으로 콜리메이션된 엑스선 빔을 조사하는, 제너레이터부(32)와, 그리고 상기 회전지지대(30)의 타측에 피검체를 사이에 두고 상기 제너레이터부(32)와 대향 배치되고, 상기 회전지지대(30)의 회전 시에 그 주연 방향, 바람직하게는 회전궤적의 접선 방향으로 이동하는 소폭 센서를 갖는, 센서부(31T)를 포함하여 구성된다.

상기 엑스선 제너레이터(321T)와 상기 콜리메이터(322)는 측면에서 봤을 때 점선으로 표시된 엑스선 빔의 조사 방향이 상기 회전지지대(30)의 회전축(25C)에 수직인 면에 대하여 소정의 기울기(θ_B)를 갖도록 설치된다. 상기 센서부(31T)는 그 수광면이 상기 회전축(25C)에 평행한 면에 대하여 소정의 각도로 기울어져 상기 엑스선 제너레이터(321T)와 대향하도록 배치된 소폭 센서를 구비한다. 여기서, 상기 엑스선 빔의 조사 방향은 회전축(25C)에 수직인 면에 대하여 아래에서 위를 향해 기울어져서 상기 소정의 기울기(θ_B)가 0ㅀ<θ_B< 90ㅀ이고, 좀 더 바람직하게는 0ㅀ<θ_B< 45ㅀ인 조건을 만족하도록 할 수 있다. 그 결과 상기 센서부(31T) 역시 상기 회전축(25C)에 평행한 면, 즉 상기 회전축(25C)를 중심으로 한 가상의 원통형상의 외주면에 대해 아래쪽을 향해 상기 θ_B에 대응되는 각도만큼 기울어져서, 상기 센서부(31T)가 상기 회전지지대(30)가 속한 평면과 이루는 각(θ_S)이 90ㅀ<θ_S< 180ㅀ이고, 좀 더 바람직하게는 90ㅀ<θ_S< 135ㅀ인 조건을 만족하도록 할 수 있다. 상기 센서부(31T)가 상기 엑스선 제너레이터(321T)의 촛점(XF)에서부터 시작된 엑스선 빔 조사 방향에 대하여 이루는 각은 측면에서 볼 때 수직을 이루는 것이 바람직하다.

상기 엑스선 빔의 조사 방향이 아래서 위로 경사지도록 하고 센서부(31T)가 아래를 향해 경사지도록 하는 것은, 상기 촬영부 내측의 공간이 아래쪽이 더 넓은 원추형으로 형성되도록 하여 피검자의 머리가 진입하기에 더 편리하게 해주는 역할을 한다.

한편, 본 실시예는 상기 제너레이터부(32)의 하우징은 상기 회전지지대(30)으로부터 수직으로 배치되고, 그 안에서 상기 엑스선 제너레이터(321T)가 경사지게 배치된 구성을 보이고 있으나, 상기 제너레이터부(32) 자체가 상기 센서부(31T)와 대략 평행하게 배치될 수도 있다.

상기 회전구동부(25)는 상기 촬영부 케이스의 상단부 내측에 지지되고, 상기 회전지지대(30)의 회전축(25C)이 그 구동축(253)과 연결되도록 설치될 수 있다. 일 예로 상기 회전구동부(25)는 일명 DD모터(Direct Drive Motor)를 포함하고, 상기 DD모터의 구동축(253) 중심이 상기 회전지지대(30)의 회전축(25C)과 일치하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 구동축(253) 주변에 전력선 또는 신호선 등의 배선은 케이블 꼬임을 방지하기 위해 슬립링 등을 통해 연결될 수 있다. 상기 슬립링은 무선 접점을 갖는 무선 슬립링일 수도 있다.

도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 촬영부 구성에 의해서 동일한 크기의 촬영대상영역을 제공함을 전제로 촬영부의 회전 범위가 축소되는 원리를 보인다.

상기 도 2에서 (a)는 종래와 같이 엑스선 빔의 조사 방향이 회전축(25C)에 수직인 면에 대해 평행하고, 따라서 센서부(31V)가 상기 회전축(25C)에 평행한 경우를 나타내고, (b)는 본 발명에 따라 상기 센서부(31T) 및 엑스선 빔의 조사 방향이 앞서 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 경사진 경우를 나타낸다.

여기서, 촬영대상영역의 높이(H)는 (a)와 (b)에서 서로 동일하다. (b)의 경우 엑스선 빔이 비스듬히 조사되고, 센서부(31T)가 경사지게 설치됨으로써, 엑스선 빔의 촛점(XF)이 (a)에서의 촛점(XV)보다 상대적으로 상기 회전축(25C)에 가깝게 위치하게 된다. 이는 곧 촬영부의 회전 반경이 상기 두 촛점(XF, XV) 사이의 거리 차만큼 좁혀질 수 있음을 의미한다. 그 결과 엑스선 영상 촬영장치가 차지하는 공간을 줄일 수 있고, 좀 더 직접적으로는 전술한 촬영부 케이스의 크기를 줄일 수 있다.

한편, (a)의 경우 엑스선 빔의 촛점(XV)과 피사체 사이의 거리(VH)에 대한 엑스선 빔의 촛점(XV)으로부터 센서부(31V) 사이의 거리로 정의되는 확대도는, 도면에서 수평선을 기준으로 상하가 대칭적이며 상기 센서부(31V)와 피사체가 구면 형태가 아닌 데에서 오는 약간의 오차를 제외하고는 상기 센서부(31V)의 상부와 하부에 대하여 거의 동일하다. 그런데, (b)의 경우는 상기 센서부(31T)가 피사체의 종축에 대해 기울어지게 배치됨으로 인해, 피사체의 상단부와 센서부(31T) 상단부 사이의 거리가 피사체 하단부와 센서부(31T) 하단부 사이의 거리보다 상대적으로 가깝다. 도면에서 FS₁=FS₂ 이고, FH₁>FH₂ 이므로, 피사체 상단부 이미지의 확대도인 FS₁/FH₁ 는 피사체 하단부 이미지의 확대도인 FS₂/FH₂ 보다 상대적으로 작다. 따라서, 상기 도 1의 촬영부(13)를 이용하여 엑스선 투과 영상을 촬영하면 예컨대 정사각형의 피사체가 대략 사다리꼴로 왜곡되는 현상이 일어난다.

따라서, 본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는 엑스선 CT 영상 또는 파노라마 영상을 재구성하여 제공하는 과정에서 센서의 기울기에 따른 상하부의 확대로 차이를 보정한다. 재구성부가 악궁 궤적을 따라 획득된 다수의 투과 영상을 이용하여 파노라마 영상을 재구성하여 제공하는 경우, 상기 다수의 투과 영상을 횡방향으로 소정 간격으로 시프트(shift)시키며 중첩하여 일차적인 파노라마 영상을 재구성하고, 이 영상에 대해 전술한 상하 방향의 확대도 편차를 반영하여 왜곡이 보정된 파노라마 영상을 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부에서 소폭 센서로 넓은 촬영대상영역을 제공하는 구성을 보인다.

본 도면은 촬영 시퀀스 중에 회전지지대(30)의 회전과 동시에 소폭 센서(311)의 이동을 수반하여 다수의 엑스선 투과 영상을 획득할 수 있도록 한 촬영부의 구성을 보이는데, 전술한 회전지지대(30)의 회전축(25C) 위에서 내려다본 모습을 개략적으로 표현한 것이다. 촬영부는 제어부(60)의 제어 신호를 받아, 엑스선 영상 촬영 시퀀스 수행한다. 치과용 엑스선 영상 촬영장치에 있어서, 엑스선 영상 촬영 시퀀스는 크게 엑스선 CT 촬영 시퀀스와 파노라마 영상 촬영 시퀀스로 나눌 수 있는데, 여기서는 먼저 엑스선 CT 촬영 시퀀스를 예로 들어 설명한다.

엑스선 CT 촬영 시퀀스 수행 시에는 피검체를 부분적으로 투과하는 엑스선 빔의 조사 경로를 회전시키며, 동시에 가상의 엑스선 빔 중심을 이동시켜 상기 엑스선 빔이 촬영대상영역 내의 모든 부분에 대하여 소정 범위 이상의 다양한 각도에서 조사되도록 구성된다.

상기 센서부(31)에는 상기 제너레이터부(32) 측을 향해 소폭 엑스선 센서(311)가 구비된다. 이때, CT 영상을 얻고자 하는 촬영대상영역 전체의 높이와 폭을 각각 t1, w1이라 하면, 소폭 엑스선 센서의 높이 t2는 확대율*제 1 높이(t1) 이상(t2≥ 확대율* t1)이고, 소폭 엑스선 센서의 폭 w2는 확대율*제 1 폭(w1)/2 미만(w2<확대율*w1/2)인 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 소폭 엑스선 센서(311)는 상기 회전축(25C)을 중심으로 한 상기 센서부(31)의 회전 궤적, 예컨대 원형 궤적의 접선 방향으로 이동할 수 있도록 설치되며, 상기 제너레이터부(32)는 소폭 엑스선 센서(311)의 이동에 연동하여 상기 소폭 엑스선 센서(311)를 향해 조준된 엑스선 빔(XC)을 방출한다.

본 도면에서 회전축(25C)을 중심으로 한 동심원들(F, FA, FB, FC)은 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 이동 범위에 따라 확장되는 촬영대상영역을 나타낸다. 예컨대, 상기 소폭 엑스선 센서(311)가 실선으로 표시된 초기 위치에 고정된 상태로 상기 회전지지대(30)가 일정각도 이상, 일례로 360도 회전하면 가장 작은 촬영대상영역(F)에 대한 엑스선 CT 영상을 얻을 수 있다. 이는 종래의 하프빔 방식의 엑스선 CT 촬영장치와 실질적으로 유사하다. 그리고, 상기 회전축(25C)을 중심으로 한 추가적인 회전을 수반하는 연속된 엑스선 영상 촬영 중에 상기 소폭 엑스선 센서(311)가 실선으로 표시된 위치로부터 일례로 그 폭만큼 접선 방향으로 이동(311A) 한 경우 그 촬영대상영역(FA)은 그 반지름이 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭만큼 확장된다. 이와 마찬가지로 상기 소폭 엑스선 센서(311)가 연속 촬영 중에 그 폭의 두 배만큼 이동(311B)하고 세 배만큼 이동(311C)한 경우, 촬영대상영역(FB, FC) 역시 그 이동범위의 증가에 따라 확장된다. 따라서, 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭은 확장된 실제 촬영대상영역(FA, FB, FC)의 반지름에 최대확대율을 곱한 값보다 작다.

참고로, 이상에서는 설명의 편의를 위해 소폭 엑스선 센서(311)의 이동이 회전축(25C)을 중심으로 하는 회전주기에 따라 단계적으로 진행되는 것으로 살펴보았지만, 바람직하게는 소폭 엑스선 센서(311)의 이동은 회전축(25C)을 중심으로 하는 회전과 동시에 진행될 수 있다. 이점에 대해서는 이하의 설명을 통해 쉽게 알 수 있다.

장치 구성의 관점에서 보면, 상기 센서부(31)는 상기 소폭 엑스선 센서(311)를 제한된 범위에서 그 회전 궤적의 접선 방향으로 이동할 수 있도록 하는 소폭 엑스선 센서 구동부(312)를 포함한다. 상기 소폭 엑스선 센서 구동부(312)는 예컨대, 동력을 발생시키는 모터(315)와 그 동력을 전달하는 구동축(314) 그리고 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 일부와 상기 구동축(314)을 연결하는 연결부(313)로 구성될 수 있다. 다만, 이러한 기구적인 구성은 하나의 예에 불과하고, 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다.

한편, 제너레이터부(32)는 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭을 커버할 수 있는 정도의 폭으로 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치 이동에 연동하여 조준된 엑스선 빔(XC)을 조사한다. 이를 위한 구성의 한 예로서 상기 제너레이터부(32)는 상기 소폭 엑스선 센서의 이동 범위를 커버하는 넓은 폭의 엑스선 빔(XT)을 방출하는 엑스선 제너레이터(321)와, 상기 넓은 폭의 엑스선 빔(XT)을 조절하여, 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭을 커버하는 좁은 폭을 가지고 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치에 따라 조준된 엑스선 빔(XC)을 방출하는 콜리메이터(322)를 포함할 수 있다. 상기 콜리메이터(322)는 엑스선 빔을 부분적으로 차폐할 수 있는 적어도 하나의 블레이드(323)와 상기 적어도 하나의 블레이드(323)를 이동시킬 수 있도록 예컨대, 동력을 발생시키는 모터(324)와 그 동력을 전달하는 구동축(325) 그리고 블레이드(323)의 일부와 상기 구동축(325)을 연결하는 연결부(326)로 구성될 수 있다. 상기 콜리메이터(322)는 상기 조준된 엑스선 빔(XC)을 투과시키는 일정한 폭의 슬릿을 가진 하나의 블레이드를 하나의 모터로 구동할 수도 있고, 둘 이상의 블레이드에 개별적으로 구비된 모터로 구동할 수도 있다.

다만, 전술한 제너레이터부(32)의 이러한 구성은 하나의 예에 불과하고, 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 폭을 커버하는 수준의 좁은 폭의 엑스선 빔을 방출하는 엑스선 제너레이터와 그러한 엑스선 제너레이터의 조사 방향을 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치 이동에 연동하여 조종함으로써 조준된 엑스선 빔을 방출하도록 구성될 수도 있다. 이 외에도 다양한 형태의 구성이 가능하다.

한편, 전술한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치는 상기 제너레이터부(32) 및 상기 센서부(31)와 연결되어, 상기 제너레이터부(32)가 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치 이동과 연동하여 조준된 엑스선 빔(XC)을 방출하도록 이들을 제어하는 제어부(60)를 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로 상기 제어부(60)는 예컨대 상기 소폭 엑스선 센서 구동부(312)와 연결되어 모터(315)를 제어하면서 그 제어 신호 또는 상기 소폭 엑스선 센서(311)의 위치 정보를 피드백 받은 신호를 이용하여 상기 제너레이터부(32)로부터 방출되는 엑스선 빔의 방향을 제어할 수 있다. 엑스선 빔의 방향 제어는 본 도면의 실시예와 같이 콜리메이터(322)를 구동하는 모터(324)에 대한 제어를 통해 이루어질 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 제너레이터부(32)가 다른 형태로 구현되는 경우 상기 제어부(60)의 제어 신호를 받는 구체적인 대상은 달라질 수 있다.

본 도면은 상기 회전축(25C) 위에서 내려다 본 모습을 표현한 것이므로, 상기 센서부(31)와 상기 엑스선 제너레이터(321)의 수직 방향의 경사는 표현되지 않았으나, 이들은 상기 도 1에 도시된 센서부(31T) 및 엑스선 제너레이터(321T)와 마찬가지로 수직의 회전축(25C)에 대해 경사지게 배치된 것일 수 있다. 이점은 이하의 설명에서도 마찬가지다.

도 4는 상기 도 3의 실시예에 따른 촬영부를 이용하여 악궁 궤적에 따른 파노라마 영상을 촬영하는 모습을 보인다.

도시된 바와 같이, 소폭 센서(311E, 311F, 311G)를 포함하는 센서부(31E, 31F, 31G)를 상기 회전축(25C)을 중심으로 회전시키되, 상기 소폭 센서(311E, 311F, 311G)의 위치를 그 회전 궤적의 접선 방향, 즉 그 폭 방향으로 이동시킴으로써 실제로는 회전축(25C)을 이동시키지 않으면서도 종래의 파노라마 엑스선 촬영장치에서 그 회전축을 이동시키는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 엑스선 CT 촬영장치는, 엑스선 CT 영상 및 3차원 영상을 제공하는 것 외에도 이와 같은 특성을 이용하여 악궁 궤적(DA)을 따라 분포된 이미지 레이어에 대한 엑스선 파노라마 영상을 제공할 수 있다.

이때, 촬영부의 회전축(25C)이 고정되어 있는 반면 악궁 궤적(DA)은 원호 형태가 아닌 활 또는 포물선 등의 형태를 띠고 있으므로, 도면에 표시된 상기 소폭 센서(311E, 311F, 311G)의 위치에 따라서 투과 영상 획득되는 부분, 즉 구치부(DE), 견치부(DF) 또는 전치부(DG)와 상기 소폭 센서(311E, 311F, 311G)와의 거리가 달라진다. 이들 위치에서 각각 엑스선 제너레이터(321E, 321F, 321G)와 소폭 센서(311E, 311F, 311G) 사이의 거리는 동일하므로, 결국 획득된 투과 영상의 확대도에 차이가 생긴다. 본 도면의 예에 비추어 보면, 전치부(DG)에 대해서는 확대도가 상대적으로 낮은 투과 영상이 획득되고, 구치부(DE)에 대해서는 확대도가 상대적으로 높은 투과 영상이 획득된다. 따라서, 촬영부에서 이렇게 획득된 다수의 투과 영상을 이용하여 악궁 궤적(DA)에 대한 파노라마 영상을 재구성함에 있어서, 각 부분에 대해서 균등한 확대도가 적용된 영상을 얻기 위해서는 어떤 식으로든 확대도에 대한 보상 또는 보정 작업이 요구된다.

한편, 본 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영 장치는 상기 악궁의 각 부분들, 예컨대 구치부(DE), 견치부(DF) 및 전치부(DG)의 투과 영상을 획득할 때, 회전지지대의 각도 및 센서부(31E, 31F, 31G)에서 소폭 센서(311E, 311F, 311G)의 위치와 같은 지오메트리(geometry) 정보 또는 이들을 계산해 낼 수 있는 값을 함께 획득하여 저장할 수 있다. 이러한 지오메트리 정보와 악궁 궤적의 좌표 정보를 이용하면 투과 영상마다 확대도 값을 얻거나, 투과 영상 획득 위치에 따른 확대도의 관계를 얻을 수 있다.

도 5는 악궁 궤적을 따른 이미지 레이어와 이를 촬영한 파노라마 영상의 이상적인 관계를 보이는 모식도이다.

도 5의 (a)는 악궁 궤적을 따른 이미지 레이어를 그리드 형태로 표현한 사시도로서, 활처럼 휘어진 가운데 부분이 앞니 부분, 즉 전치부(DG)에 해당하고, 양쪽 끝에 가까운 부분이 어금니 부분, 즉 구치부(DE)에 해당한다. 도 5의 (b)는 상기 (a)의 이미지 레이어를 평면적으로 펼쳐 표현한 이상적인 파노라마 영상을 나타낸다. 여기서 이상적인 파노라마 영상이란 부분별 확대도 차이에 따른 왜곡이 없는 파노라마 영상을 의미한다. (b)에서 전치부(DG)와 구치부(DE)의 확대도의 편차가 없다.

본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영장치에서 이와 같이, 확대도 편차에 의한 왜곡이 없는 파노라마 영상을 얻기 위한 방안은 몇 가지가 있을 수 있다. 첫 번째는 위에서 설명한 바와 같이, 촬영부에서 각각의 투과 영상 획득 시에 함께 획득된 지오메트리 정보를 이용하여 촬영된 피검체의 관심부에 대한 확대도를 구하고, 이를 반영하여 확대도가 보정된 다수의 투과 영상을 이용하여 파노라마 영상을 재구성하는 방식이다. 재구성을 위해 다수의 투과 영상을 횡축 방향으로 시프트(shift)시키며 중첩시킬 때, 인접한 투과 영상 사이의 시프트 간격은 촬영된 피검체 관심부 사이의 악궁 궤적 상에서의 실제 거리와 같도록 할 수 있다.

다만, 본 발명에 따른 엑스선 영상 촬영장치는 위와 같은 파노라마 영상 재구성 방식에 한정되지 않는다. 이와 같은 방식으로 각각의 투과 영상마다 확대도 보정을 선행하고, 촬영된 피검체 관심부의 악궁 궤적 상의 절대적 위치를 반영하여 시프트 및 중첩하여 재구성하는 경우, 왜곡 없는 파노라마 영상을 얻을 수 있다. 반면, 영상 재구성 작업에 많은 시간과 연산 자원이 소요되는 단점이 따른다. 이러한, 단점을 극복하고 왜곡 없는 파노라마 영상을 제공하기 위해 다른 확대도 보상 또는 보정 방식이 채용될 수 있다. 그러한 방식에 관하여 이하에서 좀 더 상세히 설명한다.

도 6은 상기 도 5의 악궁 형상을 촬영한 파노라마 영상의 왜곡 및 그 보정 방식에 대한 설명을 위한 모식도이다.

도 6의 (a)는 회전지지대의 회전과 소폭 센서의 폭 방향 이동을 수반하는 엑스선 영상 촬영장치의 촬영부를 이용하여 촬영하되, 확대도 보상 또는 보정을 적용하지 않은 왜곡된 파노라마 영상의 예를 모식적으로 보인다. 앞서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 전치부(DG)는 상대적으로 확대도가 작고, 구치부(DE)는 상대적으로 확대도가 크다. 따라서, 확대도 보상 또는 보정 없이 파노라마 영상을 재구성하면 전술한 도 5의 (a)와 같은 이미지 레이어가 도 6의 (a)와 같이 전치부(DG)는 횡축 및 종축 방향 격자 간격이 상대적으로 좁게, 구치부(DE)는 횡축 및 종축 방향 격자 간격이 상대적으로 넓게 왜곡되어 표현된다.

구치부(DE) 쪽에서 횡축 방향의 격자 간격이 실제보다 넓게 왜곡되는 것은 파노라마 영상 재구성 방식과도 관계가 있다. 일반적으로 일정한 회전 속도와 일정한 프레임 레이트로 촬영되는 일련의 촬영 시퀀스에 의해 촬영된 다수의 투과 영상을 순차적으로 시프트시키며 중첩시킬 때, 시프트시키는 간격은 각 투과 영상 프레임마다 촬영된 피검체의 관심부가 악궁 궤적 상에서 등간격으로 분포되어 있다는 가정하에 파노라마 영상을 재구성하기 때문이다. 이와 같은 재구성 방식은 비교적 적은 연산 자원으로 짧은 시간에 재구성 영상을 제공하는 데에 적합하다. 반면, (a)에 도시된 바와 같은 왜곡을 수반하게 된다.

도 6의 (b)는 상기 도 4를 참조하여 설명된 파노라마 영상 촬영 시퀀스에 횡축 방향의 확대도 보상 방식을 적용하고, 그 결과로 재구성된 파노라마 영상의 예를 모식적으로 보인다. 여기서 횡축 방향의 확대도 보상 방식이란, 상기 도 6의 (a)를 참조하여 설명된 왜곡을 촬영 시퀀스, 즉 다수의 투과 영상 획득 과정에서 보상하기 위해서 센서부의 위치에 따라, 좀 더 구체적으로는 소폭 센서와 악궁 궤적 상의 피검체 관심부 사이의 거리 변화에 따라서 회전지지대의 회전 속도에 변화를 주거나 다수의 투과 영상 프레임을 획득하는 프레임 레이트를 변화시키는 것을 말한다.

도 4를 함께 참조하여 설명하면, 전치부(DG) 촬영시에는 악궁 궤적과 소폭 센서(311G) 사이의 거리가 가까워 확대도가 상대적으로 작으므로, 프레임 레이트가 일정한 경우에는 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 느리게 하고, 회전 속도가 일정한 경우에는 프레임 레이트, 즉 시간당 촬영 프레임 수를 높여서 상대적으로 더 촘촘하게 악궁 궤적에 대한 투과 영상을 획득한다. 구치부(DE)와 같이 악궁 궤적과 소폭 센서(311E)의 거리가 멀어서 확대도가 상대적으로 큰 구간에서는, 프레임 레이트가 일정한 경우에는 회전지지대의 회전 속도를 상대적으로 빠르게 하고, 회전 속도가 일정할 경우에는 프레임 레이트를 상대적으로 낮춰서 투과 영상을 획득한다. 이렇게 획득된 다수의 투과 영상 프레임들을 소정의 간격으로 시프트시키며 중첩하여 재구성하면, 도 6의 (a)에서 설명한 횡축 방향으로의 확대도 차이에 의한 왜곡을 보상할 수 있다. 그 결과 (b)는 횡축 방향으로 격자 간격이 일정한 모습을 보인다. 한편, 이와 같이 회전지지대의 회전 속도 또는 센서부의 프레임 레이트 변화를 수반하는 확대도 보상 작업은 상기 도 3의 제어부(60)에 의해 이루어질 수 있다.

도 6의 (c)는 상기 (b)와 같은 방식으로 횡축 방향으로 확대도가 보상된 파노라마 영상에 대하여 종축 방향의 확대도 보정을 수행한 결과를 모식적으로 보인다. 종축 방향의 확대도 보정은 전술한 바와 같이 촬영 시퀀스 수행 중에 획득된 지오메트리 정보 등을 활용하여, 악궁 궤적 상의 횡축 방향의 위치에 따라 서로 다른 종축 방향 확대도를 구하고, 이를 상기 (b) 영상의 대응되는 부분에 반영하여 종축 방향이 확대도를 보정한다. 그 결과, (c)에서는 전치부(DG) 및 구치부(DE)에서 종축 방향의 격자 간격이 서로 동일하게 보정된 것을 볼 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 촬영장치는 도 1에 도시된 바와 같이 회전지지대의 회전축(25C) 방향에 대해 기울어지게 설치된 센서부(31T)를 가진다. 이 경우, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 상하 확대도 편차에 의한 왜곡이 발생하는데, 상기 (c)에서 영상이 사다리꼴 형태로 왜곡된 것은 이 때문이다.

도 6의 (d)는 센서부의 틸팅에 의한 사다리꼴 형태의 왜곡을 보정한 결과를 모식적으로 보인다. 도 2에 도시된 바와 같이 센서부(31T) 상의 높이에 따른 확대도 분포를 기하학적으로 산출하고, 이를 상기 (c)에 해당하는 파노라마 영상에 반영하는 방식으로 센서부 틸팅에 의한 왜곡을 보정할 수 있다.

여기서, 도 6의 (c) 및 (d)를 참조하여 설명한 보정 작업은, 다수의 투과 영상을 이용하여 재구성부에서 파노라마 영상을 재구성하는 과정에서 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있다. 전술한 두 가지 확대도 보정을 동시에 수행하는 경우, 상기 (b)에 해당하는 중간 단계의 파노라마 영상을 다수의 영역으로 분할하고 분할된 각각의 섹션마다 횡축 방향의 보정 상수와 종축 방향의 보정 상수를 미리 산출하고 이를 적용함으로써 (d)에 해당하는 보정된 파노라마 영상을 제공할 수도 있다.

도 7a는 확대도 보상이 적용되지 않은 무보정 파노라마 영상의 예를 보인다. 횡축 및 종축 방향으로 전치부는 상대적으로 작게 구치부는 상대적으로 크게 왜곡되어 표현된 것을 볼 수 있다.

도 7b는 촬영 시퀀스에 횡축 확대도 보상이 적용된 파노라마 영상의 예를 보인다. 전치부와 구치부에서 치아들의 횡축 방향의 폭이 실제 치아폭의 비에 좀 더 가깝게 보정된 것을 볼 수 있다.

도 7c는 상기 도 7b의 영상에 촬영 시퀀스에 따른 종축 확대도 보정 및 틸팅 보정이 적용된 파노라마 영상의 예를 보인다. 종축 방향의 확대도 왜곡은 물론 영상 상부와 하부의 확대도 편차에 따른 왜곡도 보정된 것을 볼 수 있다.

13: 촬영부
25: 회전구동부 25C: 회전축
30: 회전지지대 31, 31T, 31E, 31F, 31G: 센서부
32: 제너레이터부 321, 321T: 엑스선 제너레이터
60: 제어부 311, 311E, 311F, 311G: 소폭 센서
312: 소폭 센서 구동부 322: 콜리메이터
323: 블레이드 DA: 악궁

Claims

회전축을 중심으로 회전하는 회전지지대;
상기 회전지지대의 일측에 배치되고 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 제너레이터;
피검체를 사이에 두고 상기 회전지지대의 타측에 상기 엑스선 제너레이터와 대향 배치되어 상기 피검체를 투과한 투과 영상을 프레임 단위로 획득하는 엑스선 센서; 및,
상기 회전지지대의 회전과 함께 상기 엑스선 센서를 통해 다수의 투과 영상을 획득하는 엑스선 영상 촬영 시퀀스 중에 상기 피검체의 관심영역에 대한 상기 엑스선 제너레이터와 상기 엑스선 센서 사이의 거리변화에 따라 상기 회전지지대의 회전속도 또는 상기 엑스선 센서의 프레임 레이트를 변화시켜 상기 관심영역의 위치 별 확대도 변화를 보상하는 제어부를 포함하는 엑스선 영상 촬영 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 엑스선 센서는 상기 회전지지대의 회전 중에 상기 회전축에 수직인 폭 방향으로 이동하는 엑스선 영상 촬영 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 관심영역과 상기 엑스선 센서 사이의 거리가 멀수록 상기 회전속도를 높이거나 상기 프레임 레이트를 낮추는 엑스선 영상 촬영 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 엑스선 영상 촬영 시퀀스는 파노라마 영상 촬영 시퀀스이고, 상기 피검체는 두부이며, 상기 관심영역은 악궁궤적인 엑스선 영상 촬영 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 다수의 투과 영상을 소정 간격으로 시프트하면서 중첩시켜 상기 악궁궤적의 위치 별 확대도 차이가 보상된 파노라마 영상을 재구성하는 영상 재구성부를 더 포함하는 엑스선 영상 촬영 장치.
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