KR101914522B1 - Cone Beam Computed Tomography System for Correcting Scatter Using Binary Moving Blocker - Google Patents

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Abstract

본 실시예들은 방사선 빔이 켜진 시간에 스트립의 상태를 유지하는 시간을 매칭하고, 방사선 빔이 꺼진 시간에 스트립의 상태를 변환하는 시간 및 지연시간을 매칭하고, 방사선을 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터 및 방사선을 통과시켜 획득한 제2 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵을 추정함으로써, 한 번의 스캔으로 X선 영상에서 X선 산란 현상을 정확하게 제거하면서도 불필요한 사전 절차를 제거하여 보다 빠르게 산란 현상이 제거된 X선 영상을 획득할 수 있는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템을 제공한다.These embodiments match the time of maintaining the state of the strip at the time the beam of radiation is turned on, match the time and delay time of transforming the state of the strip at the time the beam of radiation is turned off, The scattering map for the second projection data obtained by passing the data and the radiation is estimated. Thus, by removing the unnecessary pre-procedure while removing the X-ray scattering phenomenon in the X-ray image with one scan, A cone-beam computed tomography system capable of acquiring a line image is provided.

Figure R1020170036789
Figure R1020170036789

Description

이진 이동 빔 차단기를 이용하여 산란을 보정하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템 {Cone Beam Computed Tomography System for Correcting Scatter Using Binary Moving Blocker}Technical Field [0001] The present invention relates to a cone beam computed tomography system for correcting scattering using a binary moving beam interrupter,

본 실시예가 속하는 기술 분야는 빔 차단기를 이용하여 산란을 보정하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템에 관한 것이다.The technical field to which this embodiment belongs is a cone-beam computed tomography system that corrects scattering using a beam-breaker.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.

콘빔 전산화 단층 촬영 (Cone Beam Computed Tomography, CBCT) 시스템은 기존의 일반 CT 촬영과 비교하여, 방사선 조사량이 상대적으로 적고 짧은 시간 동안 촬영하여 영상을 획득할 수 있다. 그러나 CBCT는 피검사체(예를 들면, 환자의 몸)에 X선이 조사될 때 발생하는 산란 현상으로 인하여 영상의 품질이 열화되는 문제가 있다. 이러한 X선의 산란 현상을 제거하고 영상의 품질을 개선하는 방식 중에 빔 차단기(Beam Blocker)를 사용하는 방식이 있다.Cone Beam Computed Tomography (CBCT) system can acquire images by taking a relatively short amount of radiation and taking a short time, compared with conventional CT scans. However, the CBCT has a problem that the quality of an image deteriorates due to a scattering phenomenon occurring when an X-ray is irradiated on an object (for example, a patient's body). There is a method of using a beam blocker as a method of eliminating the scattering phenomenon of X-rays and improving the quality of the image.

비특허문헌1은 두 번의 스캔을 수행하여 영상 품질을 개선한다. 한 번의 스캔 과정에서 빔 차단기를 삽입하지 아니하고 검출 대상 물체로부터 X선 영상을 획득한다. 다른 한 번의 스캔 과정에서 빔 차단기를 삽입하여 그늘진 영역이 포함된 X선 영상을 획득하고 이로부터 산란 영상을 획득한다. 최종적으로 빔 차단기를 삽입하지 아니하고 획득한 X선 영상에서 산란 영상을 제거함으로써, 산란 현상이 제거된 영상을 획득한다. 이러한 방식은 총 두 번의 스캔을 수행하여 피검사체가 받는 방사선량이 증가하고 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.Non-Patent Document 1 improves the image quality by performing two scans. The X-ray image is acquired from the object to be detected without inserting the beam interrupter in one scanning process. In another scanning process, a beam interrupter is inserted to obtain an X-ray image including a shaded region, and a scattered image is obtained from the obtained X-ray image. Finally, the scattered image is removed from the obtained X-ray image without inserting the beam interrupter, thereby obtaining the image from which the scattering phenomenon is eliminated. This method has a problem that the total amount of radiation received by the subject is increased and takes a long time by performing a total of two scans.

비특허문헌2는 한 번의 스캔만으로 산란 영상을 획득한다. 이러한 방식은 슬릿을 갖는 빔 차단기를 일정한 속도로 이동시켜 프로젝션의 차단 영역을 이용하여 산란 영상을 획득하고, 프로젝션의 비차단 영역에서 산란 영상을 제거하여 산란이 제거된 영상을 획득한다. 이러한 방식은 풀 팬 모드(Full-Fan Mode)에서 동작하며, 검출기가 갠트리의 회전축에 대칭하여 좌우로 넓게 설치되어야 하는 문제가 있다. 하프 팬 모드(Half-Fan Mode)로 확장시키려면, 갠트리가 회전하는 동안 검출기의 차단 영역이 계속 변하기 때문에, 매 프로젝션마다 차단 영역 및 비차단 영역의 위치 이동을 파악하는 전처리 과정이 추가로 필요하다. 게다가, 이러한 방식은 빔 차단기가 지연 시간 없이 계속하여 이동하기 때문에, 차단 영역 또는 비차단 영역에서 과다 노출된 데이터가 원본 영상 또는 산란 영상과 시간적으로 잔상이 생기는 이미지 래그(Image Lag)가 발생하는 문제가 있다.Non-Patent Document 2 acquires a scattered image with only one scan. In this method, a scattering image is acquired using a blocking region of a projection by moving a beam breaker having a slit at a constant velocity, and a scattered image is removed in a non-blocking region of the projection to obtain a scattered image. Such a method operates in the full-fan mode, and the detector must be installed horizontally symmetrically to the axis of rotation of the gantry. In order to expand to Half-Fan mode, a preprocessing process is required to grasp the movement of the blocking area and the non-blocking area for each projection, since the blocking area of the detector changes continuously while the gantry rotates . In addition, since the beam breaker continuously moves without a delay time, an image lag occurs in which overexposed data in the blocking area or the non-blocking area is stained with the original image or the scattered image in terms of time, .

따라서, 하프 팬 모드에서도 동작하며 산란 현상을 효율적으로 제거하여 복원된 영상의 품질을 향상시킬 수 있는 CBCT가 필요한 실정이다.Therefore, a CBCT that can operate in the half fan mode and improve the quality of the reconstructed image by effectively removing the scattering phenomenon is needed.

Zhu L, Xie Y, Wang J and Xing L, 2009, Scatter correction for cone-beam CT in radiation therapy, Medical Physics 36 2258-68. Zhu L, Xie Y, Wang J and Xing L, 2009, Scatter correction for cone-beam CT in radiation therapy, Medical Physics 36 2258-68. Ouyang L, Song K and Wang J, 2013, A moving blocker system for cone-beam computed tomography scatter correction, Medical Physics 40 071903. Ouyang L, Song K and Wang J, 2013, A moving blocker system for cone-beam computed tomography scatter correction, Medical Physics 40 071903.

본 발명의 실시예들은 방사선 빔이 켜진 시간에 스트립의 상태를 유지하는 시간을 매칭하고, 방사선 빔이 꺼진 시간에 스트립의 상태를 변환하는 시간 및 지연시간을 매칭하고, 방사선을 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터 및 방사선을 통과시켜 획득한 제2 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵을 추정함으로써, 한 번의 스캔으로 X선 영상에서 X선 산란 현상을 정확하게 제거하면서도 불필요한 사전 절차를 제거하여 보다 빠르게 산란 현상이 제거된 X선 영상을 획득하는 데 발명의 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention provide a method and apparatus for matching a time of maintaining the state of a strip at the time the radiation beam is turned on, matching the time and delay time for converting the state of the strip at the time the radiation beam is turned off, 1 projection data and the second projection data acquired by passing the radiation, it is possible to accurately remove the X-ray scattering phenomenon from the X-ray image in one scan, and eliminate the unnecessary pre-procedure, Ray image of a patient.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other and further objects, which are not to be described, may be further considered within the scope of the following detailed description and easily deduced from the effects thereof.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 콘빔 전산화 단층 촬영(Cone-Beam Computed Tomography) 시스템에 있어서, 본체부(Body), 상기 본체부에 연결되며 상기 본체부에 대해 적어도 일 방향으로 회전 가능하도록 형성된 갠트리(Gantry), 상기 갠트리에 연결되며 피검사체에 방사선 빔을 조사하는 방사선 헤드(Radiation Head), 상기 갠트리에 연결되며 상기 피검사체를 투과한 방사선 빔을 감지하여 복수의 프로젝션(Projection) 데이터를 획득하는 패널 감지기(Panel Detector), 상기 방사선 헤드에 장착되며 상기 방사선 헤드 및 상기 피검사체 간의 경로에 위치하여 상기 방사선 헤드로부터 조사된 방사선 빔의 적어도 일부를 차단하는 복수의 스트립(Strip)을 포함하는 빔 차단기(Beam Blocker), 및 상기 복수의 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵을 추정하여 재구성 영상을 생성하는 처리부(Processor)를 포함하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cone-beam computed tomography system including a body, a gantry connected to the body and configured to be rotatable in at least one direction with respect to the body, A gantry, a radiation head connected to the gantry and configured to irradiate a subject with a radiation beam, a panel connected to the gantry and sensing a radiation beam transmitted through the subject to obtain a plurality of projection data, A beam breaker mounted on the radiation head and including a plurality of strips positioned in a path between the radiation head and the object to block at least a portion of the radiation beam irradiated from the radiation head, Beam Blocker), and a processor (Proce) for generating a reconstructed image by estimating a scattering map of the plurality of projection data The present invention provides a cone-beam computed tomography system including a scepter.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템에 의한 콘빔 전산화 단층 촬영 방법에 있어서, 상기 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템의 방사선 헤드 및 피검사체 간의 경로에 위치하여 상기 방사선 헤드로부터 조사된 방사선 빔의 적어도 일부를 차단하는 단계, 상기 피검사체를 투과한 방사선 빔을 감지하여 복수의 프로젝션(Projection) 데이터를 획득하는 단계, 및 상기 복수의 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵을 추정하여 재구성 영상을 생성하는 단계를 포함하는 콘빔 전산화 단층 촬영 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a cone-beam computed tomography method using a cone-beam CT imaging system, comprising the steps of: irradiating at least a portion of a radiation beam irradiated from the radiation head, Detecting a radiation beam transmitted through the object to obtain a plurality of projection data and estimating a scattering map of the plurality of projection data to generate a reconstructed image The present invention provides a cone-beam computed tomography method.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 방사선 빔이 켜진 시간에 스트립의 상태를 유지하는 시간을 매칭하고, 방사선 빔이 꺼진 시간에 스트립의 상태를 변환하는 시간 및 지연시간을 매칭하고, 방사선을 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터 및 방사선을 통과시켜 획득한 제2 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵을 추정함으로써, 한 번의 스캔으로 X선 영상에서 X선 산란 현상을 정확하게 제거하면서도 불필요한 사전 절차를 제거하여 보다 빠르게 산란 현상이 제거된 X선 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the time for maintaining the state of the strip at the time when the radiation beam is turned on is matched, the time and the delay time for converting the state of the strip at the time when the radiation beam is turned off are matched The first projection data obtained by cutting off the radiation and the second projection data obtained by passing through the radiation are estimated so that unnecessary preliminary procedures can be performed while accurately removing the X-ray scattering phenomenon in the X- Ray image can be obtained by removing the scattering phenomenon more rapidly.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not expressly mentioned here, the effects described in the following specification which are expected by the technical characteristics of the present invention and their potential effects are handled as described in the specification of the present invention.

도 1은 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템을 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 두 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하는 동작을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 두 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터들의 산란 맵으로부터 방사선 빔을 차단하지 않고 획득한 제2 프로젝션 데이터의 산란 맵을 추정하는 동작을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 획득한 제1 프로젝션 데이터, 산란 맵, 제2 프로젝션 데이터, 및 산란 보정 영상을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 다섯 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하는 동작을 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 다섯 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터들의 산란 맵으로부터 방사선 빔을 차단하지 않고 획득한 제2 프로젝션 데이터의 산란 맵을 추정하는 동작을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 열 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하는 동작을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 열 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터들의 산란 맵으로부터 방사선 빔을 차단하지 않고 획득한 제2 프로젝션 데이터의 산란 맵을 추정하는 동작을 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 방사선 빔의 일부를 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터 전체에 관한 산란 맵으로부터 방사선 빔을 차단하지 않고 획득한 제2 프로젝션 데이터 전체에 관한 산란 맵을 추정하는 동작을 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 방사선이 켜지고 꺼지는 시간을 고려하여 스트립 상태를 변환하는 시간 및 지연 시간을 예시적으로 설정한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 생성한 재구성 영상을 예시적으로 도면이다.
1 is a diagram illustrating a cone-beam CT system.
2 is a block diagram illustrating a cone-beam computed tomography system in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view illustrating an operation in which a cone-beam CT system according to an embodiment of the present invention blocks a part of a radiation beam for each second projection.
FIG. 4 is a view showing a second projection data obtained without shielding a beam of radiation from a scattering map of first projection data obtained by shielding a part of the radiation beam for each second projection, according to an embodiment of the present invention. The scattering map of FIG.
5 is a diagram illustrating first projection data, a scattering map, a second projection data, and a scattering correction image acquired by the cone-beam computed tomography system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation in which a cone-beam CT system according to an embodiment of the present invention blocks a part of a radiation beam for each fifth projection.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the second projection data obtained without shielding the radiation beam from the scattering map of the first projection data obtained by shielding a part of the radiation beam for every fifth projection by the cone- The scattering map of FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating an operation in which a cone-beam CT system according to an embodiment of the present invention blocks a part of a radiation beam for each tenth projection.
FIG. 9 is a view showing a second projection data obtained without shielding a radiation beam from a scattering map of first projection data acquired by blocking a part of a radiation beam for each tenth projection, according to an embodiment of the present invention. The scattering map of FIG.
FIG. 10 is a graph showing the distribution of the first projection data obtained by shielding a part of the radiation beam from the scattering map of the entire first projection data obtained by blocking the radiation beam according to the embodiment of the present invention. And the scattering map is estimated.
11 is a graph illustrating a time and a delay time for converting a strip state in consideration of a time when radiation is turned on and off in a cone-beam CT system according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating an example of a reconstructed image generated by a cone-beam computed tomography system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Will be described in detail with reference to exemplary drawings.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템은 원추형으로 발산하는 X선을 조사에서 획득한 2차원 투시 영상에서 복수의 단층 영상을 한꺼번에 복원하는 장비이다. 1회전의 투사영상 측정만으로도 복수의 수평 단층 영상을 계산할 수 있어 피검사체의 3차원 구조를 고속으로 복원할 수 있다.Cone beam computed tomography system is a device that reconstructs multiple tomographic images at a time in a two-dimensional perspective image obtained by irradiating cone-shaped X-rays. A plurality of horizontal tomographic images can be calculated by only one projection image measurement, so that the three-dimensional structure of the subject can be restored at a high speed.

도 1을 참조하면, 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템은 갠트리(110), 방사선 헤드(120), 패널 감지기(130)를 포함한다. 갠트리(110)는 방사선 헤드(120) 및 패널 감지기(130) 사이에 위치한 피검사체 주위를 360도 회전한다. 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템은 소정의 각도 간격으로 650장 정도의 2차원 영상을 촬영하고 이를 재구성한다.Referring to FIG. 1, a cone-beam CT system includes a gantry 110, a radiation head 120, and a panel detector 130. The gantry 110 rotates 360 degrees about the subject positioned between the radiation head 120 and the panel detector 130. The cone-beam computed tomography system captures and reconstructs two-dimensional images of about 650 images at predetermined angular intervals.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템은 시야각(Field of View, FOV)의 크기에 따라 풀 팬 모드(Full-Fan Mode) 또는 하프 팬 모드(Half-Fan Mode)로 작동할 수 있다. 검출기의 크기가 피검사체의 해부학적 크기를 다 포함하지 못하면, 하프 팬 모드로 작동한다. 환자의 피폭 선량을 최소화하고 X선의 세기를 균등하게 하기 위해 X선 앞에 알루미늄 등으로 구성된 Bowtie 필터를 부착하여 영상을 획득하기도 한다.Cone beam computed tomography system can operate in full-fan mode or half-fan mode depending on the size of the field of view (FOV). If the size of the detector does not include the anatomical size of the subject, it operates in half fan mode. In order to minimize the patient dose and to equalize the X-ray intensity, a Bowtie filter made of aluminum or the like is attached in front of the X-ray to acquire an image.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템을 예시한 블록도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 본체부(Body, 210), 갠트리(Gantry, 220), 방사선 헤드(Radiation Head, 230), 패널 감지기(Panel Detector, 240), 빔 차단기(Beam Blocker, 250), 및 처리부(Processor, 260)를 포함한다. 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 도 2에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 방사선 상태 변환부(270), 스트립 상태 변환부(280), 및 펄스 생성기(290) 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다.2 is a block diagram illustrating a cone-beam computed tomography system in accordance with an embodiment of the present invention. 2, the cone-beam computed tomography system 200 includes a body 210, a gantry 220, a radiation head 230, a panel detector 240, A beam blocker 250, and a processor 260. Cone beam computed tomography system 200 may omit some of the various components illustrated in FIG. 2 or may additionally include other components. For example, the cone-beam computed tomography system 200 may further include at least one of a radiation state conversion unit 270, a strip-state conversion unit 280, and a pulse generator 290.

갠트리(220)는 본체부(210)에 연결되며 본체부(210)에 대해 적어도 일 방향으로 회전 가능하도록 형성된다. 갠트리(220)는 경사계 센서를 추가로 포함할 수 있다.The gantry 220 is connected to the main body 210 and is formed to be rotatable in at least one direction with respect to the main body 210. The gantry 220 may further include an inclinometer sensor.

방사선 헤드(230)는 갠트리(220)에 연결되며 피검사체에 방사선 빔을 조사한다. 방사선 헤드(230)는 방사선 빔이 켜진 제1 방사선 상태 및 방사선 빔이 꺼진 제2 방사선 상태 간의 상태를 변환시키는 방사선 상태 변환부(270)를 포함할 수 있다. The radiation head 230 is connected to the gantry 220 and irradiates the subject with a radiation beam. The radiation head 230 may include a radiation state transducer 270 that converts a state between a first radiation state in which the radiation beam is turned on and a second radiation state in which the radiation beam is turned off.

방사선 헤드(230)는 피검사체를 촬영하는 스캔 시간 동안 작동한다. 여기서, 스캔 시간은 방사선 빔이 켜진 방사선 온 시간 및 방사선 빔이 꺼진 방사선 오프 시간을 포함한다.The radiation head 230 operates during a scan time to photograph the subject. Here, the scan time includes the radiation on time at which the radiation beam is turned on and the radiation off time at which the radiation beam is turned off.

패널 감지기(240)는 갠트리(220)에 연결되며 피검사체를 투과한 방사선 빔을 감지하여 복수의 프로젝션(Projection) 데이터를 획득한다. 패널 감지기(240)는 빔 차단기(250)의 복수의 스트립이 닫힌 제1 스트립 상태에서 제1 프로젝션 데이터를 획득한다. 패널 감지기(240)는 빔 차단기(250)의 복수의 스트립이 열린 제2 스트립 상태에서 제2 프로젝션 데이터를 획득한다.The panel sensor 240 is connected to the gantry 220 and senses the radiation beam transmitted through the object to obtain a plurality of projection data. The panel detector 240 obtains the first projection data in a first strip state in which a plurality of strips of the beam breaker 250 are closed. The panel detector 240 obtains second projection data in a second strip state in which a plurality of strips of the beam breaker 250 are open.

빔 차단기(250)는 방사선 헤드(230) 또는 갠트리(220)에 장착된다. 빔 차단기(250)는 방사선 헤드(230) 및 피검사체 간의 경로에 위치하여 방사선 헤드(230)로부터 조사된 방사선 빔의 적어도 일부를 차단하는 복수의 스트립(Strip)을 포함한다. The beam breaker 250 is mounted to the radiation head 230 or the gantry 220. The beam breaker 250 includes a plurality of strips positioned in the path between the radiation head 230 and the object to block at least a portion of the radiation beam irradiated from the radiation head 230.

빔 차단기(250)는 리드 스트립(Lead Strip) 및 차단부를 포함한다. 스트립은 기 설정된 간격으로 이격된 복수의 슬릿으로 형성될 수 있다. 스트립 및 차단부는 교대로 배치되어 방사선 빔을 차단하거나 통과시킬 수 있다. 빔 차단기(250)는 스트립 또는 차단부를 이동시켜 방사선 빔의 일부를 차단한다. The beam breaker 250 includes a lead strip and a blocking portion. The strip may be formed with a plurality of slits spaced at predetermined intervals. The strips and blocking portions may be alternately disposed to block or pass the radiation beam. The beam breaker 250 moves the strip or blocking portion to block a portion of the radiation beam.

빔 차단기(250)는 방사선을 차단하도록 복수의 스트립이 닫힌 제1 스트립 상태 및 방사선을 통과시키도록 복수의 스트립이 열린 제2 스트립 상태 간의 상태를 변환시키는 스트립 상태 변환부(280)를 포함할 수 있다.The beam breaker 250 may include a strip state transducer 280 that transforms a state between a first strip state in which a plurality of strips are closed to shield radiation and a second strip state in which a plurality of strips are opened to allow radiation to pass therethrough have.

스트립 상태 변환부(280)는 갠트리(220)의 경사계 센서가 측정한 경사 각도를 기반으로 갠트리(220)가 이동 또는 정지하는지 여부를 파악하여 스트립 또는 차단부의 상태를 변환시킨다.The strip state conversion unit 280 determines whether the gantry 220 moves or stops based on the inclination angle measured by the inclination sensor of the gantry 220, thereby changing the state of the strip or the blocking unit.

처리부(260)는 복수의 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵을 추정하여 재구성 영상을 생성한다. 처리부(260)는 패널 감지기(240)가 획득한 제1 프로젝션 데이터 및 제2 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵을 추정하여 재구성 영상을 생성한다.The processing unit 260 estimates a scattering map for a plurality of projection data to generate a reconstructed image. The processor 260 estimates a scattering map of the first projection data and the second projection data acquired by the panel detector 240 to generate a reconstructed image.

처리부(260)는 복수의 프로젝션 데이터에 재구성 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 생성한다. 처리부(260)는 ART(Algebraic Reconstruction Technique), SART(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique), DART(Directional Algebraic Reconstruction Technique), EM(Expectation Maximization), FBP(Filtered Backprojection), FDK(Feldkamp-Davis-Kress), Back Projection, CS-IR(Compressed Sensing-Based Iterative Reconstruction), TV(Total Variation) Regularization 등의 재구성 알고리즘으로 이용할 수 있다. FBP는 역투영법에서 발생하는 역투영 데이터의 번짐을 제거하기 위해서 필터를 먼저 처리하는 방식이다. 기존의 역투영법은 역투영상의 합산 후 필터 처리를 하는 반면에, 필터보정 역투영법은 투영영상에 대해서 필터 처리를 한 다음 역투영한다. FDK는 FBP의 원리를 기본으로 하여 재구성하여, 연산 과정이 픽셀 하나하나 독립적으로 처리하는 방식이다.The processing unit 260 generates a reconstructed image by applying a reconstruction algorithm to a plurality of projection data. The processing unit 260 may be implemented as an ART (Algebraic Reconstruction Technique), a SART (Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique), a DART (Directional Algebraic Reconstruction Technique), an Expectation Maximization (EM), a Filtered Backprojection (FBP), a Feldkamp-Davis- It can be used as a reconstruction algorithm such as projection, CS-IR (Compressed Sensing-Based Iterative Reconstruction) and TV (Total Variation) Regularization. FBP is a method of processing the filter first to remove the blurring of the back projection data generated by the back projection method. The conventional back projection method performs filter processing after the addition of the inverse image, while the filter correction back projection method filters the projection image and then performs the reverse projection. FDK reconstructs based on the principle of FBP and processes the operation independently of each pixel.

처리부(260)는 획득된 제1 프로젝션 데이터에서 빔 차단기(250)에 의하여 X선이 차단된 영역의 중간 부분의 영상 신호를 이용하여 보간 및 필터링을 거쳐 산란 영상을 생성한다.The processing unit 260 generates the scattered image through interpolation and filtering using the image signal of the middle part of the area where the X-ray is blocked by the beam blocker 250 in the obtained first projection data.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 반음영효과(Penumbra Effect)를 피하기 위하여, 빔 차단기(250)에 의하여 X선이 차단된 영역에서 차단된 영역의 에지 부분이 아닌 기 설정된 중간 부분에서의 영상 신호를 이용할 수 있다. 중간 부분에서의 영상신호를 이용하여 나머지 부분을 내삽(Interpolation) 또는 외삽(Extrapolation)하여 전체 산란 영상을 생성할 수 있다. 이때 노이즈를 제거하기 위하여 이동 평균 필터를 사용하여 내삽 또는 외삽하여 생성한 산란 영상을 처리한다.In order to avoid a penumbra effect, the cone-beam CT system 200 includes a beam interrupter 250, a beam interrupter 250, an X- Can be used. The entire scattering image can be generated by interpolating or extrapolating the remaining part using the image signal in the middle part. At this time, a scattering image generated by interpolating or extrapolating using a moving average filter is processed to remove noise.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 X선 광원이 피검사체를 소정의 회전 속도를 가지고 회전하는 동안, 주기적으로 빔 차단기(250)를 X선 광원과 피검사체 사이의 경로에 삽입하였다가 제거한다.The cone-beam computed tomography system 200 periodically inserts and removes the beam-breaker 250 in the path between the X-ray source and the subject while the X-ray source rotates the subject at a predetermined rotation speed.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 빔 차단기(250)가 삽입된 단계에서의 제1 프로젝션 데이터를 획득하고, 빔 차단기(250)가 제거된 단계에서의 제2 프로젝션 데이터를 획득한다. The cone-beam computed tomography system 200 acquires the first projection data at the stage in which the beam interrupter 250 is inserted and acquires the second projection data at the stage in which the beam interrupter 250 is removed.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 획득된 제1 프로젝션 데이터에서 빔 차단기(250)에 의하여 X선이 차단된 영역의 중간 부분의 영상 신호를 이용하여 보간 및 필터링을 거쳐 산란 영상을 생성한다.The cone-beam computed tomography system 200 generates the scattered image through interpolation and filtering using the image signal of the middle part of the area where the X-ray is blocked by the beam-cutter 250 in the obtained first projection data.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 제2 프로젝션 데이터으로부터 앞뒤로 인접하여 획득된 제1 프로젝션 데이터에 대하여 각 생성된 적어도 두 개의 산란 영상을 합하여 평균 산란 영상을 생성한다. The cone-beam computed tomography system 200 generates an average scattered image by summing at least two scattered images generated for the first projection data obtained in the vicinity of the second projection data.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 제2 프로젝션 데이터에서 평균 산란 영상의 소정의 배수를 차감하여 산란 현상이 제거된 영상을 생성한다.The cone-beam computed tomography system 200 subtracts a predetermined multiple of the average scattering image from the second projection data to generate a scattering-free image.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 산란 현상이 제거된 영상에 대하여 CS-IR(Compressed Sensing-Based Iterative Reconstruction) 알고리즘, FDK(Feldkamp-Davis-Kress) 알고리즘, SART(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique) 알고리즘, TV(total variation) Regularization 알고리즘 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 최종 재구성 영상을 생성한다.The cone-beam computed tomography system 200 performs a convolution-based iterative reconstruction (CS-IR) algorithm, a FDK (Feldkamp-Davis-Kress) algorithm, a SART (Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique) the total reconstruction algorithm, and the total variation regression algorithm.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템(200)은 펄스 생성기(290)를 추가로 포함할 수 있다. 펄스 생성기(290)는 방사선 상태 변환부(270) 및 스트립 상태 변환부(280)에 연결되며, 기 설정된 펄스 폭을 갖는 제어신호를 생성한다.Cone beam computed tomography system 200 may further include a pulse generator 290. The pulse generator 290 is connected to the radiation state conversion unit 270 and the strip state conversion unit 280 and generates a control signal having a predetermined pulse width.

이하에서는 도 3 내지 도 9를 참조하여, 두 개의 제1 프로젝션 데이터의 산란 맵으로부터 상기 두 개의 제1 프로젝션 데이터 사이에 위치하는 제2 프로젝션 데이터의 산란 맵을 추정하는 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of estimating the scattering map of the second projection data positioned between the two first projection data from the scattering map of the two first projection data will be described with reference to Figs. 3 to 9. Fig.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 두 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하는 동작을 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 두 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터들의 산란 맵으로부터 방사선 빔을 차단하지 않고 획득한 제2 프로젝션 데이터의 산란 맵을 추정하는 동작을 예시한 도면이다.FIG. 3 is a view illustrating an operation in which a cone-beam CT system according to an embodiment of the present invention blocks a part of a radiation beam for each second projection, FIG. 4 is a cross- The system estimates the scattering map of the second projection data acquired without shielding the radiation beam from the scattering map of the first projection data obtained by blocking a part of the radiation beam for each second projection.

도 3을 참조하면, X선 광원이 회전하면서 X선을 조사한다. BMB(Binary Moving Blocker), 즉, 빔 차단기가 X선 광원 및 피검사체 간의 경로에서 X선의 일부를 차단한다. 패널 감지기가 획득하는 제1 프로젝션 데이터는 음영 영역(Shaded Region) 및 비음영 영역(Unshaded Region)을 포함한다. 음영 영역은 스트라이프 패턴을 갖는다. 패널 감지기가 획득하는 제2 프로젝션 데이터는 비음영 영역을 포함한다.Referring to FIG. 3, the X-ray light source irradiates X-rays while rotating. A BMB (Binary Moving Blocker), that is, a beam breaker blocks part of the X-ray in the path between the X-ray light source and the subject. The first projection data acquired by the panel sensor includes a shaded region and an unshaded region. The shaded area has a stripe pattern. The second projection data acquired by the panel sensor includes a non-shaded area.

도 4를 참조하면, 처리부는 제1 프로젝션 데이터에 포함된 음영 영역에서의 산란 데이터를 이용하여 제1 프로젝션 데이터에 관한 제1 산란 맵(Scatter Map)을 추정하여 생성한다. 처리부는 획득한 프로젝션 데이터의 순서에 따라 제2 프로젝션 데이터에 인접한 두 개의 제1 프로젝션 데이터에 관한 제1 산란 맵들을 이용하여 제2 프로젝션 데이터에 관한 제2 산란 맵을 추정한다. 제2 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵은 제2 프로젝션 데이터에 인접한 두 개의 제1 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵들의 평균을 이용하여 산출될 수 있다. 산란 맵은 v 방향에 대해 1-Dimensional Cubic B-Spline Interpolation을 적용하여 추정된다. X선 빔의 방향 및 스트립의 두께로 인한 Penumbra Effect를 피하기 위하여, 산란 맵을 추정할 때 스트립의 에지에 인접한 영역을 제외시킨다. 각각의 음영 영역의 일부(예컨대, 1/3) 중앙 영역에 존재하는 산란 데이터의 평균 값은 1-Dimensional Cubic B-Spline Interpolation의 대표 기준점으로 고려될 수 있다. 도 5의 (a)에서는 빔 차단기가 삽입되어 획득된 제1 프로젝션 데이터를 도시하고, 도 5의 (b)에서는 제1 프로젝션 데이터로부터 추정된 산란 맵을 도시하고 있다.Referring to FIG. 4, the processing unit estimates and generates a first scattering map related to the first projection data by using scattering data in a shadow area included in the first projection data. The processor estimates a second scattering map relating to the second projection data using the first scattering maps of the two first projection data adjacent to the second projection data according to the order of the acquired projection data. The scattering map for the second projection data can be calculated using an average of the scattering maps for the two first projection data adjacent to the second projection data. The scattering map is estimated by applying 1-Dimensional Cubic B-Spline interpolation to the v direction. To avoid the Penumbra effect due to the direction of the X-ray beam and the thickness of the strip, exclude the area adjacent to the edge of the strip when estimating the scattering map. The average value of the scattering data existing in a central region of a part (for example, 1/3) of each shading region can be considered as a representative reference point of 1-Dimensional Cubic B-Spline Interpolation. 5A shows the first projection data obtained by inserting the beam interrupter, and FIG. 5B shows the scattering map estimated from the first projection data.

처리부는 제2 프로젝션 데이터에서 제2 산란 맵을 차감하여 산란 보정 데이터(Scatter Corrected Data)를 생성하고, 복원 알고리즘을 이용하여 산란 보정 데이터로부터 재구성 영상을 생성한다. 도 5의 (c)에서는 빔 차단기가 제거되어 획득된 제2 프로젝션 데이터를 도시하고, 도 5의 (d)에서는 평균 산란 영상을 차감하여 획득한 산란 보정 영상을 예시하고 있다.The processor subtracts the second scattering map from the second projection data to generate scatter correction data, and generates a reconstruction image from the scatter correction data using the reconstruction algorithm. 5C shows the second projection data obtained by removing the beam interrupter, and FIG. 5D illustrates the scatter correction image obtained by subtracting the average scattered image.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 다섯 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하는 동작을 예시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 다섯 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터들의 산란 맵으로부터 방사선 빔을 차단하지 않고 획득한 제2 프로젝션 데이터의 산란 맵을 추정하는 동작을 예시한 도면이다.6 is a view illustrating an operation in which a cone-beam CT imaging system according to an embodiment of the present invention blocks a part of a radiation beam for every fifth projection, FIG. 7 is a view illustrating an operation of cone- The system estimates the scattering map of the second projection data acquired without shielding the radiation beam from the scattering map of the first projection data acquired by blocking a part of the radiation beam for every fifth projection.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 열 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하는 동작을 예시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 열 번째 프로젝션마다 방사선 빔의 일부를 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터들의 산란 맵으로부터 방사선 빔을 차단하지 않고 획득한 제2 프로젝션 데이터의 산란 맵을 추정하는 동작을 예시한 도면이다.FIG. 8 is a view illustrating an operation in which a cone-beam CT system according to an embodiment of the present invention blocks a part of a radiation beam for each tenth projection, FIG. 9 is a cross- The system estimates the scattering map of the second projection data acquired without shielding the radiation beam from the scattering map of the first projection data obtained by blocking a part of the radiation beam for each tenth projection.

패널 감지기는 제2 프로젝션 데이터를 연속적으로 획득하여, 제1 프로젝션 데이터 및 상기 제2 프로젝션 데이터를 1 대 N(상기 N은 자연수)의 비율로 회득할 수 있다.The panel detector may successively acquire the second projection data to obtain the first projection data and the second projection data at a ratio of 1 to N (N is a natural number).

처리부는 N개의 제2 프로젝션 데이터에 인접한 두 개의 제1 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵들로부터 두 개의 제1 프로젝션 데이터로부터의 거리에 기반한 가중치 합을 이용하여 N개의 상기 제2 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵들을 추정할 수 있다.The processor may estimate scatter maps for the N second projection data using scatter weights based on the distances from the two first projection data from the scatter maps for the two first projection data adjacent to the N second projection data, can do.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 방사선 빔의 일부를 차단하여 획득한 제1 프로젝션 데이터 전체에 관한 산란 맵으로부터 방사선 빔을 차단하지 않고 획득한 제2 프로젝션 데이터 전체에 관한 산란 맵을 추정하는 동작을 예시한 도면이다.FIG. 10 is a graph showing the distribution of the first projection data obtained by shielding a part of the radiation beam from the scattering map of the entire first projection data obtained by blocking the radiation beam according to the embodiment of the present invention. And the scattering map is estimated.

처리부는 제1 프로젝션 데이터의 전체에 관한 산란 맵을 추정하여 생성하여, 백프로젝션(Backprojection)을 이용하여 3D 산란 볼륨(3D Scatter Volume)을 재구성할 수 있다. 백프로젝션은 각 방향에서 얻어진 투영영상의 값을 거꾸로 되돌려서 연속해서 합산하는 방식이다. 합산이 다 된 후에 전체 픽셀 값 중에서 가장 수치가 낮은 기본 값을 각각의 픽셀 값에서 뺀 다음 다시 픽셀들의 최소공배수 값으로 나누어 원래의 픽셀 값으로 재구성한다.The processing unit estimates and generates a scattering map for the entire first projection data, and reconstructs a 3D scatter volume using a back projection. The back projection is a method of reversing the values of the projection images obtained in each direction and adding them consecutively. After the summation is completed, the base pixel value is subtracted from the pixel value, which is the lowest value among the entire pixel values, and then divided by the least common multiple value of the pixels to reconstruct the original pixel value.

처리부는 3D 산란 볼륨을 리프로젝션(Reprojection)하여 제2 프로젝션 데이터의 전체에 관한 산란 맵을 추정하여 생성할 수 있다. The processing unit can reproduce the 3D scattering volume and estimate and generate a scattering map for the entire second projection data.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 방사선이 켜지고 꺼지는 시간을 고려하여 스트립 상태를 변환하는 시간 및 지연 시간을 예시적으로 설정한 것이다.11 is a graph illustrating a time and a delay time for converting a strip state in consideration of a time when radiation is turned on and off in a cone-beam CT system according to an embodiment of the present invention.

스트립 상태 변환부는 갠트리가 회전하는 사이클 시간에 맞춰 작동한다. 여기서 사이클 시간은 스트립의 상태를 유지하는 스트립 상태 유지 시간 및 스트립의 상태를 변환하는 스트립 상태 변환 시간을 포함한다.The strip state conversion section operates in accordance with the cycle time at which the gantry rotates. Wherein the cycle time includes a strip condition holding time for maintaining the condition of the strip and a strip condition changing time for converting the condition of the strip.

스트립 상태 변환부는 스트립 상태 유지 시간을 방사선 온 시간에 매칭시키고, 스트립 상태 변환 시간을 상기 방사선 오프 시간보다 짧게 설정한다. 스트립 상태 변환부는 스트립 상태 변환 시간 및 스트립 상태 유지 시간 간에 지연 시간을 포함시켜, 스트립 상태 변환 시간 및 지연시간을 방사선 오프 시간에 매칭시킨다. 지연 시간은 제1 지연 시간 및 제2 지연 시간으로 구분될 수 있다.The strip state conversion unit matches the strip state holding time with the radiation on time, and sets the strip state conversion time shorter than the radiation off time. The strip state conversion section includes a delay time between the strip state conversion time and the strip state holding time, and matches the strip state conversion time and the delay time with the radiation off time. The delay time may be divided into a first delay time and a second delay time.

펄스 생성기는 제1 지연 시간 및 제2 지연 시간을 동일한 시간 간격으로 설정하여 제어할 수 있다. 펄스 생성기는 스트립 상태 유지 시간 및 스트립 상태 변환 시간을 동일한 시간 간격으로 설정하여 제어할 수 있다. The pulse generator can control by setting the first delay time and the second delay time at the same time interval. The pulse generator can be controlled by setting the strip state holding time and the strip state conversion time at the same time interval.

스트립 상태 변환부는 펄스 생성기의 제어신호에 따라 스트립 또는 차단부를 이동 또는 정지시킨다. 스트립 상태 변환부는 스트립 이동부를 추가로 포함할 수 있다. 스트립 이동부는 에어콤프레셔, 스텝모터, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 스트립 이동부는 펄스 생성기의 제어신호에 의해 스트립 또는 차단부를 이동시킨다. 스트립 이동부는 스트립 또는 차단부의 위치를 변화시키거나 스트립 및 차단부 간의 간격을 변화시킬 수 있다.The strip state conversion section moves or stops the strip or blocking section according to the control signal of the pulse generator. The strip state conversion unit may further include a strip moving unit. The strip moving part may be implemented by an air compressor, a step motor, or a combination thereof. The strip moving unit moves the strip or blocking unit by the control signal of the pulse generator. The strip moving part can change the position of the strip or blocking part or change the gap between the strip and the blocking part.

진단시 통상의 회전 속도는 360도/분이고 스캔시 필요한 프로젝션의 개수는 656 개이다. 갠트리가 0.55도마다 회전하면서 프로젝션을 획득하는데 필요한 스캔 시간은 90 ms로 산출될 수 있다. The normal rotation speed for diagnosis is 360 degrees / min and the number of projections required for scanning is 656. The scan time required to obtain the projection while rotating the gantry at 0.55 degrees can be calculated as 90 ms.

처리부는 방사선 온 시간을 20 ms, 방사선 오프 시간을 70 ms, 스트립 상태 유지 시간을 20 ms, 스트립 상태 변환 시간을 20 ms, 제1 지연 시간을 25 ms, 제2 지연 시간을 25 ms로 설정할 수 있으나, 이는 예시일 뿐이며 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 적합한 수치가 사용될 수 있다.The processor can set the radiation on time to 20 ms, the radiation off time to 70 ms, the strip state hold time to 20 ms, the strip state change time to 20 ms, the first delay time to 25 ms and the second delay time to 25 ms However, the present invention is not limited thereto, and appropriate values may be used according to the design to be implemented.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템이 모의실험하여 생성한 재구성 영상을 예시적으로 도면이다.12 is a diagram illustrating an example of a reconstructed image generated by a cone-beam computed tomography system according to an embodiment of the present invention.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템은 Catphan 504에 대하여 하프 팬 모드에서 영상을 촬영하였다. 빔 차단기는 3 mm의 두께를 갖는 10 개의 리드 스트립을 포함하며, 스트립 간의 간격은 1.5 mm이다. 광원에 Bowtie 필터를 부착하였다. 패널 검출기를 u 방향으로 중앙으로부터 160 mm를 이동시켰다. 프로젝션의 개수는 656 개이고, 프로젝션의 크기는 397.3x 298.0 mm2이고 프로젝션은 1024x 768 픽셀을 포함한다. 광원 및 검출기 간의 거리는 1500 mm이고, 광원 및 회전축 간의 거리는 1000 mm이고, 광원 및 빔 차단기 간의 거리는 245 mm이다. X선 튜브 전류는 80 mA이고, X선 펄스는 20 ms이고, 튜브 전압은 125 kVp로 설정하였다.The cone beam computed tomography system was imaged in half fan mode for Catphan 504. The beam breaker includes 10 lead strips having a thickness of 3 mm, and the spacing between the strips is 1.5 mm. A Bowtie filter was attached to the light source. The panel detector was moved 160 mm from the center in the u direction. The number of projections is 656, the size of the projection is 397.3x 298.0 mm 2, and the projection contains 1024x 768 pixels. The distance between the light source and the detector is 1500 mm, the distance between the light source and the rotation axis is 1000 mm, and the distance between the light source and the beam breaker is 245 mm. The X-ray tube current was 80 mA, the X-ray pulse was 20 ms, and the tube voltage was set to 125 kVp.

도 12의 (a)는 본 실시예에 따른 빔 차단 방식을 이용하지 않고 FDK 알고리즘을 적용하여 생성한 재구성 영상이고, 도 12의 (b)는 본 실시예에 따른 빔 차단 방식을 이용하고 FDK 알고리즘을 적용하여 생성한 재구성 영상이고, 도 12의 (c)는 본 실시예에 따른 빔 차단 방식을 이용하지 않고 CS-IR 알고리즘을 적용하여 생성한 재구성 영상이고, 도 12의 (d)는 본 실시예에 따른 빔 차단 방식을 이용하고 CS-IR 알고리즘을 적용하여 생성한 재구성 영상이다.12 (a) is a reconstructed image generated by applying the FDK algorithm without using the beam interception method according to the present embodiment, FIG. 12 (b) is a reconstructed image generated by applying the beam blocking method according to the present embodiment, FIG. 12C is a reconstruction image generated by applying the CS-IR algorithm without using the beam blocking method according to the present embodiment, and FIG. 12D is a reconstruction image generated by applying the CS- It is a reconstructed image generated by applying the beam cut-off method according to the example and applying the CS-IR algorithm.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면 노이즈를 부드럽게 정리하고, 대규모 특징을 보전할 수 있고, Bowtie Ring Artifact를 제거할 수 있는 효과가 있다.As shown in Fig. 12, according to this embodiment, it is possible to smoothly arrange the noise, to preserve a large-scale feature, and to remove the bowtie ring artifact.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템에 포함된 구성요소들이 도 2에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.Although the components included in the cone-beam computed tomography system are shown separately in Fig. 2, a plurality of components may be combined with each other to form at least one module. The components are connected to a communication path connecting a software module or a hardware module inside the device and operate organically with each other. These components communicate using one or more communication buses or signal lines.

콘빔 전산화 단층 촬영 시스템은 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 구현될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.Cone beam computed tomography systems may be implemented in software, hardware, or a combination thereof in a computing device having hardware components. The computing device includes a communication device such as a communication modem for performing communication with various devices or wired / wireless communication networks, a memory for storing data for executing a program, a microprocessor for executing and calculating a program, Device. ≪ / RTI >

본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.The operations according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. A computer-readable medium represents any medium that participates in providing instructions to a processor for execution. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, or a combination thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. The computer program may be distributed and distributed on a networked computer system so that computer readable code may be stored and executed in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment may be easily deduced by programmers of the technical field to which the present embodiment belongs.

본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for explaining the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

200: 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템
210: 본체부 220: 갠트리
230: 방사선 헤드 240: 패널 감지기
250: 빔 차단기 260: 처리부
270: 방사선 상태 변환부 280: 스트립 상태 변환부
290: 펄스 생성기
200: cone beam computerized tomography system
210: main body 220: gantry
230: Radiation head 240: Panel detector
250: beam breaker 260:
270: radiation state conversion unit 280: strip state conversion unit
290: Pulse generator

Claims (20)

콘빔 전산화 단층 촬영(Cone-Beam Computed Tomography) 시스템에 있어서,
본체부(Body);
상기 본체부에 연결되며 상기 본체부에 대해 적어도 일 방향으로 회전 가능하도록 형성된 갠트리(Gantry);
상기 갠트리에 연결되며 피검사체에 방사선 빔을 조사하는 방사선 헤드(Radiation Head);
상기 갠트리에 연결되며 상기 피검사체를 투과한 방사선 빔을 감지하여 복수의 프로젝션(Projection) 데이터를 획득하는 패널 감지기(Panel Detector);
상기 방사선 헤드에 장착되며 상기 방사선 헤드 및 상기 피검사체 간의 경로에 위치하여 상기 방사선 헤드로부터 조사된 방사선 빔의 적어도 일부를 차단하는 복수의 스트립(Strip)을 포함하는 빔 차단기(Beam Blocker); 및
상기 복수의 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵을 추정하여 재구성 영상을 생성하는 처리부(Processor)를 포함하며,
상기 방사선 헤드는 (i) 상기 방사선 빔이 켜진 방사선 온 시간 동안 상기 방사선 빔이 켜진 제1 방사선 상태 및 (ii) 상기 방사선 빔이 꺼진 방사선 오프 시간 동안 상기 방사선 빔이 꺼진 제2 방사선 상태 간의 상태를 상기 갠트리가 회전하는 동안 주기적으로 변환시키는 방사선 상태 변환부를 포함하며,
상기 빔 차단기는 (i) 상기 방사선 빔의 일부를 차단하도록 상기 방사선 빔의 진행 경로에 상기 복수의 스트립을 삽입한 제1 스트립 상태 및 (ii) 상기 방사선 빔을 통과시키도록 상기 복수의 스트립을 상기 방사선 빔의 진행 경로에서 상기 복수의 스트립을 제거한 제2 스트립 상태 간의 상태를 상기 방사선 오프 시간 동안 변환시키는 스트립 상태 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
In a Cone-Beam Computed Tomography system,
A body;
A gantry connected to the main body and formed to be rotatable in at least one direction with respect to the main body;
A radiation head connected to the gantry and irradiating a subject with a radiation beam;
A panel detector connected to the gantry and sensing a radiation beam transmitted through the object to obtain a plurality of projection data;
A beam blocker mounted on the radiation head and including a plurality of strips positioned in a path between the radiation head and the object to block at least a portion of the radiation beam irradiated from the radiation head; And
And a processor for estimating a scattering map of the plurality of projection data to generate a reconstructed image,
(I) a first radiation state in which the radiation beam is turned on during a radiation on time during which the radiation beam is turned on, and (ii) a second radiation state during which the radiation beam is turned off during a radiation off time during which the radiation beam is turned off And a radiation state converting unit for periodically converting the gantry while rotating,
Wherein the beam breaker comprises: (i) a first strip condition in which the plurality of strips are inserted in a path of travel of the beam of radiation to block a portion of the beam of radiation; and (ii) And a strip state conversion unit for converting the state between the second strip state in which the plurality of strips is removed in the course of the radiation beam during the radiation off time.
제1항에 있어서,
상기 패널 감지기는 상기 제1 스트립 상태에서 스트라이프 패턴을 갖는 음영 영역(Shaded Region) 및 비음영 영역(Unshaded Region)을 포함하는 제1 프로젝션 데이터를 획득하고, 상기 제2 스트립 상태에서 상기 비음영 영역을 포함하는 제2 프로젝션 데이터를 획득하고,
상기 처리부는 상기 제1 프로젝션 데이터 및 상기 제2 프로젝션 데이터에 관한 상기 산란 맵을 추정하여 상기 재구성 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the panel sensor acquires first projection data including a shaded region and a unshaded region having a stripe pattern in the first strip state, and acquires first projection data including a non-shaded region in the second strip state Acquiring second projection data including the first projection data,
Wherein the processor estimates the scattering map related to the first projection data and the second projection data to generate the reconstructed image.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 스트립 상태 변환부는,
상기 갠트리가 회전하는 사이클 시간에 맞춰 작동하며, 상기 사이클 시간은 상기 스트립의 상태를 유지하는 스트립 상태 유지 시간 및 상기 스트립의 상태를 변환하는 스트립 상태 변환 시간을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
The method according to claim 1,
The strip-
Wherein the cycle time includes a strip condition holding time for maintaining the condition of the strip and a strip condition changing time for changing the condition of the strip, system.
제5항에 있어서,
상기 스트립 상태 변환부는,
상기 스트립 상태 유지 시간을 상기 방사선 온 시간에 매칭시키고, 상기 스트립 상태 변환 시간을 상기 방사선 오프 시간보다 짧게 설정하고, 상기 스트립 상태 변환 시간 및 상기 스트립 상태 유지 시간 간에 지연 시간을 포함시켜, 상기 스트립 상태 변환 시간 및 상기 지연시간을 상기 방사선 오프 시간에 매칭시키는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
6. The method of claim 5,
The strip-
The strip state change time is set to be shorter than the radiation off time, and the delay time is included between the strip state change time and the strip state hold time, Wherein the conversion time and the delay time are matched to the radiation off time.
제6항에 있어서,
상기 방사선 상태 변환부 및 상기 스트립 상태 변환부에 연결되며, 기 설정된 펄스 폭을 갖는 제어신호를 생성하는 펄스 생성기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
The method according to claim 6,
Further comprising a pulse generator connected to the radiation state converting unit and the strip state converting unit and generating a control signal having a predetermined pulse width.
제7항에 있어서,
상기 지연 시간은 제1 지연 시간 및 제2 지연 시간으로 구분되고,
상기 펄스 생성기는 상기 제1 지연 시간 및 상기 제2 지연 시간을 동일한 시간 간격으로 설정하여 제어하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
8. The method of claim 7,
The delay time is divided into a first delay time and a second delay time,
Wherein the pulse generator sets and controls the first delay time and the second delay time at the same time intervals.
제7항에 있어서,
상기 펄스 생성기는,
상기 스트립 상태 유지 시간 및 상기 스트립 상태 변환 시간을 동일한 시간 간격으로 설정하여 제어하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
8. The method of claim 7,
Wherein the pulse generator comprises:
Wherein the control unit sets the strip state holding time and the strip state conversion time at the same time intervals.
제7항에 있어서,
상기 스트립 상태 변환부는,
상기 펄스 생성기의 상기 제어신호에 따라 상기 스트립 또는 상기 빔 차단기의 차단부를 이동 또는 정지시키는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
8. The method of claim 7,
The strip-
Wherein the blocking unit of the strip or the beam breaker is moved or stopped according to the control signal of the pulse generator.
제8항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 방사선 온 시간을 20 ms, 상기 방사선 오프 시간을 70 ms, 상기 스트립 상태 유지 시간을 20 ms, 상기 스트립 상태 변환 시간을 20ms, 상기 제1 지연 시간을 25 ms, 상기 제2 지연 시간을 25 ms로 설정하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
9. The method of claim 8,
Wherein,
The radiation on time is 20 ms, the radiation off time is 70 ms, the strip state holding time is 20 ms, the strip state conversion time is 20 ms, the first delay time is 25 ms, the second delay time is 25 ms Of the cone-beam computed tomography system.
제8항에 있어서,
상기 갠트리는 경사계 센서를 추가로 포함하며,
상기 스트립 상태 변환부는 상기 경사계 센서가 측정한 경사 각도를 기반으로 상기 갠트리가 이동 또는 정지하는지 여부를 파악하여 상기 스트립의 상태를 변환시키는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
9. The method of claim 8,
Wherein the gantry further comprises an inclinometer sensor,
Wherein the strip state conversion unit determines whether the gantry is moved or stopped based on a tilt angle measured by the tilt sensor, and converts the state of the strip.
삭제delete 제2항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 제1 프로젝션 데이터에 포함된 상기 음영 영역에서의 산란 데이터를 이용하여 상기 제1 프로젝션 데이터에 관한 제1 산란 맵(Scatter Map)을 추정하여 생성하고, 상기 획득한 프로젝션 데이터의 순서에 따라 상기 제2 프로젝션 데이터에 인접한 두 개의 제1 프로젝션 데이터에 관한 상기 제1 산란 맵들을 이용하여 상기 제2 프로젝션 데이터에 관한 제2 산란 맵을 추정하여 생성하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein,
Estimating and generating a first scattering map related to the first projection data by using scattering data in the shade area included in the first projection data, And estimates and generates a second scattering map relating to the second projection data using the first scattering maps related to the two first projection data adjacent to the second projection data.
제14항에 있어서,
상기 제2 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵은 상기 제2 프로젝션 데이터에 인접한 두 개의 제1 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵들의 평균을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
15. The method of claim 14,
Wherein the scattering map for the second projection data is calculated using an average of scattering maps for two first projection data adjacent to the second projection data.
제14항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 제2 프로젝션 데이터에서 상기 제2 산란 맵을 차감하여 산란 보정 데이터(Scatter Corrected Data)를 생성하고, 복원 알고리즘을 이용하여 상기 산란 보정 데이터로부터 상기 재구성 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
15. The method of claim 14,
Wherein,
And generating the reconstructed image from the scatter correction data by using the reconstruction algorithm to generate scatter correction data by subtracting the second scattering map from the second projection data to generate scatter correction data, system.
제2항에 있어서,
상기 패널 감지기는 상기 제2 프로젝션 데이터를 연속적으로 획득하여, 상기 제1 프로젝션 데이터 및 상기 제2 프로젝션 데이터를 1 대 N(상기 N은 자연수)의 비율로 회득하며,
상기 처리부는 상기 N개의 제2 프로젝션 데이터에 인접한 두 개의 제1 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵들로부터 상기 두 개의 제1 프로젝션 데이터로부터의 거리에 기반한 가중치 합을 이용하여 상기 N개의 상기 제2 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵들을 추정하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the panel sensor successively acquires the second projection data and obtains the first projection data and the second projection data at a ratio of 1 to N (N is a natural number)
Wherein the processing unit is configured to calculate, from scattering maps of two first projection data adjacent to the N second projection data, a weight sum based on a distance from the two first projection data, And estimates scattering maps of the cone-beam computed tomography system.
제2항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 제1 프로젝션 데이터의 전체에 관한 산란 맵을 추정하여 생성하고, 백프로젝션(Backprojection)을 이용하여 3D 산란 볼륨(3D Scatter Volume)을 재구성하고, 상기 3D 산란 볼륨을 리프로젝션(Reprojection)하여 상기 제2 프로젝션 데이터의 전체에 관한 산란 맵을 추정하여 생성하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein,
Estimating and generating a scattering map for the entire first projection data, reconstructing a 3D scatter volume using a back projection, reprojecting the 3D scattering volume, 2 scattering map for the entire projection data is estimated and generated.
콘빔 전산화 단층 촬영(Cone-Beam Computed Tomography) 시스템에 의한 콘빔 전산화 단층 촬영 방법에 있어서,
상기 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템의 방사선 헤드를 회전시키고, (i) 상기 방사선 헤드로부터 조사된 방사선 빔이 켜진 방사선 온 시간 동안 상기 방사선 빔이 켜진 제1 방사선 상태 및 (ii) 상기 방사선 빔이 꺼진 방사선 오프 시간 동안 상기 방사선 빔이 꺼진 제2 방사선 상태 간의 상태를 상기 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템의 갠트리가 회전하는 동안 주기적으로 변환시키는 단계;
상기 콘빔 전산화 단층 촬영 시스템의 방사선 헤드 및 피검사체 간의 경로에 위치하여 상기 방사선 헤드로부터 조사된 방사선 빔의 적어도 일부를 차단하는 단계;
상기 피검사체를 투과한 방사선 빔을 감지하여 복수의 프로젝션(Projection) 데이터를 획득하는 단계; 및
상기 복수의 프로젝션 데이터에 관한 산란 맵을 추정하여 재구성 영상을 생성하는 단계를 포함하며,
상기 방사선 빔의 적어도 일부를 차단하는 단계는 (i) 상기 방사선 빔의 일부를 차단하도록 상기 방사선 빔의 진행 경로에 상기 복수의 스트립을 삽입한 제1 스트립 상태 및 (ii) 상기 방사선 빔을 통과시키도록 상기 복수의 스트립을 상기 방사선 빔의 진행 경로에서 상기 복수의 스트립을 제거한 제2 스트립 상태 간의 상태를 상기 방사선 오프 시간 동안 변환시키는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 방법.
A cone-beam computed tomography method using a cone-beam computed tomography system,
Rotating a radiation head of the cone-beam computed tomography system, the method comprising: (i) a first radiation state in which the radiation beam is turned on for a radiation on time during which the radiation beam irradiated from the radiation head is turned on, and (ii) Periodically converting a state between a second radiation state in which the radiation beam is turned off for a period of time while the gantry of the cone-beam computed tomography system is rotated;
Blocking at least a portion of the radiation beam irradiated from the radiation head located in a path between the radiation head and the subject of the cone-beam computed tomography system;
Sensing a radiation beam transmitted through the subject and obtaining a plurality of projection data; And
Estimating a scattering map for the plurality of projection data to generate a reconstructed image,
Wherein blocking at least a portion of the beam of radiation includes: (i) a first strip condition in which the plurality of strips are inserted into a path of travel of the beam of radiation to block a portion of the beam of radiation, and (ii) Wherein the plurality of strips are transformed during the radiation off time to a state between a second strip state in which the plurality of strips are removed from the path of travel of the radiation beam.
제19항에 있어서,
상기 복수의 프로젝션 데이터를 획득하는 단계는 상기 제1 스트립 상태에서 스트라이프 패턴을 갖는 음영 영역(Shaded Region) 및 비음영 영역(Unshaded Region)을 포함하는 제1 프로젝션 데이터을 획득하고, 상기 제2 스트립 상태에서 상기 비음영 영역을 포함하는 제2 프로젝션 데이터를 획득하며,
상기 재구성 영상을 생성하는 단계는 상기 제1 프로젝션 데이터 및 상기 제2 프로젝션 데이터에 관한 상기 산란 맵을 추정하여 상기 재구성 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 콘빔 전산화 단층 촬영 방법.
20. The method of claim 19,
Wherein the obtaining of the plurality of projection data includes obtaining first projection data including a shaded region and a unshaded region having a stripe pattern in the first strip state, Acquiring second projection data including the non-shaded area,
Wherein the reconstructing image generating step estimates the scattering map regarding the first projection data and the second projection data to generate the reconstructed image.
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