KR102080833B1 - 메탈 아티팩트를 저감하는 엑스선 단층촬영 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메탈 아티팩트를 저감하는 엑스선 단층촬영 장치 및 그 동작 방법을 개시한다. 본 발명의 일실시예에 따르면 엑스선 단층촬영 장치는 서로 다른 크기의 에너지로 단층 촬영 대상을 투과하는 복수의 엑스선 빔을 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 생성하는 투영영상 집합 생성부, 상기 생성된 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합하여 단층 영상을 생성하는 단층 영상 생성부, 상기 생성된 단층 영상의 화소값들과 임계값을 비교하여 상기 생성된 단층 영상에서 상기 단층 촬영 대상의 메탈 영역에 상응하는 메탈 마스크(metal mask)를 설정하는 메탈 마스크 설정부 및 상기 설정된 메탈 마스크(metal mask)에 기반한 순방향 투영 정보를 이용하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 투영영상 집합 보정부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 메탈 아티팩트를 저감하는 기술적 사상에 관한 것으로, 서로 다른 크기의 에너지로 단층 촬영 대상을 투과하는 복수의 엑스선 빔에 기반하여 투영영상 집단을 생성하고, 메탈 마스크를 설정하며, 설정된 메탈 마스크에 기반하여 생성된 투영영상 집단을 보정함으로써 메탈 아티팩트를 저감하는 엑스선 단층촬영 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
2차원 엑스선 면 디텍터 기술이 발달함에 따라, 치과용 CT의 임상적 응용은 확대되어 가는 추세이다.
치과영역에서의 CT(computed tomographic)의 활용은 치아 상태의 정밀 진단, 인공치아 이식(dental implant), 치아교정기구 제작 등을 위해 빠른 속도로 증가하고 있다.
인체의 치아 구조를 고해상도의 3차원 영상으로 촬영하고, 이 3차원 영상정보로부터 인공치아나 치아교정물을 CAM(Computer aided manufacturing)이나 3D 프린터로 제작이 가능함에 따라 디지털 치과술(digital dentistry)의 활용이 보편화 되고 있다.
디지털 치과술에서 3차원 영상을 0.1mm 수준의 고해상도, 고정밀도로 얻는 것은 인공치아 이식이나 치과 교정물의 제작에 있어 매우 중요하다.
인공치아 제작에 오류가 있는 경우 이를 수작업으로 보정하는데 시간과 노력이 더 들어가게 되고 치료기간은 길어지게 된다.
치과 교정물 제작에 오류가 있는 경우도 마찬가지이다. 디지털 치과술에 있어 고해상도, 고정밀도의 3차원 단층 영상을 얻는 것은 매우 중요한 일이며, 디지털 치과술이 임상적으로 성공하기 위해서는 고해상도, 고정밀도의 치과용 CT 기술이 필요하다.
따라서, 치과용 CT영상에서 영상의 판독성을 크게 훼손하는 메탈 아티팩트를 저감하는 것은 디지털 치과술의 임상적 효용성을 높이기 위해 매우 중요한 일이다. 종래 기술에 따른 콘빔 주사 환경은 도 1 및 도 2를 통하여 설명될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 엑스선원과 면 엑스선 디텍터를 이용하여 콘빔 주사 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 콘빔 주사 환경에서 엑스선 단층촬영 장치는 엑스선원(x-ray source)(110)이 단층촬영 대상(100)으로 엑스선 빔을 주사하여 면 엑스선 디텍터(120)를 통하여 투영영상(130)을 획득한다.
단층촬영 대상(100)을 중심으로 한쪽에는 엑스선원(110)을, 그리고 반대쪽에는 면 엑스선 디텍터(120)를 두고 주어진 각도에서 투영영상(projection image)(130)을 획득할 수 있다.
엑스선원에서 나오는 엑스선은 엑스선원 출구에 설치된 시준기(collimator)에 의해 빔의 크기가 제한될 수 있다.
빔의 크기를 제한하는 이유는 촬영하고자 하는 시야각(field of view) 내로만 엑스선 조사를 제한함으로써 인체에 조사되는 엑스선량(x-ray dose)을 줄일 수 있다.
일반적인 콘빔 CT에서는 시야각이 수평방향 및 수직방향으로 각각 제한되며, 따라서 콘빔의 형상은 사각형 모양의 콘빔이 될 수 있다. 또한, 수평방향의 시야각을 x로, 수직방향의 시야각을 z로 구분될 수 있다.
단층 영상을 재구성하기 위해서는 여러 각도에서 투영영상을 받아야 하며 일반적으로 일정한 각도(주사단위각)마다 투영영상을 순차적으로 수집될 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 투영영상 집합을 생성하는 주사 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 콘빔 주사 환경에서 엑스선 단층촬영 장치는 엑스선원(x-ray source)(210)이 단층촬영 대상(200)으로 엑스선 빔을 주사하여 면 엑스선 디텍터(220)를 통하여 투영영상 집합을 획득한다.
또한, 주사를 위한 회전 중심축(230)은 통상 인체(200)의 중앙에 위치할 수 있다.
주사단위각이 작을수록, 즉 투영영상의 수가 많을수록 단층 영상의 공간해상도는 좋아지지만 촬영시간이 길어지게 되며 환자가 받는 엑스선량도 늘어나게 될 수 있다.
따라서, 투영영상의 수는 일반적으로 1000 이하에서 정해지지만 경우에 따라서는 그 이상으로 할 수도 있다. 투영영상의 수가 너무 적으면 영상의 공간해상도가 저하될 뿐만 아니라 줄무늬 아티팩트도 나타나게 되어 단층 영상의 판독성(readability)이 저해될 수 있다.
CT 촬영을 위해 얻은 투영영상 집합 P(s,t,θ)에서 촬영 각도에 따라 빔 하드닝 현상의 정도가 달라질 수 있으며, 투영영상 집합에 대해 아무런 보정 없이 단층 영상을 재구성할 경우 빔 하드닝 현상의 변동성 때문에 재구성한 단층 영상에 메탈 아티팩트가 발생할 수 있다.
메탈 아티팩트는 메탈 구조물로부터 방사성 형태의 줄무늬 형태로 나타나기도 하고, 메탈 주위에 있는 치아 영상의 휘도를 왜곡하는 형태로 나타날 수 있다.
따라서, 메탈 아티팩트를 저감하지 않을 경우 치아 단층 영상의 임상 응용성이 크게 훼손될 수 있다.
즉, 메탈 임플란트와 치아 에나멜 층의 엑스선 감쇄 특성의 차이가 크지 않아 기존의 메탈 아티팩트 저감 방법을 치아 영상에 단순 적용할 경우 치아 영상이 심하게 왜곡되는 문제가 있다.
인체의 머리나 몸통, 수족을 촬영하는 범용 메디칼 CT에 적용할 수 있는 메탈 아티팩트 제거 방법은 과거에 많이 개발돼 왔다.
그러나, 종래의 방법을 치과용 CT에 적용할 경우 잘 작동하지 않는다. 특히, 치아의 표피층을 이루는 에나멜층의 엑스선 감쇄계수가 인체에 삽입되는 메탈 구조체의 엑스선 감쇄계수와 크게 다르지 않기 때문에 치과용 CT에 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 메탈 아티팩트를 저감된 단층 영상을 생성하는 장치 및 방법이 제안될 필요성이 있다.
본 발명은 에너지 차이가 크지 않은 이중 에너지를 이용하여 두 개의 투영영상 집합들을 생성하고, 생성된 투영영상 집합들에 기반하여 3차원 단층 영상에서 메탈 아티팩트(metal artifact)를 저감하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 에너지 차이가 크지 않은 이중 에너지로 두 개의 투영영상 집합을 생성하고, 생성된 투영영상 집합들에 기반하여 단층 영상을 생성하며, 단층 영상에서 메탈 구조물의 위치와 형태를 정확하게 결정하여 투영영상들을 보정하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 이중 에너지로 획득된 투영영상 집합들을 조합하여 단층 영상에서 메탈 구조물의 위치와 형태를 보다 정확히 파악하여 투영영상을 보정함으로써 단층 영상 내 메탈 아티팩트를 효과적으로 저감하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 엑스선 단층촬영 장치는 서로 다른 크기의 에너지로 단층 촬영 대상을 투과하는 복수의 엑스선 빔을 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 생성하는 투영영상 집합 생성부, 상기 생성된 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합하여 단층 영상을 생성하는 단층 영상 생성부, 상기 생성된 단층 영상의 화소값들과 임계값을 비교하여 상기 생성된 단층 영상에서 상기 단층 촬영 대상의 메탈 영역에 상응하는 메탈 마스크(metal mask)를 설정하는 메탈 마스크 설정부 및 상기 설정된 메탈 마스크(metal mask)에 기반한 순방향 투영 정보를 이용하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 투영영상 집합 보정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 단층 영상 생성부는, 상기 보정된 제1 투영영상 집합을 이용하여 제2 단층 영상을 생성하고, 상기 보정된 제2 투영영상 집합을 이용하여 제3 단층 영상을 생성하고, 상기 제2 단층 영상과 상기 제3 단층 영상을 이용하여 제4 단층 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 메탈 마스크 영역 설정부는, 상기 단층 영상을 구성하는 복수의 화소 영역에 각각 상응하는 상기 화소값들 중 어느 하나의 화소값이 상기 임계값보다 클 경우, 상기 어느 하나의 화소값에 상응하는 어느 하나의 화소 영역을 상기 메탈 마스크(metal mask)로 설정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 투영영상 집합 보정부는, 상기 설정된 메탈 마스크(metal mask)를 순방향으로 투영하여 상기 순방향 투영 정보를 생성하고, 상기 생성된 순방향 투영 정보를 이용하여 상기 메탈 마스크(metal mask)와 상기 메탈 마스크(metal mask)가 아닌 나머지 영역을 구분하며, 상기 단층 영상에서 상기 메탈 영역을 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 투영영상 집합 보정부는, 상기 제1 및 제2 투영영상 집합에서 상기 결정된 메탈 영역에 상응하는 화소값을 상기 결정된 메탈 영역에 인접한 영역의 화소값으로 근사하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 투영영상 집합 보정부는, 상기 결정된 메탈 영역의 경계 영역부터 내부 영역으로 제1 계층, 제2 계층 및 제3 계층으로 구분하고, 상기 제1 계층을 구성하는 화소값들의 평균값을 이용하여 상기 제2 계층의 화소값들을 근사하며, 상기 근사된 화소값들의 평균값을 이용하여 상기 제3 계층의 화소값들을 근사할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 엑스선 단층촬영 장치는 상기 단층 촬영 대상으로 상기 복수의 엑스선 빔을 조사하는 빔 조사부 및 상기 단층 촬영 대상을 투과한 상기 복수의 엑스선 빔을 수집하는 빔 수집부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 투영영상 집합 생성부는, 상기 수집된 복수의 엑스선 빔 중 제1 에너지 크기를 갖는 엑스선 빔에 기반하여 상기 제1 투영영상 집합을 생성하고, 상기 수집된 복수의 엑스선 빔 중 제2 에너지 크기를 갖는 엑스선 빔에 기반하여 상기 제2 투영영상 집합을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 제1 에너지 크기와 상기 제2 에너지 크기의 차이는, 20 킬로볼트 피크(kilovolt peak, kvp)이하이고, 상기 제1 에너지 크기와 상기 제2 에너지 크기는, 80 킬로볼트 피크(kilovolt peak, kvp) 내지 100 킬로볼트 피크(kilovolt peak, kvp)에 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 단층 영상 생성부는, 상기 제1 투영영상 집합과 상기 제2 투영영상 집합에서 치아 영역과 상기 메탈 영역의 대조도(contrast ratio)에 기반하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 투영영상 집합 생성부에서, 서로 다른 크기의 에너지로 단층 촬영 대상을 투과하는 복수의 엑스선 빔을 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 생성하는 단계, 단층 영상 생성부에서, 상기 생성된 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합하여 단층 영상을 생성하는 단계, 메탈 마스크 설정부에서, 상기 생성된 단층 영상의 화소값들과 임계값을 비교하여 상기 생성된 단층 영상에서 상기 단층 촬영 대상의 메탈 영역에 상응하는 메탈 마스크(metal mask)를 설정하는 단계, 투영영상 집합 보정부에서, 상기 설정된 메탈 마스크(metal mask)에 기반한 순방향 투영 정보를 이용하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 단계 및 상기 단층 영상 생성부에서, 상기 보정된 제1 투영영상 집합을 이용하여 제2 단층 영상을 생성하고, 상기 보정된 제2 투영영상 집합을 이용하여 제3 단층 영상을 생성하고, 상기 제2 단층 영상과 상기 제3 단층 영상을 이용하여 제4 단층 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 메탈 마스크(metal mask)를 설정하는 단계는, 상기 단층 영상을 구성하는 복수의 화소 영역에 각각 상응하는 상기 화소값들 중 어느 하나의 화소값이 상기 임계값보다 클 경우, 상기 어느 하나의 화소값에 상응하는 어느 하나의 화소 영역을 상기 메탈 마스크(metal mask)로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 단계는, 상기 설정된 메탈 마스크(metal mask)를 순방향으로 투영하여 상기 순방향 투영 정보를 생성하는 단계, 상기 생성된 순방향 투영 정보를 이용하여 상기 메탈 마스크(metal mask)와 상기 메탈 마스크(metal mask)가 아닌 나머지 영역을 구분하며, 상기 단층 영상에서 상기 메탈 영역을 결정하는 단계 및 상기 제1 및 제2 투영영상 집합에서 상기 결정된 메탈 영역에 상응하는 화소값을 상기 결정된 메탈 영역에 인접한 영역의 화소값으로 근사하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 결정된 메탈 영역에 상응하는 화소값을 상기 결정된 메탈 영역에 인접한 영역의 화소값으로 근사하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 단계는 상기 결정된 메탈 영역의 경계 영역부터 내부 영역으로 제1 계층, 제2 계층 및 제3 계층으로 구분하는 단계, 상기 제1 계층을 구성하는 화소값들의 평균값을 이용하여 상기 제2 계층의 화소값들을 근사하는 단계 및 상기 근사된 화소값들의 평균값을 이용하여 상기 제3 계층의 화소값들을 근사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 에너지 차이가 크지 않은 이중 에너지를 이용하여 두 개의 투영영상 집합들을 생성하고, 생성된 투영영상 집합들에 기반하여 3차원 단층 영상에서 메탈 아티팩트(metal artifact)를 저감할 수 있다.
본 발명은 에너지 차이가 크지 않은 이중 에너지로 두 개의 투영영상 집합을 생성하고, 생성된 투영영상 집합들에 기반하여 단층 영상을 생성하며, 단층 영상에서 메탈 구조물의 위치와 형태를 정확하게 결정하여 투영영상들을 보정할 수 있다.
본 발명은 이중 에너지로 획득된 투영영상 집합들을 조합하여 단층 영상에서 메탈 구조물의 위치와 형태를 보다 정확히 파악하여 투영영상을 보정함으로써 단층 영상 내 메탈 아티팩트를 효과적으로 저감할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 엑스선원과 면 엑스선 디텍터를 이용하여 콘빔 주사 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 투영영상 집합을 생성하는 주사 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치의 구성 요소를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치에 의하여 촬영되는 치아의 구성 요소들의 CT 수치 및 에너지에 따른 감쇄 계수를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 치아 모형을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 투영영상들을 조합하여 생성된 단층 영상들을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 에너지를 이용하여 생성된 단층 영상에서 치아 구성 요소들의 CT 수치를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 메탈영역이 결정된 단층 영상들을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 영역채움 방법을 설명하는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 메탈 아티팩트가 저감된 단층 영상을 설명하는 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 메탈 아티팩트 저감 효율성을 설명하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 투영영상 집합을 생성하는 주사 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치의 구성 요소를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치에 의하여 촬영되는 치아의 구성 요소들의 CT 수치 및 에너지에 따른 감쇄 계수를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 치아 모형을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 투영영상들을 조합하여 생성된 단층 영상들을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 에너지를 이용하여 생성된 단층 영상에서 치아 구성 요소들의 CT 수치를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 메탈영역이 결정된 단층 영상들을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 영역채움 방법을 설명하는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 메탈 아티팩트가 저감된 단층 영상을 설명하는 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 메탈 아티팩트 저감 효율성을 설명하는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치의 구성 요소를 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 3은 메탈 아티팩트를 감소시키는 엑스선 단층촬영 장치의 구성 요소들을 예시한다.
도 3을 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치(300)는 투영영상 집합 생성부(310), 단층 영상 생성부(320), 메탈 마스크 설정부(330) 및 투영영상 집합 보정부(340)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투영영상 집합 생성부(310)는 서로 다른 크기의 에너지로 단층 촬영 대상을 투과하는 복수의 엑스선 빔을 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 생성할 수 있다.
일례로, 투영영상 집합 생성부(310)는 낮은 에너지의 엑스선 빔을 이용하여 제1 투영영상 집합을 생성할 수 있다.
즉, 투영영상 집합 생성부(310)는 제1 에너지 크기를 갖는 엑스선 빔에 기반하여 제1 투영영상 집합을 생성할 수 있다.
또한, 투영영상 집합 생성부(310)는 높은 에너지의 엑스선 빔을 이용하여 제2 투영영상 집합을 생성할 수 있다.
즉, 투영영상 집합 생성부(310)는 제2 에너지 크기를 갖는 엑스선 빔에 기반하여 제2 투영영상 집합을 생성할 수 있다.
예를 들어, 제1 투영영상 집합은 제1 에너지 크기의 엑스선 빔을 이용하여 다양한 주사각도에 따라 생성되는 투영영상들의 집합을 포함할 수 있다.
또한, 제2 투영영상 집합은 제2 에너지 크기의 엑스선 빔을 이용하여 다양한 주사각도에 따라 생성되는 투영영상들의 집합을 포함할 수 있다.
일례로, 제1 에너지 크기와 제2 에너지 크기의 차이는, 20 킬로볼트 피크 이하일 수 있다.
예를 들어, 제1 에너지 크기와 제2 에너지 크기는, 80 킬로볼트 피크 내지 100 킬로볼트 피크에 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 단층 영상 생성부(320)는 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합하여 단층 영상을 생성할 수 있다.
일례로, 단층 영상 생성부(320)는 보정된 제1 투영영상 집합을 이용하여 제2 단층 영상을 생성하고, 보정된 제2 투영영상 집합을 이용하여 제3 단층 영상을 생성할 수 있다.
또한, 단층 영상 생성부(320)는 제2 단층 영상과 제3 단층 영상을 이용하여 제4 단층 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 단층 영상 생성부(320)는 제1 투영영상 집합과 제2 투영영상 집합에서 치아 영역과 메탈 영역의 대조도(contrast ratio)에 기반하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합할 수 있다.
일례로, 단층 영상 생성부(320)는 수학식 1을 이용하여 제1 투영영상 집합과 제2 투영영상 집합을 결합할 수 있다.
[수학식 1]
수학식 1을 참고하면, PD는 투영영상 집합의 결합을 나타낼 수 있고, PL은 낮은 에너지의 투영영상 집합을 나타낼 수 있으며, w는 투영영상에서 치아 영역과 메탈영역의 대조비가 최대가 되는 결합계수를 나타낼 수 있고, PH는 높은 에너지의 투영영상 집합을 나타낼 수 있으며, s는 면 디텍터의 수평축을 나타낼 수 있고, t는 면 디텍터의 수직축을 나타낼 수 있으며, θ는 주사각을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 메탈 마스크 설정부(330)는 생성된 단층 영상의 화소값들과 임계값을 비교하여 생성된 단층 영상에서 단층 촬영 대상의 메탈 영역에 상응하는 메탈 마스크(metal mask)를 설정할 수 있다.
일례로, 메탈 마스크 설정부(330)는 단층 영상을 구성하는 복수의 화소 영역에 각각 상응하는 화소값들 중 어느 하나의 화소값이 임계값보다 클 경우, 어느 하나의 화소값에 상응하는 어느 하나의 화소 영역을 메탈 마스크(metal mask)로 설정할 수 있다.
즉, 메탈 마스크 설정부(330)는 단층 영상을 구성하는 복수의 화소 값을 임계값과 비교하여 메탈 마스크를 설정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 메탈 마스크 설정부(330)는 수학식 2를 이용하여 메탈 마스크를 설정할 수 있다.
[수학식 2]
수학식 2를 참고하면, MCT는 메탈마스크를 나타낼 수 있고, ID는 PD를 재구성하여 생성된 단층 영상을 나타낼 수 있으며, T는 메탈 마스크를 분류하기 위한 임계값을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 메탈 마스크 설정부(330)는 낮은 에너지의 엑스선 빔을 이용하여 생성된 투영영상 집합으로 재구성한 단층 영상이나 높은 에너지의 엑스선 빔을 이용하여 생성된 투영영상 집합으로 재구성한 단층 영상에 임계값을 적용하여 메탈 영역에 상응하는 메탈 마스크를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투영영상 집합 보정부(340)는 메탈 마스크(metal mask)에 기반한 순방향 투영 정보를 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정할 수 있다.
일례로, 투영영상 집합 보정부(340)는 설정된 메탈 마스크를 순방향으로 투영하여 순방향 투영 정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투영영상 집합 보정부(340)는 순방향 투영 정보를 이용하여 메탈 마스크와 메탈 마스크가 아닌 나머지 영역으로 구분하여 단층 영상에서 메탈 영역을 결정할 수 있다.
즉, 투영영상 집합 보정부(340)는 단층 영상에서 메탈 마스크의 경계선을 결정할 수 있다.
또한, 투영영상 집합 보정부(340)는 순방향 투영 정보를 이용하여 메탈 마스크에 상응하는 영역을 긍정값으로 분리하고, 나머지 영역을 부정값으로 분리할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투영영상 집합 보정부(340)는 메탈 마스크로부터 계산한 투영영상 집합이므로 메탈 영역에 의해 영향을 받은 화소를 정확하게 판별할 수 있다.
또한, 투영영상 집합 보정부(340)는 제1 및 제2 투영영상 집합에서 결정된 메탈 영역에 상응하는 화소값을 결정된 메탈 영역에 인접한 영역의 화소값으로 근사하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정할 수 있다.
일례로 투영영상 집합 보정부(340)는 결정된 메탈 영역의 경계 영역부터 내부 영역으로 제1 계층, 제2 계층 및 제3 계층으로 구분할 수 있다.
또한, 투영영상 집합 보정부(340)는 제1 계층을 구성하는 화소값들의 평균값을 이용하여 제2 계층의 화소값들을 근사하며, 근사된 화소값들의 평균값을 이용하여 제3 계층의 화소값들을 근사할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투영영상 집합 보정부(340)는 메탈 아티팩트를 저감하기 위해서 투영영상 집합에서 메탈 영역에 상응하는 화소값을 보정할 수 있다.
일례로, 투영영상 집합 보정부(340)는 메탈 영역에 속한 투영영상의 화소값이 메탈의 감쇄 특성으로 인해 빔 하드닝 현상의 영향을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 다른실시예에 따르면 엑스선 단층촬영 장치(300)는 빔 조사부(350) 및 빔 수집부(360)를 더 포함할 수 있다.
일례로, 빔 조사부(350)는 단층 촬영 대상으로 복수의 엑스선 빔을 조사할 수 있다.
또한, 빔 조사부(350)는 80 킬로볼트 피크 내지 90 킬로볼트 피크를 나타내는 관전압에 상응하는 복수의 엑스선 빔을 조사할 수 있다.
또한, 빔 조사부(350)는 치아의 감쇄계수 차이는 크지 않은 반면 티타늄이나 아말감의 감쇄계수 차이는 상대적으로 큰 80 킬로볼트 피크 내지 90 킬로볼트 피크를 나타내는 관전압에 상응하는 복수의 엑스선 빔을 조사할 수 있다.
예를 들어, 빔 조사부(350)는 엑스선 원(x-ray source)를 포함할 수 있다.
일례로, 빔 수집부(360)는 단층 촬영 대상을 투과한 복수의 엑스선 빔을 수집할 수 있다.
예를 들어, 빔 수집부(360)는 2차원 면 엑스선 디텍터를 포함할 수 있다.
본 발명은 에너지 차이가 크지 않은 이중 에너지를 이용하여 두 개의 투영영상 집합들을 생성하고, 생성된 투영영상 집합들에 기반하여 3차원 단층 영상에서 메탈 아티팩트(metal artifact)를 저감할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치에 의하여 촬영되는 치아의 구성 요소들의 CT 수치 및 에너지에 따른 감쇄 계수를 설명하는 도면이다.
도 4의 (a)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치가 낮은 에너지를 이용하여 치아 구성 요소들에 대한 투영영상 집합을 생성할 경우, 각 구성 요소의 CT 수치를 나타낼 수 있다.
예를 들어, 그래프의 가로축은 치아의 구성 요소들을 나타내고, 세로축은 CT 수치를 나타낼 수 있다.
일례로, 치아의 구성 요소들은 뼈, 상아질, 에나멜 및 티타늄을 포함할 수 있다.
도 4의 (b)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치가 높은 에너지를 이용하여 치아 구성 요소들에 대한 투영영상 집합을 생성할 경우, 각 구성 요소의 CT 수치를 나타낼 수 있다.
예를 들어, 그래프의 가로축은 치아의 구성 요소들을 나타내고, 세로축은 CT 수치를 나타낼 수 있다.
일례로, 치아의 구성 요소들은 뼈, 상아질, 에나멜 및 티타늄을 포함할 수 있다.
도 4의 (c)를 참고하면, 엑스선 광자의 에너지에 따른 감쇄계수의 변화를 나타낸다.
그래프의 가로축은 광자 에너지를 나타낼 수 있고, 세로축은 선형 감쇄계수를 나타낼 수 있다.
감쇄계수는 수치해석으로 산출될 수 있으며, 수치해석에 사용된 상아질과 에나멜층의 화학적 구성 성분 비율은 표 1과 같을 수 있다.
| 성분 | 에나멜층 ( % ) | 상아질( % ) |
| 카본(C) | 36.2 | 52.27 |
| 산소(O) | 34.21 | 30.57 |
| 나트륨(Na) | 0.44 | 0.42 |
| 마그네슘(Mg) | 0.23 | 0.34 |
| 인(P) | 10.86 | 6.23 |
| 염소(Cl) | 0.25 | - |
| 칼슘(Ca) | 17.74 | 9.15 |
치아 치료에 사용되는 아말감(amalgam)의 구성 성분은 표 2와 같을 수 있다. 표 2를 살펴보면, 아말감도 주로 은과 주석과 같은 금속 성분으로 이루어져 있어 엑스선 감쇄계수가 상대적으로 클 수 있다.
| 성분 | 아말감( % ) |
| 은(Ag) | 67~74 |
| 주석(Sn) | 25~28 |
| 구리(Cu) | 0~6 |
| 아연(Zn) | 0~2 |
| 수은(Hg) | 0~3 |
표 1과 표 2에 보인 구성 성분 비율과 물리적 밀도(뼈: 1.85g/cm3, 상아질: 2.1g/cm3, 에나멜: 2.96g/cm3, 티타늄: 4.54g/cm3, 아말감: 8g/cm3)를 고려하여 구한 엑스선 감쇄계수를 도 3의 (c)를 통하여 확인할 수 있다.
도 3의 (c)에 따르면 치아 촬영의 엑스선 에너지 대역에 해당하는 40 킬로볼트 내지 100 킬로볼트에서 티타늄과 아말감은 치아와 뼈에 비해 더 빠른 속도로 감쇄계수가 감소함을 볼 수 있다.
티타늄과 아말감의 감쇄계수가 광자 에너지가 높아짐에 따라 보다 빠른 속도로 감소하는 특성을 메탈 아티팩트를 저감하는데 이용하기 위해 이중 에너지 촬영을 할 수 있다.
치과용 CT 촬영은 대개 80 내지 100 킬로볼트 피크의 에너지 대역에서 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 10 킬로볼트 피크 정도의 작은 에너지 차이를 가지는 이중 에너지 촬영법을 사용될 수 있다.
10 킬로볼트 피크 정도의 작은 에너지 차이로는 이중 에너지 촬영의 기본 목적, 즉 물질 성분의 분해 촬영을 이룰 수는 없으나 메탈 아티팩트를 효과적으로 저감할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 치아 모형을 설명하는 도면이다. 구체적으로, 도 5는 치아 모형의 구성 요소들을 예시한다.
도 5를 참고하면, 치아 모형(500)은 아크릴(510), 폴리염화비닐(520), 치아 임플란트(530, 스크류(540) 및 치아 필링(550)을 포함할 수 있다.
치아 모형(500)은 생체 연부조직과 엑스선 감쇄특성이 비슷한 아크릴(510), 뼈와 비슷한 감쇄특성을 나타내는 폴리염화비닐(520), 금속 특성을 나타내는 임플란트(530), 스크류(540) 및 치아 필링(550)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 치아 필링(550)은 아말감 소재로 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 투영영상들을 조합하여 생성된 단층 영상들을 설명하는 도면이다.
도 6의 (a)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치가 낮은 에너지로 얻은 투영영상들을 재구성한 단층 영상을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 엑스선 단층촬영 장치가 제1 에너지를 갖는 엑스선 빔을 이용하여 수집된 투영영상 집합을 재구성하여 제2 단층 영상을 생성할 수 있다.
도 6의 (b)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치가 높은 에너지로 얻은 투영영상들을 재구성한 단층 영상을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 엑스선 단층촬영 장치가 제2 에너지를 갖는 엑스선 빔을 이용하여 수집된 투영영상 집합을 재구성하여 제3 단층 영상을 생성할 수 있다.
도 6의 (c)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치가 낮은 에너지와 높은 에너지로 얻은 투영영상들을 재구성한 단층 영상을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 엑스선 단층촬영 장치는 낮은 에너지와 높은 에너지의 투영영상 집합을 결합하여 투영영상 집합을 생성하고, 투영영상 집합을 재구성하여 아말감과 메탈 구조물이 확연하게 분리된 단층 영상을 생성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 에너지를 이용하여 생성된 단층 영상에서 치아 구성 요소들의 CT 수치를 설명하는 도면이다.
도 7은 엑스선 단층촬영 장치가 이중 에너지를 이용하여 생성된 단층 영상의 구성 별 CT 수치를 나타낸다.
구체적으로, 그래프의 가로축은 구강부의 구성 요소를 나타낼 수 있고, 세로축은 CT 수치를 나타낼 수 있다.
엑스선 단층촬영 장치가 낮은 에너지와 높은 에너지의 투영영상 집합을 결합하여 구강부를 이루는 생체 구조물과 티타늄의 CT 수치가 상호간에 중복되지 않고 확연히 분리된 단층 영상을 생성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 메탈영역이 결정된 단층 영상들을 설명하는 도면이다.
도 8의 (a)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치는 제1 에너지를 갖는 엑스선 빔을 이용하여 생성된 단층 영상에서 화소값과 임계값을 비교하여 단층 영상에서 메탈 영역을 결정할 수 있다.
도 8의 (b)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치는 제2 에너지를 갖는 엑스선 빔을 이용하여 생성된 단층 영상에서 화소값과 임계값을 비교하여 단층 영상에서 메탈 영역을 결정할 수 있다.
도 8의 (c)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치는 제1 및 제2 에너지를 갖는 엑스선 빔을 이용하여 생성된 결합단층 영상에서 화소값과 임계값을 비교하여 단층 영상에서 메탈 영역을 결정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 영역채움 방법을 설명하는 도면이다.
도 9를 참고하면, 왼쪽에 보인 메탈 임플란트의 일부분을 확대하여 오른쪽에 표시하였고 오른쪽 그림의 단위 사각형은 화소를 나타낼 수 있다.
엑스선 단층촬영 장치는 굵은 선으로 표시한 부분이 메탈의 경계선인데 메탈 영역을 제1 계층(901), 제2 계층(902) 및 제3 계층(903)으로 구분할 수 있다.
엑스선 단층촬영 장치는 제1 계층(901)에 해당하는 화소값은 화살표로 표시한 것과 같이 해당 화소에 가장 인접한 3개의 화소값을 평균한 값으로 채울 수 있다.
엑스선 단층촬영 장치는 제1 계층(901)에 있는 모든 화소값을 변경하여 채운 뒤 제2 계층(902)으로 이동하여 동일한 작업을 반복할 수 있다.
엑스선 단층촬영 장치는 이 작업을 메탈 영역의 모든 화소가 다 변경될 때까지 수행하고, 영역채움법으로 메탈 영역의 화소값을 보정할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치는 결정된 메탈 영역의 경계 영역부터 내부 영역으로 제1 계층, 제2 계층 및 제3 계층으로 구분할 수 있다.
또한, 엑스선 단층촬영 장치는 제1 계층을 구성하는 화소값들의 평균값을 이용하여 제2 계층의 화소값들을 근사할 수 있다.
또한, 엑스선 단층촬영 장치는 근사된 화소값들의 평균값을 이용하여 제3 계층의 화소값들을 근사할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 메탈 아티팩트가 저감된 단층 영상을 설명하는 도면이다.
도 10a의 (a)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치는 메탈 아티팩트에 대한 보정이 수행되지 않은 단층 영상을 생성할 수 있다.
엑스선 단층촬영 장치는 메탈 아티팩트에 의하여 치아의 모형이 부정확한 단층 영상을 생성할 수 있다.
도 10a의 (b)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치는 두 에너지를 이용하여 생성된 투영영상 집합을 이용하여 보정된 후, 단층 영상을 생성할 수 있다.
엑스선 단층촬영 장치는 메탈 아티팩트가 제거됨으로써, 치아의 모형이 정확한 단층 영상을 생성할 수 있다.
도 10b의 (a)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치는 메탈 아티팩트에 대한 보정이 수행되지 않은 단층 영상을 생성할 수 있다.
엑스선 단층촬영 장치는 메탈 아티팩트에 의하여 치아의 모형이 부정확한 단층 영상을 생성할 수 있다.
도 10b의 (b)를 참고하면, 엑스선 단층촬영 장치는 두 에너지를 이용하여 생성된 투영영상 집합을 이용하여 보정된 후, 단층 영상을 생성할 수 있다.
엑스선 단층촬영 장치는 메탈 아티팩트가 제거됨으로써, 치아의 모형이 정확한 단층 영상을 생성할 수 있다.
이중 에너지 촬영을 하게 되면 두 번 촬영을 하므로 촬영시간이 두 배로 늘어날 수도 있다.
그러나 낮은 에너지와 높은 에너지로 촬영할 때 엑스선 디텍터의 프레임 속도를 두 배로 하여 고속 주사를 하면 총 촬영시간을 같게 할 수 있다.
프레임 속도를 두 배로 늘리면 낮은 에너지와 높은 에너지로 얻은 각각의 단층 영상은 신호대잡음비가 저하되나, 영상의 평균을 취하면 신호대잡음비를 일반 단층촬영의 경우와 같은 수준으로 회복할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 11은 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 서로 다른 에너지를 갖는 복수의 엑스선 빔을 이용하여 투영영상 집합을 생성하고, 생성된 집합의 결합 영상을 이용하여 메탈 아티팩트를 보정하는 동작을 예시한다.
도 11을 참고하면, 단계(1101)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 복수의 엑스선 빔을 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 생성할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 서로 다른 크기의 에너지로 단층 촬영 대상을 투과하는 복수의 엑스선 빔을 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 생성할 수 있다.
단계(1102)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합하여 단층 영상을 생성할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합하여 단층 영상을 생성할 수 있다.
단계(1103)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 단층 영상에서 메탈 마스크를 설정할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 단층 영상의 화소값들과 임계값을 비교하여 생성된 단층 영상에서 단층 촬영 대상의 메탈 영역에 상응하는 메탈 마스크를 설정할 수 있다.
단계(1104)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 메탈 마스크에 기반한 순방향 투영 정보를 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 메탈 마스크에 기반한 순방향 투영 정보를 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정할 수 있다.
단계(1105)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 보정된 제1 및 제2 투영영상 집합을 이용하여 보정된 단층 영상을 생성할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 보정된 제1 투영영상 집합을 이용하여 제2 단층 영상을 생성할 수 있다.
또한, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 보정된 제2 투영영상 집합을 이용하여 제3 단층 영상을 생성하고, 제2 단층 영상과 제3 단층 영상을 이용하여 제4 단층 영상을 생성할 수 있다.
본 발명은 에너지 차이가 크지 않은 이중 에너지로 두 개의 투영영상 집합을 생성하고, 생성된 투영영상 집합들에 기반하여 단층 영상을 생성하며, 단층 영상에서 메탈 구조물의 위치와 형태를 정확하게 결정하여 투영영상들을 보정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법을 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 12는 엑스선 단층촬영 장치가 메탈 아티팩트가 감소된 단층 영상을 획득하는 절차를 예시한다.
도 12를 참고하면, 단계(1201)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 제1 에너지 및 제2 에너지 투영영상을 획득할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 제1 에너지를 갖는 엑스선 빔을 이용하여 제1 투영영상 집합을 획득하고, 제2 에너지를 갖는 엑스선 빔을 이용하여 제2 투영영상 집합을 획득할 수 있다.
단계(1202)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 제1 에너지 및 제2 에너지 투영영상 집합을 결합할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 서로 다른 에너지를 갖는 투영영상 집합들을 결합하여 결합된 투영영상 집합을 생성할 수 있다.
단계(1203)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 결합 투영영상으로부터 제1 단층 영상을 재구성할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 결합 투영영상 집합을 포함하는 복수의 투영영상들을 재구성하여 3차원의 단층 영상을 생성할 수 있다.
단계(1204)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 메탈 마스크를 구성할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 단층 영상을 구성하는 복수의 화소 영역에 각각 상응하는 화소값들 중 어느 하나의 화소값이 임계값보다 클 경우, 어느 하나의 화소값에 상응하는 어느 하나의 화소 영역을 메탈 마스크로 설정할 수 있다.
단계(1205)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 메탈 마스크의 순방향으로 투영할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 메탈 마스크에 대하여 순방향 투영하여 메탈 영역에서만 긍정값을 갖는 메탈 영역 투영 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 메탈 영역에서만 긍정값을 갖는 화소는 투영영상 집합에서의 엑스선이 인체를 투과할 때 메탈 영역을 투과한 화소일 수 있다.
단계(1206)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 메탈 마스크의 순방향 투영정보를 이용하여 투영영상을 보정할 수 있다.
단계(1207)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 보정된 투영영상으로 제2 및 제3 단층 영상을 재구성할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 낮은 에너지로 얻은 단층 영상과 높은 에너지로 얻은 단층 영상을 생성할 수 있다.
단계(1208)에서 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 제2 및 제3 단층 영상을 결합하여 제4 단층 영상을 생성할 수 있다.
즉, 엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법은 제2 및 제3 단층 영상을 결합하여 제4 단층 영상을 생성하고, 생성된 제4 단층 영상을 결합에 이용된 영상 수로 나눠서 신호대잡음비를 개선할 수 있다.
본 발명은 이중 에너지로 획득된 투영영상 집합들을 조합하여 단층 영상에서 메탈 구조물의 위치와 형태를 보다 정확히 파악하여 투영영상을 보정함으로써 단층 영상 내 메탈 아티팩트를 효과적으로 저감할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 메탈 아티팩트 저감 효율성을 설명하는 도면이다.
도 13을 참고하면, 그래프의 가로축은 상대 차이(relative error, REL), 절대차이(normalized absolute difference, NAD) 및 합차이(the sum of squared difference, SSD)를 나타낼 수 있고, 세로축은 에러를 나타낼 수 있다.
그래프 상에서 보정 전(1301), 단일 에너지 보정(1302)과 이중 에너지 보정(1303)을 대비하여 메탈 아티팩트 저감 효율성을 확인할 수 있다.
오류가 낮을수록 메탈 아티팩트 저감 효율성이 높을 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
300: 엑스선 단층촬영 장치 310: 투영영상 집합 생성부
320: 단층 영상 생성부 330: 메탈 마스크 설정부
340: 투영영상 집합 보정부 350: 빔 조사부
360: 빔 수집부
320: 단층 영상 생성부 330: 메탈 마스크 설정부
340: 투영영상 집합 보정부 350: 빔 조사부
360: 빔 수집부
Claims (14)
- 서로 다른 크기의 에너지로 단층 촬영 대상을 투과하는 복수의 엑스선 빔을 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 생성하는 투영영상 집합 생성부;
상기 생성된 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합하여 단층 영상을 생성하는 단층 영상 생성부;
상기 생성된 단층 영상의 화소값들과 임계값을 비교하여 상기 생성된 단층 영상에서 상기 단층 촬영 대상의 메탈 영역에 상응하는 메탈 마스크(metal mask)를 설정하는 메탈 마스크 설정부; 및
상기 설정된 메탈 마스크(metal mask)에 기반한 순방향 투영 정보를 이용하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 투영영상 집합 보정부를 포함하고,
상기 투영영상 집합 보정부는,
상기 설정된 메탈 마스크(metal mask)를 순방향으로 투영하여 상기 순방향 투영 정보를 생성하고,
상기 생성된 순방향 투영 정보를 이용하여 상기 메탈 마스크(metal mask)와 상기 메탈 마스크(metal mask)가 아닌 나머지 영역을 구분하며, 상기 단층 영상에서 상기 메탈 영역을 결정하며,
상기 제1 및 제2 투영영상 집합에서 상기 결정된 메탈 영역의 경계 영역부터 내부 영역으로 제1 계층, 제2 계층 및 제3 계층으로 구분하고,
상기 제2 계층의 화소들의 화소값들을 상기 제2 계층의 화소들 각각에 인접한 제1 계층의 화소들의 평균 화소값을 이용하여 근사하고, 상기 제2 계층의 화소들의 화소값들을 모두 근사한 후, 상기 제3 계층의 화소들의 화소값들을 상기 제3 계층의 화소들 각각에 인접한 제2 계층의 화소들의 평균 화소값을 이용하여 근사하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는
엑스선 단층촬영 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 단층 영상 생성부는,
상기 보정된 제1 투영영상 집합을 이용하여 제2 단층 영상을 생성하고, 상기 보정된 제2 투영영상 집합을 이용하여 제3 단층 영상을 생성하고, 상기 제2 단층 영상과 상기 제3 단층 영상을 이용하여 제4 단층 영상을 생성하는
엑스선 단층촬영 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 메탈 마스크 영역 설정부는,
상기 단층 영상을 구성하는 복수의 화소 영역에 각각 상응하는 상기 화소값들 중 어느 하나의 화소값이 상기 임계값보다 클 경우, 상기 어느 하나의 화소값에 상응하는 어느 하나의 화소 영역을 상기 메탈 마스크(metal mask)로 설정하는
엑스선 단층촬영 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 단층 촬영 대상으로 상기 복수의 엑스선 빔을 조사하는 빔 조사부; 및
상기 단층 촬영 대상을 투과한 상기 복수의 엑스선 빔을 수집하는 빔 수집부를 더 포함하는
엑스선 단층촬영 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 투영영상 집합 생성부는,
상기 수집된 복수의 엑스선 빔 중 제1 에너지 크기를 갖는 엑스선 빔에 기반하여 상기 제1 투영영상 집합을 생성하고,
상기 수집된 복수의 엑스선 빔 중 제2 에너지 크기를 갖는 엑스선 빔에 기반하여 상기 제2 투영영상 집합을 생성하는
엑스선 단층촬영 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 에너지 크기와 상기 제2 에너지 크기의 차이는, 20 킬로볼트 피크(kilovolt peak, kvp)이하이고,
상기 제1 에너지 크기와 상기 제2 에너지 크기는, 80 킬로볼트 피크(kilovolt peak, kvp) 내지 100 킬로볼트 피크(kilovolt peak, kvp)에 포함되는
엑스선 단층촬영 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 단층 영상 생성부는,
상기 제1 투영영상 집합과 상기 제2 투영영상 집합에서 치아 영역과 상기 메탈 영역의 대조도(contrast ratio)에 기반하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합하는
엑스선 단층촬영 장치.
- 투영영상 집합 생성부에서, 서로 다른 크기의 에너지로 단층 촬영 대상을 투과하는 복수의 엑스선 빔을 이용하여 제1 및 제2 투영영상 집합을 생성하는 단계;
단층 영상 생성부에서, 상기 생성된 제1 및 제2 투영영상 집합을 결합하여 단층 영상을 생성하는 단계;
메탈 마스크 설정부에서, 상기 생성된 단층 영상의 화소값들과 임계값을 비교하여 상기 생성된 단층 영상에서 상기 단층 촬영 대상의 메탈 영역에 상응하는 메탈 마스크(metal mask)를 설정하는 단계;
투영영상 집합 보정부에서, 상기 설정된 메탈 마스크(metal mask)에 기반한 순방향 투영 정보를 이용하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 단계; 및
상기 단층 영상 생성부에서, 상기 보정된 제1 투영영상 집합을 이용하여 제2 단층 영상을 생성하고, 상기 보정된 제2 투영영상 집합을 이용하여 제3 단층 영상을 생성하고, 상기 제2 단층 영상과 상기 제3 단층 영상을 이용하여 제4 단층 영상을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 단계는,
상기 설정된 메탈 마스크(metal mask)를 순방향으로 투영하여 상기 순방향 투영 정보를 생성하는 단계;
상기 생성된 순방향 투영 정보를 이용하여 상기 메탈 마스크(metal mask)와 상기 메탈 마스크(metal mask)가 아닌 나머지 영역을 구분하며, 상기 단층 영상에서 상기 메탈 영역을 결정하는 단계;
상기 제1 및 제2 투영영상 집합에서 상기 결정된 메탈 영역의 경계 영역부터 내부 영역으로 제1 계층, 제2 계층 및 제3 계층으로 구분하는 단계;
상기 제2 계층의 화소들의 화소값들을 상기 제2 계층의 화소들 각각에 인접한 제1 계층의 화소들의 평균 화소값을 이용하여 근사하는 단계;및
상기 제2 계층의 화소들의 화소값들을 모두 근사한 후, 상기 제3 계층의 화소들의 화소값들을 상기 제3 계층의 화소들 각각에 인접한 제2 계층의 화소들의 평균 화소값을 이용하여 근사하여 상기 제1 및 제2 투영영상 집합을 보정하는 단계를 포함하는
엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 메탈 마스크(metal mask)를 설정하는 단계는,
상기 단층 영상을 구성하는 복수의 화소 영역에 각각 상응하는 상기 화소값들 중 어느 하나의 화소값이 상기 임계값보다 클 경우, 상기 어느 하나의 화소값에 상응하는 어느 하나의 화소 영역을 상기 메탈 마스크(metal mask)로 설정하는 단계를 포함하는
엑스선 단층촬영 장치의 동작 방법.
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