KR102104534B1 - 엑스선 촬영 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
대상체로 엑스선을 조사하여 획득한 엑스선 영상들로부터 대상체의 3차원 볼륨을 복원할 때 보다 선명한 3차원 볼륨을 얻을 수 있는 엑스선 촬영 장치 및 그 제어 방법이 개시된다.
엑스선 촬영 장치의 일 실시예는 서로 다른 위치에서 대상체로 엑스선을 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 전기적 신호로 변환하는 엑스선 검출부; 및 상기 변환된 전기적 신호로부터 상기 대상체에 대한 복수의 엑스선 영상이 획득되면 상기 복수의 엑스선 영상을 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑하고, 각 그룹별로 영상 복원을 수행하는 영상 처리부를 포함한다.
엑스선 촬영 장치의 일 실시예는 서로 다른 위치에서 대상체로 엑스선을 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 전기적 신호로 변환하는 엑스선 검출부; 및 상기 변환된 전기적 신호로부터 상기 대상체에 대한 복수의 엑스선 영상이 획득되면 상기 복수의 엑스선 영상을 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑하고, 각 그룹별로 영상 복원을 수행하는 영상 처리부를 포함한다.
Description
대상체로 엑스선을 조사하여 획득한 엑스선 영상들로부터 대상체의 3차원 볼륨을 복원할 때 보다 선명한 3차원 볼륨을 얻을 수 있는 엑스선 촬영 장치 및 그 제어 방법이 개시된다.
엑스선 촬영 장치는 엑스선(X-ray)을 인체나 물건과 같은 대상체에 조사하여, 대상체의 내부에 대한 영상을 획득하는 영상 장치이다. 엑스선 촬영 장치는 대상체 내부 구조를 용이하게 파악할 수 있기 때문에 의료 분야 등에서 인체 내부의 병변과 같은 이상을 검출하거나, 물체나 부품의 내부 구조를 파악하기 위해서 사용된다. 또한 엑스선 촬영 장치는 공항 등에서 수하물 내부를 확인하기 위해 사용되기도 한다.
이와 같은 엑스선 촬영 장치로는 디지털 엑스선 촬영 장치(Digital Radiography; DR), 컴퓨터 단층 촬영 장치(Computed tomography; CT), 유방 촬영 장치(Full Field Digital Mammography; FFDM; 마모그라피) 등을 예로 들 수 있다.
엑스선 촬영 장치의 동작 원리에 대해 살펴보면 다음과 같다. 엑스선 촬영 장치는 인체나 물건 등의 대상체에 엑스선을 조사한 다음, 대상체를 투과하거나 대상체를 투과하지 않고 직접 도달하는 엑스선을 수광한다. 그리고 수광된 엑스선을 전기적 신호로 변환시키고, 변환된 전기적 신호를 독출(read-out)함으로써 엑스선 영상을 생성한다. 생성된 엑스선 영상은 디스플레이부를 통해 디스플레이된다. 이로써 사용자는 대상체의 내부 구조를 파악할 수 있다.
대상체로 엑스선을 조사하여 획득한 엑스선 영상들로부터 대상체의 3차원 볼륨을 복원할 때 보다 선명한 3차원 볼륨을 얻을 수 있는 엑스선 촬영 장치 및 그 제어 방법이 개시된다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치는 서로 다른 위치에서 대상체로 엑스선을 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 전기적 신호로 변환하는 엑스선 검출부; 및 상기 변환된 전기적 신호로부터 상기 대상체에 대한 복수의 엑스선 영상이 획득되면 상기 복수의 엑스선 영상을 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑하고, 각 그룹별로 영상 복원을 수행하는 영상 처리부를 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치의 제어 방법은 엑스선 발생부가 서로 다른 위치에서 대상체로 엑스선을 조사하는 단계; 엑스선 검출부가 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 전기적 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 전기적 신호로부터 상기 대상체에 대한 복수의 엑스선 영상이 획득되면 상기 복수의 엑스선 영상을 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑하는 단계; 및 상기 그룹핑이 완료되면, 그룹별로 영상 복원을 수행하는 단계를 포함한다.
흉부 엑스선 영상들을 심장 위상 별로 그룹핑하고, 각 그룹 별로 영상 복원을 수행함으로써, 영상 복원 결과로 얻어지는 3차원 볼륨 데이터의 품질을 향상시킬 수 있다.
그룹별로 3차원 볼륨 데이터가 획득되므로, 그룹별로 획득된 3차원 볼륨 데이터에 기초하여 심박출량을 산출할 수 있다.
그룹별로 획득된 3차원 볼륨 데이터를 각각 볼륨 렌더링하여 복수의 2차원 투영 영상 또는 복수의 3차원 입체 영상을 획득하고, 복수의 2차원 투영 영상을 순차적으로 디스플레이하거나, 복수의 3차원 입체 영상을 순차적으로 디스플레이함으로써, 조작자가 심장 모션의 이상 여부를 확인할 수 있다.
도 1은 엑스선 촬영 장치의 일 예에 대한 사시도이다.
도 2는 엑스선 촬영 장치의 다른 예에 대한 사시도이다.
도 3은 엑스선 촬영 장치의 또 다른 예에 대한 사시도이다.
도 4는 엑스선 촬영 장치의 또 다른 예에 대한 사시도이다.
도 5는 엑스선 촬영 장치의 제어구성을 도시한 도면이다.
도 6은 엑스선 발생부에 포함되는 엑스선 튜브의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 엑스선 검출부의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 영상 처리부를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 9는 도 1 또는 도 2의 엑스선 촬영 장치에서 획득된 복수의 엑스선 영상으로부터 그룹별 3차원 볼륨 데이터가 획득되기까지의 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 도 3 또는 도 4의 엑스선 촬영 장치에서 획득된 복수의 엑스선 영상으로부터 그룹별 3차원 볼륨 데이터가 획득되기까지의 과정을 도시한 도면이다.
도 11은 볼륨 렌더링을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 엑스선 촬영 장치의 다른 예에 대한 사시도이다.
도 3은 엑스선 촬영 장치의 또 다른 예에 대한 사시도이다.
도 4는 엑스선 촬영 장치의 또 다른 예에 대한 사시도이다.
도 5는 엑스선 촬영 장치의 제어구성을 도시한 도면이다.
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도 7은 엑스선 검출부의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 영상 처리부를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 9는 도 1 또는 도 2의 엑스선 촬영 장치에서 획득된 복수의 엑스선 영상으로부터 그룹별 3차원 볼륨 데이터가 획득되기까지의 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 도 3 또는 도 4의 엑스선 촬영 장치에서 획득된 복수의 엑스선 영상으로부터 그룹별 3차원 볼륨 데이터가 획득되기까지의 과정을 도시한 도면이다.
도 11은 볼륨 렌더링을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 엑스선 촬영 장치 및 그 제어 방법에 대한 실시예들을 설명한다. 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
개시된 엑스선 촬영 장치는 토모신세시스 방식의 엑스선 촬영 장치일 수 있다. 토모신세시스(tomoshnthesis) 방식은 서로 다른 위치에서 대상체로 엑스선을 조사하고, 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 복수의 엑스선 영상을 획득하는 것을 말한다.
토모신세시스 방식의 엑스선 촬영 장치로는 디지털 엑스선 촬영 장치(Digital Radiography; DR), 컴퓨터 단층 촬영 장치(Computed tomography; CT)를 예로 들 수 있다.
엑스선 촬영 장치는 인체의 다양한 부위 예를 들어, 흉부, 구강, 유방 및 뼈를 촬영하는데 사용될 수 있다. 이하의 설명에서는 엑스선 촬영 장치가 인체의 흉부를 촬영하는 경우, 엑스선 촬영 장치의 동작을 구체적으로 설명하기로 한다. 그리고 설명의 편의상 '인체의 흉부'를 '대상체'라 칭하기로 한다.
도 1은 엑스선 촬영 장치(100)의 일 예에 대한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엑스선 촬영 장치(100)는 엑스선 발생부(110), 엑스선 검출부(120) 및 호스트 장치(130)를 포함할 수 있다.
엑스선 발생부(110)는 홀더(102)에 결합된다. 홀더(102)는 천장에 마련된 레일에 결합된다. 홀더(102)는 레일을 따라 수평 방향으로 이동될 수 있다. 이처럼 홀더(102)를 레일을 따라 이동시킴으로써 엑스선 발생부(110)의 위치를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한 홀더(102)는 상하 방향으로 길이가 조절된다. 따라서 홀더(102)의 상하 길이를 조절함으로써 엑스선 발생부(110)의 위치를 상하로 이동시킬 수 있다.
엑스선 검출부(120)는 지지대(101)에 마련된다. 엑스선 검출부(120)는 지지대(101)를 따라 상하로 이동된다.
대상체(30)는 엑스선 발생부(110)와 엑스선 검출부(120) 사이에 위치한다. 엑스선 촬영이 시작되면, 엑스선 발생부(110)는 위쪽에서 아래쪽으로 이동되거나, 아래쪽에서 위쪽으로 이동될 수 있다. 이 때, 엑스선 발생부(110)의 이동은 조작자에 의해 수동으로 이루어지거나, 자동으로 이루어질 수 있다. 여기서, 조작자는 전문의 또는 의사와 같은 전문 의료진을 말한다. 또는 조작자는 전문 의료진과 동등한 자격을 갖추거나 허가된 사람을 포함할 수 있다. 넓게는 조작자는 엑스선 촬영 장치(100)의 작동을 제어하는 사용자를 포함할 수 있다.
엑스선 검출부(120)는 엑스선 발생부(110)를 따라 자동으로 이동될 수 있다. 즉, 엑스선 촬영이 진행되는 동안 엑스선 발생부(110)와 엑스선 검출부(120)는 대상체(30)를 중심으로 마주보는 상태에서 위쪽에서 아래쪽으로, 또는 아래쪽에서 위쪽으로 이동한다.
도 1에 도시되지는 않았지만, 엑스선 촬영 장치(100)에는 엑스선 발생부(110)의 위치를 검출하기 위한 검출 수단이 더 구비될 수 있다. 위치 검출 수단으로는 카메라를 예로 들 수 있다. 이 경우, 카메라는 지지대(101) 또는 엑스선 검출부(120)의 주변에 설치되어, 엑스선 발생부(110)를 촬영할 수 있다. 그 다음 카메라에 의해 촬영된 영상에서 엑스선 발생부(110)의 위치를 검출하고, 검출 결과에 기초하여 엑스선 검출부(120)를 이동시켜야 할 거리를 산출할 수 있다. 엑스선 검출부(120)는 이러한 방법으로 엑스선 발생부(110)를 따라 이동될 수 있다.
또한, 카메라에 의해 촬영된 영상에서 엑스선 발생부(110)의 위치를 보다 용이하게 검출하기 위하여, 엑스선 발생부(110)에는 적어도 하나의 마커가 마련될 수도 있다. 일 예로, 적어도 하나의 마커는 서로 동일한 모양 및/또는 색상을 가질 수 있다. 다른 예로, 적어도 하나의 마커는 서로 다른 모양 및/또는 색상을 가질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 엑스선 촬영 장치(100)를 이용하면 앉아 있거나 서있는 대상체(30)로 엑스선을 조사하여 엑스선 영상을 획득할 수 있다.
호스트 장치(130)는 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 호스트 장치(130)는 입력부(131) 및 디스플레이부(132)를 포함할 수 있다.
입력부(131)는 엑스선 촬영 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 지시나 명령을 조작자로부터 입력받을 수 있다. 이러한 입력부(131)는 풋 페달, 키보드 및 마우스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 풋 페달은 호스트 장치(130)의 하부에 마련될 수 있다. 키보드는 적어도 하나의 키 및/또는 적어도 하나의 놉(knop)을 포함할 수 있다.
디스플레이부(132)는 엑스선 촬영 장치(100)에서 획득된 영상을 디스플레이할 수 있다. 엑스선 촬영 장치(100)에서 획득된 영상으로는 대상체(30)에 대한 복수의 엑스선 영상, 2차원 투영 영상, 및 3차원 입체 영상(3D stereo image)을 예로 들 수 있다. 여기서, 2차원 투영 영상은 복수의 엑스선 영상으로부터 복원된 3차원 볼륨 데이터를 소정 시점을 기준으로 볼륨 렌더링하여 획득한 영상을 말한다. 3차원 입체 영상은 3차원 볼륨 데이터를 좌시점 및 우시점에서 각각 볼륨 렌더링하여 얻은 좌영상 및 우영상을 합성하여 얻은 영상을 말한다.
도 1은 호스트 장치(130)가 하나의 디스플레이부(132)를 포함하는 경우를 도시하고 있다. 그러나 개시된 발명은 이로 한정되지 않으며, 호스트 장치(130)에는 복수의 디스플레이부(132)가 마련될 수도 있다. 예를 들면, 호스트 장치(130)에는 두 개의 디스플레이부(132)가 마련될 수 있다. 이 경우, 하나의 디스플레이부(132)에는 복수의 엑스선 영상이 디스플레이되고, 다른 하나의 디스플레이부(132)에는 2차원 투영 영상 또는 3차원 입체 영상이 디스플레이될 수 있다.
다른 예로, 호스트 장치(130)에 마련된 디스플레이부(132)의 디스플레이 영역을 복수개로 분할하고, 각 분할 영역마다 복수의 엑스선 영상, 2차원 투영 영상 및 3차원 입체 영상을 디스플레이할 수도 있다. 또는 엑스선 촬영 중에 엑스선 촬영 장치(110)에서 영상이 획득될 때마다 획득된 영상을 디스플레이부(132)를 통해 디스플레이할 수도 있다. 이 때, 먼저 디스플레이 되고 있던 영상은 저장부(미도시)에 저장되거나, 아이콘으로 디스플레이 영역의 하단에 표시될 수 있다.
이처럼 디스플레이부(132)를 통해 어떠한 영상을 어떠한 방식으로 디스플레이할 것인지는 조작자에 의해 사전에 설정될 수 있다. 또한 설정된 값은 엑스선 촬영 중 또는 엑스선 촬영 완료 후, 조작자에 의해 변경 가능하도록 구현될 수 있다.
도 2는 엑스선 촬영 장치(100)의 다른 예에 대한 사시도이다.
도 1에 도시된 엑스선 촬영 장치(100)는 앉아 있거나 서 있는 대상체(30)로 엑스선을 조사하여 엑스선 영상을 획득한다. 이에 비하여, 도 2에 도시된 엑스선 촬영 장치(100)는 테이블(103) 위에 놓여진 대상체(30)로 엑스선을 조사하여 엑스선 영상을 획득한다.
도 2를 참조하면, 엑스선 발생부(110)가 홀더(102)에 천장에 결합되고, 홀더(102)가 천장에 마련된 레일을 따라 수평 방향으로 이동된다는 점은 도 1과 동일하다. 도 2의 엑스선 촬영 장치(100)가 도 1의 엑스선 촬영 장치(100)와 다른 점은 엑스선 발생부(110)의 하부에 테이블(103)이 마련된다는 점이다. 테이블(103)의 하부에는 엑스선 검출부(120)가 마련된다. 이 때, 엑스선 검출부(120)는 테이블(103)의 하부에서 수평 방향으로 이동될 수 있도록 설치된다.
엑스선 촬영이 시작되면, 엑스선 발생부(110)는 수평 방향 예를 들어, 테이블(103)의 길이 방향으로 이동될 수 있다. 이 때, 엑스선 발생부(110)의 이동은 조작자에 의해 수동으로 이루어지거나, 자동으로 이루어질 수 있다. 엑스선 검출부(120)는 엑스선 발생부(110)를 따라 자동으로 이동될 수 있다. 이를 위해 엑스선 촬영 장치(100)는 엑스선 발생부(110)의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 수단(미도시)이 더 구비될 수 있다.
한편, 도 2는 엑스선 발생부(110) 및 엑스선 검출부(120)가 테이블(103)의 길이 방향으로 이동되는 경우를 도시하고 있지만, 엑스선 발생부(110) 및 엑스선 검출부(120)는 테이블의 너비 방향으로 이동될 수도 있다.
도 3은 엑스선 촬영 장치(100)의 또 다른 예에 대한 사시도이다.
도 3에 도시된 엑스선 촬영 장치(100)는 도 2에 도시된 엑스선 촬영 장치(100)와 마찬가지로 테이블 위에 놓여진 대상체(30)로 엑스선을 조사하여 엑스선 영상을 획득한다.
도 3에 도시된 엑스선 촬영 장치(100)는 도 2에 도시된 엑스선 촬영 장치(100)와 비교하였을 때, 엑스선 검출부(120)를 포함하는 테이블(103)이 구비된다는 점은 유사하지만, C형 암(C-Arm, 104)이 구비된다는 점이 다르다.
C형 암(104)에는 엑스선 발생부(110)가 마련된다. 엑스선 촬영이 시작되면 엑스선 발생부(110)는 C형 암(104)을 따라 이동하면서 서로 다른 위치에서 대상체(30)로 엑스선을 조사한다. 이 때, 테이블(103)에 마련된 엑스선 검출부(120)의 위치는 고정될 수 있다.
도 3은 C형 암(104)의 위치를 고정시키고, C형 암(104)을 따라 엑스선 검출부(120)를 이동시키는 모습을 도시하고 있으나, C형 암(104)에 엑스선 발생부(110)의 위치를 고정시키고 C형 암(104) 자체를 이동시킬 수도 있다.
도 4는 엑스선 촬영 장치(100)의 또 다른 예에 대한 사시도이다.
도 4에 도시된 엑스선 촬영 장치(100)는 도 3에 도시된 엑스선 촬영 장치(100)와 비교하였을 때, C형 암(104)이 구비된다는 점은 유사하지만 C형 암(104)에 복수의 엑스선 발생부(110a, 110b, 110c, 110d, 110e)가 마련된다는 점이 다르다.
엑스선 촬영이 시작되면 복수의 엑스선 발생부(110a, 110b, 110c, 110d, 110e)는 대상체(30)를 향해 동시에 엑스선을 조사하거나 차례로 엑스선을 조사할 수 있다. 이 때, 테이블(103)에 마련된 엑스선 검출부(120)의 위치는 고정될 수 있다.
도 3의 엑스선 촬영 장치(100) 또는 도 4의 엑스선 촬영 장치(100)를 이용하면 여러 위치에서 대상체(30)로 엑스선이 조사되므로, 여러 각도에서 엑스선 영상을 획득할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에서는 엑스선 발생부(110)의 위치와는 상관 없이 엑스선 검출부(120)의 위치가 고정되는 경우를 도시하였지만, 개시된 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 엑스선 검출부(120)는 엑스선 발생부(110)와 마주보는 상태가 유지되도록 엑스선 발생부(110)를 따라 이동될 수도 있다.
이상으로 도 1 내지 도 4를 참조하여 엑스선 촬영 장치(100)의 외관에 대한 다양한 예들을 설명하였다. 다음으로, 엑스선 촬영 장치(100)의 제어구성에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 엑스선 촬영 장치(100)의 제어구성을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 엑스선 촬영 장치(100)는 입력부(131), 디스플레이부(132), 엑스선 발생부(110), 엑스선 검출부(120), 제어부(140) 및 영상 처리부(150)를 포함할 수 있다.
입력부(131) 및 디스플레이부(132)는 앞서 도 1을 참조하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
엑스선 발생부(110)는 엑스선을 발생시켜 대상체(30)로 조사한다. 엑스선 발생부(110)는 엑스선을 발생시키는 엑스선 튜브(111)를 포함한다. 여기서 엑스선 튜브(111)에 대한 보다 구체적인 설명을 위해 도 6을 참조하기로 한다.
도 6은 엑스선 발생부(110)에 포함되는 엑스선 튜브(111)의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 엑스선 튜브(111)는 양극(111c)과 음극(111e)을 포함하는 2극 진공관으로 구현될 수 있다. 이 때 관체는 규산경질 유리 등을 재료로 하는 유리관(111a)일 수 있다.
음극(111e)은 필라멘트(111h)와, 전자를 집속시키는 집속 전극(111g)을 포함한다. 집속 전극(111g)은 포커싱 컵(focusing cup)이라고도 한다. 유리관(111a)의 내부를 약 10mmHg 정도의 고진공 상태로 만들고 음극(111e)의 필라멘트(111h)를 고온으로 가열하여 열전자를 발생시킨다. 필라멘트(111h)의 일 예로 텅스텐 필라멘트를 사용할 수 있고 필라멘트에 연결된 전기도선(111f)에 전류를 가하여 필라멘트(111h)를 가열할 수 있다. 그러나 개시된 발명의 실시예가 음극(111e)에 필라멘트(111h)를 채용하는 것에 한정되는 것은 아니며, 고속 펄스로 구동 가능한 카본 나노 튜브(carbon nano-tube)를 음극(111e)으로 할 수도 있다.
양극(111c)은 주로 구리로 구성되고, 음극(111e)과 마주보는 쪽에 타겟 물질(111d)이 도포 또는 배치된다. 타겟 물질로는 예를 들어, Cr, Fe, Co, Ni, W, Mo 등의 고저항 재료(high-Z material)들이 사용될 수 있다. 타겟 물질의 녹는점이 높을수록 초점 크기(focal spot size)가 작아진다.
음극(111e)과 양극(111c) 사이에 고전압을 걸어주면 열전자가 가속되어 양극(111c)의 타겟 물질(111d)에 충돌하면서 엑스선을 발생시킨다. 발생된 엑스선은 윈도우(111i)를 통해 외부로 조사된다. 윈도우의 재료로는 베릴륨(Be) 박막이 사용될 수 있다. 이 때, 윈도우(111i)의 전면 또는 후면에는 필터(미도시)를 위치시켜 특정 에너지 대역의 엑스선을 필터링할 수 있다.
타겟 물질(111d)은 로터(111b)에 의해 회전될 수 있다. 타겟 물질(111d)이 회전하게 되면 타겟 물질(111d)이 고정된 경우에 비하여 열 축적율이 단위 면적당 10배 이상 증대될 수 있고, 초점 크기가 감소될 수 있다.
엑스선 튜브(111)의 음극(111e)과 양극(111c) 사이에 가해지는 전압을 관전압(tube voltage)이라 한다. 관전압의 크기는 파고치(단위 kVp)로 표시할 수 있다.
관전압이 증가하면 열전자의 속도가 증가된다. 그 결과 타겟 물질(111d)에 충돌하여 발생되는 엑스선의 에너지(광자의 에너지)가 증가한다. 엑스선의 에너지가 증가하면, 대상체(30)를 투과하는 엑스선의 양이 증가한다. 엑스선의 투과량이 증가하면 엑스선 검출부(120)에 의해 검출되는 엑스선의 양이 증가한다. 그 결과, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)가 높은 엑스선 영상 즉, 고품질의 엑스선 영상이 얻어진다.
반대로 관전압이 낮아지면 열전자의 속도가 감소되고, 타겟 물질(111d)에 충돌하여 발생되는 엑스선의 에너지가 감소한다. 엑스선의 에너지가 감소하면, 대상체(30)로 흡수되는 엑스선의 양이 증가하고, 엑스선 검출부(120)에 의해 검출되는 엑스선의 양이 감소한다. 그 결과, 신호 대 잡음비가 낮은 영상 즉, 저품질의 엑스선 영상이 얻어진다.
엑스선 튜브(111)에 흐르는 전류는 관전류(tube current)라 하며 평균치(단위 mA)로 표시할 수 있다. 관전류가 증가하면 엑스선량(광자의 수; dose)이 증가하고, 신호 대 잡음비가 높은 엑스선 영상이 얻어진다. 반대로 관전류가 감소하면 엑스선량이 감소하고, 신호 대 잡음비가 낮은 엑스선 영상이 얻어진다.
요약하면, 관전압을 제어하여 엑스선의 에너지를 제어할 수 있다. 그리고 관전류 및 엑스선 노출 시간을 조절하여 엑스선의 선량 또는 세기를 제어할 수 있다. 따라서 대상체(30)의 종류나 특성에 따라 관전압 및 관전류를 제어하여, 조사되는 엑스선의 에너지 및 선량을 제어할 수 있다.
엑스선 소스(110)에서 조사되는 엑스선은 일정 에너지 대역을 갖는다. 에너지 대역은 상한과 하한에 의해 정의될 수 있다. 에너지 대역의 상한, 즉 조사되는 엑스선의 최대 에너지는 관전압의 크기에 의해 조절될 수 있다. 에너지 대역의 하한, 즉 조사되는 엑스선의 최소 에너지는 엑스선 발생부(110)에 구비된 필터(미도시)에 의해 조절될 수 있다. 필터를 이용하여 저에너지 대역의 엑스선을 여과시키면, 조사되는 엑스선의 평균 에너지를 높일 수 있다. 한편, 조사되는 엑스선의 에너지는 최대 에너지 또는 평균 에너지로 나타낼 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 엑스선 검출부(120)는 대상체(30)를 투과한 엑스선을 검출하여 전기적 신호로 변환한다. 여기서 엑스선 검출부(120)에 대한 보다 상세한 설명을 위해 도 7을 참조하기로 한다.
도 7을 참조하면, 엑스선 검출부(120)는 엑스선을 검출하여 전기적인 신호로 변환하는 수광 소자(121)와 전기적인 신호를 읽어 내는 독출 회로(122)를 포함한다. 여기서, 독출 회로(122)는 복수의 픽셀 영역을 포함하는 2차원 픽셀 어레이 형태로 이루어진다. 수광 소자(121)를 구성하는 물질로는 단결정 반도체 물질을 사용될 수 있다. 단결정 반도체 물질의 예로는 Ge, CdTe, CdZnTe, GaAs 를 들 수 있다. 단결정 반도체 물질을 사용하면, 낮은 에너지와 적은 선량에서 높은 해상도, 빠른 응답 시간 및 높은 동적 영역을 확보할 수 있다.
수광 소자(121)는 고저항의 n형 반도체 기판(121a)의 하부에 p형 반도체가 2차원 픽셀 어레이 구조로 배열된 p형 층(121b)을 접합하여 PIN 포토다이오드 형태로 형성될 수 있다. CMOS 공정을 이용한 독출 회로(122)는 각 픽셀 별로 수광 소자(121)와 결합된다. CMOS 독출 회로(122)와 수광 소자(121)는 플립 칩 본딩 방식으로 결합할 수 있다. 구체적으로, 땜납(PbSn), 인듐(In) 등의 범프(bump; 123)를 형성한 후 리플로우(reflow)하고 열을 가하며 압착하는 방식으로 결합할 수 있다. 다만, 상술한 구조는 엑스선 검출부(120)의 일 실시예에 불과하며, 엑스선 검출부(120)의 구조가 이것으로 한정되는 것은 아니다.
다시 도 5를 참조하면, 제어부(140)는 엑스선 촬영 장치(100) 내의 각 구성요소들 연결하고 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(140)는 엑스선 발생부(110) 및/또는 엑스선 검출부(120)의 위치 이동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(140)는 엑스선 발생부(110) 및 엑스선 검출부(120)를 초기 위치에 위치시킨 다음, 엑스선 발생부(110) 및 엑스선 검출부(120)가 마주보는 상태가 유지되도록 엑스선 발생부(110) 및 엑스선 검출부(120)를 이동시킬 수 있다. 만약, 엑스선 발생부(110)의 위치가 조작자에 의해 수동으로 이동되는 경우, 제어부(140)는 엑스선 발생부(110)를 따라 엑스선 검출부(120)를 이동시킬 수 있다.
영상 처리부(150)는 엑스선 검출부(120)의 각 픽셀에서 출력된 전기적 신호를 기초로 엑스선 영상을 생성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 엑스선 발생부(110)는 서로 다른 위치에서 대상체(30)로 엑스선을 조사한다. 따라서 영상 처리부(150)는 엑스선 발생부(110)의 각 위치마다 그에 대응하는 엑스선 영상을 생성할 수 있다. 이처럼 복수의 엑스선 영상이 획득되면, 영상 처리부(150)는 복수의 엑스선 영상을 소정 기준에 따라 그룹핑하고, 각 그룹 별로 영상 복원을 수행할 수 있다. 여기서, 영상 처리부(150)에 대한 보다 구체적인 설명을 위해 도 8을 참조하기로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 영상 처리부(150)는 영상 생성부(151), 영상 그룹핑부(153), 영상 복원부(155), 볼륨 렌더링부(157) 및 산출부(159)를 포함할 수 있다.
영상 생성부(151)는 엑스선 검출부(120)의 각 픽셀에서 출력된 전기적 신호를 기초로 엑스선 영상을 생성할 수 있다. 구체적으로, 엑스선 발생부(110)가 서로 다른 위치에서 대상체(30)로 엑스선을 조사할 때마다, 엑스선 검출부(120)의 각 픽셀에서는 전기적 신호가 출력되고, 영상 생성부(151)는 이 전기적 신호에 기초하여 복수의 엑스선 영상을 생성할 수 있다.
복수의 엑스선 영상은 저장부(미도시)에 저장되거나, 후술될 영상 그룹핑부(153)로 제공될 수 있다. 여기서 저장부는 휘발성 메모리 소자, 비휘발성 메모리 소자, 하드 디스크, 광 디스크 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 그러나 저장부는 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 당업계에 알려져 있는 임의의 다른 형태로 구현될 수도 있다.
영상 그룹핑부(153)는 영상 생성부(151)로부터 제공받은 복수의 엑스선 영상 또는 저장부에 저장되어 있던 복수의 엑스선 영상을 소정 기준에 따라 그룹핑할 수 있다.
구체적으로, 인체의 흉부에 위치한 심장은 두 개의 심방과 두 개의 심실로 구성된다. 심장은 일정한 주기로 박동하는데, 한 번의 심박에서 다음 심박까지를 심장 주기(cardiac cycle)라 한다. 1회 심장 주기(single cardiac cycle)는 심방 수축기(atrial systole), 심실 수축기(ventricular systole), 심방·심실 이완기로 나뉘어질 수 있다. 심방 수축기에서는 좌심방 및 우심방이 수축하고, 좌심실 및 우심실이 이완된다. 심실 수축기에서는 좌심방 및 우심방이 이완되고, 좌심실 및 우심실이 수축된다. 심방·심실 이완기에서는 좌우 심방 및 좌우 심실이 모두 이완된다.
이처럼 심장은 지속적으로 움직이므로, 여러 위치에서 대상체(30)로 엑스선을 조사하는 경우, 서로 다른 심장 위상(cardiac phase)에서 복수의 엑스선 영상이 획득된다. 그런데 서로 다른 심장 위상에서 얻어진 복수의 엑스선 영상에 기초하여 영상 복원을 수행하면, 심장의 모션으로 인해 심장의 주변이 흐릿해진 3차원 볼륨 데이터가 얻어진다. 따라서 3차원 볼륨 데이터의 품질 저하를 방지하기 위해서는 서로 다른 심장 위상에서 얻어진 복수의 엑스선 영상을 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 필요가 있다.
따라서, 영상 그룹핑부(153)가 복수의 엑스선 영상을 소정 기준에 따라 그룹핑한다는 것은 복수의 엑스선 영상을 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑한다는 것을 의미한다. 이를 위해 영상 그룹핑부(153)는 복수의 엑스선 영상으로부터 특징을 검출한 다음, 검출된 특징을 기초로 복수의 엑스선 영상을 그룹핑할 수 있다.
일 예로, 영상 그룹핑부(153)는 복수의 엑스선 영상에서 각각 심장 영역을 검출하고, 심장 영역의 모양이 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 심장이 수축 및 이완을 반복함에 따라 심장의 전체적인 모양이 달라지게 된다. 따라서 소정 엑스선 영상들로부터 심장 영역을 검출하였을 때, 검출된 심장 영역의 모양이 같다면, 해당 엑스선 영상들은 동일한 심장 위상에서 획득된 것으로 볼 수 있다.
다른 예로, 영상 그룹핑부(153)는 복수의 엑스선 영상에서 각각 심장 영역을 검출하고, 검출된 심장 영역별로 밝기 분포 히스토그램을 계산할 수 있다. 그 다음, 계산 결과에 기초하여 심장 영역의 밝기 분포가 동일한 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다.
또 다른 예로, 영상 그룹핑부(153)는 복수의 엑스선 영상에서 각각 심실(예를 들어, 좌심실)의 경계를 검출하고, 검출된 심실 경계의 위치 정보를 계산할 수 있다. 그리고 계산된 심실 경계의 위치 정보가 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다. 심장이 수축 및 이완을 반복함에 따라 심실 경계의 위치가 달라지게 된다. 따라서 소정 엑스선 영상들로부터 심실 경계를 검출하고, 검출된 심실 경계의 위치 정보를 계산하였을 때, 계산된 심실 경계의 위치 정보가 같다면, 해당 엑스선 영상들은 동일한 심장 위상에서 획득된 것으로 볼 수 있다.
또 다른 예로, 영상 그룹핑부(153)는 복수의 엑스선 영상에서 심장과 연결된 혈관(예를 들어, 대동맥)의 경계를 검출하고, 검출된 혈관 경계의 위치 정보를 계산할 수 있다. 그리고 계산된 혈관 경계의 위치 정보가 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다. 심장이 수축 및 이완을 반복함에 따라, 심장과 연결된 혈관의 경계의 위치가 달라지게 된다. 따라서 소정 엑스선 영상들로부터 혈관 경계를 검출하고, 검출된 혈관 경계의 위치 정보를 계산하였을 때, 계산된 혈관 경계의 위치 정보가 같다면, 해당 엑스선 영상들은 동일한 심장 위상에서 획득된 것으로 볼 수 있다.
또 다른 예로, 영상 그룹핑부(153)는 복수의 엑스선 영상에서 심장과 연결된 혈관(예를 들어, 대동맥)을 검출하고, 검출된 혈관의 너비를 계산할 수 있다. 그리고 계산된 혈관의 너비가 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다. 좌심실이 수축하면 좌심실 내의 혈액이 대동맥으로 박출되고, 이로 인해 대동맥의 너비가 달라지게 된다. 따라서 소정의 엑스선 영상들로부터 혈관을 검출하고, 검출된 혈과의 너비를 계산하였을 때, 계산된 혈관의 너비가 동일하다면, 해당 엑스선 영상들은 동일한 심장 위상에서 획득된 것으로 볼 수 있다.
또 다른 예로, 영상 그룹핑부(153)는 복수의 엑스선 영상에서 심장과 연결된 혈관 영역을 검출하고, 검출된 혈관 영역의 밝기 분포 히스토그램을 계산할 수 있다. 그 다음, 계산 결과에 기초하여 혈관 영역의 밝기 분포가 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다.
상술한 바와 같이, 영상 그룹핑부(153)는 심장 영역의 모양, 심장 영역의 밝기 분포, 심실 경계의 위치 정보, 혈관 경계의 위치 정보, 혈관의 너비 및 혈관 영역의 밝기 분포 중 하나를 이용하여 복수의 엑스선 영상을 그룹핑할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 영상 그룹핑부(153)는 상술한 특징들 중 적어도 둘 이상을 이용하여 복수의 엑스선 영상을 그룹핑할 수 있다. 예시된 특징들 중에서 어떠한 특징을 기준으로 복수의 엑스선 영상을 그룹핑할 것인지는 사전에 조작자에 의해 설정될 수 있다. 이처럼 사전 설정된 기준에 따라 복수의 그룹으로 분류된 엑스선 영상들은 디스플레이부(132)를 통해 디스플레이될 수 있다.
영상 복원부(155)는 각 그룹별로 영상 복원을 수행할 수 있다. 일 예로, 영상 복원부(155)는 모든 그룹별로 영상 복원을 수행할 수 있다. 다른 예로, 영상 복원부(155)는 조작자가 입력한 지시나 명령에 따라 복수의 그룹들 중에서 적어도 하나의 그룹을 선택하고, 선택된 그룹들에 한하여 그룹별로 영상 복원을 수행할 수 있다. 여기서, 영상 복원에 대해서 간단히 설명하면 다음과 같다.
영상 복원이란 엑스선 영상에서 2차원으로 표현되어 있던 대상체(30)를 실물과 유사하게 3차원으로 복원(reconstruction)하는 것을 말한다. 영상 복원 방법으로는 반복적(iterative) 방법, 비반복적(non-iterative) 방법, 직접 푸리에(direct fourier) 방법, 역투영법(back projection)을 예로 들 수 있다.
반복적 방법은 엑스선 영상(투영 데이터)을 연속적으로 보정하여 대상체(30)의 원래 구조에 근접한 데이터가 얻어질 때까지 보정하는 방법이다. 비반복적 방법은 3차원의 대상체(30)를 2차원으로 모델링하는데 사용되는 변환 함수의 역변환 함수를 복수의 엑스선 영상에 적용하여 2차원으로 표현되어 있던 대상체(30)를 3차원으로 복원하는 방법을 말한다. 비반복적 방법으로는 여과 역투사 방법(Filtered Back-projection)을 예로 들 수 있다. 여과 역투사 방법은 엑스선 영상의 중심 부위 주변으로 형성되는 흐림(blur)를 상쇄시키기 위하여 여과 처리를 한 후에 역투영하는 방법이다. 직접 푸리에 변환법은 엑스선 영상을 공간 영역에서 주파수 영역으로 변환하는 방법이다. 역투영법은 복수의 시점에서 얻은 엑스선 영상들을 한 화면에 되돌려 놓는 방법이다.
영상 복원부(155)는 예시된 방법들 중 하나를 사용하여 각 그룹별로 영상 복원을 수행할 수 있다. 각 그룹별로 영상 복원을 수행하면, 각 그룹별로 3차원 볼륨 데이터를 획득할 수 있다. 3차원 볼륨 데이터는 다수의 복셀(Voxel)로 표현될 수 있다. 픽셀이 2차원 평면에서의 한 점을 정의한다면, 복셀은 3차원 공간에서의 한 점을 정의한다. 픽셀은 x 좌표와 y 좌표를 포함하는데 비하여 복셀은 x, y, z 좌표를 포함한다.
도 9는 도 1 또는 도 2의 엑스선 촬영 장치(100)에서 획득된 복수의 엑스선 영상으로부터 그룹별 볼륨 데이터가 획득되기까지의 과정을 도시한 도면이다.
도 1 또는 도 2의 엑스선 촬영 장치(100)는 대상체(30)를 기준으로 마주보도록 배치된 엑스선 발생부(110) 및 엑스선 검출부(120)가 위쪽에서 상하 방향으로 이동하면서 대상체(30)에 대한 복수의 엑스선 영상을 획득한다.
복수의 엑스선 영상이 획득되면, 영상 그룹핑부(153)는 각 엑스선 영상으로부터 특징을 검출한다. 그리고 검출된 특징에 기초하여, 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 ECG(electrocardiogram) 파형을 참조하여 설명하면, 영상 그룹핑부(153)는 ECG 파형의 P파에 해당하는 엑스선 영상들, QRS파에 해당하는 엑스선 영상들, 및 T파에 해당하는 엑스선 영상들을 각각 그룹핑할 수 있다. 여기서, 도 9에 도시된 ECG 파형은 엑스선 영상 그룹핑에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, ECG 파형에 기초하여 엑스선 영상들을 그룹핑하는 것은 아니다. 엑스선 영상 그룹핑은 각 엑스선 영상에서 검출된 특징을 기초로 이루어진다.
도 9는 엑스선 영상들이 n개의 그룹으로 그룹핑된 모습을 보여주고 있다. 엑스선 영상 그룹핑이 완료되면, 영상 복원부(155)는 복수의 그룹들 중에서 선택된 적어도 하나의 그룹을 대상으로 그룹별로 영상 복원을 수행한다. 여기서, 그룹 선택은 조작자의 지시나 명령에 따라 이루어질 수 있다. 구체적으로, 그룹별로 분류된 엑스선 영상들이 디스플레이부(132)를 통해 디스플레이되면, 조작자는 디스플레이된 그룹둘 중에서 자신이 원하는 그룹을 선택할 수 있다. 만약 조작가 선택한 그룹이 없다면, 영상 복원부(155)는 모든 그룹들을 대상으로 그룹별로 영상 복원을 수행할 수 있다.
그룹별로 영상 복원을 수행하면, 그룹별로 3차원 볼륨 데이터를 얻을 수 있다. 도 9를 참조하면, n개의 그룹(그룹 1, 그룹 2, ···, 그룹 n)에 대응하는 n개의 3차원 볼륨 데이터(볼륨 데이터 1, 볼륨 데이터 2, ···, 볼륨 데이터 n)가 획득된 것을 알 수 있다. 이러한 방식으로 획득된 각각의 3차원 볼륨 데이터는 복수의 엑스선 영상을 그룹핑하지 않고 영상 복원을 수행하여 획득한 3차원 볼륨 데이터에 비하여 심장 주변이 선명하게 나타난다.
도 10은 도 3 또는 도 4의 엑스선 촬영 장치(100)에서 획득된 복수의 엑스선 영상으로부터 그룹별 볼륨 데이터가 획득되기까지의 과정을 도시한 도면이다.
도 3 또는 도 4의 엑스선 촬영 장치(100)는 서로 다른 각도에서 대상체(30)로 엑스선을 조사하여, 대상체(30)에 대한 복수의 엑스선 영상을 획득한다.
복수의 엑스선 영상이 획득되면, 영상 그룹핑부(153)는 각 엑스선 영상으로부터 특징을 검출한다. 그리고 검출된 특징에 기초하여, 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑한다. 예를 들면, 영상 그룹핑부(153)는 도 10에 도시된 ECG 신호의 P파, QRS파 및 T파에 해당하는 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다. 도 10은 엑스선 영상들이 n개의 그룹으로 그룹핑된 모습을 보여주고 있다. 도 10에 도시된 ECG 파형은 엑스선 영상 그룹핑에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, ECG 파형에 기초하여 엑스선 영상들을 그룹핑하는 것은 아니다. 엑스선 영상 그룹핑은 각 엑스선 영상에서 검출된 특징을 기초로 이루어진다.
엑스선 영상 그룹핑이 완료되면, 영상 복원부(155)는 복수의 그룹들 중에서 선택된 적어도 하나의 그룹을 대상으로 그룹별로 영상 복원을 수행한다. 그룹 선택은 조작자의 지시나 명령에 따라 이루어질 수 있다. 만약 조작가 선택한 그룹이 없다면, 영상 복원부(155)는 모든 그룹들을 대상으로 그룹별로 영상 복원을 수행할 수 있다.
그룹별로 영상 복원을 수행하면, 그룹별로 3차원 볼륨 데이터를 얻을 수 있다. 도 10을 참조하면, n개의 그룹(그룹 1, 그룹 2, ···, 그룹 n)에 대응하는 n개의 3차원 볼륨 데이터(볼륨 데이터 1, 볼륨 데이터 2, ···, 볼륨 데이터 n)가 획득된 것을 알 수 있다. 이러한 방식으로 획득된 각각의 3차원 볼륨 데이터는 복수의 엑스선 영상을 그룹핑하지 않고 영상 복원을 수행하여 획득한 3차원 볼륨 데이터에 비하여 심장 주변이 선명하게 나타난다.
다시 도 8을 참조하면, 볼륨 렌더링부(157)는 볼륨 데이터별로 볼륨 렌더링(Volumn Rendering)을 수행할 수 있다. 볼륨 렌더링은 소정 시점을 기준으로 3차원 볼륨 데이터를 2차원 평면에 투영시키는 것을 말한다. 볼륨 렌더링은 표면 렌더링(surface rendering)과 직접 볼륨 렌더링(direct volumn rendering)으로 분류될 수 있다.
표면 렌더링은 볼륨 데이터로부터 일정한 스칼라 값과 공간적인 변화량을 기반으로 표면 정보를 추출하여 이를 다각형이나 곡면 패치(patch) 등의 기하학적 요소로 변환하여 기존의 렌더링 기법을 적용하는 방법을 말한다. 표면 렌더링의 예로는 marching cubes 알고리즘, dividing cibes 알고리즘을 들 수 있다.
직접 볼륨 렌더링은 볼륨 데이터를 기하학적 요소로 바꾸는 중간 단계 없이 볼륨 데이터를 직접 렌더링하는 방법을 말한다. 직접 볼륨 렌더링은 물체의 내부 정보를 그대로 가시화할 수 있고, 반투명한 구조를 표현하는데 유용하다. 직접 볼륨 렌더링은 볼륨 데이터에 접근하는 방식에 따라, 객체 순서 방식(object-order method)과 영상 순서 방식(image-order method)으로 분류될 수 있다.
객체 순서 방식은 볼륨 데이터를 저장 순서에 따라 탐색하여 각 복셀을 그에 대응되는 픽셀에 합성하는 방식으로서, 대표적인 예로서 스플래팅(splatting) 방식이 있다.
영상 순서 방식은 영상의 스캔 라인 순서대로 각 픽셀 값을 차례로 결정해 나가는 방식이다. 영상 순서 방식의 예로는 광선 투사법(Ray-Casting), 광선 추적법(Ray-Tracing)을 들 수 있다.
광선 투사법은 도 11에 도시된 바와 같이, 시점에서부터 디스플레이 화면의 소정 픽셀을 향하여 가상의 광선을 발사한다. 그 다음, 볼륨 데이터의 복셀들 중에서 상기 광선이 통과하는 복셀들을 검출한다. 그리고 검출된 복셀들의 밝기값들을 누적하여 디스플레이 화면의 해당 픽셀의 밝기값을 결정한다. 또는 검출된 복셀들의 평균값을 디스플레이 화면의 해당 픽셀의 밝기값으로 결정할 수도 있다. 또는 검출된 복셀들의 가중 평균값을 디스플레이 화면의 해당 픽셀의 밝기값으로 결정할 수도 있다.
광선 추적법은 관찰자의 눈에 들어오는 광선의 경로를 하나하나 추적하는 방식을 말한다. 광선이 볼륨 데이터와 만나는 교점만을 찾는 광선 투사법과는 달리, 광선 추적법은 조사된 광선의 추적하여 광선의 반사, 굴절과 같은 현상까지도 반영할 수 있다.
광선 추적법은 순방향 광선 추적법과 역방향 광선 추적법으로 나뉠 수 있다. 순방향 광선 추적법은 가상의 광원에서 조사된 광원이 볼륩 데이터에 닿아 반사, 산란, 투과되는 현상을 모델링하여 최종적으로 관찰자의 눈에 들어오는 광선을 찾는 기법이다. 역방향 광선 추적법은 관찰자의 눈에 들어오는 광선의 경로를 역방향으로 추적하는 기법이다.
다시 도 8을 참조하면, 볼륨 렌더링부(157)는 상술한 볼륨 렌더링 방식 중 하나를 이용하여 3차원 볼륨 데이터별로 볼륨 렌더링(Volumn Rendering)을 수행할 수 있다. 이 때, 볼륨 렌더링부(157)는 동일한 시점에서 각각의 3차원 볼륨 데이터를 볼륨 렌더링할 수 있다.
한편, 3차원 볼륨 데이터를 하나의 시점을 기준으로 볼륨 렌더링하면, 2차원 투영 영상(projected image)을 얻을 수 있다. 따라서 모든 3차원 볼륨 데이터에 대해 볼륨 렌더링이 완료되면, 복수의 2차원 투영 영상을 얻을 수 있다.
만약, 3차원 볼륨 데이터를 사람의 좌우 눈에 각각 대응하는 두 개의 시점에서 각각 볼륨 렌더링하면, 좌영상과 우영상을 얻을 수 있다. 두 영상을 합성하면 3차원 입체 영상(stereo image)을 얻을 수 있다. 동일한 방법으로 모든 3차원 볼륨 데이터에 대해 볼륨 렌더링을 수행하면, 복수의 3차원 입체 영상을 얻을 수 있다.
볼륨 렌더링 결과로 획득된 복수의 2차원 투영 영상이나 복수의 3차원 입체 영상은 디스플레이부(132)를 통해 디스플레이될 수 있다. 구체적으로, 복수의 2차원 투영 영상은 디스플레이부(132)를 통해 순차적으로 디스플레이될 수 있다. 이처럼 복수의 2차원 투영 영상이 순차적으로 디스플레이되면, 조작자는 심장의 모션을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 심장 주변이 선명한 영상이 디스플레이되므로, 진단 오류를 줄일 수 있다.
산출부(159)는 그룹별로 획득된 3차원 볼륨 데이터에 기초하여, 심박출량을 산출할 수 있다. 구체적으로, 산출부(159)는 그룹별 3차원 볼륨 데이터로부터 각각 심장의 체적을 산출한다. 그 다음, 산출된 심장 체적들 중에서 가장 큰 값과 가장 작은 값 간의 차이를 구하여 심박출량을 산출할 수 있다. 일 예로, 심박출량 산출은 입력부를 통해 조작자의 지시나 명령이 입력되는 경우에 수행될 수 있다. 다른 예로, 심박출량 산출은 조작자의 지시나 명령이 입력되지 않더라도 자동으로 수행될 수도 있다.
도 12는 엑스선 촬영 장치(100)의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
우선, 서로 다른 위치에서 대상체(30)로 엑스선을 조사하여(S500), 복수의 엑스선 영상을 획득한다(S510).
이 후, 복수의 엑스선 영상을 심장 위상 별로 그룹핑한다(S520). 즉, 복수의 엑스선 영상을 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑한다. S520 단계는 사전 설정된 그룹핑 기준에 따라 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 특징을 검출하는 단계와, 검출된 특징을 기초로 복수의 엑스선 영상을 그룹핑하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 심장 영역을 검출하고, 검출된 심장 영역의 모양이 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다.
다른 예로, 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 심장 영역을 검출하고, 검출된 심장 영역별로 밝기 분포 히스토그램을 계산한 다음, 계산 결과에 기초하여 심장 영역의 밝기 분포가 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다.
또 다른 예로, 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 심실 경계를 검출하고, 검출된 심실 경계의 위치 정보를 계산한 다음, 심실 경계의 위치 정보가 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다.
또 다른 예로, 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 혈관의 경계를 검출하고, 검출된 혈관의 위치 정보를 계산한 다음, 혈관의 위치 정보가 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다.
또 다른 예로, 복수의 엑스선 영상으로부터 혈관을 검출하고, 검출된 혈관의 너비를 계산한 다음, 계산된 혈관의 너비가 동일한 엑스선 영상들끼리 그룹핑할 수 있다.
또 다른 예로, 복수의 엑스선 영상으로부터 혈관 영역을 검출하고, 검출된 혈관 영역의 밝기 분포 히스토그램을 계산한 다음, 계산 결과에 기초하여 혈관 영역의 밝기 분포가 동일한 엑스선 영상들기리 그룹핑할 수 있다.
엑스선 영상 그룹핑이 완료되면, 복수의 그룹들 중에서 적어도 하나의 그룹을 선택한다(S530). 그룹 선택은 조작자가 입력한 지시나 명령에 따라 이루어질 수 있다. 조작자가 입력한 지시나 명령이 없다면, 모든 그룹을 선택할 수 있다.
이 후, 선택된 그룹별로 영상 복원을 수행하여, 그룹별로 3차원 볼륨 데이터를 획득한다(S540). 이처럼 그룹별로 영상 복원을 수행하여 얻어진 3차원 볼륨 데이터는 심장 주변이 선명하게 나타난다.
그룹별로 3차원 볼륨 데이터가 획득되면, 각각의 3차원 볼륨 데이터를 볼륨 렌더링한다(S550). 이 때, 각각의 3차원 볼륨 데이터는 동일한 시점을 기준으로 볼륨 렌더링될 수 있다.
일 예로, S550 단계는 각각의 3차원 볼륨 데이터를 하나의 동일한 시점에서 볼륨 렌더링하여 복수의 2차원 투영 영상을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
다른 예로, S550 단계는 각각의 3차원 볼륨 데이터를 사람의 좌우 눈에 각각 대응하는 두 개의 시점에서 각각 볼륨 렌더링하여 3차원 볼륨 데이터 별로 좌영상과 우영상을 얻는 단계와, 3차원 볼륨 데이터 별로 획득된 좌영상과 우영상에 기초하여 복수의 3차원 입체 영상을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
볼륨 렌더링이 완료되면, 볼륨 렌더링 결과를 디스플레이할 수 있다(S560). S560 단계는 복수의 2차원 투영 영상을 디스플레이하는 단계, 및 복수의 3차원 입체 영상을 디스플레이하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이상과 같이 예시된 도면을 참조로 하여 실시예들을 설명하였지만 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 개시된 실시예들이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 엑스선 촬영 장치
110: 엑스선 발생부
120: 엑스선 검출부
130: 호스트 장치
131: 입력부
132: 디스플레이부
140: 제어부
150: 영상 처리부
151: 영상 생성부
153: 영상 그룹핑부
155: 영상 복원부
157: 볼륨 렌더링부
110: 엑스선 발생부
120: 엑스선 검출부
130: 호스트 장치
131: 입력부
132: 디스플레이부
140: 제어부
150: 영상 처리부
151: 영상 생성부
153: 영상 그룹핑부
155: 영상 복원부
157: 볼륨 렌더링부
Claims (20)
- 서로 다른 위치에서 대상체로 엑스선을 조사하는 엑스선 발생부;
상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 전기적 신호로 변환하는 엑스선 검출부; 및
상기 변환된 전기적 신호로부터 상기 대상체에 대한 복수의 엑스선 영상이 획득되면, 상기 대상체에 연결된 혈관의 정보에 기초하여 상기 복수의 엑스선 영상을 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑하고, 상기 그룹핑의 결과로 획득된 복수의 그룹 각각을 영상 복원하여 상기 대상체의 3차원 볼륨 데이터를 생성하는 영상 처리부를 포함하고,
상기 복수의 그룹은,
상기 혈관이 어느 하나의 너비를 가질 때 획득된 어느 하나의 그룹과, 상기 혈관이 다른 하나의 너비를 가질 때 획득된 다른 하나의 그룹을 포함하는 엑스선 촬영 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 엑스선 발생부는 상기 서로 다른 위치로 이동 가능한 엑스선 촬영 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 엑스선 발생부는 상기 서로 다른 위치마다 마련되는 엑스선 촬영 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 영상 처리부는
상기 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 심장 영역을 검출하고, 상기 검출된 심장 영역의 모양 및 상기 검출된 심장 영역의 밝기 분포 중 적어도 하나를 기준으로 상기 복수의 엑스선 영상을 그룹핑하는 엑스선 촬영 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 영상 처리부는
상기 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 심실의 경계를 검출하고, 상기 검출된 심실 경계의 위치 정보에 기초하여 상기 복수의 엑스선 영상을 그룹핑하는 엑스선 촬영 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 영상 처리부는
상기 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 상기 대상체와 연결된 상기 혈관의 경계를 검출하고, 상기 검출된 혈관 경계의 위치 정보 및 상기 검출된 혈관의 밝기 분포 중 적어도 하나에 기초하여 상기 복수의 엑스선 영상을 그룹핑하는 엑스선 촬영 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 영상 처리부는
상기 그룹핑의 결과로 획득된 상기 복수의 그룹 중에서 적어도 하나의 그룹을 선택하고, 상기 선택된 적어도 하나의 그룹을 대상으로 그룹 별로 영상 복원을 수행하는 엑스선 촬영 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 영상 처리부는
상기 복수의 그룹 각각의 상기 3차원 볼륨 데이터를 미리 설정된 시점을 기준으로 각각 볼륨 렌더링하여 복수의 2차원 투영 영상을 생성하는 엑스선 촬영 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 복수의 2차원 투영 영상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 엑스선 촬영 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 영상 처리부는
상기 복수의 그룹 각각의 상기 3차원 볼륨 데이터를 각각 좌시점 및 우시점에서 볼륨 렌더링하여, 3차원 볼륨 데이터별로 좌영상 및 우영상을 획득하고, 상기 3차원 볼륨 데이터별로 획득된 좌영상 및 우영상을 합성하여 복수의 3차원 입체 영상을 획득하는 엑스선 촬영 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 3차원 입체 영상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 엑스선 촬영 장치. - 엑스선 발생부가 서로 다른 위치에서 대상체로 엑스선을 조사하는 단계;
엑스선 검출부가 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 전기적 신호로 변환하는 단계;
상기 변환된 전기적 신호로부터 상기 대상체에 대한 복수의 엑스선 영상이 획득되면, 상기 대상체에 연결된 혈관의 정보에 기초하여 상기 복수의 엑스선 영상을 동일한 심장 위상에서 획득된 엑스선 영상들끼리 그룹핑하는 단계; 및
상기 그룹핑의 결과로 획득된 복수의 그룹 각각을 영상 복원하여 상기 대상체의 3차원 볼륨 데이터를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 그룹은,
상기 혈관이 어느 하나의 너비를 가질 때 획득된 어느 하나의 그룹과, 상기 혈관이 다른 하나의 너비를 가질 때 획득된 다른 하나의 그룹을 포함하는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 엑스선 발생부는 상기 서로 다른 위치로 이동 가능한 엑스선 촬영 장치의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 엑스선 발생부는 상기 서로 다른 위치마다 마련되는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 그룹핑하는 단계는
상기 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 심장 영역을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 심장 영역의 모양 및 상기 검출된 심장 영역의 밝기 분포 중 적어도 하나를 기준으로 상기 복수의 엑스선 영상을 그룹핑하는 단계를 포함하는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 그룹핑하는 단계는
상기 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 심실의 경계를 검출하는 단계;
상기 검출된 심실 경계의 위치 정보를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 심실 경계의 위치 정보에 기초하여 상기 복수의 엑스선 영상을 그룹핑하는 단계를 포함하는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 그룹핑하는 단계는
상기 복수의 엑스선 영상으로부터 각각 상기 대상체와 연결된 상기 혈관의 경계를 검출하는 단계;
상기 검출된 혈관 경계의 위치 정보 및 상기 검출된 혈관의 밝기 분포 중 적어도 하나를 계산하는 단계; 및
상기 계산의 결과에 기초하여 상기 복수의 엑스선 영상을 그룹핑하는 단계를 포함하는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서, 상기 그룹 별로 영상 복원을 수행하는 단계는
상기 그룹핑의 결과로 획득된 복수의 그룹 중에서 적어도 하나의 그룹을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 적어도 하나의 그룹을 대상으로 상기 복수의 그룹 각각의 영상 복원을 수행하는 단계를 포함하는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 복수의 그룹 각각의 상기 3차원 볼륨 데이터를 미리 설정된 시점을 기준으로 각각 볼륨 렌더링하여 복수의 2차원 투영 영상을 생성하는 단계; 및
상기 복수의 2차원 투영 영상을 표시하는 단계를 더 포함하는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 복수의 그룹 각각의 상기 3차원 볼륨 데이터를 각각 좌시점 및 우시점에서 볼륨 렌더링하여, 3차원 볼륨 데이터별로 좌영상 및 우영상을 획득하는 단계;
상기 3차원 볼륨 데이터별로 획득된 좌영상 및 우영상을 합성하여 복수의 3차원 입체 영상을 획득하는 단계; 및
상기 복수의 3차원 입체 영상을 표시하는 단계를 더 포함하는 엑스선 촬영 장치의 제어 방법.
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