KR102194009B1 - POCS-based external information restoration method applicable to field modulation CT acquisition system - Google Patents

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Abstract

본 발명은, POCS 기반의 재구성 알고리즘을 사용하여 비 절단 사이노그램(SNT)에 대한 재구성을 진행하여 외부정보가 포함된 재구성 영상을 얻고, 얻어진 재구성 영상을 다시 순방향 투영(forward projection, 전방 투시)하여 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)을 생성하고, 상기 가상의 사이노그램(SOUT)과 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)을 이용하여 완성된 사이노그램을 활용하여 재구성 영상을 얻음으로 인해, 외부정보를 포함한 좋은 품질의 영상을 획득할 수 있는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서 적용가능한 POCS 기반 외부정보 복원 방법에 관한 것이다.
본 발명의 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법은, 피검체를 중심으로한 360도 각도에서, 피검체에 X선을 조사하여 투영 데이터를 획득하되, 조사야를 조절하여, 절단 투영 영상의 투영 데이터와, 비절단 투영 영상의 투영 데이터를 번갈아가면서 획득하는, 투영데이터 획득단계; 투영데이터 획득부로부터 수신된 투영데이터로부터 사이노그램을 구하고, 구하여진 사이노그램으로부터 비절단 사이노그램(SNT) 및 절단 사이노그램(ST)을 추출하는, 비절단 사이노그램 및 절단 사이노그램 획득단계; 비절단 사이노그램(ST)에 POCS 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 획득하고, 획득된 재구성 영상을 순방향 투영하여 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)를 획득하는, POCS 알고리즘 적용 및 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구단계; 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)과 상기 가상의 사이노그램(SOUT)을 합산하여 얻은 투영 데이터를, 필터링된 역 투영 (FBP, filtered back projection) 재구성을 행하여 CT 이미지를 얻는, FBP 재구성된 CT 이미지 획득단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, a reconstructed image containing external information is obtained by reconstruction of a non-cut sinogram (SNT) using a POCS-based reconstruction algorithm, and the obtained reconstructed image is again forward projection (forward projection). To generate a virtual sinogram (SOUT) including external information, and use the virtual sinogram (SOUT), the uncut sinogram (SNT), and the cut sinogram (ST) The present invention relates to a POCS-based external information restoration method applicable to a field modulation CT acquisition system that can obtain a high-quality image including external information by obtaining a reconstructed image using a nogram.
The POCS-based external information restoration method in the field-modulated CT acquisition system of the present invention obtains projection data by irradiating X-rays on the subject at an angle of 360 degrees centered on the subject, adjusting the field of view, and cutting projection. A projection data acquisition step of alternately acquiring projection data of an image and projection data of an uncut projection image; The sinogram is obtained from the projection data received from the projection data acquisition unit, and the uncut sinogram (SNT) and the cut sinogram (ST) are extracted from the obtained sinogram. Nogram acquisition step; Applying and forwarding the POCS algorithm, which acquires a reconstructed image by applying the POCS algorithm to the uncut sinogram (ST), and obtains a virtual sinogram (SOUT) including external information by forward projecting the obtained reconstructed image Projection data recovery step by projection; A CT image by performing filtered back projection (FBP) reconstruction on the projection data obtained by summing the uncut sinogram (SNT), the cut sinogram (ST) and the virtual sinogram (SOUT). It characterized in that it comprises a; obtaining, FBP reconstructed CT image acquisition step.

Description

필드 변조 CT 획득 시스템에서 적용가능한 POCS 기반 외부정보 복원 방법{POCS-based external information restoration method applicable to field modulation CT acquisition system}POCS-based external information restoration method applicable to field modulation CT acquisition system}

본 발명은 필드 변조(Field modulation) CT 획득 시스템에서, 외부정보의 복원의 정확도를 높인 POCS(projection onto convex sets, 볼록 집합 투영 기법) 기반의 복원 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는, POCS 기반의 재구성 알고리즘을 사용하여 비 절단 사이노그램(SNT)에 대한 재구성을 진행하여 외부정보가 포함된 재구성 영상을 얻고, 얻어진 재구성 영상을 다시 순방향 투영(forward projection, 전방 투시)하여 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)을 생성하는 것으로, 기존의 사이노그램인 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST), 그리고 상기 가상의 사이노그램(SOUT)을 활용하여 완전한 사이노그램을 완성시킬 수 있으며, 완성된 사이노그램을 활용하여 재구성 영상을 얻게 되면 외부정보를 포함한 좋은 품질의 영상을 획득할 수 있는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서 적용가능한 POCS 기반 외부정보 복원 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a POCS (projection onto convex sets, convex set projection technique)-based reconstruction method that improves the reconstruction accuracy of external information in a field modulation CT acquisition system, and in more detail, POCS-based reconstruction Reconstructing the uncut sinogram (SNT) using an algorithm to obtain a reconstructed image containing external information, and then re-projecting the obtained reconstructed image forward (forward projection) By creating a sinogram (SOUT), a complete sinogram using the existing sinograms, such as uncut sinogram (SNT) and cut sinogram (ST), and the virtual sinogram (SOUT). A POCS-based external information restoration method applicable to a field modulation CT acquisition system that can complete a gram and obtains a reconstructed image using the completed sinogram to obtain an image of good quality including external information will be.

기존의 ROI(Region of interest) CT 촬영법은 환자의 불필요한 피폭을 줄이면서 선량을 감소시킬 수 있는 영상촬영 기법이다. 하지만, 기존의 ROI(관심영역) CT는 외부정보를 재구성할 수 없기 때문에 현재 새로운 촬영 기법인 필드 변조(Field modulation) CT 획득 방식이라는 기술이 제안되어 연구되고 있다. Existing ROI (Region of Interest) CT imaging is an imaging technique that can reduce dose while reducing unnecessary exposure to patients. However, since the existing ROI (region of interest) CT cannot reconstruct external information, a technique called a field modulation CT acquisition method, which is a new imaging technique, has been proposed and studied.

일예로, 2016년 3월 22일의 국제광학회 회보(Proc SPIE Int Soc Opt Eng.)에서, 제이 웹스터 스테이먼(J. Webster Stayman) 등의 논문, "다중 조리개 장치를 사용한 풀루언스-필드변 X-ray CT (Fluence-Field Modulated X-ray CT using Multiple Aperture Devices)" 가 있다. For example, in the Proc SPIE Int Soc Opt Eng. on March 22, 2016, a paper by J. Webster Stayman et al., "Fluence-field side X using a multi-aperture device. -ray CT (Fluence-Field Modulated X-ray CT using Multiple Aperture Devices)".

(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4838035/)(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4838035/)

다른 일예로, 의학물리학회(Phys Med Biol.)에서 2019년 3월 21일에 Gang GJ 등에 의해 발표된 "다중 개구 장치를 이용한 컴퓨터 단층 촬영에서 동적 플루 언트 필드 변조 (Dynamic fluence field modulation in computed tomography using multiple aperture devices)"가 있다.As another example, "Dynamic fluence field modulation in computed tomography using a multi-aperture device" published by Gang GJ et al. on March 21, 2019 at the Society of Medical Physics (Phys Med Biol.) using multiple aperture devices)".

(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30939459)(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30939459)

따라서, 필드 변조 CT 획득 방식 및 그 시스템은 공지되어 있으므로, 이에 대해서는 별도의 설명을 이하 생략한다. Therefore, since the field modulation CT acquisition method and its system are known, a separate description thereof will be omitted below.

필드 변조 CT 획득 방식을 사용하였을 때, 외부정보를 어느 정도 복원할 수 있지만, 완벽하게 복원하기에는 한계가 있어, 외부정보에 대한 정확도 및 품질이 떨어졌다. 여기서, 필드 변조(Field modulation)는 빔 변조(beam modulation)와 동일한 개념이다.When the field-modulated CT acquisition method is used, external information can be restored to some extent, but there is a limit to complete restoration, so the accuracy and quality of the external information are degraded. Here, field modulation is the same concept as beam modulation.

이를 해결하기 위해, 본 발명은, POCS 기반의 복원 알고리즘을 이용하여, 부족한 외부정보들을 완전하게 복원하는 것을 제안한다. To solve this, the present invention proposes to completely restore insufficient external information by using a POCS-based restoration algorithm.

즉, 필드 변조 CT 획득 시스템을 통해 얻은 사이노그램(Sinogram)은 비 절단 사이노그램(nontruncated sinogram, SNT)과 절단 사이노그램(truncated sinogram, ST)으로 구성되는데, 본 발명은, POCS 기반의 재구성 알고리즘을 사용하여, 비 절단 사이노그램(SNT)에 대한 재구성을 진행하여 외부정보가 포함된 재구성 영상을 얻고, 얻어진 재구성 영상을 다시 전방 투시(forward projection)하여 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)을 생성하는 것으로, 기존의 사이노그램인 SNT과 ST, 그리고 SOUT을 활용하여 완전한 사이노그램을 완성시킬 수 있으며, 완성된 사이노그램을 활용하여 재구성 영상을 얻게 되면 외부정보를 포함한 좋은 품질의 영상을 획득할 수 있는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서 적용가능한 POCS 기반 외부정보 복원 방법을 제안한다. That is, the sinogram obtained through the field modulation CT acquisition system is composed of a nontruncated sinogram (SNT) and a truncated sinogram (ST), and the present invention is a POCS-based Using a reconstruction algorithm, reconstruction is performed on the uncut sinogram (SNT) to obtain a reconstructed image containing external information, and the obtained reconstructed image is again forward projection to provide a virtual space containing external information. By creating a nogram (SOUT), a complete sinogram can be completed using the existing sinograms SNT, ST, and SOUT, and when a reconstructed image is obtained using the completed sinogram, external information We propose a POCS-based external information restoration method applicable to a field-modulated CT acquisition system that can acquire images of good quality including.

일반적으로 CT의 X선 스캐너는 원통형상으로 이루어지며, 이 원통형상의 내측 일측에 X선 디텍터를 구비하며, X선 디텍터의 다른 일측(대칭부)에 X선관을 구비하여, 이 원통형상의 내부에 삽입된 피검체를 영상화한다. X선관에서 방출되어 피검체를 투과한 투과선이 X선 디텍터에서 검출되는데, X선 디텍터에서는 피검체를 지나온 투과선의 양이 누적치량으로 합쳐지게 된다. In general, CT X-ray scanners have a cylindrical shape, and an X-ray detector is provided on one side of the cylindrical shape, and an X-ray tube is provided on the other side (symmetrical part) of the X-ray detector, and is inserted into the cylindrical shape. The resulting subject is imaged. The transmitted rays emitted from the X-ray tube and transmitted through the subject are detected by the X-ray detector. In the X-ray detector, the amount of transmitted rays passing through the subject is added to the accumulated value.

원통형상 속의 피검체를 있는 그대로 두고 투과선만 조사하여 내부물체를 영상화하려면, 피검체를 0도~180도로 돌려가며 찍든가, 아니면, 피검체를 그대로 두고 빔을 돌려가며 찍어서, 피검체를 투과한 빔의량을 계산하여 다면상인 CT영상을 만들게 된다. To image the internal object by irradiating only the transmission line while leaving the subject in the cylindrical shape as it is, take a picture by rotating the subject from 0 to 180 degrees, or by rotating the beam while leaving the subject as it is, and passing through the subject. By calculating the amount of one beam, a multi-faceted CT image is created.

이때 0도에서 180도까지 회전하며 투과량을 한줄로 구성된 X선 디텍터의 센서에서 검출하게 되며, 이렇게 검출한 데이터는 물체를 투과정도에 따라 데이터 누적량이 다르기에 물체의 정보를 가지고 있다. 물체의 360도 표현은 180도까지의 데이타를 미러링하여 구하여 나타낸다.At this time, the amount of transmission is detected by the sensor of the X-ray detector, which is rotated from 0° to 180°, and the amount of transmission is detected by the sensor of the X-ray detector. The 360 degree representation of an object is obtained by mirroring data up to 180 degrees.

여기서, 여러각도로 X선 사진을 찍어 얻은 그래프를 시각화한 것을 사이노그램(sinogram)이라한다.Here, a visualization of a graph obtained by taking an X-ray picture at various angles is called a sinogram.

사이노그램은 피검체의 특정부분을 지나온 투과누적치를, 가로축에, 각이 0도부터 180도까지를 표시하고, 각 각도마다 중심축을 기준으로 해당하는 그래프의 높이를 명암을 써서 시각화한 것이다. 즉, 사이노그램은 X선이 흡수된 량을 XY평면에 표시한 것이다. 즉, 흰색에 가까울수록 흡수가 많이 된 경우로, 상당히 흡수가 많이 일어난 경우는 물체가 투과빔을 막았다고 볼 수 있다.The sinogram is a visualization of the cumulative transmission value that has passed through a specific part of the subject, on the horizontal axis, the angle from 0 to 180 degrees, and the height of the corresponding graph based on the central axis for each angle using contrast. That is, the sinogram is the amount of absorbed X-rays displayed on the XY plane. That is, the closer to the white, the more absorption occurs, and when the absorption occurs considerably more, it can be seen that the object blocks the transmitted beam.

일반적으로 사이노그램은 수학적 라돈변환을 물리적으로 수행한 결과이고, 원래 영상을 얻으려면 역라돈변환을 수행하여 얻는다.In general, a sinogram is a result of physically performing a mathematical radon transformation, and to obtain an original image, it is obtained by performing an inverse radon transformation.

본 발명에서 사용되는 POCS기반의 알고리즘은 반복적(iterative) 알고리즘으로 접근하여 보다 정확하고 좋은 품질의 영상을 획득할 수 있는 장점이 있으며, 또한, 기존의 ROI CT나 interpolation 방법보다 정확한 외부정보를 복원할 수 있으므로, Field modulation CT 획득 방법에서 유용하게 쓰일 수 있다.The POCS-based algorithm used in the present invention has the advantage of obtaining a more accurate and high-quality image by approaching an iterative algorithm, and also, it can restore more accurate external information than the existing ROI CT or interpolation method. Therefore, it can be usefully used in a field modulation CT acquisition method.

선행기술로, 국내 공개특허공보 제10-2011-0040164호는 사이노그램 복원 장치 및 방법에 관한 것으로, 이 사이노그램 복원 장치은 사이노그램(sinogram)을 재구성하여 사이노그램에 상응하는 최초 이미지(initial image)를 생성하고 최초 이미지에서 금속 물질(metal object)을 식별하는 금속 물질 식별부, 금속 물질을 전면 투사(forward projection)하여 금속 물질에 상응하는 영역인 금속 투사 영역을 생성하는 금속 영역 생성부, 금속 투사 영역의 외부의 주변 영역 중 금속 투사 영역 내부의 픽셀 값과 관련 있는 주변 영역을 검출하고 검출된 주변영역으로부터 금속 투사 영역 내부의 픽셀 값을 획득하여 복원된 사이노그램을 생성하는 복원부, 및 복원된 사이노그램을 재구성하여 복원된 사이노그램에 상응하는 복원 이미지를 생성하고 복원 이미지에 금속 물질을 결합하는 이미지 생성부를 포함하여 이루어진다. As a prior art, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0040164 relates to a sinogram restoration apparatus and method, which is the first image corresponding to a sinogram by reconstructing a sinogram. A metal material identification unit that creates an (initial image) and identifies a metal object in the initial image, and a metal area that creates a metal projection area that is an area corresponding to the metal material by forward projection of the metal material Reconstruction that generates a reconstructed sinogram by detecting a peripheral area related to the pixel value inside the metal projection area among the peripheral areas outside the secondary and metal projection area, and acquiring the pixel value inside the metal projection area from the detected surrounding area And an image generator configured to reconstruct the reconstructed sinogram to generate a reconstructed image corresponding to the reconstructed sinogram, and to combine the metallic material with the reconstructed image.

국내 공개특허공보 제10-2011-0040164호에서는 절단 사이노그램과, 비절단 사이노그램과, 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)을 고려한 것이 아니기 때문에 외부정보에 대한 정확도 및 품질이 떨어진다.In Korean Patent Publication No. 10-2011-0040164, the accuracy and quality of external information is not considered because it does not take into account a cut sinogram, an uncut sinogram, and a virtual sinogram (SOUT) including external information. This falls.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, POCS 기반의 재구성 알고리즘을 사용하여 비 절단 사이노그램(SNT)에 대한 재구성을 진행하여 외부정보가 포함된 재구성 영상을 얻고, 얻어진 재구성 영상을 다시 순방향 투영(forward projection)하여 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)을 생성하는 것으로, 기존의 사이노그램인 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST), 그리고 상기 가상의 사이노그램(SOUT)을 활용하여 완전한 사이노그램을 완성시킬 수 있으며, 완성된 사이노그램을 활용하여 재구성 영상을 얻게 되면 외부정보를 포함한 좋은 품질의 영상을 획득할 수 있는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서 적용가능한 POCS 기반 외부정보 복원 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to obtain a reconstructed image including external information by performing reconstruction on a non-cut sinogram (SNT) using a POCS-based reconstruction algorithm, and then forward the obtained reconstructed image again. Projection) to generate a virtual sinogram (SOUT) including external information, and the conventional sinograms such as uncut sinogram (SNT) and cut sinogram (ST), and the virtual sinogram A complete sinogram can be completed using SOUT, and when a reconstructed image is obtained using the completed sinogram, a field modulation CT acquisition system that can acquire a good quality image including external information It is to provide an applicable POCS-based external information restoration method.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법은, 투영데이터 획득부에서, 피검체를 중심으로한 360도 각도에서, 피검체에 X선을 조사하여 투영 데이터를 획득하되, 조사야를 조절하여 절단 투영 영상의 투영 데이터와, 비절단 투영 영상의 투영 데이터를 번갈아가면서 획득하며, 획득된 투영 데이터의 갯수를 '총 투영 데이터수'로 하며, 절단 투영 영상의 투영 데이터의 갯수를 '절단 투영 데이터수로 하고, 비절단 투영 영상의 투영 데이터의 갯수를 '비절단 투영 데이터수로 하는, 투영데이터 획득단계; 연산처리부는, 투영데이터 획득단계에서 획득된 총 투영 데이터수의 투영 데이터로부터, 총 투영 데이터수의 사이노그램을 구하는, 사이노그램 획득단계; 연산처리부는, 사이노그램 획득단계에서 얻어진 사이노그램에서, 비절단 투영 데이터수의 비 절단 사이노그램(SNT)을 추출하는, 비 절단 사이노그램 추출단계; 연산처리부는, 비 절단 사이노그램 추출단계에서 얻어진 비 절단 사이노그램(SNT)을, POCS 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 획득하는, POCS 알고리즘에 의한 영상재구성단계; 연산처리부는, POCS 알고리즘에 의한 영상재구성단계에서 얻은 재구성 이미지를 가상 CT 프로젝터를 이용하여 순방향 투영하여, 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)인 총 투영 데이터수의 투영 데이터를 복구하는, 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the POCS-based external information restoration method in the field modulated CT acquisition system of the present invention is, in the projection data acquisition unit, by irradiating X-rays to the subject at a 360 degree angle centered on the subject. Projection data is acquired, but by adjusting the field of view, the projected data of the cut-projected image and the projected data of the uncut-projected image are alternately acquired, and the number of acquired projected data is the'total number of projected data' A projection data acquisition step in which the number of projection data of is'the number of cut-off projection data and the number of projection data of the non-cut-off projection image is'the number of non-cut projection data; The calculation processing unit includes: a sinogram acquisition step of obtaining a sinogram of the total number of projection data from projection data of the total number of projection data acquired in the projection data acquisition step; The operation processing unit includes a non-cut sinogram extraction step of extracting a non-cut sinogram (SNT) of the number of non-cut projected data from the sinogram obtained in the sinogram acquisition step; The operation processing unit may include an image reconstruction step using a POCS algorithm for obtaining a reconstructed image by applying a POCS algorithm to the uncut sinogram (SNT) obtained in the uncut sinogram extraction step; The operation processing unit performs forward projection of the reconstructed image obtained in the image reconstruction step by the POCS algorithm using a virtual CT projector, and restores the projection data of the total number of projection data, which is a virtual sinogram (SOUT) including external information. , Projection data recovery step by forward projection; It characterized in that it comprises a.

상기 POCS 기반 외부정보 복원 방법은, 연산처리부가, 사이노그램 획득단계에서 얻어진 사이노그램에서, 절단 투영 데이터수의 절단 사이노그램(ST)을 추출하는, 절단 사이노그램 추출단계; 비 절단 사이노그램 추출단계에서 추출된 비절단 사이노그램(ST)과, 절단 사이노그램 추출단계에서 추출된 절단 사이노그램(ST)을 합산하는, 1차 합산단계; 연산처리부가, 1차 합산단계에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)의 합산결과에, 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구단계에서 출력된 가상의 사이노그램(SOUT)을 더하여, 총 투영 데이터수의 투영 데이터를 획득하는, 2차 합산단계; 2차 합산단계에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과, 절단 사이노그램(ST)과, 가상의 사이노그램(SOUT)의 합산 결과에, 필터링된 역 투영 (FBP, filtered back projection) 재구성을 행하여, 재구성된 CT 이미지를 얻는, FBP 재구성된 CT 이미지 획득단계;를 더 포함한다.The POCS-based external information restoration method includes: a cutting sinogram extraction step of extracting a cut sinogram (ST) of the number of cut projection data from the sinogram obtained in the sinogram acquisition step; A first summing step of summing the uncut sinogram (ST) extracted in the non-cut sinogram extraction step and the cut sinogram (ST) extracted in the cut sinogram extraction step; The operation processing unit, on the summation result of the uncut sinogram (SNT) and the cut sinogram (ST) output in the first summing step, the virtual sinogram output in the projection data recovery step by forward projection ( SOUT) to obtain projection data of the total number of projection data; Filtered back projection (FBP) on the summation result of the uncut sinogram (SNT), cut sinogram (ST), and virtual sinogram (SOUT) output in the second summation step ) Performing reconstruction, obtaining a reconstructed CT image, obtaining an FBP reconstructed CT image; further includes.

절단된 투영영상은, 관심영역만을 조사야로 하여 촬영한 영상이며, 비절단 투영영상은, 투영데이터 획득부에서 제공되는 뷰(view) 전체를 조사야로 하여 촬영한 영상이다.The cut-out projection image is an image photographed using only the region of interest as an irradiation field, and the uncut projection image is an image photographed using the entire view provided by the projection data acquisition unit as an irradiation field.

필터링 된 역 투영 (FBP) 재구성은, 2차 합산단계에서 출력된 합산 결과를, 보정필터로 보정을 행하고, 가상 CT 프로젝터를 이용하여 역투영을 행하여 재구성된 CT 이미지를 획득하는 것이다.In the filtered reverse projection (FBP) reconstruction, the summation result output in the second summation step is corrected with a correction filter, and back-projection is performed using a virtual CT projector to obtain a reconstructed CT image.

총 투영 데이터수, 절단 투영 데이터수, 비절단 투영 데이터수는, 투영데이터 획득단계 전에, 사용자의 설정에 의해 설정된 값일 수 있으며, 총 투영 데이터수는 360 이며, 절단 투영 데이터수는 72 이며, 비절단 투영 데이터수는 288 일 수 있다.The total number of projected data, cut projected data, and uncut projected data can be values set by user settings before the projected data acquisition step, and the total projected data number is 360, the cut projected data number is 72, and the ratio The number of cut projection data may be 288.

또한, 본 발명은, 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체를 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by a recording medium storing a computer program source for a POCS-based external information restoration method in a field modulated CT acquisition system.

또한, 본 발명의 필드 변조 CT 획득 시스템은, 피검체를 중심으로한 360도 각도에서, 피검체에 X선을 조사하여 투영 데이터를 획득하되, 조사야를 조절하여, 절단 투영 영상의 투영 데이터와, 비절단 투영 영상의 투영 데이터를 번갈아가면서 획득하는, 투영데이터 획득부; 투영데이터 획득부로부터 수신된 투영데이터로부터 사이노그램을 구하고, 구하여진 사이노그램으로부터 비절단 사이노그램(SNT) 및 절단 사이노그램(ST)을 추출하고, 비절단 사이노그램(ST)에 POCS 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 획득하고, 획득된 재구성 영상을 순방향 투영하여 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)를 획득하고, 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)과 상기 가상의 사이노그램(SOUT)을 합산하여 얻은 투영 데이터를, 필터링된 역 투영 (FBP, filtered back projection) 재구성을 행하여 CT 이미지를 얻는, 연산처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the field-modulated CT acquisition system of the present invention obtains projection data by irradiating X-rays to the subject at an angle of 360 degrees centered on the subject, and by adjusting the field of view, the projection data of the cut projection image and, A projection data acquisition unit that alternately acquires projection data of an uncut projection image; Obtain a sinogram from the projection data received from the projection data acquisition unit, extract an uncut sinogram (SNT) and a cut sinogram (ST) from the obtained sinogram, and extract the uncut sinogram (ST) To obtain a reconstructed image by applying the POCS algorithm to the system, a virtual sinogram (SOUT) including external information is obtained by forward projecting the obtained reconstructed image, and the uncut sinogram (SNT) and the truncated sinogram And an operation processing unit configured to obtain a CT image by performing filtered back projection (FBP) reconstruction on projection data obtained by summing (ST) and the virtual sinogram SOUT. .

투영데이터 획득부는, 피검체를 중심으로한 360도 각도에서, 피검체에 X선을 조사하여 투영 데이터를 획득하되, 절단 투영 영상의 투영 데이터와, 비절단 투영 영상의 투영 데이터를 번갈아가면서 획득하며, 획득된 투영 데이터의 갯수를 '총 투영 데이터수'로 하며, 절단 투영 영상의 투영 데이터의 갯수를 '절단 투영 데이터수이고, 비절단 투영 영상의 투영 데이터의 갯수를 '비절단 투영 데이터수로 한다.The projection data acquisition unit acquires projection data by irradiating X-rays on the subject at a 360-degree angle centered on the subject, and alternately acquiring the projected data of the cut-off projection image and the projection data of the non-cut-off projection image , The number of acquired projected data is'total projected data', the number of projected data of the cut-out projected image is'cut-off projected data', and the number of projected data of uncut-off projected images is'non-cut projected data'. do.

연산처리부는, 투영데이터 획득부에서 획득된 총 투영 데이터수의 투영 데이터로부터, 총 투영 데이터수의 사이노그램을 구하는, 사이노그램 획득부; 사이노그램 획득부에서 얻어진 사이노그램에서, 비절단 투영 데이터수의 비 절단 사이노그램(SNT)을 추출하는, 비 절단 사이노그램 추출부; 비 절단 사이노그램 추출부에서 얻어진 비 절단 사이노그램(SNT)을, POCS 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 획득하는, POCS 알고리즘 처리부; POCS 알고리즘 처리부에서 얻은 재구성 이미지를 가상 CT 프로젝터를 이용하여 순방향 투영하여, 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)인 총 투영 데이터수의 투영 데이터를 획득하는. 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구부; 사이노그램 획득부에서 얻어진 사이노그램에서, 절단 투영 데이터수의 절단 사이노그램(ST)을 추출하는, 절단 사이노그램 추출부; 비 절단 사이노그램 추출부에서 추출된 비절단 사이노그램(ST)과, 절단 사이노그램 추출부에서 추출된 절단 사이노그램(ST)을 합산하는, 제1가산기; 제1가산기에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)의 합산결과에, 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구부에서 출력된 가상의 사이노그램(SOUT)을 더하여, 총 투영 데이터수의 투영 데이터를 획득하는, 제2가산기; 제2가산기에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과, 절단 사이노그램(ST)과, 가상의 사이노그램(SOUT)의 합산 결과에, 필터링된 역 투영 (FBP) 재구성을 행하여, 재구성된 CT 이미지를 얻는, FBP 재구성된 CT 이미지 획득부;를 더 포함한다.The calculation processing unit includes: a sinogram acquisition unit for obtaining a sinogram of the total number of projection data from projection data of the total number of projection data acquired by the projection data acquisition unit; A non-cut sinogram extraction unit for extracting a non-cut sinogram (SNT) of the number of non-cut projection data from the sinogram obtained by the sinogram acquisition unit; A POCS algorithm processing unit for obtaining a reconstructed image by applying a POCS algorithm to the non-cutting sinogram (SNT) obtained by the non-cutting sinogram extraction unit; Projecting the reconstructed image obtained from the POCS algorithm processing unit in the forward direction using a virtual CT projector to obtain projection data of the total number of projection data, which is a virtual sinogram (SOUT) including external information. A projection data recovery unit by forward projection; A cut sinogram extraction unit for extracting a cut sinogram (ST) of the number of cut projection data from the sinogram obtained by the sinogram acquisition unit; A first adder for summing the uncut sinogram (ST) extracted from the uncut sinogram extraction unit and the cut sinogram (ST) extracted from the cut sinogram extraction unit; To the sum result of the uncut sinogram (SNT) and the cut sinogram (ST) output from the first adder, a virtual sinogram (SOUT) output from the projection data recovery unit by forward projection is added, A second adder for obtaining projection data of the total number of projection data; Filtered inverse projection (FBP) reconstruction is performed on the sum result of the uncut sinogram (SNT), the cut sinogram (ST), and the virtual sinogram (SOUT) output from the second adder, It further includes; an FBP reconstructed CT image acquisition unit that obtains a reconstructed CT image.

본 발명의 필드 변조 CT 획득 시스템에서 적용가능한 POCS 기반 외부정보 복원 방법은, POCS 기반의 재구성 알고리즘을 사용하여 비 절단 사이노그램(SNT)에 대한 재구성을 진행하여 외부정보가 포함된 재구성 영상을 얻고, 얻어진 재구성 영상을 다시 전방 투시(forward projection)하여 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)을 생성하는 것으로, 기존의 사이노그램인 SNT과 ST, 그리고 SOUT을 활용하여 완전한 사이노그램을 완성시킬 수 있으며, 완성된 사이노그램을 활용하여 재구성 영상을 얻게 되면 외부정보를 포함한 좋은 품질의 영상을 획득할 수 있다.The POCS-based external information restoration method applicable to the field-modulated CT acquisition system of the present invention uses a POCS-based reconstruction algorithm to reconstruct a non-cut sinogram (SNT) to obtain a reconstructed image containing external information. , By forward projection of the obtained reconstructed image again to create a virtual sinogram (SOUT) containing external information, a complete sinogram using the existing sinograms SNT, ST, and SOUT Can be completed, and if a reconstructed image is obtained using the completed sinogram, a good quality image including external information can be obtained.

ROI CT 영상 재구성은 방사선 량과 산란 된 방사선을 줄이기 위해 개발되었으며, 이 방법은 비교적 저렴하고 기존의 CT 촬영에서 발생하는 것보다 낮은 방사선 선량을 초래한다. 그러나, ROI CT 스캔에 의해 얻어진 재구성 된 이미지는 외부 정보를 포함하지 않는다. 이것은 외부 정보가 필요한 치료 계획 또는 진단에 대한 제한될 수 있다. 본 발명에서는 POCS 알고리즘에 기반한 필드변조(빔 변조) 획득과 새로운 절단 된 이미지 복원 방법을 도입하여 재구성 된 이미지의 품질을 향상시켰다.ROI CT image reconstruction has been developed to reduce the radiation dose and scattered radiation, and this method is relatively inexpensive and results in lower radiation doses than those encountered with conventional CT scans. However, the reconstructed image obtained by ROI CT scan does not contain external information. This can be limited to treatment plans or diagnoses that require external information. In the present invention, the quality of the reconstructed image is improved by introducing a field modulation (beam modulation) acquisition based on the POCS algorithm and a new cropped image restoration method.

즉, 기존에는 Analytical한 알고리즘을 기반으로 접근하여 외부정보에 대한 정확도 및 품질이 떨어졌지만, 본 발명은 POCS기반의 알고리즘으로 iterative적인 알고리즘으로 접근하여 보다 정확하고 좋은 품질의 영상을 획득할 수 있는 장점이 있다.That is, in the past, the accuracy and quality of external information were degraded by approaching based on an analytical algorithm, but the present invention has the advantage of obtaining more accurate and high quality images by approaching an iterative algorithm with a POCS-based algorithm. There is this.

또한, 본 발명에서 적용한 POCS 기반의 재구성 알고리즘은, 기존의 ROI CT나 interpolation 방법보다 정확한 외부정보를 복원할 수 있는 효율적인 알고리즘으로, Field modulation 획득 방법에서 유용하게 쓰일 수 있는 알고리즘이다.In addition, the POCS-based reconstruction algorithm applied in the present invention is an efficient algorithm capable of restoring more accurate external information than the existing ROI CT or interpolation method, and is an algorithm that can be usefully used in a field modulation acquisition method.

도 1은 본 발명의 필드 변조 CT 획득 시스템에서 적용가능한 POCS 기반 외부정보 복원 방법을 적용하기위한 연산처리부를 나타내는 구성도이다.
도 2은 일반적인 필드 변조(Field modulation) 획득 방법의 모식도에 관한 것이다.
도 3는 시뮬레이션으로 얻은 3D 복셀 복부 DICOM 팬텀과 사이노그램을 나타낸다.
도 4은 필드 변조 CT 획득 시스템에서 필드 변조방식을 적용하기위한 투영데이터 획득부를 설명하는 설명도이다.
도 5는 본 발명에서 POCS 알고리즘을 이용한 영상 복원 방법의 흐름도이다.
도 6는 복부 팬텀의 3 가지 ROI를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 의한 복부 DICOM 팬텀에서 얻은 사이노그램의 일예들이다.
도 8은. 복원된 복부 CT 영상의 예를 나타낸다.
도 9은 각 방법으로 얻은 재구성된 복부 CT 영상에서 3 개의 ROI의 확대도입니다.
도 10는 4 가지 ROI 기반 방법으로 얻은 SSIM 값을 나타낸다.
1 is a block diagram showing an operation processing unit for applying a POCS-based external information restoration method applicable to the field modulation CT acquisition system of the present invention.
2 is a schematic diagram of a general field modulation acquisition method.
3 shows a 3D voxel abdominal DICOM phantom and sinogram obtained by simulation.
4 is an explanatory diagram illustrating a projection data acquisition unit for applying a field modulation method in a field modulation CT acquisition system.
5 is a flowchart of an image restoration method using a POCS algorithm in the present invention.
6 shows the three ROIs of the abdominal phantom.
7 is an example of a sinogram obtained from the abdominal DICOM phantom according to the present invention.
8 is. An example of reconstructed abdominal CT image is shown.
9 is an enlarged view of three ROIs in reconstructed abdominal CT images obtained by each method.
10 shows SSIM values obtained by four ROI-based methods.

이하, 본 발명의 필드 변조 CT 획득 시스템에서 적용가능한 POCS 기반 외부정보 복원 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a POCS-based external information restoration method applicable to the field modulation CT acquisition system of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서는 필드 변조(Field modulation), 즉, 필드 변조 (beam modulation)라고 불리는 대안적인 CT 획득 방법을 제안한다. 필드 변조 획득 방법은 비 절단(SNT) 및 절단 투영(ST)을 모두 얻으므로 ROI의 외부 정보를 결정할 수 있다. 따라서 기존의 ROI 이미징과 달리 필드 변조 수집을 사용하여 외부 정보를 복원 할 수 있다. 그러나, 필드 변조에 의해 얻어진 내부 및 외부 투영 정보의 비율은 일치하지 않는다. 따라서, 재구성된 이미지는 트렁케이션 아티팩트(truncation artifact)를 수반하며, 이는 정확한 외부 정보를 복원하는 능력을 제한한다. 이 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 보간 기반 복원 기법(interpolation-based restoration method )과 POCS (projection to convex set, 볼록 집합 투영 기법 또는 볼록 사영법) 알고리즘 기반의 기법을 제안한다. The present invention proposes an alternative CT acquisition method called field modulation, that is, field modulation. The field modulation acquisition method obtains both uncut (SNT) and truncated projection (ST), so that external information of the ROI can be determined. Therefore, unlike conventional ROI imaging, external information can be restored using field modulation collection. However, the ratios of the internal and external projection information obtained by field modulation do not match. Thus, the reconstructed image carries truncation artifacts, which limits the ability to recover accurate external information. In order to solve this problem, the present invention proposes an interpolation-based restoration method and a POCS (projection to convex set, convex set projection method or convex projection) algorithm-based method.

본 발명의 필드 변조 CT 획득 시스템(10)은 필드 변조용 투영 데이터 획득부(50)와 연산처리부(100)를 포함하여 이루어지며, 연산처리부는 MATLAB 등을 포함하는 컴퓨터 일 수 있다. The field modulation CT acquisition system 10 of the present invention includes a field modulation projection data acquisition unit 50 and an operation processing unit 100, and the operation processing unit may be a computer including MATLAB.

투영데이터 획득부(50)는, 종래의 필드 변조 CT 획득 시스템에 구비된 수단으로, 필드 변조방식으로 CT 영상을 획득하기 위해, X선 조사야를 변조하여 투영 데이터을 획득하는 수단이다.The projection data acquisition unit 50 is a means provided in a conventional field modulation CT acquisition system, and is a means for acquiring projection data by modulating an X-ray irradiation field in order to acquire a CT image using a field modulation method.

투영데이터 획득부(50)는 X선 조사야를 변조하여, 피검자 또는 피검체(이하, 설명의 편의상 '피검체'로 통칭한다)의 둘레(즉, 피검체를)를, 피검체를 중심으로 했을때 360도 각도에서 투영 데이터(투영 영상)를 획득한다. The projection data acquisition unit 50 modulates the X-ray irradiation field, so that the circumference (i.e., the subject) of the subject or the subject (hereinafter, collectively referred to as'subject' for convenience of description) should be centered on the subject. When the projection data (projection image) is acquired at an angle of 360 degrees.

이때, 피검체의 둘레에서 투영 영상획득시, 절단 투영(Truncated projection) 영상과 비절단 투영(Nontruncated projection) 영상을 사용자의 설정에 따라, 번갈아가면서 획득할 수 있다. At this time, when a projection image is acquired around the subject, a truncated projection image and a non-truncated projection image may be alternately acquired according to a user's setting.

여기서, 절단된 투영영상은, 관심영역만으로 조사야를 줄여 촬영한 영상이라할 수 있으며, 비절단 투영영상은, 전체 뷰를 조사야로 하여 촬영한 영상이라 할 수 있다.Here, the cut-out projection image may be referred to as an image photographed by reducing the irradiation field only with the region of interest, and the non-cut projection image may be referred to as an image photographed with the entire view as the irradiation field.

또한, 연산처리부(100)는, 투영데이터 획득부(50)에 의해 획득된 투영 데이터들을 이용하여, POCS 기반 외부정보 복원 방법에 의해 복원된 외부정보를 포함하는 좋은 품질의 영상을 획득하도록 연산처리하는 수단이다.In addition, the operation processing unit 100 uses the projection data obtained by the projection data acquisition unit 50 to perform calculation processing to obtain an image of good quality including external information restored by a POCS-based external information restoration method. It is a means to do.

도 1은 본 발명의 필드 변조 CT 획득 시스템에서 적용가능한 POCS 기반 외부정보 복원 방법을 적용하기위한 연산처리부를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing an operation processing unit for applying a POCS-based external information restoration method applicable to the field modulation CT acquisition system of the present invention.

본 발명의 연산처리부(100)는, 사이노그램 획득부(120), 비 절단 사이노그램 추출부(130), POCS 알고리즘 처리부(140), 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구부(150), 절단 사이노그램 추출부(160), 제1 가산기(165), 제2가산기(170), FBP(filtered back projection) 재구성된 CT 이미지 획득부(180)를 포함한다.The operation processing unit 100 of the present invention includes a sinogram acquisition unit 120, a non-cut sinogram extraction unit 130, a POCS algorithm processing unit 140, a projection data recovery unit 150 by forward projection, and a cutting A sinogram extraction unit 160, a first adder 165, a second adder 170, and a filtered back projection (FBP) reconstructed CT image acquisition unit 180 are included.

사이노그램 획득부(120)는, 투영데이터 획득부(50)에서 피검자 또는 피검체(이하, 설명의 편의상 '피검체'로 통칭한다)의 둘레를 360도 각도에서 얻은 투영 데이터(투영 영상)들로부터, 상기 총 투영 데이터수의 사이노그램을 구한다. 여기서 '총 투영 데이터수'는 설명의 편의상, 투영데이터 획득부(50)에서 얻어진 전체(총) 투영 데이터수를 말한다. 또한, '총 투영 데이터 수의 사이노그램'은 투영데이터 획득부(50)에서 획득된 총(전체) 투영 데이터수 만큼이 축적되어 이루어진 사이노그램을 말한다.The sinogram acquisition unit 120 is a projection data (projection image) obtained from the projection data acquisition unit 50 around a subject or a subject (hereinafter, collectively referred to as'subject' for convenience of explanation) at an angle of 360 degrees. From these, a sinogram of the total number of projection data is obtained. Here, the'total number of projection data' refers to the total number of (total) projection data obtained by the projection data acquisition unit 50 for convenience of explanation. In addition, the'sinogram of the total number of projection data' refers to a sinogram obtained by accumulating as much as the total number of projection data acquired by the projection data acquisition unit 50.

일반적으로 투영데이터는 2D 영상이며, 이를 한 단면 (1D) 들을 추출하여, 각도별로의 단면 (1D)를 추출하여 쌓은 게 사이노그램이라고 할 수 있다. 즉, 360개의 투영데이터의 line들이 쌓인 것이 360 사이노그램이라고 표기한 것이다.In general, projection data is a 2D image, and one section (1D) is extracted from the projected data, and the section (1D) for each angle is extracted and accumulated as a sinogram. In other words, the stack of 360 lines of projection data is marked as 360 sinograms.

예를들어, 투영데이터 획득부(50)에서, 피검자 또는 피검체의 둘레의 1도 각도에서 하나의 투영 데이터를 얻는다고 할때, 피검체의 둘레를 360도 각도에서 X선을 투영하여 얻은 360개의 투영 데이터로부터, 360 사이노그램을 구한다. For example, when the projection data acquisition unit 50 obtains one projection data at an angle of 1 degree around the subject or the circumference of the subject, 360 pieces obtained by projecting X-rays at an angle of 360 degrees around the subject From the projection data, 360 sinograms are obtained.

또한, 투영데이터 획득부(50)에서 획득된 투영 영상(데이터)는 절단 투영 영상과 비절단 투영 영상을 포함한다. 절단 투영영상의 갯수와 비절단 투영영상의 갯수는 촬영시 사용자가 설정하기에 따라 달라질 수 있다.In addition, the projection image (data) acquired by the projection data acquisition unit 50 includes a cut-out projection image and a non-cut projection image. The number of cut-out projection images and the number of non-cut projection images may vary depending on the user's setting when shooting.

예를들어, 투영데이터 획득시의 사용자의 설정에 따라, 상기 360개의 투영 데이터에서, 절단 투영영상은 72개이고, 비절단 투영영상은 288개일 수 있다. For example, according to a user's setting at the time of acquisition of projection data, out of the 360 projection data, 72 cut-out projection images may be used and 288 non-cut projection images.

비 절단 사이노그램 추출부(130)는 사이노그램 획득부(120)에서 얻어진 사이노그램에서, 비 절단 투영영상 수의 비 절단 사이노그램(SNT)을 추출한다. 여기서, '비 절단 투영영상 갯수(비절단 투영 데이터수)'는 투영데이터 획득부(50)에서 얻어진 비 절단 투영 영상(데이터) 갯수를 말한다. 또한, '비 절단 투영영상 수의 비 절단 사이노그램(SNT)'은, 비 절단 투영영상 갯수 만큼의 투영데이터의 line들이 쌓여서 이루어진 사이노그램이다.The non-cut sinogram extraction unit 130 extracts a non-cut sinogram (SNT) of the number of non-cut projection images from the sinogram obtained by the sinogram acquisition unit 120. Here, the'number of uncut projected images (number of uncut projected data)' refers to the number of non-cut projected images (data) obtained by the projection data acquisition unit 50. In addition, the'non-cutting sinogram of the number of uncut projected images (SNT)' is a sinogram formed by stacking lines of projection data corresponding to the number of non-cutting projected images.

예로, 비 절단 사이노그램 추출부(130)는 사이노그램 획득부(120)에서 얻어진 사이노그램에서, 비 절단 투영영상 갯수인, 72의 비 절단 사이노그램(SNT), 즉, 72 비 절단 사이노그램(SNT)을 추출할 수 있다. 여기서, 비 절단 투영영상 갯수 및 절단 투영영상 갯수는 사용자에 의해 설정된 값이다.For example, in the sinogram obtained by the sinogram acquisition unit 120, the non-cut sinogram extraction unit 130 is a non-cut sinogram (SNT) of 72, which is the number of non-cut projection images, that is, 72 ratio. Cut sinogram (SNT) can be extracted. Here, the number of uncut projection images and the number of cut projection images are values set by the user.

POCS 알고리즘 처리부(140)는, 비 절단 사이노그램 추출부(130)에서 얻어진 비 절단 사이노그램(SNT)을, POCS(projection onto convex sets, 볼록 집합 투영 기법) 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 획득한다. The POCS algorithm processing unit 140 obtains a reconstructed image by applying a projection onto convex sets (POCS) algorithm to the non-cut sinogram (SNT) obtained from the non-cut sinogram extraction unit 130 do.

일반적으로, POCS(projection onto convex sets, 볼록 집합 투영 기법) 알고리즘은 어떤 법칙(norme) 공간내에 어떤 형상을 가지는 닫힌 볼록 집합 Ci(i=1, 2,..., m)가 주어졌을 때, 각 Ci에의 거리 투영을 이용하여, 공통 부분 집합[numerical formula]의 Ci내의 1점을 산출하는 일련의 알고리즘을 말한다. 즉, POCS 알고리즘은 원(原)화상이 가지는 특징으로부터 복수의 볼록집합을 형성하고, 비선형 투영 작용요소를 이용하여 각 볼록집합의 공통 부분에 속하는 원(原)화상을 반복적으로 구하는 방법이다.In general, the POCS (projection onto convex sets) algorithm is given a closed convex set Ci(i=1, 2,..., m) having a certain shape in a certain norme space, It refers to a series of algorithms that calculate one point in Ci of a common subset [numerical formula] by using the distance projection to each Ci. That is, the POCS algorithm is a method of forming a plurality of convex sets from the features of the original image, and repeatedly obtaining the original image belonging to the common part of each convex set by using nonlinear projection action elements.

POCS (재구성) 알고리즘은 대수적 재구성 (algebraic reconstruction technique, ART) 알고리즘에 전체 변이(TV) 최소화를 적용하여, 투영 뷰(projection views)의 제한으로 인한 줄무늬 아티팩트를 억제한다. 전통적인 CT 영상 문제에서, 샘플링 절차가 이산 선형 변환(discrete linear transform)으로 간주 될 수 있으며 그 영상 모델(imaging model)은 다음과 같은 선형 모델을 통해 두 벡터를 연결(links)한다.The POCS (reconstruction) algorithm suppresses fringe artifacts due to the limitation of projection views by applying the total variation (TV) minimization to the algebraic reconstruction technique (ART) algorithm. In the traditional CT imaging problem, the sampling procedure can be considered as a discrete linear transform, and the imaging model links the two vectors through the following linear model.

go = Afg o = Af

단, A는 크기 M × N의 시스템 행렬, 즉, 원래 영상 속의 단위 영상의 크기를 나타내는 시스템 행렬이고, g0는 모델 데이터의 측정 벡터, 즉, 원래 영상이 가지고 있는 데이터(벡터)이며, 이미지 f는 M 픽셀과 N 개의 복셀을 갖는 벡터로, 즉, 검출된 이미지을 나타낸다. 모델 데이터 g0는 측정 데이터 g와 다르며, 측정 데이터 g는 최적화 공식에서 아래와 같이 고려될 수 있다.However, A is a system matrix of size M × N, that is, a system matrix representing the size of a unit image in the original image, and g 0 is a measurement vector of model data, that is, data (vector) of the original image, and image f is a vector having M pixels and N voxels, that is, represents a detected image. The model data g 0 is different from the measurement data g, and the measurement data g can be considered in the optimization formula as follows.

선형 모델의 등식(equation)의 역변환(inversion, 도치, 반전)은, 최적화 문제로 다음과 같이 공식화할 수 있으며, 최적화 문제는 최적화 기반 알고리즘을 사용하여 해결할 수 있다. The inverse transformation (inversion, inversion, and inversion) of the equation of a linear model can be formulated as an optimization problem as follows, and the optimization problem can be solved using an optimization-based algorithm.

재구성된 이미지, 즉, 이미지 f의 역변환(f*)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.The reconstructed image, that is, the inverse transform (f * ) of the image f can be expressed as follows.

f* = argmin∥f∥TV D(f)≤εf * = argmin∥f∥ TV D(f)≤ε

여기서, D(f)는 D(f) =|Af-g| 이다.Here, D(f) is D(f) =|Af-g|.

D(f) =|Af-g|는 측정 된 데이터 g와 이미징 모델 Af 사이의 유클리드 데이터 발산을 나타내며, ε는 측정 된 데이터 g와 이미징 모델 Af 사이의 불일치를 수용하기 위해 미리 선택된 양의 파라미터이다.D(f) =|Af-g| represents the Euclidean data divergence between the measured data g and the imaging model Af, and ε is a preselected positive parameter to accommodate the discrepancy between the measured data g and the imaging model Af .

POCS 알고리즘에 대해서, 의학 및 생물 물리학회지(PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY)의 53권 17호에 2008년에 게제된, "Image reconstruction in circular cone-beam computed tomography by constrained, total-variation minimization"에 공지되어 있으며, 또한, 일본의 MEDICAL IMAGING TECHNOLOGY Vol.12 No.l에, 1994년 1월에 공개된 "Image Reconstruction and Restoration by the Method of Convex Convex Projections"에도 공지되어 있다. 따라서, 여기서, POCS 알고리즘에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다.The POCS algorithm was published in "Image reconstruction in circular cone-beam computed tomography by constrained, total-variation minimization", published in 2008 in Vol. 53, No. 17 of the Journal of Medical and Biophysics. In addition, it is also known in "Image Reconstruction and Restoration by the Method of Convex Convex Projections" published in January 1994 in MEDICAL IMAGING TECHNOLOGY Vol.12 No.l of Japan. Therefore, a more detailed description of the POCS algorithm is omitted here.

순방향 투영에 의한 투영데이터 복구부(150)는, POCS 알고리즘 처리부(140)에서 얻은 재구성 이미지를 순방향 투영하여, 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)인 투영 데이터를 복구한다. 여기서 얻어진 투영데이터의 수는 '총 투영 데이터 수'와 같다. 또한, 여기서, 투영을 위해 가상 CT 프로젝터를 사용할 수도 있다.The projection data recovery unit 150 by forward projection forward-projects the reconstructed image obtained by the POCS algorithm processing unit 140 to recover projection data, which is a virtual sinogram SOUT including external information. The number of projection data obtained here is equal to the'total number of projection data'. Also, here, it is also possible to use a virtual CT projector for projection.

예를들어, 사이노그램 획득부(120)에서 얻은 360 사이노그램을 획득했다면, 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구부(150)는, POCS 알고리즘 처리부에서 얻은 재구성 이미지를 순방향 투영하여, 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)인 360개의 투영 데이터를 복구한다.For example, if 360 sinograms obtained by the sinogram acquisition unit 120 are acquired, the projection data recovery unit 150 by forward projection forward projection of the reconstructed image obtained from the POCS algorithm processing unit, and external information. It restores 360 projection data, which is the included virtual sinogram SOUT.

절단 사이노그램 추출부(160)는 사이노그램 획득부(120)에서 얻어진 사이노그램에서, 절단 투영영상 수의 절단 사이노그램(ST)을 추출한다. The cut sinogram extraction unit 160 extracts a cut sinogram ST of the number of cut projection images from the sinogram obtained by the sinogram acquisition unit 120.

여기서, '절단 투영영상 갯수 (절단 투영 데이터수)'는 투영데이터 획득부(50)에서 얻어진 절단 투영 영상(데이터) 갯수를 말한다. 또한, '절단 투영영상 수의 절단 사이노그램(SNT)'은, 절단 투영영상 갯수 만큼의 투영데이터의 line들이 쌓여서 이루어진 사이노그램이다. Here, the'number of cut-out projection images (number of cut-out projection data)' refers to the number of cut-out projection images (data) obtained by the projection data acquisition unit 50. In addition, the'cutting sinogram of the number of cut-out projection images (SNT)' is a sinogram formed by stacking lines of projection data corresponding to the number of cut-out projection images.

예로, 절단 사이노그램 추출부(160)는 사이노그램 획득부에서 얻어진 사이노그램에서, 기 설정된 절단 투영영상 갯수인, 288(사용자가 설정한 값)의 절단 사이노그램(ST), 즉 288 절단 사이노그램(ST)을 추출할 수 있다. For example, the cut sinogram extraction unit 160 is a cut sinogram ST of 288 (a value set by the user), which is a preset number of cut projection images from the sinogram obtained by the sinogram acquisition unit. 288 cut sinograms (ST) can be extracted.

제1 가산기(165)는, 비 절단 사이노그램 추출부(130)에서 추출된 비절단 사이노그램(ST)과, 절단 사이노그램 추출부(160)에서 추출된 절단 사이노그램(ST)을 합산한다.The first adder 165 includes an uncut sinogram (ST) extracted from the uncut sinogram extraction unit 130 and a cut sinogram (ST) extracted from the cut sinogram extraction unit 160 Add up

제2 가산기(170)는, 제1 가산기(165)에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)의 합산결과를, 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구부(150)에서 출력된 가상의 사이노그램(SOUT) (예로, 360개의 투영 데이터)를 더한다. 이 합산결과의 투영데이터의 수도, '총 투영 데이터 수'와 같다.The second adder 170 converts the sum result of the uncut sinogram (SNT) and the cut sinogram (ST) output from the first adder 165 into the projection data recovery unit 150 by forward projection. Add the virtual sinogram (SOUT) output from (for example, 360 projection data). The number of projection data of this summation result is equal to the'total number of projection data'.

FBP 재구성된 CT 이미지 획득부(180)는, 제2 가산기(170)에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과, 절단 사이노그램(ST)과, 가상의 사이노그램(SOUT) 의 합산 결과(예로, 360 투영 데이터)로부터, 필터링 된 역 투영 (filtered back projection, FBP)으로 재구성을 행하여, 필터링 된 역 투영 (FBP) 재구성된 CT 이미지를 얻는다.The FBP reconstructed CT image acquisition unit 180 includes a non-cut sinogram (SNT), a cut sinogram (ST), and a virtual sinogram (SOUT) output from the second adder 170. From the summation result (eg, 360 projection data), reconstruction is performed with filtered back projection (FBP) to obtain a filtered back projection (FBP) reconstructed CT image.

일반적으로, 필터링 된 역 투영 (FBP)는 영상에서 뭉게진 부분을 필터링을 통해 보정을 행하고 역투영을 행하는 것을 말한다. 여기서는 필터링 된 역 투영 (FBP)는, 비 절단 사이노그램(SNT)과, 절단 사이노그램(ST)과, 가상의 사이노그램(SOUT)의 합산 결과를, 보정필터(예로 램프(Ramp) 필터, Ram-Lak 등등)로 보정을 행하고, 역투영을 행한 것을 말한다.In general, filtered reverse projection (FBP) refers to performing a correction through filtering and performing reverse projection on a broken portion of an image. Here, the filtered reverse projection (FBP) is the sum of the uncut sinogram (SNT), the cut sinogram (ST), and the virtual sinogram (SOUT), and the correction filter (e.g., Ramp) Filter, Ram-Lak, etc.) and back projection.

필터링 된 역 투영 (FBP)은 널리 공지된 기술로, 예로, 일본 단층영상연구회잡지 제41권 제2호에 2014년 8월에 공개된 "화상재구성: 임상의를 위한 해설 제2회-순차 근사 화상 재구성법"에 공지되어 있어, 여기서는 보다 상세한 설명은 생략한다.Filtered inverse projection (FBP) is a well-known technique, for example, "Image Reconstruction: Commentary for Clinicians 2nd-Sequential Approximation," published in August 2014 in Japanese Tomography Research Society Magazine Vol. Image reconstruction method", a more detailed description is omitted here.

도 2은 본 발명의 필드 변조(Field modulation) 획득 방법을 설명하기위한 모식도이다.2 is a schematic diagram for explaining a method of obtaining field modulation according to the present invention.

필드 변조 CT 획득 시스템에서, X 선원(X ray source)(11)으로부터의 X선을, 여러 각도에서 피검체(예로, 도 2의 팬텀 스테이지에 있는 팬텀)(20)에 조사하여 영상을 획득하되, 절단 투영(Truncated projection) 영상(21)과 비절단 투영(Nontruncated projection) 영상(22)을 번갈아가면서 획득한다. 즉, 도 2에서와 같이, 절단된 투영 영상(21)과 비절단된 투영 영상(22)을 번갈아가면서 얻어, 기존의 ROI CT와 다르게 외부정보를 획득할 수 있다. In the field modulation CT acquisition system, an X-ray from an X-ray source 11 is irradiated to a subject (e.g., a phantom in the phantom stage of Fig. 2) 20 at various angles to obtain an image. , A truncated projection image 21 and a non-truncated projection image 22 are alternately acquired. That is, as shown in FIG. 2, the cut projection image 21 and the non-cut projection image 22 are alternately obtained, and external information may be obtained differently from the existing ROI CT.

<필드 변조 획득><Field Modulation Acquisition>

본 발명의 필드 변조 CT 획득 시스템은, POCS 알고리즘을 이용하여 외부정보의 복원의 정확도를 높였다. 이에 대한 시뮬레이션을 위해, 연산처리부(100)에, 수치 해석 및 프로그래밍 환경을 제공하는 공학용 소프트웨어(예를들어, MATLAB R2017b 프로그램)을 포함하여, 컴퓨터 단층 촬영을 시뮬레이션한다. 또한 상기 시뮬레이션을 위해, 512 × 512 × 512 입방 크기(cubic size)의 3D 복셀 팬텀은 임상 CT 시스템에서 얻은 복부 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 이미지(DICOM 형식(규격)에 따른 이미지)를 사용하여 만들었으며, 사이노그램을 만들기 위해 가상 CT 프로젝터를 사용하였다. The field modulation CT acquisition system of the present invention improves the accuracy of reconstruction of external information by using the POCS algorithm. In order to simulate this, computer tomography is simulated by including engineering software (eg, MATLAB R2017b program) that provides a numerical analysis and programming environment to the operation processing unit 100. In addition, for the simulation, a 3D voxel phantom of 512 × 512 × 512 cubic size uses an abdominal DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) image (image according to the DICOM format (standard)) obtained from a clinical CT system. And used a virtual CT projector to create a sinogram.

이 시뮬레이션에서, 도 1의 연산처리부(100)의 처리과정을 거쳐, 제2 가산기(170)에서 얻어진 360 투영 데이터(즉, 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)와 가상의 사이노그램(SOUT)이 합산된 결과)로부터, FBP 재구성된 CT 이미지 획득부(180)에서 필터링 된 역 투영 (FBP) 재구성을 통해 CT 이미지를 얻었다. ROI CT 이미지는 360 개의 잘린 투영 데이터를 사용하여 재구성되었다. 필드(빔) 변조 획득을 통해 얻어진 CT 영상은 288 개의 절단 된 투영 데이터와 72 개의 최대 크기(비 절단)의 투영 데이터를 사용하여 재구성되었다. In this simulation, 360 projection data obtained by the second adder 170 (that is, the uncut sinogram (SNT) and the cut sinogram (ST) and the virtual From the result of summation of the sinogram (SOUT)), a CT image was obtained through reverse projection (FBP) reconstruction filtered by the FBP reconstructed CT image acquisition unit 180. ROI CT images were reconstructed using 360 cropped projection data. The CT image obtained through field (beam) modulation acquisition was reconstructed using 288 truncated projection data and 72 maximum size (non-cut) projection data.

도 3은 시뮬레이션으로 얻은 3D 복셀 복부 DICOM 팬텀과 사이노그램을 나타낸다. 3 shows a 3D voxel abdominal DICOM phantom and sinogram obtained by simulation.

도 3의 (a)는 복부 DICOM 팬텀이며, 도 3의 (b) 종래의 스캔을 통해 얻은 사이노그램이며, 도 3의 (c)는 필드(빔) 변조 획득을 통해 얻은 사이노그램이며, 도 3의 (d)는 절단 된 부분을 제거한 후, 필드(빔) 변조 획득을 통해 얻은 사이노그램이다.Figure 3 (a) is an abdominal DICOM phantom, Figure 3 (b) is a sinogram obtained through a conventional scan, Figure 3 (c) is a sinogram obtained through field (beam) modulation acquisition, 3D is a sinogram obtained through field (beam) modulation acquisition after removing the cut part.

288 개의 절단된 투영 데이터의 대부분이 잘리기 때문에, 필드 변조에 의해 얻어진 사이노그램(도 3의 (c))으로부터, 인접 픽셀의 값들을 이용하여 잘라내어진 부분을 외삽법(extrapolation)으로 제거한다(도 3의 (d)). Since most of the 288 cut-out projection data is cut off, from the sinogram obtained by field modulation (Fig. 3(c)), the cut-out part using values of adjacent pixels is removed by extrapolation. (Fig. 3(d)).

도 4은 필드 변조 CT 획득 시스템(10)에서 필드 변조방식을 적용하기 위한 투영데이터 획득부(50)를 설명하는 설명도이다. 4 is an explanatory diagram illustrating a projection data acquisition unit 50 for applying a field modulation method in the field modulation CT acquisition system 10.

도 4의 (a)는 비절단 투영(Nontruncated projection) 데이터(영상)의 획득을 설명하는 설명도이다. 비절단 투영에 맞추어 조사야가 조절된 X선관(11a)으로부터, X선이 투사되어 관심영역(ROI)를 포함하는 비절단 투영 영상(22)을 획득한다. 4A is an explanatory diagram for explaining acquisition of non-truncated projection data (images). An X-ray is projected from the X-ray tube 11a whose irradiation field is adjusted according to the non-cut projection to obtain a non-cut projected image 22 including the ROI.

도 4의 (b)는 절단 투영(Truncated projection) 데이터(영상)의 획득을 설명하는 설명도이고, 절단 투영에 맞추어 조사야가 조절된 X선관(11b)으로부터, X선이 관심영역(ROI)만을 투사하여, 관심영역(ROI)만을 포함하는 비절단 투영 영상(22)을 획득한다. 4B is an explanatory diagram illustrating acquisition of truncated projection data (image), and from the X-ray tube 11b whose irradiation field is adjusted according to the truncated projection, the X-ray is only the region of interest (ROI). By projecting, an uncut projection image 22 including only the ROI is obtained.

도 4의 (c)는 절단 투영(Truncated projection) 영상과 비절단 투영(Nontruncated projection) 영상을 번갈아가면서 획득하는 것을 설명한다.FIG. 4C illustrates acquisition of a truncated projection image and a non-truncated projection image alternately.

X선관을 회전하면서 각 각도별로 조사야를 조절하여, 즉, 비절단 투영에 맞추어 조사야가 조절된 X선관(11a)과, 절단 투영에 맞추어 조사야가 조절된 X선관(11b)을 번갈아 가면서 위치시키고, X선을 투사하여, 절단 투영 데이터와 비절단 투영 데이터를 번갈아가면서 획득한다.By rotating the X-ray tube and adjusting the irradiation field for each angle, that is, the X-ray tube 11a whose irradiation field is adjusted according to the non-cut projection, and the X-ray tube 11b whose irradiation field is adjusted according to the cut projection are alternately positioned, X-rays are projected, and cut projection data and non-cut projection data are acquired alternately.

<절단된 이미지 복원 방법><How to restore the cut image>

절단된 이미지 복원 절차는 필드 변조 획득에 의해 얻어진 CT 이미지에서 절단 (truncation) 아티팩트를 완전히 제거하기 위해 필요하다. 제안된 두 가지 방법을 사용하여 절단 투영 데이터를 수정했다. The truncated image restoration procedure is necessary to completely remove truncation artifacts from the CT image obtained by field modulation acquisition. The cut projection data was corrected using the two proposed methods.

첫 번째 방법은 스플라인 보간 방법이다. 필드 변조 획득을 통해 얻은 투영 데이터에는 샘플 된 ROI 외부 정보가 포함되어 있다. 72 개의 샘플 된 ROI 외부 정보를 사용하는 스플라인 보간 방법을 통해 288 개의 잘린 투영 데이터를 채웠다.The first method is the spline interpolation method. Projection data obtained through field modulation acquisition contains information outside the sampled ROI. We populated 288 truncated projection data via spline interpolation method using information outside of 72 sampled ROIs.

일반적으로, 자료 점들의 부분집합에 저차 다항식을 적용시켜나가는, 연결 다항식을 스플라인 함수라고 하며, 스플라인 함수는 국부적으로 급격히 변화하는 함수의 거동에 우수한 근사값을 제공한다. 수학적 함수를 이용해 그려지는 선은, 곡률표현으로서, 이를 라인(Line)이라 하지 않고 스플라인(Spline)이라 한다. Lagrange 보간법이나 Newton의 보간법등에서 점의 수가 많으면 진동하는 경향을 보이는 등의 문제가 있으며, 이들의 문제를 해결하는 방법으로서 구분적으로 보간다항식 함수를 작성하여, 이것을 유연하게 연결하여 결합할 수 있는 방법이 있다. 이 구분적인 다항식을 스플라인 함수(spline function)라 하며, 스플라인 함수를 이용하여 보간 함수를 구하는 문제를 스플라인 보간(spline interpolation)이라고 한다. In general, a connection polynomial that applies a low-order polynomial to a subset of data points is called a spline function, and the spline function provides an excellent approximation to the behavior of a function that changes rapidly locally. A line drawn using a mathematical function is a curvature expression, which is not called a line but is called a spline. Lagrange interpolation method and Newton's interpolation method have problems such as vibrating when the number of points is large, and as a method to solve these problems, a method that can be combined by creating a function that is dividedly viewed as a function that can be flexibly connected. There is this. This segmented polynomial is called a spline function, and the problem of obtaining an interpolation function using a spline function is called spline interpolation.

스플라인(Spline)은 통과해야 하는 점(절점)을 고정하는 것에 따라, 왜곡(歪曲) 에너지가 최소로 되는 형태가 된다. 이 에너지는 스플라인의 곡률의 제곱을 호의 길이에 관해서 적분한 값에 비례하며, 절점간은 3차 다항식으로 표현되고, 옆 구간의 다항식에서는 절점에서 1계와 2계 미분이 연속이 되어 연결된다. 이것으로부터 spline 함수 중에서 3차 spline(cubic spline)함수가 이용된다. The spline becomes a form in which distortion energy is minimized by fixing a point (node) to pass through. This energy is proportional to the value obtained by integrating the square of the curvature of the spline with respect to the length of the arc, and between nodes is expressed as a third-order polynomial, and in the polynomial of the next section, the first and second derivatives are connected in succession at the nodes. From this, the cubic spline (cubic spline) function is used among the spline functions.

이것은, 절점 xi(i=1, 2, ···, n)과 그 함수값 f(xi)이 주어진 경우, 각 구간 [xi, xi+1](i=1, 2, ···, n-1)을 3차 다항식으로 보간한다. 각 구간을 접속하는 끝점에서는, 함수값 및 1계와 2계 도함수의 값을 동일하게 한다. 그리고 양단 x1, xn에서의 단조건(end condition)을 만족시키는 조건으로부터 다항식의 계수를 정하는 것이다. This is, given the node x i (i=1, 2, ..., n) and its function value f(x i ), each interval [x i , x i+1 ](i=1, 2, ... , n-1) is interpolated with a third-order polynomial. At the end points connecting each section, the value of the function and the first and second derivatives are made the same. And the coefficient of the polynomial is determined from the condition that satisfies the end condition at both ends x 1 and x n .

스플라인 보간 방법에 대해서는 네이버 백과사전 등에 공지되어 있으므로 보다 상세한 설명은 생략한다.Since the spline interpolation method is known in the Naver Encyclopedia, a more detailed description will be omitted.

두 번째 방법은 POCS 알고리즘을 사용한다. The second method uses the POCS algorithm.

도 5는 본 발명의 연산처리부(100)에서 POCS 알고리즘을 이용한 영상 복원 방법의 흐름도이다. 즉, 도 5는 POCS 알고리즘의 개략도와 전체 이미지 복원 방법을 나타낸다.5 is a flowchart of an image restoration method using the POCS algorithm in the operation processing unit 100 of the present invention. That is, FIG. 5 shows a schematic diagram of a POCS algorithm and a method of reconstructing an entire image.

영상획득단계로, 필드변조 CT 영상 획득 시스템의 투영데이터 획득부(50)에서 피검체의 둘레(즉, 피검체를 중심으로 360도 각도에서) X선을 투영(촬영)하여 투영 데이터을 획득하되, 이때 획득된 투영 데이터수(예로 350개)를 '총 투영 데이터수'로 획득한다(S110).In the image acquisition step, the projection data acquisition unit 50 of the field-modulated CT image acquisition system projects (photographs) an X-ray around the subject (that is, at an angle of 360 degrees around the subject) to obtain projection data, At this time, the acquired number of projection data (for example, 350) is acquired as'the total number of projection data' (S110).

투영데이터 획득부(50)에서 획득된 투영 영상(데이터)는 절단 투영 영상과 비절단 투영 영상을 포함하며, 절단 투영영상의 갯수와 비절단 투영영상의 갯수는 촬영시 사용자가 설정하기에 따라 달라질 수 있다.Projected images (data) acquired by the projection data acquisition unit 50 include cut and non-cut projection images, and the number of cut and non-cut projection images varies depending on the user's setting when shooting. I can.

사이노그램 획득단계로, 영상획득단계에서 투영데이터 획득부(50)로부터 수신된 총 투영 데이터수(예로 360개)의 투영 데이터로부터 총 투영 데이터수 사이노그램(즉, 360 사이노그램)을 얻는다(S120).In the sinogram acquisition step, the total number of projection data sinograms (that is, 360 sinograms) from the projection data of the total number of projection data (eg 360) received from the projection data acquisition unit 50 in the image acquisition step Obtain (S120).

비 절단 사이노그램 추출단계로, 사이노그램 획득단계에서 얻어진 사이노그램에서 비절단 투영영상의 갯수의 비 절단 사이노그램(SNT)(예로, 72 비 절단 사이노그램)을 추출한다(S130).In the uncut sinogram extraction step, the uncut sinogram (SNT) (for example, 72 uncut sinogram) of the number of uncut projection images is extracted from the sinogram obtained in the sinogram acquisition step (S130). ).

POCS 알고리즘에 의한 영상재구성단계로, 비 절단 사이노그램 추출단계에서 얻어진 비 절단 사이노그램(SNT)을 POCS 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 획득한다(S140).In the image reconstruction step by the POCS algorithm, a reconstructed image is obtained by applying the POCS algorithm to the uncut sinogram (SNT) obtained in the uncut sinogram extraction step (S140).

순방향 투영에 의한 투영데이터 복구단계로, POCS 알고리즘에 의한 영상재구성단계에서 얻은 재구성 이미지를 순방향 투영하여, 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)인, 총 투영 데이터수(예로 360개)의 투영 데이터를 복구한다(S150). This is the projection data recovery step by forward projection. The reconstructed image obtained in the image reconstruction step by the POCS algorithm is forward projected, and the total number of projection data (e.g. 360), which is a virtual sinogram (SOUT) containing external information. The projection data of is restored (S150).

절단 사이노그램 추출단계로, 사이노그램 획득단계에서 얻어진 사이노그램에서 절단 투영영상 수의 절단 사이노그램(truncated sinogram, ST)(예로, 288 절단 사이노그램)을 추출한다(S160).In the truncated sinogram extraction step, a truncated sinogram (ST) (eg, 288 truncated sinogram) of the number of truncated projection images is extracted from the sinogram obtained in the sinogram acquisition step (S160).

1차 합산단계로, 비 절단 사이노그램 추출단계에서 추출된 비절단 사이노그램(ST)과, 절단 사이노그램 추출단계에서 추출된 절단 사이노그램(ST)을 더한다(S165).In the first summing step, the uncut sinogram (ST) extracted in the uncut sinogram extraction step and the cut sinogram (ST) extracted in the cut sinogram extraction step are added (S165).

2차 합산단계로, 1차 합산단계에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)의 합산결과에, 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구단계에서 출력된 가상의 사이노그램(SOUT)인, 총 투영 데이터수의 투영 데이터를 더한다(S170).In the second summing step, the summing result of the uncut sinogram (SNT) and the cut sinogram (ST) output in the first summing step, and the virtual cyno output in the projection data recovery step by forward projection The projection data of the total number of projection data, which is a gram (SOUT), is added (S170).

필터링 된 역 투영 (FBP) 재구성된 CT 이미지 획득단계로, 2차 합산단계에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과, 절단 사이노그램(ST)과, 가상의 사이노그램(SOUT) 의 합산 결과의 투영 데이터(즉, 총 투영 데이터수의 투영 데이터)로부터, 필터링 된 역 투영 (FBP) 재구성을 행하여, 필터링 된 역 투영 (FBP) 재구성된 CT 이미지를 얻는다(S180). Filtered Inverse Projection (FBP) Reconstructed CT image acquisition step, uncut sinogram (SNT), cut sinogram (ST), and virtual sinogram (SOUT) output in the second summing step Filtered inverse projection (FBP) reconstruction is performed from the projection data (that is, projection data of the total number of projection data) of the summation result of, to obtain a filtered inverse projection (FBP) reconstructed CT image (S180).

도 5에서와 같이, POCS 알고리즘을 사용하여 72 샘플로 이루어진 투영 데이터로 얻은 재구성 영상은 다소 흐릿하고 화질은 다소 떨어지지만, 288 개의 잘린 투영 데이터의 ROI 외부 정보를 채우기에 충분한 정보를 제공할 수 있다. 순방향 투영을 사용하여 POCS 알고리즘으로 얻은 재구성 이미지를 사용하여 360 개의 투영 데이터를 복구했다. 288 개의 잘린 투영 데이터의 복구 된 ROI 외부 정보가 288 개의 잘린 투영 데이터와 병합되어 외부 정보를 채운다. 채워진 288개 투영 데이터와 72개 투영되지 않은 투영 데이터를 사용하여 최종 재구성된 이미지를 얻는다. 최종 완성된 사이노그램이, 필드 변조 (SNT)로 얻은 72개의 비 절단된 투영 데이터, 필드 변조 (ST)로 얻은 절단된 투영 데이터 288개, 순방향 투영 (SOUT)에 의한 복원된 360개의 비 절단된 사이노그램의 외부 정보 (SOUT)가 조합된 것임을 도 5에서 나타낸다.As shown in FIG. 5, the reconstructed image obtained from the projection data consisting of 72 samples using the POCS algorithm is somewhat blurry and the image quality is slightly degraded, but sufficient information to fill the ROI external information of 288 cropped projection data can be provided. . 360 projection data were recovered using reconstructed images obtained with the POCS algorithm using forward projection. The recovered ROI external information of 288 truncated projection data is merged with 288 truncated projection data to fill the external information. The final reconstructed image is obtained using 288 filled projection data and 72 unprojected projection data. The final completed sinogram, 72 uncut projection data obtained by field modulation (SNT), 288 cut projection data obtained by field modulation (ST), and 360 reconstructed non-cutting by forward projection (SOUT) 5 shows that the external information (SOUT) of the sinogram is combined.

<데이터 분석><Data Analysis>

도 6은 복부 팬텀의 3 가지 ROI(관심영역), 즉 ROI 1, ROI 2, ROI 3를 나타낸다.6 shows three ROIs (regions of interest) of the abdominal phantom, that is, ROI 1, ROI 2, and ROI 3.

구조적 유사성 지수 측정(Structural Similarity Index Measure, SSIM) 값과 피크신호 대 잡음비(peak signal-to-noise ratio, PSNR)를 사용하여 3 개의 ROI (도 6참조)의 화질을 평가했다. 필드 변조 획득 중에 내부 ROI는 ROI 1로 설정되고, 외부 ROI는 ROI 2와 ROI 3으로 설정하였다. 이미지 복원 정도를 평가하는 데 사용되는 지표 SSIM (Structed similarity image matching, 구조화 유사성 이미지 매칭) 값은 다음과 같이 계산된다.The image quality of the three ROIs (see FIG. 6) was evaluated using the Structural Similarity Index Measure (SSIM) value and the peak signal-to-noise ratio (PSNR). During field modulation acquisition, the inner ROI was set to ROI 1, and the outer ROI was set to ROI 2 and ROI 3. The index SSIM (Structed similarity image matching) value used to evaluate the degree of image restoration is calculated as follows.

Figure 112019075218760-pat00001
Figure 112019075218760-pat00001

여기서 α, β 및 γ는 가장 일반적으로 설정 값인 1로 설정된다. ℓ, c, s는 각각 휘도(luminance), 명암(contrast) 및 구조구성(structural) 요소로 다음과 같이 정의된다.Here, α, β, and γ are most commonly set to a set value of 1. ℓ, c, and s are luminance, contrast, and structural elements, respectively, and are defined as follows.

Figure 112019075218760-pat00002
Figure 112019075218760-pat00002

여기서 ux 및 uy는 각각 기준 이미지 및 비교 이미지의 부분 평균(local means)이다. σx와 σy는 각각 기준 이미지와 비교 이미지의 표준 편차이다. σxy는 두 이미지의 교차 공분산(cross-covariance)이다. C1, C2 및 C3는 양의 정수로, 분모가 작을때 방정식을 안정화하기 위해 사용된 것이다.Where u x and u y are the local means of the reference image and the comparison image, respectively. σ x and σ y are the standard deviations of the reference image and the comparison image, respectively. σ xy is the cross-covariance of the two images. C1, C2, and C3 are positive integers and are used to stabilize the equation when the denominator is small.

도 7은 본 발명에 의한 복부 DICOM 팬텀에서 얻은 사이노그램의 일예들이다. 7 is an example of a sinogram obtained from the abdominal DICOM phantom according to the present invention.

도 7의 (a)는 기준 사이노그램이다. 도 7의 (b)는 사이노그램의 잘린부분을 제거하기 위해, 단순 외삽 (extrapolation)을 이용하여 필드 변조 획득에 의해 생성된 사이노그램을 나타낸다. 도 7의 (c)는 스플라인 보간법에 의해 얻은 복원된 사이노그램을 나타낸다. 도 7의 (d)는 POCS 알고리즘을 기반으로 본 발명에서 제안된 방법으로 얻은 복원 된 사이노그램을 나타낸다. 도 7의 (d)에서 복원된 사이노그램은 기준 사이노그램에 가장 가깝다.7A is a reference sinogram. FIG. 7B shows a sinogram generated by field modulation acquisition using simple extrapolation in order to remove the truncated portion of the sinogram. 7C shows the reconstructed sinogram obtained by the spline interpolation method. 7D shows the reconstructed sinogram obtained by the method proposed in the present invention based on the POCS algorithm. The sinogram restored in (d) of FIG. 7 is the closest to the reference sinogram.

도 8은. 복원된 복부 CT 영상의 예를 나타낸다. 8 is. An example of reconstructed abdominal CT image is shown.

도 8의 (a)는 기준 CT 영상으로, 복부 DICOM 팬텀의 기준 CT 영상을 나타낸다. 도 8의 (b)는 ROI 스캔을 사용하여 얻은 재구성 된 이미지를 나타낸다. 이 재구성 된 이미지에서 외부 정보의 윤곽을 거의 볼 수 없다. 도 8의 (c)는 단순 외삽을 이용한 필드 변조에 의해 생성된 사이노그램을 나타낸다. 도 8의 (d) 보간법을 이용한 필드 변조를 이용하여 얻은 재구성 된 이미지을 나타내며, 도 8의 (e) 본 발명에서 제안된 방법을 이용한 필드 변조 획득을 이용하여 얻은 재구성 된 이미지상을 나타낸다. 즉, 도 8의 (c) 내지 (e)는 필드 변조 획득을 이용하여 얻은 재구성 된 이미지를 나타낸다. 도 8 의 (c) 및 (d)는 외부 정보의 윤곽이 보일지라도, 스틱 아티팩트(streak artifact)를 나타낸다. 이 스틱 아티팩트는, 도 8의 (e)와 같이, POCS 알고리즘에 기반한 본 발명의 방법을 사용하여 제거되었다.FIG. 8A is a reference CT image and shows a reference CT image of an abdominal DICOM phantom. Figure 8(b) shows the reconstructed image obtained using the ROI scan. In this reconstructed image, you can hardly see the outline of the external information. FIG. 8C shows a sinogram generated by field modulation using simple extrapolation. Fig. 8(d) shows a reconstructed image obtained using field modulation using an interpolation method, and Fig. 8(e) shows a reconstructed image obtained using field modulation acquisition using the method proposed in the present invention. That is, FIGS. 8C to 8E show reconstructed images obtained using field modulation acquisition. 8C and 8D show stick artifacts, even though the outline of the external information is visible. This stick artifact was removed using the method of the present invention based on the POCS algorithm, as shown in Fig. 8(e).

도 9은 각 방법으로 얻은 재구성 된 복부 CT 영상에서 3 개의 ROI의 확대도이다.9 is an enlarged view of three ROIs in reconstructed abdominal CT images obtained by each method.

도 9의 (a)는 ROI 1, ROI 2, ROI 3의 기준영상을 나타내며, 도 9의 (b)는 ROI 1, ROI 2, ROI 3의 스캔을 하여 얻은 재구성 된 이미지를 나타내며, 도 9의 (c)는 ROI 1, ROI 2, ROI 3에 대해 단순 외삽을 이용한 필드(빔) 변조에 의해 얻은 이미지를 나타내며, 도 9의 (d)는 ROI 1, ROI 2, ROI 3에 대해 보간법을 이용한 필드(빔) 변조를 이용하여 얻은 이미지를 나타내며, 도 9의 (d)는 ROI 1, ROI 2, ROI 3에 대해 본 발명의 필드(빔) 변조를 통해 얻어진 이미지를 나타낸다.FIG. 9(a) shows the reference images of ROI 1, ROI 2, and ROI 3, and FIG. 9(b) shows the reconstructed images obtained by scanning ROI 1, ROI 2, and ROI 3, and FIG. (c) shows the images obtained by field (beam) modulation using simple extrapolation for ROI 1, ROI 2, and ROI 3, and FIG. 9(d) shows the interpolation method for ROI 1, ROI 2, and ROI 3 An image obtained using field (beam) modulation is shown, and (d) of FIG. 9 shows images obtained through field (beam) modulation of the present invention for ROI 1, ROI 2, and ROI 3.

필(빔) 변조 획득 동안 내부 ROI는 ROI 1이었고, 외부 ROI는 ROI 2와 ROI 3이었다. 도 9의 (b)에서, ROI 1의 ROI 스캔은 절단 아티팩트가 완전히 제거되지 않고 다소 밝아 졌음을 나타낸다. ROI 2와 ROI 3의 ROI 스캔에는 가시적인 외부 정보가 거의 없다. 그러나 필드(빔) 변조를 사용하여 얻은 정보 중에, 도 9의 (c)의 보간 방법과 도 9의 (d)의 본 발명의 제안된 방법은해 합리적인 수준으로 복원되었다.During the fill (beam) modulation acquisition, the inner ROI was ROI 1, and the outer ROI was ROI 2 and ROI 3. In (b) of FIG. 9, the ROI scan of ROI 1 indicates that the cutting artifacts were not completely removed and slightly brightened. There is little external information visible in the ROI scans of ROI 2 and ROI 3. However, among the information obtained using field (beam) modulation, the interpolation method of Fig. 9(c) and the proposed method of the present invention of Fig. 9(d) have been restored to a reasonable level.

도 10은 4 가지 ROI 기반 방법(즉, ROI의 스캔을 하여 재구성 된 이미지를 얻는 방법, ROI에 대해 단순 외삽을 이용한 필드(빔) 변조에 의해 재구성 된 이미지를 얻는 방법, ROI에 대해 보간법을 이용한 필드(빔) 변조에 의해 재구성 된 이미지를 얻는 방법, 본발명의 ROI에 대해 POCS알고리즘을 이용한 필드(빔) 변조에 의해 재구성 된 이미지를 얻는 방법)으로 얻은 SSIM 값을 나타낸다. 10 shows four ROI-based methods (i.e., a method of obtaining a reconstructed image by scanning an ROI, a method of obtaining a reconstructed image by field (beam) modulation using simple extrapolation for an ROI, and an interpolation method for an ROI. It shows the SSIM value obtained by the method of obtaining an image reconstructed by field (beam) modulation, and a method of obtaining an image reconstructed by field (beam) modulation using the POCS algorithm for ROI of the present invention.

ROI 1에서 모든 ROI 기반 방법은 1에 가까운 높은 SSIM 값을 산출했다. ROI 스캔으로 얻은 재구성 이미지는 절단 아티팩트로 인해 SSIM 값이 약간 낮다. 특히, 필드 변조 획득에 의해 얻어진 재구성 된 이미지는 ROI 스캔에 의해 얻어진 것보다 외부 정보에 대한 SSIM 값이 더 높다. 가장 높은 SSIM 값은 POCS 알고리즘을 기반인 본 방법에 의해 얻어졌다.At ROI 1, all ROI-based methods yielded high SSIM values close to 1. Reconstructed images obtained from ROI scans have slightly lower SSIM values due to cutting artifacts. In particular, reconstructed images obtained by field modulation acquisition have higher SSIM values for external information than those obtained by ROI scan. The highest SSIM value was obtained by this method based on the POCS algorithm.

본 발명에서 사이노그램은 빔 변조로 얻은 투영 데이터가 ROI에 충분한 외부 정보를 포함하고 있음을 나타냈다. 이 외부 정보를 사용하여 원본과 유사한 이미지를 본 발명의 POCS 기반 외부정보 복원 방법으로 재구성 할 수 있다. 복부 팬텀의 재구성 된 영상은 영상 복원 방법이 보간방법과 POCS 기반 방법 중에서 가장 효과적인 방법이라는 것을 나타냈다. ROI(관심영역) 밖의 영역이 잘렸기 때문에 ROI 스캔에 잘림 아티팩트(truncation artifacts )가 포함되었다. ROI 스캔에 의해 얻어진 투영 데이터는 ROI 만의 정보이기 때문에, 재구성된 이미지의 외부 정보는 불완전하고 외부 정보를 채우기 위해 사용될 수 있는 정보가 없다.In the present invention, the sinogram indicates that the projection data obtained by beam modulation contains sufficient external information for the ROI. Using this external information, an image similar to the original can be reconstructed by the POCS-based external information restoration method of the present invention. The reconstructed image of the abdominal phantom showed that the image restoration method was the most effective among the interpolation method and the POCS-based method. Truncation artifacts were included in the ROI scan because the area outside the ROI (region of interest) was cut off. Since the projection data obtained by ROI scan is only ROI information, the external information of the reconstructed image is incomplete and there is no information that can be used to fill in the external information.

한편, 단순 외삽에 의한 필드 변조 획득에 의해 얻어진 투영 데이터는 ROI 외부 정보를 포함하며, 이는 필드 변조 획득을 사용하여 재구성된 이미지에서 복원 될 수있다. 그러나 외부 정보보다 ROI 내부 정보가 많으므로 도 8과 같이 재구성된 영상에 ROI 경계가 존재하고 영상 품질이 다소 저하된다. 이 문제를 해결하기 위해 본 발명은 스플라인 보간 방법과 POCS 알고리즘을 기반으로하는 복원 방법을 사용하여 외부 정보를 채울 것을 제안했다. 이 방법은 가장 효과적인 방법을 결정하기 위해 SSIM 값을 계산하여 평가되었다. 모든 ROI 기반 방법은 ROI 1에서 1에 가까운 SSIM 값이 높았다. 그러나 ROI 스캔을 사용하여 얻은 재구성된 이미지는 약간 낮은 SSIM 값을 가졌으므로 ROI 1 주변의 픽셀 값 절사 아티팩트로 인해 다소 높았다.On the other hand, the projection data obtained by field modulation acquisition by simple extrapolation includes information outside the ROI, which can be reconstructed from the reconstructed image using field modulation acquisition. However, since there is more ROI internal information than external information, an ROI boundary exists in the reconstructed image as shown in FIG. 8 and the image quality is slightly degraded. In order to solve this problem, the present invention proposes to fill in external information using a spline interpolation method and a restoration method based on the POCS algorithm. This method was evaluated by calculating the SSIM value to determine the most effective method. All ROI-based methods had high SSIM values close to 1 in ROI 1. However, the reconstructed image obtained using the ROI scan had a slightly lower SSIM value, so it was rather high due to the pixel value trimming artifact around ROI 1.

외부 정보가 얼마나 잘 복원되었는지는 재구성된 이미지에서 ROI 2와 3을 확인하여 결정된다. 전반적으로 ROI 2와 3에 대한 필드 변조 방식의 SSIM 값은 외부 정보가 포함된 사이노그램 때문에 높았다. 보간 방법과 POCS 기반 방법은 ROI 외부의 외부 정보 사이의 표본 공간을 채우므로 SSIM 값을 증가시켰다. 그러나 보간법은 72 개의 투영 데이터의 외부 정보만을 사용하여 값을 채웠으므로 도 6 및 도 7에서와 같이 재구성 과정에서 스틱(줄무늬) 아티팩트가 발생합니다. 이는 SSIM 값을 어느 정도 향상시킬 수는 있지만 진단 또는 방사선 치료 계획을 위해 이미지를 사용하기에는 충분하지 않았다.How well the external information is restored is determined by checking ROIs 2 and 3 in the reconstructed image. Overall, the SSIM values of the field modulation scheme for ROIs 2 and 3 were high due to the sinogram containing external information. The interpolation method and the POCS-based method fill the sample space between external information outside the ROI, so the SSIM value is increased. However, since the interpolation method used only external information of 72 projection data to fill the value, stick (striped) artifacts occur in the reconstruction process as shown in Figs. 6 and 7. While this could improve the SSIM value to some extent, it was not sufficient to use the image for diagnostic or radiotherapy planning.

도 5에 제시된 POCS 기반 방법을 사용하면 72 개의 투영 데이터의 외부 정보 만 사용하여 외부 정보 간의 값을 예측할 수 있다. POCS 기반의 방법은 72 개의 외부 정보가 360 개 외부 정보를 예측하고 채우는 데 사용되어 실제 값에 더 가깝기 때문에 가장 높은 SSIM 값을 산출했다.If the POCS-based method shown in FIG. 5 is used, a value between external information can be predicted using only external information of 72 projection data. The POCS-based method yielded the highest SSIM value because 72 external information is used to predict and fill 360 external information, which is closer to the actual value.

산란 데이터의 희소 샘플링 수집은 중요한 해부학 적 정보를 놓칠 수 있으며 의료 진단을 위한 실제 임상 사용이 제한됩니다. 그러나 본 발명의 필드 변조 획득으로 얻은 ROI 내부의 투영 데이터는 샘플링 된 정보가 아니므로 완벽한 해부학적인 이미지를 제공할 수 있으며 ROI 외부의 적절한 수준으로 복원 할 수 있다. 본 발명에서 사용 된 필드 변조 획득은 기존의 CT 영상에 비해 약 53 %의 노 출량을 감소시킬 것으로 예상된다. 이것은 이미지 획득을 위해 설정된 시야의 크기에 비례한다.The sparse sampling collection of scattering data can miss important anatomical information and limit practical clinical use for medical diagnosis. However, since the projection data inside the ROI obtained by acquiring field modulation of the present invention is not sampled information, a perfect anatomical image can be provided and restored to an appropriate level outside the ROI. The field modulation acquisition used in the present invention is expected to reduce the exposure by about 53% compared to the conventional CT image. This is proportional to the size of the field of view set for image acquisition.

본 발명은 노출량을 줄이면서 외부 정보를 재구성 할 수있는 ROI 기반 필드 변조 획득 방법을 제안했다. 또한 본 발명은 POCS 알고리즘을 기반으로하며, 최고 품질의 재구성 된 영상을 얻기 위해 사용될 수있다. 또한, CT 영상에서 본 발명의 POCS 알고리즘을 사용하여 필드 변조 획득을 사용할 가능성이 검증되었다.The present invention proposes an ROI-based field modulation acquisition method capable of reconstructing external information while reducing the amount of exposure. In addition, the present invention is based on the POCS algorithm and can be used to obtain reconstructed images of the highest quality. In addition, the possibility of using field modulation acquisition using the POCS algorithm of the present invention in CT images was verified.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, which is various modifications and variations from these descriptions to those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs. Transformation is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be grasped only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be said to belong to the scope of the present invention.

10: 필드 변조 CT 획득 시스템 11: X 선원(X ray source)
20: 피검체 21: 절단 투영 영상
22: 비절단 투영 영상 50: 투영데이터 획득부
100: 연산처리부 120: 사이노그램 획득부
130: 비 절단 사이노그램 추출부 140: POCS 알고리즘 처리부
150: 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구부 160: 절단 사이노그램 추출부
165: 제1 가산기 170: 제2가산기
180: FBP 재구성된 CT 이미지 획득부
10: field modulated CT acquisition system 11: X ray source
20: subject 21: cut projection image
22: uncut projection image 50: projection data acquisition unit
100: operation processing unit 120: sinogram acquisition unit
130: uncut sinogram extraction unit 140: POCS algorithm processing unit
150: projection data recovery unit by forward projection 160: cut sinogram extraction unit
165: first adder 170: second adder
180: FBP reconstructed CT image acquisition unit

Claims (15)

투영데이터 획득부에서, 피검체를 중심으로한 360도 각도에서, 피검체에 X선을 조사하여 투영 데이터를 획득하되, 조사야를 조절하여 절단 투영 영상의 투영 데이터와, 비절단 투영 영상의 투영 데이터를 번갈아가면서 획득하며, 획득된 투영 데이터의 갯수를 '총 투영 데이터수'로 하며, 절단 투영 영상의 투영 데이터의 갯수를 '절단 투영 데이터수로 하고, 비절단 투영 영상의 투영 데이터의 갯수를 '비절단 투영 데이터수로 하는, 투영데이터 획득단계;
연산처리부는, 투영데이터 획득단계에서 획득된 총 투영 데이터수의 투영 데이터로부터, 총 투영 데이터수의 사이노그램을 구하는, 사이노그램 획득단계;
연산처리부는, 사이노그램 획득단계에서 얻어진 사이노그램에서, 비절단 투영 데이터수의 비 절단 사이노그램(SNT)을 추출하는, 비 절단 사이노그램 추출단계;
연산처리부는, 비 절단 사이노그램 추출단계에서 얻어진 비 절단 사이노그램(SNT)을, POCS(projection onto convex sets) 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 획득하는, POCS 알고리즘에 의한 영상재구성단계;
연산처리부는, POCS 알고리즘에 의한 영상재구성단계에서 얻은 재구성 이미지를 가상 CT 프로젝터를 이용하여 순방향 투영하여, 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)인 총 투영 데이터수의 투영 데이터를 복구하는, 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법.
The projection data acquisition unit acquires projection data by irradiating X-rays to the subject at an angle of 360 degrees centered on the subject, and by adjusting the field of view, the projected data of the cut and projected image and the projected data of the non-cut projected image Is acquired alternately, and the number of acquired projection data is'total projection data', the number of projection data of the cut-off projection image is'cut-off projection data number, and the number of projection data of the uncut projection image is' A projection data acquisition step of using the number of non-cut projection data;
The operation processing unit includes: a sinogram acquisition step of obtaining a sinogram of the total number of projection data from the projection data of the total number of projection data acquired in the projection data acquisition step;
The calculation processing unit includes a non-cut sinogram extraction step of extracting a non-cut sinogram (SNT) of the number of non-cut projected data from the sinogram obtained in the sinogram acquisition step;
The operation processing unit includes: an image reconstruction step using a POCS algorithm for obtaining a reconstructed image by applying a projection onto convex sets (POCS) algorithm to the uncut sinogram (SNT) obtained in the uncut sinogram extraction step;
The operation processing unit performs forward projection of the reconstructed image obtained in the image reconstruction step by the POCS algorithm using a virtual CT projector, and restores the projection data of the total number of projected data, which is a virtual sinogram (SOUT) including external information. , Projection data recovery step by forward projection;
It characterized in that it comprises a, POCS-based external information restoration method in the field modulation CT acquisition system.
제1항에 있어서,
연산처리부가, 사이노그램 획득단계에서 얻어진 사이노그램에서, 절단 투영 데이터수의 절단 사이노그램(ST)을 추출하는, 절단 사이노그램 추출단계;
비 절단 사이노그램 추출단계에서 추출된 비절단 사이노그램(SNT)과, 절단 사이노그램 추출단계에서 추출된 절단 사이노그램(ST)을 합산하는, 1차 합산단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법.
The method of claim 1,
A cut sinogram extraction step of extracting a cut sinogram (ST) of the number of cut projection data from the sinogram obtained in the sinogram acquisition step;
A first summing step of summing the uncut sinogram (SNT) extracted in the uncut sinogram extraction step and the cut sinogram (ST) extracted in the cut sinogram extraction step;
It characterized in that it further comprises, POCS-based external information restoration method in the field modulation CT acquisition system.
제2항에 있어서,
연산처리부가, 1차 합산단계에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)의 합산결과에, 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구단계에서 출력된 가상의 사이노그램(SOUT)을 더하여, 총 투영 데이터수의 투영 데이터를 획득하는, 2차 합산단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법.
The method of claim 2,
The operation processing unit, on the summation result of the uncut sinogram (SNT) and the cut sinogram (ST) output in the first summing step, the virtual sinogram output in the projection data recovery step by forward projection ( SOUT) to obtain projection data of the total number of projection data;
It characterized in that it further comprises, POCS-based external information restoration method in the field modulation CT acquisition system.
제1항에 있어서,
절단된 투영영상은, 관심영역만을 조사야로 하여 촬영한 영상이며, 비절단 투영영상은, 투영데이터 획득부에서 제공되는 뷰(view) 전체를 조사야로 하여 촬영한 영상인 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법.
The method of claim 1,
The cut-out projection image is an image photographed with only the region of interest as an irradiation field, and the non-cut projection image is an image photographed with the entire view provided by the projection data acquisition unit as an irradiation field. POCS-based external information restoration method in CT acquisition system.
제3항에 있어서,
2차 합산단계에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과, 절단 사이노그램(ST)과, 가상의 사이노그램(SOUT)의 합산 결과에, 필터링된 역 투영 (FBP, filtered back projection) 재구성을 행하여, 재구성된 CT 이미지를 얻는, FBP 재구성된 CT 이미지 획득단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법.
The method of claim 3,
Filtered back projection (FBP) on the summation result of the uncut sinogram (SNT), cut sinogram (ST), and virtual sinogram (SOUT) output in the second summation step ) Performing reconstruction to obtain a reconstructed CT image, obtaining an FBP reconstructed CT image;
It characterized in that it further comprises, POCS-based external information restoration method in the field modulation CT acquisition system.
제5항에 있어서,
필터링 된 역 투영 (FBP) 재구성은, 2차 합산단계에서 출력된 합산 결과를, 보정필터로 보정을 행하고, 가상 CT 프로젝터를 이용하여 역투영을 행하여 재구성된 CT 이미지를 획득하는 것인 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법.
The method of claim 5,
Filtered inverse projection (FBP) reconstruction is characterized in that the summation result output in the second summation step is corrected with a correction filter, and back-projection is performed using a virtual CT projector to obtain a reconstructed CT image. A POCS-based external information restoration method in a field modulation CT acquisition system.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체.A recording medium storing a computer program source for a POCS-based external information restoration method in the field modulated CT acquisition system according to any one of claims 1 to 6. 제1항에 있어서,
총 투영 데이터수, 절단 투영 데이터수, 비절단 투영 데이터수는, 투영데이터 획득단계 전에, 사용자의 설정에 의해 설정된 값인 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법.
The method of claim 1,
The total number of projected data, the number of cut projected data, and the number of non-cut projected data are values set by a user before the projected data acquisition step, wherein the POCS-based external information restoration method in a field modulated CT acquisition system.
제1항에 있어서,
총 투영 데이터수는 360 이며, 절단 투영 데이터수는 72 이며, 비절단 투영 데이터수는 288인 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템에서의 POCS 기반 외부정보 복원 방법.
The method of claim 1,
The total number of projected data is 360, the number of cut projected data is 72, and the number of uncut projected data is 288. POCS-based external information restoration method in a field modulated CT acquisition system.
피검체를 중심으로한 360도 각도에서, 피검체에 X선을 조사하여 투영 데이터를 획득하되, 조사야를 조절하여, 절단 투영 영상의 투영 데이터와, 비절단 투영 영상의 투영 데이터를 번갈아가면서 획득하는, 투영데이터 획득부;
투영데이터 획득부로부터 수신된 투영데이터로부터 사이노그램을 구하고, 구하여진 사이노그램으로부터 비절단 사이노그램(SNT) 및 절단 사이노그램(ST)을 추출하고,
비절단 사이노그램(SNT)에 POCS 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 획득하고, 획득된 재구성 영상을 순방향 투영하여 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)를 획득하고,
비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)과 상기 가상의 사이노그램(SOUT)을 합산하여 얻은 투영 데이터를, 필터링된 역 투영 (FBP, filtered back projection) 재구성을 행하여 CT 이미지를 얻는, 연산처리부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 필드 변조 CT 획득 시스템.
At a 360-degree angle centered on the subject, the subject is irradiated with X-rays to obtain projected data, but by adjusting the field of view, the projected data of the cut-out projected image and the projected data of the uncut-off projected image are alternately acquired. , Projection data acquisition unit;
Obtain a sinogram from the projection data received from the projection data acquisition unit, extract an uncut sinogram (SNT) and a cut sinogram (ST) from the obtained sinogram,
A reconstructed image is obtained by applying a POCS algorithm to an uncut sinogram (SNT), and a virtual sinogram (SOUT) including external information is obtained by forward projecting the obtained reconstructed image,
A CT image by performing filtered back projection (FBP) reconstruction on the projection data obtained by summing the uncut sinogram (SNT), the cut sinogram (ST) and the virtual sinogram (SOUT). An operation processing unit to obtain
Field modulation CT acquisition system comprising a.
제10항에 있어서,
투영데이터 획득부는,
피검체를 중심으로한 360도 각도에서, 피검체에 X선을 조사하여 투영 데이터를 획득하되, 절단 투영 영상의 투영 데이터와, 비절단 투영 영상의 투영 데이터를 번갈아가면서 획득하며, 획득된 투영 데이터의 갯수를 '총 투영 데이터수'로 하며, 절단 투영 영상의 투영 데이터의 갯수를 '절단 투영 데이터수이고, 비절단 투영 영상의 투영 데이터의 갯수를 '비절단 투영 데이터수로 하는 것을 특징으로 하는 필드 변조 CT 획득 시스템.
The method of claim 10,
The projection data acquisition unit,
Projection data is obtained by irradiating X-rays to the subject at a 360-degree angle centered on the subject, and the projected data of the cut-off projection image and the projection data of the non-cut-off projection image are acquired alternately, and the acquired projection data It is characterized in that the number of'total projected data' is the number of projected data, the number of projected data of the cut-off projection image is'cut-off projected data number, and the number of projected data of the uncut projected image is'non-cut projection data number Field Modulated CT Acquisition System.
제11항에 있어서, 연산처리부는,
투영데이터 획득부에서 획득된 총 투영 데이터수의 투영 데이터로부터, 총 투영 데이터수의 사이노그램을 구하는, 사이노그램 획득부;
사이노그램 획득부에서 얻어진 사이노그램에서, 비절단 투영 데이터수의 비 절단 사이노그램(SNT)을 추출하는, 비 절단 사이노그램 추출부;
비 절단 사이노그램 추출부에서 얻어진 비 절단 사이노그램(SNT)을, POCS 알고리즘을 적용하여 재구성 영상을 획득하는, POCS 알고리즘 처리부;
POCS 알고리즘 처리부에서 얻은 재구성 이미지를 가상 CT 프로젝터를 이용하여 순방향 투영하여, 외부정보를 포함하는 가상의 사이노그램(SOUT)인 총 투영 데이터수의 투영 데이터를 획득하는. 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템.
The method of claim 11, wherein the operation processing unit,
A sinogram acquisition unit that obtains a sinogram of the total number of projection data from projection data of the total number of projection data acquired by the projection data acquisition unit;
A non-cut sinogram extraction unit for extracting a non-cut sinogram (SNT) of the number of non-cut projection data from the sinogram obtained by the sinogram acquisition unit;
A POCS algorithm processing unit for obtaining a reconstructed image by applying a POCS algorithm to the non-cutting sinogram (SNT) obtained by the non-cutting sinogram extraction unit;
Projecting the reconstructed image obtained from the POCS algorithm processing unit in the forward direction using a virtual CT projector to obtain projection data of the total number of projection data, which is a virtual sinogram (SOUT) including external information. A projection data recovery unit by forward projection;
It characterized in that it comprises a, field modulation CT acquisition system.
제12항에 있어서, 연산처리부는,
사이노그램 획득부에서 얻어진 사이노그램에서, 절단 투영 데이터수의 절단 사이노그램(ST)을 추출하는, 절단 사이노그램 추출부;
비 절단 사이노그램 추출부에서 추출된 비절단 사이노그램(SNT)과, 절단 사이노그램 추출부에서 추출된 절단 사이노그램(ST)을 합산하는, 제1가산기;
제1가산기에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과 절단 사이노그램(ST)의 합산결과에, 순방향 투영에 의한 투영데이터 복구부에서 출력된 가상의 사이노그램(SOUT)을 더하여, 총 투영 데이터수의 투영 데이터를 획득하는, 제2가산기;
제2가산기에서 출력된, 비 절단 사이노그램(SNT)과, 절단 사이노그램(ST)과, 가상의 사이노그램(SOUT)의 합산 결과에, 필터링된 역 투영 (FBP, filtered back projection) 재구성을 행하여, 재구성된 CT 이미지를 얻는, FBP 재구성된 CT 이미지 획득부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템.
The method of claim 12, wherein the operation processing unit,
A cut sinogram extraction unit for extracting a cut sinogram (ST) of the number of cut projection data from the sinogram obtained by the sinogram acquisition unit;
A first adder for summing the uncut sinogram (SNT) extracted from the uncut sinogram extraction unit and the cut sinogram (ST) extracted from the cut sinogram extraction unit;
To the sum result of the uncut sinogram (SNT) and the cut sinogram (ST) output from the first adder, a virtual sinogram (SOUT) output from the projection data recovery unit by forward projection is added, A second adder for obtaining projection data of the total number of projection data;
Filtered back projection (FBP) on the sum result of the uncut sinogram (SNT), cut sinogram (ST), and virtual sinogram (SOUT) output from the second adder An FBP reconstructed CT image acquisition unit that performs reconstruction to obtain a reconstructed CT image;
It characterized in that it further comprises, field modulation CT acquisition system.
제13항에 있어서,
총 투영 데이터수, 절단 투영 데이터수, 비절단 투영 데이터수는, 투영데이터 획득단계 전에, 사용자의 설정에 의해 설정된 값인 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템.
The method of claim 13,
A field modulated CT acquisition system, characterized in that the total number of projected data, the number of cut projected data, and the number of non-cut projected data are values set by a user before the projected data acquisition step.
제10항에 있어서,
절단된 투영영상은, 관심영역만을 조사야로 하여 촬영한 영상이며, 비절단 투영영상은, 투영데이터 획득부에서 제공되는 뷰(view) 전체를 조사야로 하여 촬영한 영상인 것을 특징으로 하는, 필드 변조 CT 획득 시스템.
The method of claim 10,
The cut-out projection image is an image photographed with only the region of interest as an irradiation field, and the non-cut projection image is an image photographed with the entire view provided by the projection data acquisition unit as an irradiation field. CT acquisition system.
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