KR102204515B1 - 가변영상단면 투영법을 이용한 엑스선 영상화 방법 및 이를 적용한 엑스선 영상화 장치 - Google Patents

가변영상단면 투영법을 이용한 엑스선 영상화 방법 및 이를 적용한 엑스선 영상화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변영상단면 투영법을 이용한 엑스선 영상화 방법 및 이를 적용한 엑스선 영상화 장치에 관한 것으로서, 상기 영상 대상체로부터 상기 엑스선 발생기 높이를 가변시켜 서로 다른 높이에 대한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터들을 이용해 가변영상단면 투영법(variable imaging plane projection)을 적용하여 펜 빔 (Fan beam) 또는 콘 빔(cone beam) 형태의 엑스선 발생기를 기반으로 하는 엑스선 영상 분야에서 발생하는 확대 효과(magnification effect)에 기인한 문제점들을 개선하여 보다 정확한 엑스선 영상 정보를 제공할 수 있도록 하는 것이다.

Description

가변영상단면 투영법을 이용한 엑스선 영상화 방법 및 이를 적용한 엑스선 영상화 장치{x-ray imaging method using variable imaging plane projection and x-ray imaging device applying the same}
본 발명은 엑스선 영상화 방법 및 이를 적용한 엑스선 영상화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펜 빔 (Fan beam) 또는 콘 빔(cone beam) 형태의 엑스선 발생기를 기반으로 하는 엑스선 영상 분야에서 발생하는 확대 효과(magnification effect)를 해결할 수 있도록 하는 엑스선 영상화 방법 및 이를 적용한 엑스선 영상화 장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 엑스선을 이용한 영상 기술은 의료용 및 산업용에서 그 응용 분야가 매우 광범위하고 오랜 역사를 지니고 있을 뿐만 아니라 매우 유용하게 사용되어 왔다.
엑스선 영상화 장치는 기본적으로 영상 대상체를 향해 엑스선을 방출하는 엑스선 발생기와, 영상 대상체를 사이에 두고 배치되어 투과된 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기를 포함하여 구성된다.
엑스선 발생기는 엑스선의 FOV(field of view) 모양에 따라 크게, 펜슬 빔(pencil beam), 팬 빔(fan bean) 또는 콘 빔(cone beam)으로 구분되고, 이에 대응하는 엑스선 검출기는 단일, 1차원 배열(1D array) 또는 2차원 배열(2D array) 형태가 사용된다.
물론, 3차원 용적(volume)에 대한 단층 영상이 요구되는 분야에서는 엑스선 발생기와 엑스선 검출기가 회전하며 3차원 영상에 필요한 데이터를 수집하도록 구성된다.
그러나, 도 1에 도시한 바와 같이, 팬 빔(Fan beam) 또는 콘 빔(Cone beam) 형태의 엑스선 발생기(10)를 기반으로 하는 엑스선 영상화 장치(100)의 경우, 확대 효과(magnification effect)에 의해서 원래의 영상 대상체(imaging object; 200) 내의 영상 목표체(target object; 210, 220)의 크기 보다 확대된 엑스선 영상(x-ray image; 211, 221)이 엑스선 검출기(20)에 투영된다.
더욱이, 영상 대상체(200) 내의 영상 목표체(210, 220)가 엑스선 검출기(20)로부터 멀어질수록 전술한 확대 효과(magnification effect)는 증가하게 된다.
이처럼, 영상 목표체(210, 220)와 엑스선 검출기(20) 사이의 거리에 따라 서로 다른 확대 효과를 가지기 때문에 실제 영상 목표체(210, 220)의 위치 및 크기를 정확하게 제공할 수 없는 문제점을 갖는다.
대한민국 등록특허 제10-1571030호(등록일자 2015년11월17일) 대한민국 등록특허 제10-1596012호(등록일자 2016년02월15일) 대한민국 등록특허 제10-1567501호(등록일자 2015년11월03일)
본 발명의 목적은 엑스선 발생기의 높이를 가변시켜 서로 다른 높이의 스캔 데이터들을 획득하고, 획득한 스캔 데이터들을 이용해 가변영상단면 투영법(variable imaging plane projection)을 적용하여 영상 대상체 내의 영상 목표체에 대한 실제 위치 및 크기를 유추하여 확대 효과(magnification effect)에 기인한 문제점들을 해결할 수 있도록 하는 엑스선 영상화 방법 및 이를 적용한 엑스선 영상화 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상 대상체를 사이에 두고 엑스선 발생기와 엑스선 검출기가 배치되는 엑스선 영상 장치를 이용한 엑스선 영상화 방법에 있어서, 상기 엑스선 검출기로부터 상기 엑스선 발생기 높이를 가변시켜 서로 다른 높이에 대한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터들을 획득하고, 획득한 2개 이상의 스캔 데이터들을 이용하여 가변영상단면 투영법을 적용해 상기 영상 대상체 내의 영상 목표체를 실제 위치와 크기로 영상화시키는 것을 특징으로 한다.
상기 가변영상단면 투영법을 적용하여 선차 스캔 데이터를 통해 얻은 아래 수학식(eq1)과
Figure 112018086881015-pat00001
후차 스캔 데이터를 통해 얻은 아래 수학식(eq2)를 이용해
Figure 112018086881015-pat00002
영상단면으로부터 영상 목표체까지의 높이(x)에 따른 정확한 영상 목표체의 크기(d)를 구할 수 있다.
여기서, H1과 H2는 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 엑스선 발생기의 높이이고, D1, D2은 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 영상 목표체가 엑스선 검출기에 투영된 크기며,
Figure 112018086881015-pat00003
Figure 112018086881015-pat00004
,
Figure 112018086881015-pat00005
Figure 112018086881015-pat00006
는 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 엑스선이 영상 목표체에 투영된 각각의 투영각이고, x는 영상단면(imaging plane)에서 영상 목표체까지의 높이이며, d는 영상 목표체의 실제 크기다.
여기서, 상기 가변영상단면 투영법은 스캔 방향을 따라 연속적으로 파악된 상기 영상 목표체의 가변 높이들을 임의의 순간들에 대한 각각의 위치에서의 엑스선 투영 지점으로 설정하고, 그 임의의 순간에서의 높이를 기준으로 영상단면을 가변시켜 계산된 실제 크기로 영상 목표체를 투영하도록 하는 것이다.
또한, 상기 엑스선 발생기는 팬 빔(fan beam)을 사용하고, 상기 엑스선 검출기는 1차원 배열(1D array) 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우 선택적으로 후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔하거나, 또는 후차 스캔시 상기 엑스선 검출기를 선차 스캔시 보다 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔하고 2개의 데이터를 합성하여 해상도를 2배 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 엑스선 발생기는 콘 빔(cone beam)을 사용하고, 상기 엑스선 검출기는 2차원 배열(2-D array) 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우 선택적으로 후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시켜 스캔하거나 또는 후차 스캔시 상기 엑스선 검출기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시켜 스캔하고 2개의 데이터를 합성하여 해상도를 2배 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 엑스선 검출기는 평판 형태 또는 원호 형태로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 엑스선 검출기가 원호 형태로 이루어지는 경우 상기 엑스선 발생기의 엑스선 초점(x-ray focal point)이 상기 엑스선 검출기의 원호 중심에 위치하도록 하여 각각의 엑스선 검출기의 픽셀(pixel)들이 상기 엑스선 발생기로부터 동일한 거리에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 엑스선 발생기가 높이를 가변시켜 두 번 스캔할 때, 각각의 엑스선 에너지를 변화시켜 dual energy imaging 기법을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 가변영상단면 투영법을 적용한 엑스선 영상화 장치는, 엑스선을 발생시키는 엑스선 발생기; 상기 엑스선 발생기와 영상 대상체를 사이에 두고 배치되며, 상기 영상 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기; 상기 영상 대상체로부터 상기 엑스선 발생기의 높이를 가변 시키는 제1 위치 가변 수단; 및 상기 제1 위치 가변 수단을 통해 상기 엑스선 검출기로부터 상기 엑스선 발생기까지의 높이를 가변시켜 서로 다른 높이에 대한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터들을 획득하고, 획득한 2개 이상의 스캔 데이터들을 이용하여 가변영상단면 투영법을 적용해 상기 영상 대상체의 실제 위치와 크기로 영상화시키는 연산 제어기;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 연산 제어기는 상기 가변영상단면 투영법을 적용해 선차 스캔 데이터를 통해 얻은 아래 수학식(eq1)과
Figure 112018086881015-pat00007
후차 스캔 데이터를 통해 얻은 아래 수학식(eq2)를 이용해
Figure 112018086881015-pat00008
상기 엑스선 검출기의 영상단면으로부터 영상 목표체까지의 높이(x)에 따른 정확한 영상 목표체의 크기(d)를 구하도록 구성된다.
여기서, H1과 H2는 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 엑스선 발생기(10)의 높이이고, D1, D2은 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 영상 대상체(210)가 엑스선 검출기(20)에 투영된 크기며,
Figure 112018086881015-pat00009
Figure 112018086881015-pat00010
,
Figure 112018086881015-pat00011
Figure 112018086881015-pat00012
는 은 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 엑스선이 영상 목표체에 투영된 각각의 투영각이고, x는 영상단면(imaging plane)에서 영상 목표체까지의 높이이며, d는 영상 목표체의 실제 크기다.
또한, 상기 연산 제어기는 상기 가변영상단면 투영법을 적용해 스캔 방향을 따라 연속적으로 파악된 상기 영상 목표체의 가변 높이들을 임의의 순간들에 대한 각각의 위치에서의 엑스선 투영 지점으로 설정하고, 그 임의의 순간에서의 높이를 기준으로 영상단면을 가변시켜 계산된 실제 크기로 영상 목표체를 투영하도록 한다.
여기서, 상기 엑스선 발생기는 팬 빔(fan beam) 형태로 이루어지고, 상기 엑스선 검출기는 1차원 배열(1D array) 형태로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제1 상기 위치 가변 수단을 통해 후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔할 수 있다.
또한, 상기 엑스선 검출기의 위치를 가변 시키기 위한 제2 위치 가변 수단을 더 포함할 수 있고, 이 경우 상기 제2 위치 가변 수단을 통해 후차 스캔시 상기 엑스선 검출기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔할 수 있다.
또한, 상기 엑스선 발생기는 콘 빔(cone beam) 형태로 이루어지고, 상기 엑스선 검출기는 2차원 배열(2D array) 형태로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제1 위치 가변 수단을 통해 후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel size) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시켜 스캔할 수 있다.
또한, 상기 엑스선 검출기의 위치를 가변 시키기 위한 제2 위치 가변 수단을 더 포함할 수 있고, 이 경우 상기 제2 상기 위치 가변 수단을 통해 후차 스캔시 상기 엑스선 검출기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시켜 스캔할 수 있다.
또한, 상기 엑스선 검출기는 평판 형태 또는 원호 형태로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 엑스선 검출기는 원호 형태로 이루어지는 경우 상기 엑스선 발생기의 엑스레이 초점(X-ray focal point)이 상기 엑스선 검출기의 원호의 중심에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 엑스선 발생기는 높이를 가변시켜 두 번 스캔시, 각각의 스캔시 엑스선 에너지를 변화시킬 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 가변영상단면 투영법을 적용한 엑스선 영상화 방법 및 이를 적용한 엑스선 영상화 장치에 따르면, 상기 영상 대상체로부터 상기 엑스선 발생기 높이를 가변시켜 서로 다른 높이에 대한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터들을 이용해 가변영상단면 투영법(variable imaging plane projection)을 적용하여 펜 빔 (Fan beam) 또는 콘 빔(cone beam) 형태의 엑스선 발생기를 기반으로 하는 엑스선 영상 분야에서 발생하는 확대 효과(magnification effect)에 기인한 문제점들을 개선하여 보다 정확한 엑스선 영상 정보를 제공할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
또한, 일반적 엑스선 영상과 상이하게, 엑스선 발생기의 높이를 바꾸어가며 영상 대상체 전체에 대한 적어도 2회 이상의 스캔이 필요하기 때문에 팬 빔(Fan beam)을 사용하는 경우 선차 스캔과 후차 스캔 사이에 1차원 배열의 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 횡 방향으로 이동(shift)하여 영상을 구현하거나, 또는 콘 빔(Cone beam) 의 경우 2차원 배열의 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 종/횡 방항으로 이동(shift)시켜 스캔하고 2개의 데이터를 합성하여 해상도를 2배 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 각기 다른 2종류의 엑스선 에너지를 발생시켜 영상을 획득하고, 이의 차이점을 이용하여 단단한 영상체(hard tissue) 및 무른 영상체(soft tissue)를 구별하는 엑스선 영상 방법의 일종인 "Dual energy imaging" 기법을 적용하여 엑스선 발생기가 높이를 가변시켜 두 번 스캔할 때 각각의 엑스선 에너지를 변화시켜 데이터를 획득하도록 함으로써, 항만 시설의 수하물 검색대 및 골다공증 검사를 수행하는 분야에 응용하여 확대 적용할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 cone beam 또는 fan beam 사용시 발생되는 확대 효과(magnification effect)를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치를 도시한 개략도이다.
도 3은 제1 위치 가변 수단을 통해 엑스선 발생기의 높이를 가변시킨 상태를 도시한 개략도이다.
도 4는 도 3과 같이 엑스선 검출기의 높이를 다르게 하여 엑스선 영상을 획득하는 과정을 도시한 개략도이다.
도 5는 임의의 순간에서 투영된 영상단면(imaging plane)을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 도 5의 영상 대상체에 대해 종래 고정영상단면 투영법을 적용해 얻은 2차원 엑스선 영상단면이다.
도 7은 도 5의 영상 대상체에 대해 본 발명의 가변영상단면 투영법을 적용해 얻은 2차원 엑스선 영상단면이다.
도 8은 팬 빔(Fan beam) 형태의 엑스선 영상에서 1차원 배열(1D array) 검출기를 반 픽셀(half pixel) 만큼 횡으로 이동(shift) 시켜 해상도를 2배로 높이는 과정을 도시한 개략도이다.
도 9는 콘 빔(Cone beam) 형태의 엑스선 영상에서 2차원 배열(2D array) 검출기를 반 픽셀(half pixel) 만큼 종/횡 방항으로 각각 이동(shift)시켜 해상도를 2배로 높이는 과정을 도시한 개략도이다.
도 10은 원호형 엑스선 검출기가 적용된 엑스선 영상 장치의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 효과를 검증하기 위해 시뮬에이션 (Monte Carlo Simulation)을 수행시 영상 목표체로 사용된 사람의 척추뼈와 이의 구조를 모사한 도면이다.
도 12는 도 10의 사람 척추뼈 구조에 대한 서로 다른 높이의 스캔 데이터들을 획득하는 과정에서 사용된 높이 값들을 도시한 단면의 개락도이다.
도 13은 1차 와 2차 스캔을 통해 획득한 검출기에 투영된 데이터이다.
도 14는 도 13의 검출기에 투영된 척추뼈의 단면의 크기를 추출하여 도식한 영상단면이다.
도 15는 도 13의 1차 스캔 데이터와 2차 스캔 데이터를 VIPP 방법을 적용하여 합성하여 2배의 해상도가 향상된 투영 데이터(projection data)이다.
도 16은 도 15에서 획득한 투영데이터에서 척추뼈 단면의 크기 'd' 만을 추출하여 도식한 영상단면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 2는 본 발명의 엑스선 영상 장치를 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 가변영상단면 투영법을 이용한 엑스선 영상화 방법을 적용한 엑스선 영상화 장치(1)는 엑스선 발생기(10), 엑스선 검출기(20), 제1 위치 가변 수단(30), 제2 위치 가변 수단(40) 및 연산 제어기(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 엑스선 영상화 장치(1)는 기본적으로 엑스선 검출기(20)가 엑스선 발생기(10)와 영상 대상체(imaging object; 200)를 사이에 두고 배치되도록 구성되어, 엑스선 발생기(10)에서 발생하여 상기 영상 대상체(200)를 투과한 엑스선을 엑스선 검출기(20)를 통해 검출하여 상기 영상 대상체(200) 내의 영상 목표체(210)를 영상화하도록 한다.
여기서, 엑스선 발생기(10)는 주로 확대 효과(magnification effect)가 발생하는 팬 빔(fan bean) 또는 콘 빔(cone beam) 형태의 엑스선 발생기가 사용될 수 있으며, 엑스선 검출기(20)는 상기 엑스선 발생기(10)에 대응하는 복수개의 엑스선 센서로 구성된 1차원 배열(1D array) 또는 2차원 배열(2D array) 형태로 이루어질 수 있다.
제1 위치 가변 수단(30)은 상기 엑스선 검출기(20)로부터 엑스선을 발생시키는 상기 엑스선 발생기(10)까지의 높이를 가변시키도록 구성된다.
도 3은 제1 위치 가변 수단을 통해 엑스선 발생기의 높이를 가변시킨 상태를 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 상기 제1 위치 가변 수단(30)을 통해 엑스선 발생기(10)를 엑스선 검출기(20)쪽으로 상/하 이동시켜, 엑스선 검출기(20)로부터 엑스선 발생기(10)까지의 높이를 H1 에서 H2까지 가변시키도록 한다.
여기서, 엑스선 발생기(10)의 가변 높이에 대한 범위(L)는 적용되는 엑스선 영상 장치의 종류 및 형태에 따라 다양하게 변형되어 적용될 수 있음은 당연하다.
한편, 상기 제1 위치 가변 수단(30)은 영상 대상체(200)를 스캔하도록 엑스선 발생기(10)를 이동시키거나, 또는 후술하는 바와 같이 해상도 향상을 위해 엑스선 발생기(10)를 후차 스캔(S2)시 선차 스캔(S1)보다 엑스선 검출기(20)의 반 픽셀(half pixel) 만큼 횡 방향 또는 종/횡 방향으로 이동(shift)시키는 동작을 모두 수행할 수 있게 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 위치 가변 수단(40)은 해상도 향상을 위한 다른 방법으로 엑스선 검출기를 후차 스캔(S2)시 선차 스캔(S1)보다 엑스선 검출기(20)의 반 픽셀(half pixel) 만큼 횡 방향으로 이동(shift)시키는 동작뿐만 아니라 필요시 종/횡 모든 방향으로의 위치를 가변시킬 수 있게 구성할 수 있다.
그리고, 연산 제어기(50)는 상기 제1 위치 가변 수단(30)을 통해 상기 영상 대상체(200)로부터 상기 엑스선 발생기(10) 높이를 가변시켜 서로 다른 높이에 대한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터들을 획득한 후, 획득한 적어도 2개 이상의 스캔 데이터들을 이용하여 가변영상단면 투영법을 적용해 상기 영상목표체(210)의 실제 위치와 크기로 영상화시키도록 한다.
도 4는 도 3과 같이 엑스선 검출기의 높이를 다르게 하여 동일한 영상대상체에 대한 엑스선 영상을 획득하는 과정을 도시한 개략도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 팬 빔(Fan beam) 또는 콘 빔(cone beam) 형태의 엑스선 발생기(10)에서 발생하는 확대 효과(magnification effect)를 최소화하기 위해서는 영상 대상체(200) 내의 영상 목표체(210)의 상대적 위치 즉, 엑스선 검출기(20)에서 영상 목표체(210)까지의 상대적 높이 x를 알면 실제 크기 d를 구할 수 있다. 이는 두 번의 스캔을 통해 수집한 엑스선 검출기(20)에 투영된 각각의 측정치(D1 and D2)로부터 산출될 수 있다.
본 실시예에서 엑스선 발생기(10)는 팬 빔(fan beam) 형태의 엑스선 발생기이고, 엑스선 검출기(20)는 상기 팬 빔(fan beam) 형태의 엑스선 발생기(10)에 대응하도록 엑스선 센서들이 1차원 배열 형태로 이루어지는 엑스선 검출기(20)가 사용되는 것을 예시한다.
그러나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 전술한 바와 같이 상기 엑스선 발생기(10)는 콘 빔(cone beam) 형태의 엑스선 발생기를 사용하고, 상기 엑스선 검출기(20)는 콘 빔(cone beam) 형태의 엑스선 발생기(10)에 대응하도록 엑스선 센서들이 2차원 배열(2-D array) 형태로 이루어지는 엑스선 검출기(20)가 사용될 수 있음은 당연하다.
따라서, 2회의 스캔 데이터를 이용해 가변영상단면 투영법을 이용해 상기 영상 대상체(200) 내의 영상 목표체(210)의 실제 위치와 크기로 영상화시키기 위해 최소로 요구되는 첫 번째 스캔(S1)과 두 번째 스캔(S2)시 엑스선 발생기(10)의 높이를 각각 H1, H2로 각각 정의하고, 이때 영상 목표체(210)가 엑스선 검출기(20)에 투영된 크기를 각각 D1, D2로 정의한다.
그리고, 엑스선이 영상 목표체(210)에 투영된 투영각을 각각
Figure 112018086881015-pat00013
Figure 112018086881015-pat00014
,
Figure 112018086881015-pat00015
Figure 112018086881015-pat00016
라가 정의하면, 아래와 같은 두 개의 수학식이 만들어지고, 삼각함수법에 의거 이들을 통해서 두 개의 변수 x(엑스선 검출기의 영상단면으로부터 영상 목표체까지의 높이)와 d(영상 목표체의 실제 폭)를 구할 수 있게 된다.
Figure 112018086881015-pat00017
Figure 112018086881015-pat00018
즉, 임의의 영상단면(imaging plane)에서 영상 목표체(210)까지의 높이(x)가 먼저 구해지면, 이에 대응하는 영상 목표체(210)의 정확한 크기(d)를 구할 수 있게 된다.
그리고, 전술한 일련의 작업 과정들을 2차원으로 확장하면, 2차원 영상을 획득할 수 있게 된다.
도 5는 임의의 순간에서 투영된 영상단면(imaging plane)을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 동일 직경(diameter)의 실린더 형태의 영상 대상체(200) 내에서 영상 목표체(210)가 엑스선 검출기(10)로부터 x방향을 따라 불규칙하게 서로 다른 높이를 가지며 연속되게 위치하는 경우, 영상 목표체(210)를 스캔하는 동안 임의의 순간에서 두께가 t인 엑스선 발생기(10)의 팬 빔(15)이 영상 목표체(210)에 조사되어 엑스선 검출기(20)에 투영되는 단면을 1차원 투영(1D Projection)으로 정의할 수 있다.
이때, 팬빔 엑스선 발생기(15)과 엑스선 검출기(20)를 각각 x축 방향으로 함께 이동시켜 각각의 순간에서 수집된 1차원 투영(1D projection)을 X-Y 평면상에 배열하면 영상 목표체(210)의 2차원 투영(2D projection), 즉 2차원 엑스선 영상을 획득할 수 있다.
도 6은 도 5의 영상 대상체에 대해 종래 고정영상단면 투영법을 적용해 얻은 2차원 엑스선 영상단면이고, 도 7은 도 5의 영상 대상체에 대해 본 발명의 가변영상단면 투영법을 적용해 얻은 2차원 엑스선 영상단면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 도 5의 영상 대상체(210)에 대해 종래 고정영상단면 투영법(fixed imaging plane projection)을 적용하는 경우, 영상 목표체(210)의 높이가 서로 다른 각 위치(210a, 210b)에 대해 임의의 높이로 기설정된 고정영상단면(250)상에 투영되 엑스선 영상(211a, 211b)은 이들의 높이 차에 의해 기인한 확대 효과(magnification)로 인해 오류(왜곡)가 발생하게 된다.
그러나, 도 7에 도시한 바와 같이, 도 5의 영상 대상체에 대해 본 발명에서 제안하는 가변영상단면 투영법을 이용한 엑스선 영상화 방법을 적용하는 경우, 상기 엑스선 발생기(10) 높이를 가변시켜 서로 다른 높이에 대한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터들을 이용해 가변영상단면 투영법(variable imaging plane projection)을 적용하여 영상 대상체(200) 내의 영상 목표체(210)에 대한 실제 위치와 크기로 영상화시키도록 함으로써 영상 목표체(210)의 높이가 서로 다른 두 위치(210a, 210b)에서 투영되 엑스선 영상(311a, 311b)에서는 확대 효과(magnification)에 기인한 오류(왜곡)를 해결할 수 있게 된다.
이처럼, 전술한 가변영상단면 투영법을 적용해 상기한 확대 효과(magnification)에 기인한 오류를 해결하기 위해서는 먼저 엑스선 발생기(10)의 높이를 가변시켜 적어도 2회 이상의 스캔 데이터를 획득해야만 한다.
즉, 엑스선 검출기(20)로부터 영상 목표체(210)까지의 상대적 높이(x)를 산출해 내지 위해서는 적어도 2회 이상의 스캔 데이터가 필수적이다.
그리고, 상기 획득한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터를 통해 영상단면(imaging plane)으로부터 영상 목표체(210)의 각 위치(210a, 210b)에 대한 높이 변화를 연속적으로 파악한 후, 이를 기반으로 가변영상단면 투영법(variable imaging plane projection)을 적용하여 영상단면에 대한 보정을 통해 실제 크기(311a, 311b)를 산출하여 투영하도록 한다.
즉, 가변영상단면 투영법은 스캔 방향을 따라 연속적으로 파악된 상기 영상 목표체(210)의 가변 높이들을 임의의 순간들에 대한 각각의 위치에서의 엑스선 투영 지점으로 설정하고, 그 임의의 순간에서의 각 높이를 기준으로 영상단면을 가변시켜 계산된 실제 크기로 영상 목표체(210)를 투영하도록 하는 것이다.
도 7은 영상 목표체(210)의 총 영상구간중에서 각각의 영상단면에서 계산된 영상 목표체(210)의 가변 높이(x)를 연속적으로 파악하고, 이를 반영하여 변화된 가변영상단면(350)을 표현한 것이다.
한편, 본 실시예에서와 같이 팬 빔(fan beam) 형태의 엑스선 발생기(10)를 사용하는 경우에는, 선택적으로 상기 1차 위치 가변 수단을 통해 후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔하거나, 또는 상기 2차 위치 가변 수단을 통해 후차 스캔시 상기 엑스선 검출기를 선차 스캔시 보다 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔하고 2개의 데이터를 합성하여 해상도를 2배 향상시킬 수 있게 된다.
도 8은 팬 빔(Fan beam) 형태의 엑스선 영상에서 1차원 배열(1D array) 검출기를 반 픽셀(half pixel) 만큼 횡으로 이동(shift) 시켜 해상도를 2배로 높이는 과정을 도시한 개략도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 첫 번째 스캔시 임의의 픽셀(pixel)을
Figure 112018086881015-pat00019
Figure 112018086881015-pat00020
그리고
Figure 112018086881015-pat00021
Figure 112018086881015-pat00022
으로 정의하고, 전술한 바와 같이 반 픽셀(half pixel) 이동(shift)한 두 번째 스캔시 해당 픽셀(pixel)을
Figure 112018086881015-pat00023
Figure 112018086881015-pat00024
로 정의하면, 새롭게 정의되는 새로운 픽셀(pixel)은 원래 픽셀 크기(Pixel size)의 절반인
Figure 112018086881015-pat00025
Figure 112018086881015-pat00026
로 정의되어 해상도를 2배 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
전술한 바와 같이 새롭게 정의된 픽셀(pixel)의 값은 아래 수학식 3와 같이 정의된다.
Figure 112018086881015-pat00027
도 9는 콘 빔(Cone beam) 형태의 엑스선 영상에서 2차원 배열(2D array) 검출기를 반 픽셀(half pixel) 만큼 종/횡 방항으로 각각 이동(shift)시켜 해상도를 2배로 높이는 과정을 도시한 개략도이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 실시예의 변형예로 엑스선 검출기(10)가 콘 빔(Cone beam) 형태의 엑스선 검출기가 사용되는 경우, 전술한 방법을 확대 적용하여 선택적으로 상기 1차 위치 가변 수단을 통해 후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시켜 스캔하거나 또는 상기 2차 위치 가변 수단을 통해 후차 스캔시 상기 엑스선 검출기(20)를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시켜 스캔하여 해상도를 2배 향상시킬 수 있게 된다.
즉, 콘 빔(Cone beam) 형태의 엑스선 검출기(10)를 사용시 첫 번째와 두 번째 스캔이 반 픽셀(half pixel)씩 종/횡으로 이동(shift)되어 만들어지는 영역 즉
Figure 112018086881015-pat00028
Figure 112018086881015-pat00029
는 아래 수학식 5에 의해 구할 수 있다.
Figure 112018086881015-pat00030
도 10은 원호형 엑스선 검출기가 적용된 엑스선 영상 장치의 개략도이다.
도 10을 참조하여 설명하면, 상기 엑스선 검출기(120)는 전술한 평판 형태 이외에 기설정된 곡률을 가지는 원호 형태로 이루어질 수 있다.
상기 엑스선 검출기(120)가 원호 형태로 이루어지는 경우 상기 엑스선 발생기(10)의 엑스선 초점(x-ray focal point)이 상기 엑스선 검출기(120)의 원호 중심에 위치하도록 하여 각각의 엑스선 검출기(120)의 픽셀(pixel)들이 상기 엑스선 발생기(10)로부터 동일한 거리에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
실험예
이하, 도 10 내지 도 16를 통해 상기 엑스선 발생기를 서로 다른 높이에 대한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터들을 이용하여 가변영상단면 투영법을 적용해 상기 영상 대상체 내의 영상 목표체에 대한 실제 위치와 크기로 영상화시키는 본 발명의 가변영상단면 투영법을 이용한 엑스선 영상화 방법을 Monte-Carlo Simulation 실험을 통해 검증하였다.
본 실험예에서는 가변영상단면 투영법을 이용한 엑스선 영상화 방법을 검증을 위해 GATE [1] monte carlo simulation tool을 이용해서 아래의 조건으로 두 개의 스캔 데이터(projection date)를 획득하였다.
이때, 사용된 엑스선 영상화 장치의 엑스선 발생기(10)는 펜 빔(fan beam) 형태의 엑스선 발생기를 적용하였고, 이에 대응되는 엑스선 검출기(20)는 1D type의 1x16 array type으로 각각의 센서는 3x3 mm 로 구성하였다.
도 11은 본 발명의 효과를 검증하기 위해 시뮬에이션 (Monte Carlo Simulation)을 수행시 영상 목표체로 사용된 사람의 척추뼈와 이의 구조를 모사한 도면이다.
도 11을 참조하여 설명하면, 본 실험예에 사용되는 영상 목표체(210)는 사람의 척추뼈이며, 이를 모사하기 위해 약 1.5 cm 지름 x 1cm 크기의 뼈 재질 실린더를 총 45 개로 구성하고 척추뼈의 휘어짐을 고려하여 곡선 구간을 갖도록 설정하였다.
도 12는 도 10의 사람 척추뼈 구조에 대한 서로 다른 높이의 스캔 데이터들을 획득하는 과정에서 사용된 높이 값들을 도시한 단면의 개락도이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 본 실험예의 첫 번째와 두 번째 스캔시 엑스선 검출기로(20)부터 엑스선 발생기(10)까지의 높이, 엑스선 발생기(10)의 높이, 영상 목표체(210)의 높이 및 영상 대상체(210)로부터 엑스선 발생기(10)까지의 거리 등을 각각 정의하였다.
도 13은 1차 와 2차 스캔을 통해 획득한 검출기에 투영된 데이터이고, 도 14는 도 13의 검출기에 투영된 척추뼈의 단면의 크기를 추출하여 도식한 영상단면이다.
도 13을 참조하여 설명하면, 두 번의 스캔을 실시했을 때, 도 11에서 정의된 영상 목표체(210)가 엑스선 검출기(20)에 투영된 영상단면을 각각의 그래프로 나타낸 것이다.
도 14를 참조하여 설명하면, 각각의 스캔시 엑스선 검출기(20)에 투영된 실제 1.5 cm의 지름을 갖는 척추뼈 모형이 얼마큼의 크기, 즉 D1, D2 로, 투영되는지를 본 특허에서 제안하는 방법을 통해 계산하여 나타낸 것이다. 여기서, 붉은색 가이드라인이 실제 척추뼈의 크기를 나타낸다.
도 15는 도 13의 1차 스캔 데이터와 2차 스캔 데이터를 VIPP 방법을 적용하여 합성하여 2배의 해상도가 향상된 투영 데이터(projection data)이고, 도 16은 도 15에서 획득한 투영데이터에서 척추뼈 단면의 크기 'd' 만을 추출하여 도식한 영상단면이다.
도 15 및 도 16을 참조하여 설명하면, 두 개의 각기 다른 엑스선 발생기(10)의 높이에서 수집된 영상단면을 토대로 본 발명에서 제안하는 가변영상단면 투영법(VIPP)을 적용하여 실제 척추뼈 모형의 크기에 부합하는 투영 영상 또는 데이터를 가동하여 실제 크기에 근접하는 단면 영상을 획득한 것이다.
즉, 도 15에 도시한 바와 같이 도 13에서 획득한 두개의 영상을 VIPP 방법을 적용하여 합성하면 2배의 해상도를 갖는 영상을 획득할 수 있다. 그리고, 도 16에 도시한 바와 같이 본 특허에서 제안하는 방법을 통해 유추된 실제 영상 목표체(210)의 크기 d를 계산하여 표시할 수 있다.
한편, 아래 표 1은 각각의 스캔시 발생되는 오류를 정량화한 것이고, 가변영상단면 투영법(VIPP)를 이용했을 때, 실제 크기에 근접하는 것을 정량적으로 정리한 것이다.
Figure 112018086881015-pat00031
표1 에서 보여지듯이 각각의 스캔의 경우 실제 영상 목표체(210)의 크기인 15mm 보다 확대된 크기가 검출기(20)에 투영되는 것을 알 수 있다. 반면, 본 발명에서 제안하는 VIPP 방법을 이용하면 실제 크기에 매우 유사한 결과를 얻을 수 있음이 증명된다.
또한, 두 개의 스캔 데이터를 반 픽셀(half pixel)씩 이동(shift) 하여 상기에서 설명한 해상도를 높이는 방법을 적용하면, 원래 두개의 16x150 의 영상을 결합하여 31x299의 해상도를 갖는 영상을 획득할 수 있다. 즉 3x3 mm 의 센서를 이용하여 1.5x1.5 mm의 해상도를 확보할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 가변영상단면 투영법을 이용한 엑스선 영상화 방법 및 이를 적용한 엑스선 영상화 장치를 활용하는 경우, 팬 빔(fan beam) 또는 콘 빔(cone beam) 엑스선 영상시 해당 엑스선 영상화 장치에서 중요시 여겨지는 정보를 보다 정확하게 획득할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 특징은 두개의 다른 높이에서의 적어도 두개 이상의 스캔이 필요하므로, 이때 각각의 스캔시 엑스선의 에너지를 변화해서 스캔을 하면, dual energy x-ray가 사용되는 엑스선 영상화 장치, 즉, 공항만의 수하물 검색대 또는 골밀도 진단용 엑스선 영상에 효과적으로 사용 가능하다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 100: 엑스선 영상화 장치 10: 엑스선 발생기
20, 120: 엑스선 검출기 30: 제1 위치 가변 수단
40: 제2 위치 가변 수단 50: 연산 제어기
200: 영상 대상체 (imaging object)
210, 210a, 210b: 영상 목표체 (target object)
211a, 211b, 311a, 311b: 엑스선 영상 d: 영상 목표체의 실제 폭
D1, D2: 영상 목표체 투영영상의 폭 H1, H2: 엑스선 발생기 높이
x: 엑스선 검출기의 영상단면으로부터 영상 목표체까지의 거리(높이)

Claims (22)

  1. 영상 대상체를 사이에 두고 엑스선 발생기와 엑스선 검출기가 배치되는 엑스선 영상 장치를 이용한 엑스선 영상화 방법에 있어서,

    상기 엑스선 검출기로부터 상기 엑스선 발생기 높이를 가변시켜 서로 다른 높이에 대한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터들을 획득하고,
    획득한 2개 이상의 스캔 데이터들을 이용해 가변영상단면 투영법을 적용하여 영상 대상체 내의 영상 목표체에 대한 실제 위치와 크기로 영상화시키는 엑스선 영상화하며
    상기 가변영상단면 투영법은,
    스캔 방향을 따라 연속적으로 파악된 상기 영상 목표체의 가변 높이들을 임의의 순간들에 대한 각각의 위치들에서의 엑스선 투영 지점으로 설정하고, 각각의 임의의 순간에서의 높이를 기준으로 영상단면을 가변시켜 계산된 실제 크기로 영상 목표체를 투영하도록 하는 엑스선 영상화 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 가변영상단면 투영법을 적용하여
    선차 스캔 데이터를 통해 얻은 아래 수학식(eq1)과
    Figure 112020038231272-pat00060

    후차 스캔 데이터를 통해 얻은 아래 수학식(eq2)를 이용해
    Figure 112020038231272-pat00061

    영상단면으로부터 영상 목표체까지의 높이(x)에 따른 정확한 영상 목표체의 크기(d)를 구하는 엑스선 영상화 방법.
    (여기서, H1과 H2는 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 엑스선 발생기의 높이이고, D1, D2은 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 영상 목표체가 엑스선 검출기에 투영된 크기며,
    Figure 112020038231272-pat00062
    Figure 112020038231272-pat00063
    ,
    Figure 112020038231272-pat00064
    Figure 112020038231272-pat00065
    는 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 엑스선이 영상 대상체 내의 영상 목표체에 투영된 각각의 투영각이고, x는 영상단면(imaging plane)에서 영상 목표체까지의 높이이며, d는 상기 영상 목표체의 실제 크기다.)
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 엑스선 발생기는 팬 빔(fan beam)을 사용하고,
    상기 엑스선 검출기는 1차원 배열(1D array) 형태로 이루어지는 엑스선 영상화 방법.
  5. 제4항에서,
    후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔하는 엑스선 영상화 방법.
  6. 제4항에서,
    후차 스캔시 상기 엑스선 검출기를 선차 스캔시 보다 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔하는 엑스선 영상화 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 엑스선 발생기는 콘 빔(cone beam)을 사용하고,
    상기 엑스선 검출기는 2차원 배열(2-D array) 형태로 이루어지는 엑스선 영상화 방법.
  8. 제7항에서,
    후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시켜 스캔하는 엑스선 영상화 방법.
  9. 제7항에서,
    후차 스캔시 상기 엑스선 검출기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시켜 스캔하는 엑스선 영상화 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 엑스선 발생기의 높이를 가변시켜 두 번 스캔하고, 각 스캔시에 엑스선 에너지를 변화시켜 dual energy imaging 기법을 적용하는 엑스선 영상화 방법.
  11. 엑스선을 발생시키는 엑스선 발생기;
    상기 엑스선 발생기와 영상 대상체를 사이에 두고 배치되며, 상기 영상 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기;
    상기 영상 대상체로부터 상기 엑스선 발생기의 높이를 가변 시키는 제1 위치 가변 수단; 및
    상기 제1 위치 가변 수단을 통해 상기 엑스선 검출기로부터 상기 엑스선 발생기까지의 높이를 가변시켜 서로 다른 높이에 대한 적어도 2회 이상의 스캔 데이터들을 획득하고,
    획득한 2개 이상의 스캔 데이터들을 이용하여 가변영상단면 투영법을 적용해 상기 영상 대상체 내의 영상 목표체에 대한 실제 위치와 크기로 영상화시키는 연산 제어기;
    상기 연산 제어기는,
    상기 가변영상단면 투영법을 적용해 스캔 방향을 따라 연속적으로 파악된 상기 영상 목표체의 가변 높이들을 임의의 순간들에 대한 각각의 위치들에서의 엑스선 투영 지점으로 설정하고, 각각의 임의의 순간에서의 높이를 기준으로 영상단면을 가변시켜 계산된 실제 크기로 영상 목표체를 투영하도록 하는 엑스선 영상화 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 연산 제어기는,
    상기 가변영상단면 투영법을 적용해 선차 스캔 데이터를 통해 얻은 아래 수학식(eq1)과
    Figure 112020038231272-pat00066

    후차 스캔 데이터를 통해 얻은 아래 수학식(eq2)를 이용해
    Figure 112020038231272-pat00067

    영상단면으로부터 영상 목표체까지의 높이(x)에 따른 정확한 영상 목표체의 크기(d)를 구하는 엑스선 영상화 장치.
    (여기서, H1과 H2는 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 상기 엑스선 검출기로부터 상기 엑스선 발생기의 높이이고, D1, D2은 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 영상 목표체가 엑스선 검출기에 투영된 크기며,
    Figure 112020038231272-pat00068
    Figure 112020038231272-pat00069
    ,
    Figure 112020038231272-pat00070
    Figure 112020038231272-pat00071
    는 선차 스캔(S1)과 후차 스캔(S2)시 엑스선이 영상 목표체에 투영된 각각의 투영각이고, x는 영상단면(imaging plane)에서 영상 목표체까지의 높이이며, d는 영상 목표체의 실제 크기다.)
  13. 삭제
  14. 제11항에서,
    상기 엑스선 발생기는 팬 빔(fan beam) 형태로 이루어지고,
    상기 엑스선 검출기는 1차원 배열(1D array) 형태로 이루어지는 엑스선 영상화 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 상기 위치 가변 수단은,
    후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔하도록 하는 엑스선 영상화 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 엑스선 검출기의 위치를 가변 시키기 위한 제2 위치 가변 수단을 더 포함하고,

    상기 제2 위치 가변 수단은,
    후차 스캔시 상기 엑스선 검출기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 횡으로 이동(shift)시켜 스캔하는 엑스선 영상화 장치.
  17. 제11항에서,
    상기 엑스선 발생기는 콘 빔(cone beam) 형태로 이루어지고,
    상기 엑스선 검출기는 2차원 배열(2D array) 형태로 이루어지는 엑스선 영상화 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제1 위치 가변 수단은,
    후차 스캔시 상기 엑스선 발생기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel size) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시켜 스캔하는 엑스선 영상화 장치.
  19. 제17항에서,
    상기 엑스선 검출기의 위치를 가변 시키기 위한 제2 위치 가변 수단을 더 포함하고,

    상기 제2 상기 위치 가변 수단은,
    후차 스캔시 상기 엑스선 검출기를 선차 스캔시 보다 상기 엑스선 검출기의 반 픽셀(half pixel) 만큼 차이를 두고 종/횡으로 각각 이동(shift)시키는 엑스선 영상화 장치.
  20. 제11항에서,
    상기 엑스선 검출기는 평판 형태 또는 원호 형태로 이루어지는 엑스선 영상화 장치
  21. 제20항에서,
    상기 엑스선 검출기는 원호 형태로 이루어지고,
    상기 엑스선 발생기의 엑스레이 초점(X-ray focal point)이 상기 엑스선 검출기의 원호의 중심에 위치하는 엑스선 영상화 장치.
  22. 제11항에서,
    상기 엑스선 발생기는 높이를 가변시켜 두 번 스캔시, 각각의 스캔시 엑스선 에너지를 변화시킬 수 있게 구성되는 엑스선 영상화 장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005505375A (ja) 2001-10-15 2005-02-24 コーニンクレッカ　フィリップス　エレクトロニクス　エヌ　ヴィ インターベンショナル体積スキャナ
KR101571030B1 (ko) * 2015-05-19 2015-11-23 주식회사 비엠텍월드와이드 골밀도 측정 장치에서 x선을 검출하기 위한 스캔 방법 및 골밀도 측정 장치
JP5829162B2 (ja) 2012-03-27 2015-12-09 住友重機械工業株式会社 Ｘ線撮影装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100687846B1 (ko) * 2005-01-21 2007-02-27 경희대학교 산학협력단 국부 고해상도 엑스선 단층 영상 재구성 방법 및 국부고해상도 엑스선 단층 영상 재구성 장치
US8588364B2 (en) * 2009-08-19 2013-11-19 J. Morita Manufacturing Corporation Medical X-ray apparatus
US9408579B2 (en) * 2010-05-11 2016-08-09 Takara Telesystems Corp. Radiation imaging apparatus and phantom used for the same
KR20160049273A (ko) * 2014-10-27 2016-05-09 삼성전자주식회사 의료 영상 장치
KR101567501B1 (ko) 2015-06-09 2015-11-11 한승무 이중에너지 x선 흡수 계측 방식의 골밀도 측정 장치
KR101596012B1 (ko) 2015-06-15 2016-02-19 주식회사 비엠텍월드와이드 X선을 이용한 골밀도 측정 장치
KR101892144B1 (ko) * 2015-10-26 2018-08-28 주식회사 바텍 엑스선 영상 촬영장치
KR20180042572A (ko) * 2016-10-18 2018-04-26 주식회사바텍 가변형 디텍터 어레이를 갖는 엑스선 영상 촬영 장치
EP3508130A1 (en) * 2018-01-03 2019-07-10 Koninklijke Philips N.V. Field of view adjustment

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005505375A (ja) 2001-10-15 2005-02-24 コーニンクレッカ　フィリップス　エレクトロニクス　エヌ　ヴィ インターベンショナル体積スキャナ
JP5829162B2 (ja) 2012-03-27 2015-12-09 住友重機械工業株式会社 Ｘ線撮影装置
KR101571030B1 (ko) * 2015-05-19 2015-11-23 주식회사 비엠텍월드와이드 골밀도 측정 장치에서 x선을 검출하기 위한 스캔 방법 및 골밀도 측정 장치

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