KR102219391B1 - 나선 컴퓨터 단층 촬영 - Google Patents

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Abstract

엑스레이 이미징 시스템은 엑스레이 생성기, 하나 이상의 방사선 검출기, 회전 스테이지, 선형 병진 이동(translation) 스테이지, 운동 제어 시스템, 및 데이터 획득 시스템을 포함할 수 있다. 회전 스테이지는 엑스레이 생성기에 의해 방출된 엑스레이 빔의 축에 수직으로 배열되는 회전 축을 갖는다. 선형 병진 이동 스테이지는 회전 스테이지의 회전 축에 나란히 정렬된 축을 따라 회전 스테이지를 선형으로 움직이도록 구성된다. 운동 제어 시스템은 회전 스테이지의 회전 운동 및 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동을 동기화한다. 데이터 획득 시스템은 사용자 입력 파라미터를 수신하기 위하여 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 라디오 그래프(radiograph)를 획득하기 위하여, 적어도 부분적으로 사용자 입력 파라미터에 기초하여, 엑스레이 이미징 시스템을 구성할 수 있다. 프로세서는 라디오 그래프로부터 3-차원 이미지를 생성할 수 있다.

Description

나선 컴퓨터 단층 촬영{HELICAL COMPUTED TOMOGRAPHY}
본 출원은, 2013년 4월 4일에 출원된, 미국 가특허 출원 제 61/808,424의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서의 참조로서 병합된다.
본 개시는 컴퓨터 단층 촬영에 관련된다.
엑스레이 컴퓨터 단층 촬영(CT)은 물체의 단층 촬영의 이미지를 생산하기 위해 컴퓨터-처리한 엑스레이를 사용하는 절차이다. 물체의 단층 촬영의 이미지는 개념상으로 물체의 2-차원 "슬라이스(slice)"의 이미지이다. 컴퓨팅 디바이스는 물체의 3-차원 이미지를 생성하기 위한 목적으로 단층 촬영의 이미지를 사용할 수 있다. 엑스레이 CT는 물체의 비 파괴 평가를 수행하기 위해 산업 목적에 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 개시는 나선(즉, 나선형의) 컴퓨터 단층 촬영(CT)을 위한 엑스레이 이미징 시스템을 기술한다. 엑스레이 이미징 시스템은 엑스레이 생성기, 하나 이상의 방사선 검출기, 회전 스테이지, 선형 병진 이동(translation) 스테이지, 운동 제어 시스템, 및 데이터 획득 시스템을 포함한다. 엑스레이 생성기는 팬-모양 또는 콘-모양의 엑스레이 빔을 방출할 수 있다. 회전 스테이지는 엑스레이 빔의 축에 대해 실질적으로 수직으로 배열되는 회전 축을 갖는다. 선형 병진 이동 스테이지는 회전 스테이지의 회전 축에 정렬된 축을 따라 회전 스테이지를 선형으로 움직이도록 구성된다. 운동 제어 시스템은, 회전 스테이지에 의해 지지되는 샘플 상의 한 지점이 나선 또는 나선형 패턴으로 궤적을 그리도록 회전 스테이지의 회전 운동 및 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동을 동기화한다. 따라서, 회전 스테이지는 축을 따라 선형으로 움직이면서, 같은 축 주위를 회전할 수 있다. 데이터 획득 시스템은 사용자 입력 파라미터를 수신하기 위하여 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 적어도 부분적으로 사용자 입력 파라미터에 기초하여, 하나 이상의 프로세서는 라디오 그래프(radiograph)를 획득하기 위하여 엑스레이 이미징 시스템을 구성한다. 하나 이상의 프로세서는 적어도 부분적으로 라디오 그래프에 기초하여 3-차원의 이미지를 생성한다.
하나의 예시에서, 본 개시는 엑스레이 이미징 시스템을 기술하며, 엑스레이 이미징 시스템은 엑스레이 생성기; 하나 이상의 방사선 검출기; 엑스레이 생성기에 의해 방출된 엑스레이 빔의 축에 대해 수직으로 배열된 회전 축을 갖는 회전 스테이지; 회전 스테이지의 회전축을 따라 배열된 이동 축을 갖는 선형 병진 이동(translation) 스테이지; 회전 스테이지에 의해 지지되는 샘플 상의 한 지점이 나선형 또는 나선 패턴의 궤적을 그리도록 회전 스테이지의 회전 운동 및 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동이 동기화 되도록 하는 운동 제어 시스템; 및 사용자 입력 파라미터를 수신하기 위해, 적어도 부분적으로 사용자 입력 파라미터에 기초하여 라디오 그래프(radiograph)를 획득하기 위한 엑스레이 이미징 시스템을 구성하기 위해, 및 적어도 부분적으로 라디오 그래프에 기초하여 3-차원 이미지를 생성하기 위해 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 데이터 획득 시스템을 포함한다.
다른 예에서, 본 개시는 방법을 기술하며, 방법은 사용자 입력 파라미터를 수신하는 단계; 적어도 부분적으로 사용자 입력 파라미터에 기초하여 라디오 그래프를 획득하기 위한 엑스레이 이미징 시스템을 구성하는 단계로서, 엑스레이 이미징 시스템은 엑스레이 생성기; 하나 이상의 방사선 검출기; 엑스레이 생성기에 의해 방출된 엑스레이 빔의 축에 대해 수직으로 배열된 회전 축을 갖는 회전 스테이지; 회전 스테이지의 회전 축을 따라 배열된 이동 축을 갖는 선형 병진 이동 스테이지; 및 회전 스테이지에 의해 지지되는 샘플 상의 한 지점이 나선형 또는 나선 패턴의 궤적을 그리도록 회전 스테이지의 회전 운동 및 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동을 동기화하는 운동 제어 시스템을 포함하는, 엑스레이 이미징 시스템을 구성하는 단계와; 적어도 부분적으로 라디오 그래프에 기초하여 3-차원 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
다른 예에서, 본 개시는 저장된 지시사항을 갖는 비-일시적(non-transitory) 컴퓨터-판독가능한 데이터 저장 매체를 기술하며, 비-전이 컴퓨터-판독가능한 데이터 저장 매체는, 실행될 때, 컴퓨팅 시스템으로 하여금 사용자 입력 파라미터를 수신하도록 하고, 적어도 부분적으로 사용자 입력 파라미터의 기초하여 라디오 그라피를 획득하기 위한 엑스레이 이미징 시스템을 구성하되, 엑스레이 발생기, 하나 이상의 방사선 검출기, 엑스레이 생성기에 의해 방출된 엑스레이 빔의 축에 대해 수직으로 배열된 회전 축을 갖는 회전 스테이지, 회전 스테이지의 회전 축을 따라 배열된 이동 축을 갖는 선형 병진 이동 스테이지, 및 회전 스테이지에 의해 지지되는 샘플 상의 하나의 점이 나선형 또는 나선 패턴을 그리도록 회전 스테이지의 회전 운동 및 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동을 동기화하는 운동 제어 시스템을 포함하는 엑스레이 이미징 시스템을 구성하도록 하고, 적어도 부분적으로 라디오 그래프에 기초하여 3-차원 이미지를 생성하도록 한다.
하나 이상의 예시의 세부 사항은 첨부된 도면 및 아래 설명에 설명된다. 다른 특징, 목적, 및 장점은 설명, 도면, 및 청구항으로부터 명백해질 것이다.
본 발명을 통해, 나선(즉, 나선형의) 컴퓨터 단층 촬영을 위한 엑스레이 이미징 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 개략 요소 및 블록 요소를 갖는 시스템을 도시한 도면으로서, 본 개시의 하나 이상의 예시에 따라, 예시적인 장비 셋업을 도시한 도면.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 예시적인 렌즈-결합된 고해상도 엑스레이 검출기를 도시하는 블록도.
도 3a는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 예시적인 시스템 파라미터 셋업 인터페이스를 도시하는 도면.
도 3b는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 예시적인 종래의(즉, 비-나선형) 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔 셋업 인터페이스 도시하는 도면.
도 3c는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 다른 예시적인 종래의(즉, 비-나선형) CT 스캔 셋업 인터페이스를 도시하는 도면.
도 3d는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 예시적인 나선형 CT 스캔 셋업 인터페이스를 도시하는 도면.
도 3e는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 다른 예시적인 나선형 CT 셋업 인터페이스를 도시하는 도면.
도 3f는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 예시적인 이미지 프리뷰 인터페이스를 도시하는 도면.
도 4a는 나선형-CT를 이용하여 얻은 예시적인 3-차원 구조의 부피 렌더링을 도시하는 도면.
도 4b는 도 4a의 3-차원 구조의 제 1 예시적인 단면 이미지를 도시하는 도면.
도 4c는 도 4a의 3-차원 구조의 제 2 예시적인 단면 이미지를 도시하는 도면.
도 4d는 도 4a의 3-차원 구조의 제 3 예시적인 단면 이미지를 도시하는 도면.
도 4e는 도 4a의 3-차원 구조의 예시적인 단면 이미지를 도시하는 도면.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 가중화된 백 프로젝션 기능 구조의 개념도.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 예시적인 산업용 CT 시스템의 동작을 도시하는 흐름도.
엑스레이 컴퓨터 단층촬영(CT)은 일반적으로 의료 이미징 및 산업의 비파괴 평가(NDE)에서 3-차원 구조를 비 침습성 또는 비 파괴적으로 얻기 위해 공통적으로 사용되는 기술이다. 본 개시의 기술은 엑스레이 CT 기술을 이용하여 물체(예를 들어, 연장된 물체)의 3-차원(3D) 구조를 얻기 위한 장치를 제공한다. 본 개시의 기술은 장치의 기구, 사용자 제어 매커니즘, 및 소프트웨어 알고리즘을 또한 제공한다. 장치는 암석 중심부 샘플(rock core sample)과 같은 자연-발생 물체뿐만 아니라 제조된 성분 및 시스템의 NDE를 위해 사용될 수 있다. 장치는 엑스레이 소스, 방사선 검출기, 및 회전 스테이지를 포함할 수 있다. 회전 스테이지는, 라디오 그래프(radiograph)가 다른 시야각에서 얻어질 수 있도록 샘플을 회전시킬 수 있다. 엑스레이 소스, 방사선 검출기, 및 회전 스테이지는 엑스레이 소스, 방사선 검출기, 및 회전 스테이지를 다른 기하학적 구성에 배치하는 선형 위치지정 스테이지 상에 각각 장착될 수 있다. 본 개시에 기술된 한 예시적인 구성에서, 시스템은 0.5 마이크로 미터 내지 100 마이크로 미터의 범위를 갖는 해상도를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 하나 이상의 예시에 따라, 예시적인 장비 셋업을 도시하는 개략요소 및 블록요소를 모두 포함하는 시스템도면이다. 도 1의 예시에 도시된 바와 같이, 산업용 CT 시스템(10)은 엑스레이 소스(12), 방사선 검출기(14), 및 컴퓨터 시스템(22)을 포함할 수 있다. 도 1의 예시에는 도시되지 않지만, 산업용 CT 시스템(10)은 방사선 검출기(14)에 추가하여 하나 이상의 방사선 검출기를 포함할 수 있다.
샘플은 회전 스테이지(16) 상에 장착될 수 있다. 샘플의 예시 유형은 기계, 암석 중심부, 또는 다른 유형의 물체를 포함한다. 전형적인 예시에서, 회전 스테이지(16)의 회전 축(17)은 엑스레이 빔 축(19){즉, 엑스레이 생성기(12)에 의해 방출된 엑스레이 빔(18)의 축}에 수직이다. 따라서 산업용 CT 시스템(10)은 샘플이 엑스레이 빔(18) 내에서 회전될 때 상이한 투사 각도에서 라디오 그래프를 획득할 수 있다. 도 1의 예시에서, 엑스레이 빔(18)은 콘 모양이다. 다른 예시에서, 엑스레이 빔(18)은 팬 모양이다. 몇몇 예시에서, 엑스레이 소스(12)는 20keV 내지 600keV의 에너지 범위를 갖는 엑스레이를 제공할 수 있다.
더욱이, 산업용 CT 시스템(10)은 수직으로 이동할 수 있는 수직 스테이지(20)를 포함할 수 있다. 회전 스테이지(16)는, 수직 스테이지(20)가 수직으로 이동할 때, 회전 스테이지(16)가 수직으로 이동하도록 수직 스테이지(20)에 장착되거나 결합 된다. 수직 스테이지(20)의 운동은, 회전 스테이지(16) 및/또는 수직 스테이지(20)에 의해 지지된 샘플의 한 지점이 나선형 또는 나선 패턴으로 궤적을 그리도록 회전 스테이지(16)의 회전 운동과 동기화될 수 있다. 다른 예시에서, 회전 스테이지(16)는 선형으로 다른 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들면, 산업용 CT 시스템(10)은 수직이 아닌 방향으로 회전 스테이지(16)를 움직이는 스테이지를 포함할 수 있다. 따라서, 본 개시는 수직 스테이지(20)를 "선형 병진 이동 스테이지(20)"로서 언급할 수 있다. 이러한 방식에서, 산업용 CT 시스템(10)은 회전 스테이지(16)의 회전축을 따라 배열된 이동 축을 갖는 선형 병진 이동 스테이지를 포함할 수 있다. 회전 스테이지(16)의 회전 축(17)을 따라 선형 병진 이동 스테이지(20)의 이동은 회전 스테이지(16)의 회전 축(17)을 따르는 회전 스테이지(16){뿐만 아니라 회전 스테이지(16) 상에 장착된 임의의 샘플}의 이동을 야기한다.
방사선 검출기(14)는 도 1의 예시에 도시된 평평한 패널 엑스레이 검출기(FPD)를 포함할 수 있다. 다른 예시에서, 방사선 검출기(14)는 렌즈-결합된 섬광 검출기, 선형 다이오드 어레이(LDA), 또는 방사선을 검출하는 다른 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 그러므로, 산업용 CT 시스템(10)은 평평한-패널 방사선 검출기, 렌즈-결합된 고해상도 엑스레이 검출기, 및 선형 다이오드 어레이 방사선 검출기 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 방사선 검출기를 포함할 수 있다.
더욱이, 도 1의 예시에서, 산업용 CT 시스템(10)은 컴퓨터 시스템(22)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(22)은 퍼스널 컴퓨터, 랩탑(laptop) 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터 등과 같은 하나 이상의 컴퓨터 디바이스를 포함할 수 있다. 몇몇 예시에서, 컴퓨터 시스템(22)은 산업용 CT 시스템(10)의 다른 구성성분으로부터 멀리 위치될 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템(22)은 산업용 CT 시스템의 다른 구성성분의 사용자의 시각으로부터 "클라우드(cloud)"에 존재할 수 있다.
컴퓨터 시스템(22)은 운동 제어 시스템(24) 및 컴퓨터 제어 데이터 획득 시스템(26)을 구현할 수 있다. 운동 제어 시스템(24)은 회전 스테이지(16)의 회전 운동 및 선형 병진 이동 스테이지(20)의 선형 운동을 동기화할 수 있다. 다른 예시에서, 운동 제어 시스템(24)은 데이터 획득 시스템(24)으로부터 개별적으로 구현될 수 있다.
데이터 획득 시스템(26)은 하나 이상의 사용자로부터 입력 파라미터를 수신할 수 있다. 몇 가지 예시에서, 데이터 획득 시스템(26)은 입력 파라미터의 사용자 입력의 표시(indication)(예시로, 키보드, 터치스크린 등과 같은 입력 디바이스 또는 원격 컴퓨터 디바이스로부터) 수신될 수 있다. 데이터 획득 시스템(26)은 적어도 부분적으로 사용자 입력 파라미터에 기초하여, 라디오 그래프를 획득하기 위한 엑스레이 이미징 시스템을 구성할 수 있다.
더욱이, 데이터 획득 시스템(26)은 방사선 검출기(14){및/또는 산업용 CT 시스템(10)의 다른 방사선 검출기}로부터 라디오 그래프를 획득하고, 라디오 그래프를 디지털 방식으로 기록하고, 라디오 그래프를 처리할 수 있다. 예를 들어, 데이터 획득 시스템(26)은 적어도 부분적으로 라디오 그래프(radiograph)에 기초하여 3-차원 이미지를 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 데이터 획득 시스템(26)은 라디오 그래프를 획득할 수 있고, 라디오 그래프를 디지털 방식으로 기록할 수 있고, 라디오 그래프로부터 3-차원 이미지를 재구성할 수 있다.
CT 사이클의 예시에서, 테스트중인 샘플은 특정한 간격에서 획득된 라디오 그래프로 180도의 범위에서 회전될 수 있다. 그리고나서 라디오 그래프는 테스트중인 샘플의 3D 구조를 나타내는 3D 부피 데이터로 수학적으로 어셈블링될 수 있다. 이러한 유형의 구성의 단점은, 엑스레이 빔 콘에 노출된 샘플의 일부만이 검사될 수 있기 때문에 한정된 시야일 수 있다는 것이다. 따라서 연장된 샘플에서, 오직 일부 부피만 각 CT 사이클 동안 이미지화될 수 있다. 완성된 샘플을 이미지화하기 위하여, 일련의 다중 CT 사이클은 샘플의 상이한 부분에 대해 독립적으로 수행되어야 하고, 결과적인 일련의 3D 이미지는 완전한 구조의 이미지를 얻기 위해 수치적으로 스티치(stitched) 되어야 한다.
본 개시의 기술은 샘플의 장축에 대해 평행한 운동 축을 갖는 모터형 선형 스테이지의 사용으로 이 한계를 극복할 수 있다. CT 스캔 동안, 선형 스테이지{예를 들어, 선형 병진 이동 스테이지(20)}는 회전 스테이지(16)의 회전 운동에 대해 동기화된 방식으로 엑스레이 빔 콘{예를 들어, 엑스레이 빔(18)}을 가로질러 전체 샘플을 계속하여 움직일 수 있다. 이러한 추가적인 움직임을 통해, 샘플 상의 한 지점은 나선형 또는 나선 패턴을 효과적으로 궤적을 그릴 수 있다. 또한 이러한 접근은 나선형 CT(spiral CT) 또는 나선 CT(helical CT)로서 본 명세서에 언급될 수 있다. 이러한 기술을 이용하여, 연장된 샘플은 사용자 간섭 또는 추가적인 수치적 스티칭의 필요 없이 단일 사이클에 스캔될 수 있다. 본 개시의 기술은 넓은 범위의 응용을 위한 종래 기술에 비해 중요한 이점을 제공할 수 있다.
본 개시의 기술은 고해상도 응용에 중점을 둔 산업용 CT 시스템에 주로 적용할 수 있다. 산업용 CT 시스템(10)은 다수의 새로운 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 산업용 CT 시스템(10)은 새로운 기구 설계를 포함할 수 있고, 이것은 넓은 범위의 해상도 및 시야 조합을 위한 검출기를 병합시킨 새로운 검출기 설계를 포함한다. 다른 예시에서, 산업용 CT 시스템(10)은 라디오 그래프 처리 및 더욱이 라디오 그래프로부터 3D 이미지를 재구성하기 위한 새로운 수치 알고리즘을 이용할 수 있다.
FPD는 유리 검출기 어레이 상의 비 정질 실리콘 상에 제조된 옥화 세슘과 같은 섬광 물질의 층을 포함할 수 있다. 섬광 층은 엑스레이를 흡수할 수 있고 고체 상태 검출기에 의해 차례로 검출된 가시 광 광자를 방출할 수 있다. 방사선 검출기(14)의 픽셀 사이즈는 수십부터 수백 마이크로미터의 범위일 수 있다. 예를 들어, 방사선 검출기(14)는 25마이크로미터 내지 300 마이크로미터 범위의 픽셀 사이즈를 갖는 FPD를 포함할 수 있다.
FPD는 체적 측정 CT 셋업의 산업용 CT 시스템에서 현재 가장 일반적으로 사용되는 검출기이다. FPD는 대부분의 응용에서 10-100 마이크로미터 해상도,및 10mm내지 400mm의 시야를 일반적으로 제공한다. 이러한 설계는 인쇄 회로 기판 및 가공된 또는 주조 구성요소와 같은 거친 특징부(feature)를 갖는 물체에 적합할 수 있다. 고해상도는 0.5마이크로미터 내지 10마이크로미터의 해상도 및 1mm 내지 50mm의 시야를 달성하기 위해 다양한 배율의 렌즈를 이용하는 렌즈-결합된 검출기 시스템을 이용함으로써 달성할 수 있다. 집적회로의 구성요소 또는 생물학적 시스템의 세포 구조와 같은 미세한 특징부 크기를 갖는 물체에 적합할 수 있다. 반대 크기 범위에서, 300keV보다 많은 고-에너지 엑스레이는 완전히 조립된 기계 시스템 같은 큰 물체를 뚫기 위해 사용될 수 있다. 이러한 응용에서, LDA 검출기는 산란 방사선으로부터 콘트라스트 감소를 줄이기 위해 종종 사용되었다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 예시적인 렌즈-결합된 고-해상도 엑스레이 검출기(50)를 도시하는 블록도이다. 산업용 CT 시스템(10)의 방사선 검출기(14)는 렌즈-결합된 고-해상도 엑스레이 검출기(50)를 포함할 수 있다. 렌즈-결합된 엑스레이 검출기(50)는 도 2의 예시에서 도시된 것처럼 전하 결합 소자(CCD) 또는 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 검출기와 같은 검출기(56)에 방출된 가시광(54)을 중계하기 위해 추가적인 광학 렌즈(52)를 사용할 수 있다. 섬광 층이 엑스레이 생성기(12) 또는 다른 엑스레이 소스에 의해 방출된 엑스레이를 흡수할 때, 방사선 검출기(14)의 섬광 층은 가시광(54)을 방출할 수 있다.
렌즈(52)는 0.5x 내지 100x 범위의 배율을 제공할 수 있어, 0.1 내지 20 마이크로미터 사이에서 렌즈-결합된 엑스레이 검출기(50)의 유효 픽셀 크기를 만든다. 몇 가지 예시에서, 렌즈-결합된 엑스레이 검출기(50)는 0.1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 픽셀 크기를 갖는다. 도 2의 예시에서, 거울(58)은 렌즈(52)로부터 검출기(56)까지 가시광(54)을 보낸다. 더욱이, 도 2의 예시에서, 렌즈(52)는 렌즈(62)와 같은 하나 이상의 추가 렌즈를 포함하는 회전 터릿(turret)(60)에 장착된다. 터릿(60)은 회전될 수 있고, 또는 방출된 가시 광선(54)이 렌즈(52) 대신 렌즈(62)를 통해 통과하도록 재구성될 수 있다. 렌즈(52) 및 렌즈(62)는 상이한 초점 길이를 가질 수 있고 따라서 상이한 해상도 및/또는 시야를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(52)는 광역 렌즈일 수 있고 렌즈(62)는 고-해상도 렌즈일 수 있다.
각 검출기 기술(즉 FPD 기술, 렌즈-결합된 고-해상도 엑스레이 검출기 기술, 및 LDA 기술)의 시야 범위 및 해상도 한계를 더 완화하기 위하여, 본 개시의 산업용 CT시스템은 이러한 세 가지 유형의 검출기 기술중 두 개 이상을 결합할 수 있다. 예를 들어, 산업용 CT 시스템(10)은 서브 마이크로미터 규모에서 상세한 조사 및 완전한 조립체를 갖는 시스템-규모의 NDE를 할 수 있는 다중 규모 이미징 시스템을 생성하기 위하여 결합된 FDP 및 렌즈-결합된 검출기 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산업용 CT 시스템은 0.1마이크로미터 내지 10마이크로미터의 범위의 픽셀 크기를 갖는 렌즈-결합된 고-해상도 검출기, 및 25 마이크로미터 내지 300 마이크로미터의 범위의 픽셀 크기를 갖는 평평한-패널 검출기를 포함할 수 있다. 이러한 예시에서, 산업용 CT 시스템(10)은 적어도 렌즈-결합된 고-해상도 엑스레이 검출기와 평평한-패널 검출기 사이에서 전환하기 위한 기계적 매커니즘을 포함할 수 있다. 나선형-CT(spiral-CT)의 사용은 이러한 해상도를 갖는 연장된 스캐닝 길이 및 완전한 암석 중심부 샘플 또는 미사일같이, 연장된 물체를 위한 시야의 조합을 더 제공할 수 있다.
도 3a내지 도 3f는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 나선형-CT(spiral-CT)에 대한 예시적인 사용자 제어 인터페이스를 도시한 도면이다. 특히, 도 3a는 예시적인 시스템 파라미터 셋업 인터페이스(100)를 도시하는 도면이다. 도 3b는 예시적인 종래(즉, 비-나선형)CT 스캔 셋업 인터페이스(150)를 도시하는 도면이다. 도 3c는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 다른 예시적인 종래(즉, 비-나선형)CT 스캔 셋업 인터페이스를 도시하는 도면이다. 도 3d는, 예시적인 나선형 CT 스캔 인터페이스(200)를 도시하는 도면이다. 도 3e는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 다른 예시적인 나선형 CT 스캔 셋업 인터페이스를 도시하는 도면이다. 도3f는 예시적인 이미지 프리뷰 인터페이스(250)을 도시하는 도면이다. 특히, 이미지 프리뷰 인터페이스(250)는 에뮬레이션 환경을 도시한다.
도 3a의 시스템 파라미터 셋업 인터페이스(100)는 산업용 CT 시스템(10)을 제어하기 위한 사용자 인터페이스(UI) 요소를 포함한다. 산업용 CT 시스템(10)의 UI 요소는, 일반적으로 데이터 획득 시스템(26)이 나선형 CT 및 비-나선형 CT에 공통적인 파라미터의 사용자 입력을 수신하도록 할 수 있다. 예를 들어, 시스템 파라미터 셋업 인터페이스(100)는 테이블 회전{즉, 회전 스테이지(16)}을 제어하기 위한 UI 요소(102), 엑스레이 소스{즉, 엑스레이 생성기(12)}의 위치를 제어하기 위한 UI 요소(104), 방사선 검출기(14)의 위치를 제어하기 위한 UI 요소(106)), 테이블 배율{예를 들어,엑스레이 생성기(12) 및 방사선 검출기(14)에 관한 회전 스테이지(16)의 위치}을 제어하기 위한 UI 요소(108), 및 방사선 검출기(14)의 배율 수준을 제어하기 위한 UI 요소(110)를 포함한다. 더욱이, 시스템 파라미터 셋업 인터페이스(100)는 CT 스캔 동안 사용되지 않는 운동 축이 디스에이블링(disabled)한지의 여부, 예를 들어 108 및 110을 제어하기 위한 일련의 UI 요소(112)를 포함한다. 시스템 파라미터 셋업 인터페이스(100) 내의 가정용 UI 요소는 고정된 기준 위치로 테이블 회전을 구동할 수 있다. 시스템 파라미터 셋업 인터페이스(100) 내의 사용자 UI 요소는 현재 테이블 회전 각을 0으로 세팅한다.
도 3b의 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)는 비-나선형 CT 스캔을 수행하기 위한 산업용 CT 시스템(10)을 구성하기 위하여 UI 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어,종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)는 CT 스캔 동안 캡처 되는 투사의 수의 입력(entry)에 대한 필드(152)를 포함할 수 있다. 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)는 모션 블러(motion blur)를 완화시키는 테이블 회전비를 갖는 바람직한 엑스레이 검출기 획득비를 동기화하기 위하여 프레임(투사)을 건너뛰게 하는 UI 요소를 또한 포함할 수 있다. 다수의 프레임은 "fr.average" UI 요소를 이용하여 잡음을 줄이기 위해 단일 투사로 함께 평균화될 수 있다. 더욱이, 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)는 CT 스캔을 시작하기 위한 버튼(154) 및 산업용 CT 시스템(10)의 교정(calibration) 프로세스를 시작하기 위한 다른 버튼(156)을 포함할 수 있다. 더욱이, 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)는 CT 스캔에서 획득된 라디오 그래프의 픽셀의 비트 깊이를 제어하기 위한 드롭 다운(drop down) 박스(158)를 포함한다. 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)는 CT 스캔 동안 회전 스테이지(16)가 회전하는 각도 범위의 엔트리에 대한 텍스트 박스(160)를 포함한다. 각도 범위는 0보다 크거나 같을 수 있다. 몇 가지 예시에서, 각도 범위는 360도보다 클 수 있다. 더욱이 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)는 CT 스캔 동안 획득된 라디오 그래프 번호 붙이기를 시작하는 데이터 획득 시스템(28)으로부터 수의 입력에 대한 텍스트 박스(162)를 포함한다. 라디오 그래프의 번호 붙이기는 CT스캔동안 획득된 개별의 라디오 그래프에 대한 후속 참조를 위해 이용될 수 있다. 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)는 이미징 시스템의 현재 위치에서 스크린 샷을 획득 (스냅)하기 위해 또는 시간기간 동안 이미징 창의 일련의 스크린 샷(비디오)을 기록하기 위해 UI 요소를 또한 제공할 수 있다.
위에 나타난 바와 같이, 도 3c는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 다른 예시적인 종래의(즉,비-나선형) CT 스캔 셋업 인터페이스(170)를 도시하는 도면이다. 도 3c의 나선 스캔 셋업 인터페이스는 "VorteX"로 라벨링된 체크 박스(172)를 선택함으로서 디스플레이될 수 있다. 사용자는 "스캔 높이" 입력 필드에서 선형 이동의 범위를 입력할 수 있다. 스캔의 유형은 "스캔 셋업" 드롭다운 요소(176)를 이용하여 선택될 수 있다. 스캔 셋업 드롭다운 요소(176)에서 옵션은 빠름, 중간, 또는 정밀함을 포함할 수 있고, 이는 스캔 지속시간-품질 절충(trade off)을 반영한다. 스캔 셋업 선택은 다른 스캔-의존 파라미터를 자동으로 선택하기 위해 스캔 높이와 결합할 수 있다. 사용자가 스캔 높이 및 셋업을 입력할 때, 데이터 획득 시스템(28)은 스캐닝 프로그램의 사용자 입력의 표시를 수신할 수 있다.
데이터 획득 시스템(28)은 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)에서 나선 스캔 체크박스(154) 및/또는 진보된 체크 박스(156), 또는 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(170)에서 체크박스(172) 및/또는 진보된 체크 박스(178)를 선택하기 위한 사용자 입력의 표시의 수신에 응답하여 디스플레이를 위하여 도 3d의 스캔 셋업 인터페이스(200)를 출력할 수 있다. 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 사용자는 선형 스테이지의 스캔 범위(즉,선형 스캔 범위)와 같은 소수의 스캐닝 파라미터를 입력할 수 있고, 선택적으로 진보된 메뉴에서 각 나선형 회전(revolution) 및 회전 수를 통해 선형 진행 범위를 입력할 수 있다. 선형 스캔 범위 파라미터는 도 3d의 예시에서 "부분 높이"로서 나타난다. 사용자가 스캐닝 파라미터를 입력할 때, 데이터 획득 시스템(28)은 스캐닝 파라미터의 사용자 입력의 표시를 수신할 수 있다.
컴퓨터 시스템(22)은, 사용자 입력 및 엑스레이 소스 스팟 크기, 검출기 픽셀 크기, 배율, 등과 같은 다른 기하학적 파라미터에 기초하여, 키 이미지 획득 파라미터{총 투사 수, 각 간격(spacing), 선형 및 회전 운동의 상대율과 같은}를 자동으로 최적화하기 위해 데이터 획득 제어 프로그램을 실행할 수 있다. 이미지 획득 파라미터는 또한 "데이터 획득 파라미터"로서 본 명세서에서 언급될 수 있다. 이 최적화는 예컨대, 샘플링 하의 아티팩트(artifact)를 막고 획득하기 위해 사용자의 시간 예산을 수용하기 위해 필요한 투사 수를 계산하는 전용 수치 알고리즘의 세트를 통해 수행될 수 있다.
이러한 방식으로, 컴퓨터 디바이스는, 적어도 부분적으로 선형 스캔 범위에 기초하여, 하나 이상의 추가 데이터 획득 파라미터를 결정하기 위한 하나 이상의 알고리즘을 사용할 수 있고, 적어도 부분적으로 하나 이상의 추가 데이터 획득 파라미터에 기초하여, 라디오 그래프(radiograph)를 획득하기 위한 엑스레이 이미징 시스템을 구성할 수 있다. 한 예시에서, 데이터 획득 시스템(26)은 사용자 입력 파라미터를 수용할 수 있고, 사용자 입력 파라미터는 선형 스캔 범위 및 지속기간-품질 스캔 셋업만으로 구성된다. 이러한 예시에서, 데이터 획득 시스템(26)은 투사 수, 스킵(skip)하기 위한 프레임, 나선 피치 및 회전의 수와 같은 추가 데이터 획득 파라미터를 결정하기 위해서 알고리즘을 사용한다.
나선형 CT 입력은 더 복잡하고 몇몇 키 입력 파라미터는 종래의 CT 셋업보다 덜 직관적이어서, 이러한 사용자의 노력을 줄이기 위해 그러한 최적화 시스템을 갖는 것은 특히 넓은 해상도 및 시야 범위를 스패닝(spanning)하는 다중-규모 엑스레이 이미징 시스템에 대하여, 이러한 기술을 실용적으로 만들기 위해 도움이 될 수 있다.
예를 들어, 도 3d의 예시에서, 데이터 획득 시스템(28)은 필드(202)의 부분 높이의 사용자 입력의 표시를 수신할 수 있다. 부분 높이는 테스트 하의 부분(예컨대, 샘플)의 높이(또는 길이)를 나타낼 수 있다. 응답으로, 데이터 획득 시스템(28)은 적어도 부분적으로 부분 높이에 기초하여, 나선 피치, 나선 세트의 수, 세트 당 회전 수, 회전 당 투사 수, 투사 당 높이 차이, 투사 당 각도 차이, 나선 세트당 적용하기 위해 필터링된 무게를 나타내는 설정된 규모, CT 스캔 내의 총 높이 차이, CT 스캔 내의 회전된 각도의 총 수, CT 스캔 동안 샘플의 총 회전 수, 및 CT 스캔 동안 획득된 총 투사(예컨대, 라디오 그래프) 수와 같은 나선형 CT의 스캔 셋업 인터페이스(200)에서 보여지는 다른 값들을 계산할 수 있다. 데이터 획득 시스템(28)은 나선 세트 높이의 사용자 입력의 표시 및 CT 스캔 동안 회전 수를 수신하고, 데이터 획득 시스템(28)이 파라미터 계산을 업데이트 하도록 할 수 있다. 나선 세트는 투사된 라디오 그래프가 예컨대 수직으로 50% 오버랩된 나선 내에서 연속적인 회전 수를 포함한다. 나선 세트 높이는 나선 세트의 수직 연장이다. 사용자가 스캐닝 파라미터를 입력할 때, 데이터 획득 시스템(28)은 스캐닝 파라미터의 사용자 입력의 표시를 수신할 수 있다. 데이터 획득 시스템(28)은 도 3d에 도시된 스캔 요약 파라미터를 계산하기 위해 나선 CT 스캔 셋업 인터페이스(200)에 입력된 값 외에도 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)에 입력된 값들을 이용할 수 있다. 이러한 방식으로,사용자는 이러한 파라미터들을 수동으로 계산하거나 입력할 필요가 없고; 오히려 스캔 높이로부터 총 투사 및 투사당 높이와 같은 스캔 요약 파라미터들은 계산된다.
앞에 도시되었듯이, 도 3e는 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 다른 예시적인 나선형 CT 스캔 셋업 인터페이스(230)를 도시하는 도면이다. 나선형 CT 스캔 셋업 인터페이스(230)는 도 3d의 나선 CT 스캔 셋업 인터페이스(200)에 대하여 일부 관점에서 비슷하지만 다수의 다른 특징을 포함한다.
데이터 획득 시스템(28)은 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(150)의 나선의 스캔 진보된 체크 박스(166) 또는 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스(170)의 진보된 체크박스(178)를 선택하기 위한 사용자 입력의 표시의 수신에 응답하여 디스플레이하기 위해 도 3e의 스캔 셋업 인터페이스(200)를 출력할 수 있다. 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 사용자는 진보된 다이얼로그에서, 선형 스테이지의 스캔 범위(즉, 선형 스캔 범위), 나선 세트 높이(236), 및 회전수(238)와 같은 소수의 스캐닝 파라미터를 입력할 수 있다. 선형 스캔 범위 파라미터는 도 3e의 예시에서, "스캔 높이"요소(232)로서 나타난다.
도 3e의 예시에서, 데이터 획득 시스템(28)은 적어도 부분적으로 스캔 높이에 기초하여, 나선 피치, 나선 세트 높이, 및/또는 회전 수, 나선형 세트의 수, 세트당 회전수, 회전 당 투사의 수, 투사 당 높이 차이, 투사 당 각도 차이, CT 스캔에서 총 높이 차이, CT 스캔에서 회전된 총 각도, CT 스캔 동안 총 샘플 회전 수, 및 CT 스캔 동안 획득된 총 투사(예컨대, 라디오 그래프)의 수를 계산할 수 있다.
도 4a 내지 4e는, 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 나선형 CT 기술 및 종래의 CT 기술을 이용하여 스캔 된 테스트 구조의 예시적인 이미지를 도시한다. FPD 검출기를 이용하여, 데이터는 위에서 기술된 것처럼, 알고리즘을 통해 최적화된 파라미터를 이용하여 획득된다. 종래의 CT 이미지는 전체 구조의 작은 영역만을 도시한다. 완전한 구조를 얻기 위하여, 다수의 이러한 스캔은 수행될 수 있고, 후처리에서 수치적으로 스티치(stitched)될 수 있다. 반대로, 나선형-CT 이미지는 단일 사이클에서 획득된다. 나선형 CT 데이터는 또한 종래의 CT보다 적은 아티팩트를 갖는 더 좋은 콘트라스트 및 해상도를 보여준다.
도 4a는 나선형-CT를 이용하여 얻어진 예시적인 3-차원 구조의 부피 렌더링을 도시하는 도면이다. 도 4b는 도 4a의 3-차원 구조의 제 1 예시적인 단면 이미지를 도시하는 도면이다. 도 4c는 도 4a의 3-차원 구조의 제 2 예시적인 단면 이미지를 도시하는 도면이다. 도 4d는 도 4a의 3-차원 구조의 제 3 예시적인 단면 이미지를 도시하는 도면이다. 다시 말해, 나선형-CT를 이용하여 얻은 3D 구조가 도 4a에 부피 렌더링으로서 도시되고, 단면 이미지는 3가지 축을 따라 도 4b, 4c, 4d에서 도시된다.
도 4e는 도 4a의 3-차원 구조의 예시적인 단면 이미지를 도시하는 도면이다. 다시 말해, 비교를 위해, 종래의 부피 CT의 결과가 도 4e에 도시된다. 종래의 CT 이미지에서 아티팩트는 이미지가 높은 콘(cone) 각도에서 엑스레이에 노출되는 도 4e에 도시된 재구성 영역의 상부 및 하부에서 가장 두드러진다. 이러한 아티팩트는 회전 축에 대해 수직으로 정렬된 대부분 평평한 구조를 포함하는 구조에서 특히 일반적일 수 있다. 이들 노출 각도들은 종래의 CT 스캔 동안에는 고정되지만, 선형 병진 이동 스테이지(20)가 병진 이동함에 따라 나선형 스캔 시퀀스에서는 변경될 수 있다. 결과적으로, 이러한 높은 각도 아티팩트의 영향은 투사 라디오 그래프를 필터링함으로써 감소되거나 제거될 수 있다. 따라서, 데이터 획득 시스템(26)(도 1)의 하나 이상의 프로세서들은 엑스레이 빔의 특정 콘 각도들(예컨대, 높은 콘 각도들)과 관련된 아티팩트들을 감소시키기 위해 획득된 라디오 그래프들의 디지털 필터링 계산들을 수행하도록 구성될 수 있다. 샘플 유형에 따라 몇 가지 가능한 필터들이 사용될 수 있다.
예를 들어, 데이터 획득 시스템(26)의 하나 이상의 프로세서들은 획득된 라디오 그래프들을 갖는 가우시안-유형 디지털 필터를 포함하는 디지털 필터링 계산들을 수행하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 데이터 획득 시스템(26)은 라디오 그래프들의 각각을 필터링하기 위해 가우시안-유형 디지털 필터를 사용할 수 있다. 이러한 예시에서, 가우시안-유형 함수
Figure 112020078098266-pct00019
와 같은 가중된 백-프로젝션(back-projection) 필터링 함수는 부드럽게(smoothly) 변화하는 방식으로 낮은-각도의 슬라이스들에 더 큰 가중치를 주도록 이용될 수 있고, 여기서, N은 라디오 그래프들의 수이고, 도 5의 예시에 나타낸 바와 같이
Figure 112020078098266-pct00020
, 이고
Figure 112020078098266-pct00021
이다. 따라서, 도 5는 본 개시의 하나 이상의 기술들에 따른, 가중된 백-프로젝션 기능 구조의 개념적인 도시이다.
다른 예시에서, 데이터 획득 시스템(26)은 각 획득된 라디오 그래프를 필터링하기 위해 스텝 함수 디지털 필터를 이용할 수 있다. 스텝 함수는 특정 각도에서 날카로운 컷 오프(cut off)를 만들 수 있다. 따라서, 데이터 획득 시스템(26)의 하나 이상의 프로세서는 스텝 함수 디지털 필터를 포함하는 디지털 필터링 계산을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 기술에 따라, 산업용 CT 시스템의 예시적인 동작을 도시하는 흐름도이다. 도 6의 예시적인 동작은 도 1의 예시적인 시스템을 참조하여 설명된다. 하지만, 도 6에 도시된 기술은 도 1의 시스템에서 이용하기 위해 필수적으로 제한되지 않고, 다른 시스템에서 이용될 수 있다.
도 6의 예시에서, 데이터 획득 시스템{예컨대, 데이터 획득 시스템(26)}은 사용자 입력 파라미터(300)를 수신할 수 있다. 다시 말해, 데이터 획득 시스템은 사용자 입력 파라미터의 사용자 입력의 표시를 수신할 수 있다. 몇몇 예에서, 데이터 획득 시스템은 선형 스캔 범위의 사용자 입력을 수신할 수 있다. 선형 스캔 범위는 선형 병진 이동 스테이지{예컨대, 선형 병진 이동 스테이지(20)}의 선형 운동의 범위일 수 있다. 더욱이, 이러한 예시에서, 데이터 획득 시스템은 적어도 부분적으로 선형 스캔 범위의 기초하여, 하나 이상의 추가 데이터 획득 파라미터를 결정하기 위한 하나 이상의 알고리즘을 사용할 수 있다.
데이터 획득 시스템은 적어도 부분적으로 사용자 입력 파라미터에 기초하여, 라디오 그래프(302)를 획득하기 위하여 엑스레이 이미징 시스템{예컨대, 산업용 CT 시스템(10)}을 구성할 수 있다. 본 개시의 어딘가에 기재된 바와 같이, 엑스레이 이미징 시스템은 엑스레이 생성기{예컨대, 엑스레이 생성기(12)}, 하나 이상의 방사선 검출기{예컨대, 방사선 검출기(14)}, 엑스레이 생성기에 의해 방출된 엑스레이 빔의 축에 수직으로 배열된 회전축을 갖는 회전 스테이지{예컨대, 회전 스테이지(16)}, 및 회전 스테이지의 회전 축을 따라 배열된 축을 갖는 선형 병진 이동 스테이지를 포함할 수 있다. 더욱이, 엑스레이 이미징 시스템은 회전 스테이지의 회전 운동과 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동을 동기화하는 운동 제어 시스템{예컨대, 운동 제어 시스템(24)}을 포함할 수 있다. 데이터 획득 시스템은 적어도 부분적으로 라디오 그래프(304)에 기초하여 3-차원 이미지를 생성할 수 있다.
다음의 단락은 본 개시의 추가 예시를 제공한다.
예1. 엑스레이 이미징 시스템은 엑스레이 생성기, 하나 이상의 방사선 검출기, 엑스레이 생성기에 의해 방출된 엑스레이 빔의 축에 실질적으로 수직으로 배열된 회전 축을 갖는 회전 스테이지, 회전 스테이지의 회전 축을 따라 배열된 축을 갖는 선형 병진 이동 스테이지, 회전 스테이지의 회전 운동과 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동을 동기화하는 운동 제어 시스템, 및 사용자 입력 파라미터를 수신하고, 적어도 부분적으로 사용자 입력 파라미터에 기초하여, 라디오 그래프를 획득하기 위한 엑스레이 이미징 시스템을 구성하고, 그리고 적어도 부분적으로 라디오 그래프에 기초하여 3-차원 이미지를 생성하기 위해 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 데이터 획득 시스템을 포함한다.
예2. 예1의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 하나 이상의 방사선 검출기는 평평한-패널 방사선 검출기를 포함한다.
예3. 예1 또는 예 2의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 데이터 획득 시스템의 하나 이상의 프로세서는 라디오 그래프로 디지털 필터링 계산을 수행하기 위하여 더 구성된다.
예4. 예3의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 디지털 필터 계산은 가우시안-유형 디지털 필터를 포함한다.
예5. 예3 또는 예4의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 디지털 필터 계산은 스텝 함수 디지털 필터를 포함한다.
예6. 예1 내지 예5 중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 엑스레이 생성기는 20keV 내지 600keV의 에너지 범위를 갖는 엑스레이를 제공한다.
예7. 예1 내지 예6 중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 하나 이상의 방사선 검출기는 렌즈-결합된 고-해상도 엑스레이 검출기를 포함한다.
예8. 예7의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 렌즈-결합된 고-해상도 엑스레이 검출기는 0.1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 범위에서 픽셀 크기를 갖는다.
예9. 예8의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 하나 이상의 방사선 검출기는 25 마이크로미터 내지 300 마이크로미터 범위의 픽셀 크기를 갖는 평평한-패널 검출기를 포함한다.
예10. 예7 또는 예8의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 하나 이상의 방사선 검출기는 평평한-패널 검출기를 포함하고, 엑스레이 이미징 시스템은 적어도 렌즈-결합된 고-해상도 엑스레이 검출기와 평평한-패널 검출기 사이를 전환하기 위한 기계적 매커니즘을 더 포함한다.
예11. 예1 내지 예10중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 하나 이상의 방사선 검출기는 선형 다이오드 어레이 유형 방사선 검출기를 포함한다
예12. 예1 내지 예11중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 사용자 입력 파라미터는 선형 스캔 범위로 구성되고, 데이터 획득 시스템의 하나 이상의 프로세서는 적어도 부분적으로 선형 스캔 범위에 기초하여, 하나 이상의 추가 데이터 획득 파라미터를 결정하기 위한 하나 이상의 알고리즘을 이용하기 위하여, 그리고 적어도 부분적으로 하나 이상의 추가 데이터 획득 파라미터에 기초하여, 라디오 그라피를 획득하기 위한 엑스레이 이미지 시스템을 구성하기 위하여 구성된다.
예13. 예12의 방법으로서, 추가 데이터 획득 파라미터를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘은 하나 이상의 임베디드된 알고리즘을 포함한다.
예14. 예1 내지 예13중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 데이터 획득 시스템은 컴퓨터-제어된다.
예15. 예1 내지 예14중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 데이터 획득 시스템의 하나 이상의 프로세서는 라디오 그래프를 디지털 방식으로 기록하기 위해 구성된다.
예16. 임의의 예1 내지 예15에 따라 구성된 엑스레이 이미징 시스템.
예17. 본 명세서에 개시된 임의의 기술을 따른 엑스레이 이미징 시스템.
예18. 엑스레이 이미징 시스템으로서, 엑스레이 생성기, 평평한-패널 방사선 검출기, 렌즈-결합된 고-해상도 엑스레이 검출기, 및 선형 다이오드 어레이를 포함하는 하나 이상의 방사선 검출기, 엑스레이 빔 축에 수직으로 배열된 축을 갖는 회전 스테이지, 회전 스테이지의 축에 따라 배열된 축을 갖는 선형 병진 이동 스테이지, 회전 스테이지의 운동과 선형 병진 이동 스테이지를 동기화하기 위해 구성된 운동 제어 시스템, 그리고 사용자 입력 파라미터를 수용하고, 라디오 그래프를 획득하고, 라디오 그래프를 디지털 방식으로 기록하고, 라디오 그래프로 디지털 필터링 계산을 수행하고, 라디오 그래프로부터 3-차원 이미지를 재구성하기 위해 컴퓨터 코드를 실행하는 컴퓨터-제어된 데이터 획득 시스템을 포함한다.
예19. 예18의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 엑스레이 생성기는 20keV 내지 600keV의 에너지 범위를 갖는 엑스레이를 제공한다.
예20. 예18 또는 예19의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 0.1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 범위에서 픽셀 크기를 갖는 렌즈-결합된 고-해상도 검출기를 포함한다.
예21. 예18 내지 예20 중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 선형 다이오드 어레이 유형 방사선 검출기를 포함한다.
예22. 예18 내지 예21 중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 0.1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터 범위에서 픽셀 크기를 갖는 렌즈-결합된 고-해상도 검출기, 및 25 마이크로미터 내지 300마이크로미터 범위의 픽셀 크기를 갖는 평평한-패널 검출기, 및 렌즈-결합된 고-해상도 엑스레이 검출기와 평평한-패널 검출기 사이를 전환하기 위한 기계적 매커니즘을 포함한다.
예23. 예18 내지 예22 중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 사용자 입력 파라미터는 선형 스캔 범위로만 구성되고, 추가 데이터 획득 파라미터를 결정하기 위해 임베디드된 알고리즘을 사용한다.
예24. 예18 내지 예23 중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 가우시안 유형 디지털 필터는 각 라디오 그래프를 처리하도록 사용된다.
예25. 예18 내지 예24 중 임의의 엑스레이 이미징 시스템으로서, 스텝 함수 디지털 필터는 각 라디오 그래프를 처리하도록 사용된다.
예26. 임의의 예18 내지 예25에 따라 구성된 엑스레이 이미징 시스템.
본 개시의 기술은 다양한 디바이스와 장치에서 구현될 수 있다. 다양한 구성 요소, 모듈, 또는 유닛들은 개시된 기술을 수행하기 위해 구성된 디바이스의 기능적은 양상을 강조하기 위해 본 개시에서 기재되지만 상이한 하드웨어 유닛에 의한 실현이 필수적으로 요구되는 것은 아니다. 오히려, 전술한 바와 같이, 다양한 유닛은 하드웨어 유닛에서 결합될 수 있고, 또는 적절한 소프트웨어 및/또는 펌웨어와 연계하여 전술한 하나 이상의 프로세서를 포함하는 상호 작용적 하드웨어 유닛의 집단에 의해 제공될 수 있다.
하나 이상의 예시에서, 기재된 특정 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합에서 구현될 수 있다. 소프트웨어에서 구현된다면, 기능은 하나 이상의 지시사항 또는 코드로서, 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있고 또는 컴퓨터 판독가능 매체를 통해 전송될 수 있고, 하드웨어 기반 처리 유닛에 의해 실행될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함할 수 있는데, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 데이터 저장 매체, 또는 한 장소에서 다른 장소로(예컨대, 통신 프로토콜을 따라) 컴퓨터 프로그램의 이동을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신매체와 같은 실체적인 매체에 상응한다. 이러한 방법으로, 컴퓨터 판독 가능 매체는 (1)비-일시적(non-transitory)인 실체적인 컴퓨터 판독가능 매체, 또는 (2)신호나 반송파와 같은 통신 매체와 상응할 수 있다. 데이터 저장 매체는 본 개시에서 기재된 기술의 구현을 위한 지시사항, 코드 및/또는 데이터 구조를 검색하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 또는 하나 이상의 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다.
예시로서, 한정되지 않고, 이러한 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 RAM, ROM, EEPROM,CO-ROM 또는 다른 광 디스크 저장부, 자기 디스크 저장부, 또는 다른 자기 저장 디바이스, 플래쉬 메모리, 또는 지시사항 또는 데이터 구조의 형태로 바람직한 프로그램 코드를 저장하도록 이용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속은 컴퓨터 판독 가능 매체로 적절하게 일컫는다. 예를 들어, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임 2선식, 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 적외선, 라디오파 및 마이크로 웨이브와 같은 무선 기술을 이용하여 지시사항이 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 송신되었다면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 꼬임 2선식, 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 적외선, 라디오파 및 마이크로 웨이브와 같은 무선 기술은 매체의 정의에 포함된다. 하지만, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 및 데이터저장 매체는 접속, 반송파, 신호, 또는 다른 과도 매체를 포함하지 않지만, 대신, 비-일시적, 실체적인 저장 매체에 관한 것이라는 점이 이해될 것이다. 본 명세서에 사용된 것처럼, Disk 및 disc는 콤팩트 디스크(CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다기능 디스크(DVD),플로피 디스크 및 블루-레이 디스크를 포함하고, 디스크들(disks)은 데이터를 자기로 보통 재현하고, 반면 디스크(discs)는 레이저를 이용하여 광학적으로 데이터를 재현한다. 전술된 것들의 조합은 컴퓨터 판독 가능 매체의 범위 내에서 또한 포함되어야한다.
지시사항은, 예컨대, 하나 이상의 디지털 신호 처리기(DSPs), 일반 용도의 마이크로프로세서, 응용 주문형 집적 회로(ASICs), 필드 프로그램 가능 논리 배열(FPGAs), 또는 다른 등가의 집적된 또는 이산 논리 회로와 같은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행된다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 "프로세서"라는 용어는 임의의 앞서 말한 구조 또는 본 명세서에 기재된 기술의 구현을 위해 적합한 임의의 다른 구조를 언급할 수 있다. 게다가, 몇 가지 양상에서, 본 명세서에 기술된 기능들은 전용 하드웨어 및/또는 소프트웨어 모듈 내에서 제공될 수 있다. 또한, 기술의 특정 부분은 하나 이상의 회로 또는 논리 요소에서 구현될 수 있다.
다양한 예시들이 기재되었다. 이러한 및 다른 예시들은 다음의 청구항의 범위 내에 있다.
10 : 산업용 CT 시스템
16 : 회전 스테이지
24 : 운동 제어 시스템
26 : 데이터 획득 시스템
50 : 렌즈-결합된 엑스레이 검출기
100 : 시스템 파라미터 셋업 인터페이스
150 : 종래의 CT 스캔 셋업 인터페이스

Claims (24)

  1. 엑스레이 이미징 시스템으로서,
    엑스레이 생성기;
    방사선 검출기;
    상기 엑스레이 생성기에 의해 방출되는 엑스레이 빔의 축에 수직으로 배열된 회전 축을 갖는 회전 스테이지;
    상기 회전 스테이지의 회전 축을 따라 배열된 이동 축을 갖는 선형 병진 이동(translation) 스테이지;
    상기 회전 스테이지의 회전 운동과 상기 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동을 동기화하는 운동 제어 시스템; 및
    하나 이상의 프로세서들을 포함하는 데이터 획득 시스템을 포함하고,
    상기 데이터 획득 시스템의 하나 이상의 프로세서들은:
    사용자 입력 파라미터들을 수신하고;
    적어도 부분적으로 상기 사용자 입력 파라미터들에 기초하여, 라디오 그래프들(radiographs)을 획득하기 위해 상기 엑스레이 이미징 시스템을 구성하고; 그리고
    적어도 부분적으로 상기 라디오 그래프들에 기초하여 상기 회전 스테이지 상에 물체의 3-차원 이미지를 생성하도록 구성되고,
    상기 3-차원 이미지를 생성할 때, 상기 데이터 획득 시스템은 상기 라디오 그래프들에 가우시안-유형 가중된 백-프로젝션(back-projection) 필터링 함수
    Figure 112020078098266-pct00031
    를 적용하여, 부드럽게(smoothly) 변화하는 방식으로 낮은-각도의 슬라이스들 일수록 슬라이스에 더 큰 가중치를 부여하고, N은 상기 라디오 그래프들의 수이고,
    Figure 112020078098266-pct00023
    ,
    Figure 112020078098266-pct00024
    이고, x는 상기 엑스레이 생성기로부터 상기 방사선 검출기의 중심으로의 축 상에서 복셀(voxel) fi에 가장 가까운 점과 그 복셀 fi 간의 거리이고, d는 상기 엑스레이 생성기로부터 상기 방사선 검출기까지의 거리이고, d'은 상기 엑스레이 생성기로부터 상기 축 상의 상기 점까지의 거리이고, puv는 상기 방사선 검출기의 위치(u,v)에 대한 검출 값인, 엑스레이 이미징 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 방사선 검출기는 평평한-패널 방사선 검출기를 포함하는, 엑스레이 이미징 시스템.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 엑스레이 생성기는 20keV부터 600keV의 에너지 범위를 갖는 엑스레이를 제공하는, 엑스레이 이미징 시스템.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서, 방사선 검출기는 렌즈-결합된 고해상도의 엑스레이 검출기를 포함하는, 엑스레이 이미징 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 렌즈-결합된 고해상도 엑스레이 검출기는 0.1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 범위의 픽셀 크기를 갖는, 엑스레이 이미징 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 방사선 검출기는 25 마이크로미터 내지 300 마이크로미터의 범위의 픽셀 크기를 갖는 평평한-패널 검출기를 포함하는, 엑스레이 이미징 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 방사선 검출기는 평평한-패널 검출기를 포함하고, 엑스레이 이미징 시스템은 적어도 렌즈-결합된 고해상도 엑스레이 검출기 및 평평한-패널 검출기 사이를 전환하기 위한 기계적 매커니즘을 더 포함하는, 엑스레이 이미징 시스템.
  11. 제1항 또는 제5항에 있어서, 방사선 검출기는 선형 다이오드 어레이 유형 방사선 검출기를 포함하는, 엑스레이 이미징 시스템.
  12. 제1항 또는 제5항에 있어서, 사용자 입력 파라미터는 선형 스캔 범위를 포함하고, 데이터 획득 시스템의 하나 이상의 프로세서는:
    적어도 부분적으로 선형 스캔 범위에 기초하여, 하나 이상의 추가 데이터 획득 파라미터를 결정하기 위한 하나 이상의 알고리즘을 사용하기 위한; 및
    적어도 부분적으로 하나 이상의 추가 데이터 획득 파라미터에 기초하여, 라디오 그래프를 획득하기 위한 엑스레이 이미지 시스템을 구성하기 위하여; 구성된, 엑스레이 이미징 시스템.
  13. 사용자 입력 파라미터들을 수신하는 단계;
    적어도 부분적으로 상기 사용자 입력 파라미터들에 기초하여, 라디오 그래프들을 획득하도록 엑스레이 이미징 시스템을 구성하는 단계; 및
    적어도 부분적으로 상기 라디오 그래프들에 기초하여 3-차원 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 방법으로서,
    상기 엑스레이 이미징 시스템은:
    엑스레이 생성기;
    방사선 검출기;
    상기 엑스레이 생성기에 의해 방출된 엑스레이 빔의 축에 대해 수직으로 배열된 회전 축을 갖는 회전 스테이지;
    상기 회전 스테이지의 회전 축을 따라 배열된 이동 축을 갖는 선형 병진 이동 스테이지; 및
    상기 회전 스테이지의 회전 운동과 상기 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동을 동기화하는 운동 제어 시스템을 포함하고,
    상기 3-차원 이미지를 생성할 때, 데이터 획득 시스템은 상기 라디오 그래프들에 가우시안-유형 가중된 백-프로젝션 필터링 함수
    Figure 112020078098266-pct00032
    를 적용하여, 부드럽게(smoothly) 변화하는 방식으로 낮은-각도의 슬라이스들 일수록 슬라이스에 더 큰 가중치를 부여하고, N은 상기 라디오 그래프들의 수이고,
    Figure 112020078098266-pct00026
    ,
    Figure 112020078098266-pct00027
    이고, x는 상기 엑스레이 생성기로부터 상기 방사선 검출기의 중심으로의 축 상에서 복셀 fi에 가장 가까운 점과 그 복셀 fi 간의 거리이고, d는 상기 엑스레이 생성기로부터 상기 방사선 검출기까지의 거리이고, d'은 상기 엑스레이 생성기로부터 상기 축 상의 상기 점까지의 거리이고, puv는 상기 방사선 검출기의 위치(u,v)에 대한 검출 값인, 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서, 엑스레이 생성기는 20keV부터 600keV의 에너지 범위를 갖는 엑스레이를 제공하는, 방법.
  18. 제13항 또는 제17항에 있어서, 방사선 검출기는 렌즈-결합된 고해상도의 엑스레이 검출기를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 렌즈-결합된 고해상도 엑스레이 검출기는 0.1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 범위의 픽셀 크기를 갖는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 방사선 검출기는 25 마이크로미터 내지 300 마이크로미터의 범위의 픽셀 크기를 갖는 평평한-패널 검출기를 포함하는, 방법.
  21. 제17항에 있어서, 방사선 검출기는 평평한-패널 검출기를 포함하고, 엑스레이 이미징 시스템은 적어도 렌즈-결합된 고해상도 엑스레이 검출기 및 평평한-패널 검출기 사이를 전환하기 위한 기계적 매커니즘을 더 포함하는, 방법.
  22. 제13항, 제17항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 방사선 검출기는 선형 다이오드 어레이 유형 방사선 검출기를 포함하는, 방법.
  23. 제13항, 제17항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 사용자 입력 파라미터는 선형 스캔 범위를 포함하고, 방법은:
    적어도 부분적으로 선형 스캔 범위에 기초하여, 하나 이상의 추가 데이터 획득 파라미터를 결정하기 위한 하나 이상의 알고리즘을 이용하는 단계; 및
    적어도 부분적으로 하나 이상의 추가 데이터 획득 파라미터에 기초하여, 라디오 그래프를 획득하기 위해 엑스레이 이미징 시스템을 구성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  24. 저장된 지시사항을 갖는 비-일시적(non-transitory) 컴퓨터-판독가능한 데이터 저장 매체로서, 실행될 때, 컴퓨터 시스템으로 하여금
    사용자 입력 파라미터들을 수신하도록 하고,
    적어도 부분적으로 상기 사용자 입력 파라미터들에 기초하여, 라디오 그래프들을 획득하기 위해 엑스레이 이미징 시스템을 구성하도록 하고, 그리고
    적어도 부분적으로 상기 라디오 그래프들에 기초하여 3-차원 이미지를 생성하도록 하고,
    상기 엑스레이 이미징 시스템은:
    엑스레이 생성기;
    방사선 검출기;
    상기 엑스레이 생성기에 의해 방출된 엑스레이 빔의 축에 대해 수직으로 배열된 회전 축을 갖는 회전 스테이지;
    상기 회전 스테이지의 회전 축을 따라 배열된 이동 축을 갖는 선형 병진 이동 스테이지; 및
    상기 회전 스테이지에 의해 지지되는 샘플 상의 하나의 점이 나선형 패턴의 궤적을 그리도록(trace out), 상기 회전 스테이지의 회전 운동과 상기 선형 병진 이동 스테이지의 선형 운동을 동기화하는 운동 제어 시스템을 포함하고,
    상기 3-차원 이미지를 생성할 때, 데이터 획득 시스템은 상기 라디오 그래프들에 가우시안-유형 가중된 백-프로젝션 필터링 함수
    Figure 112020078098266-pct00033
    를 적용하여, 부드럽게 변화하는 방식으로 낮은-각도의 슬라이스들 일수록 슬라이스에 더 큰 가중치를 부여하고, N은 상기 라디오 그래프들의 수이고,
    Figure 112020078098266-pct00029
    ,
    Figure 112020078098266-pct00030
    이고, x는 상기 엑스레이 생성기로부터 상기 방사선 검출기의 중심으로의 축 상에서 복셀 fi에 가장 가까운 점과 그 복셀 fi 간의 거리이고, d는 상기 엑스레이 생성기로부터 상기 방사선 검출기까지의 거리이고, d'은 상기 엑스레이 생성기로부터 상기 축 상의 상기 점까지의 거리이고, puv는 상기 방사선 검출기의 위치(u,v)에 대한 검출 값인, 비-일시적 컴퓨터-판독가능한 데이터 저장 매체.
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