KR102265279B1 - 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치는 간섭 대상 영역이 제거된 엑스선 영상을 생성하고, 엑스선을 조사하는 엑스선 소스, 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환하는 엑스선 검출 어셈블리, 전기적 신호를 리드아웃하여 엑스선 영상을 생성하는 영상 처리부, 및 엑스선 영상의 음영을 변화시켜 엑스선 영상의 간섭 대상 영역을 설정하는 제어부를 포함한다.

Description

엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법{X-RAY IMAGING APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}
엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 유방에 대한 엑스선 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
특정 물질에 조사된 엑스선(X-ray)은 물체 내부의 조직, 구조 또는 물질의 물리적 특성, 예를 들어 물질의 밀도 등에 따라 투과하거나 또는 물질에 일정 비율로 흡수되어 감쇠(attenuation)하는 성질을 갖는다. 이와 같이 엑스선이 물질을 투과하거나 또는 흡수되어 감쇠하는 성질을 이용하여 특정 물질의 내부 구조, 조직 또는 물질에 대한 영상을 획득하는 장치가 엑스선 영상 장치이다.
구체적으로, 엑스선 영상 장치는 대상체로 엑스선을 조사하고 대상체를 투과하거나 또는 대상체 주변으로 조사된 엑스선을 감지한 후 감지된 엑스선을 기초로 대상체의 내부 구조, 조직 또는 물질에 대한 엑스선 영상을 생성한다. 엑스선 영상 장치는 상술한 바와 같이 대상체의 내부 구조나 조직 등을 영상으로 확인할 수 있도록 하기 때문에, 의사 등이 인체 내부의 병변과 같은 이상을 검출하거나, 산업 현장 등에서 물체나 부품의 내부 구조를 파악하거나 또는 공항 등에서 수하물 등의 내부를 스캐닝(scanning)하는데 사용될 수 있다.
엑스선 영상 장치로는 일반적인 엑스선 영상 장치(Radiography), 컴퓨터 단층촬영장치(Computed Tomography, CT), 유방 촬영 장치(Mammography), 디지털 유방 단층 촬영장치(Digital Breast Tomosynthesis) 등이 있다.
간섭 대상 영역이 제거된 엑스선 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치는, 엑스선을 조사하는 엑스선 소스, 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환하는 엑스선 검출 어셈블리, 전기적 신호를 리드아웃하여 엑스선 영상을 생성하는 영상 처리부, 및 엑스선 영상의 음영을 변화시켜 엑스선 영상의 간섭 대상 영역을 설정하는 제어부를 포함한다.
또한, 일 실시 예에 따른 제어부는 그라데이션 마스크를 이용하여 간섭 대상 영역을 설정할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 간섭 대상 영역은 흉근 영역일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 제어부는 미리 설정된 영역으로부터 밝기가 감소하는 형태의 음영변화 마스크를 엑스선 영상에 곱할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 제어부는 음영을 변화시킨 엑스선 영상을 문턱치를 기준으로 바이너리 이미지화하여 상위 밝기 영역을 간섭 대상 영역으로 설정하되, 문턱치는 엑스선 영상의 그래디언트가 최대인 지점의 밝기일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 영상 처리부는 엑스선 영상의 영상 히스토그램을 생성하고, 제어부는 영상 히스토그램에 기반하여 엑스선 영상을 바이너리 이미지화하고, 그래디언트를 계산하여 간섭 대상 영역의 경계를 추정할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 제어부는, 소정의 문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값과 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값이 일정한 비율이 되도록 관심 영역을 설정하고, 문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀을 하위 밝기 영역으로 설정하고, 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀을 상위 밝기 영역으로 설정하여 바이너리 이미지화할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 제어부는 엑스선 영상의 그래디언트 평균값을 기울기로 하여 직선 형태의 경계를 추정할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 제어부는 그래디언트가 최대인 지점에서 직선 형태의 경계를 추정할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 제어부는 바이너리 이미지화된 엑스선 영상의 불필요한 데이터를 제거할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 제어부는 바이너리 이미지화된 엑스선 영상의 그래디언트에 기반하여 추정한 간섭 대상 영역, 및 엑스선 영상의 음영을 변화시켜 획득한 간섭 대상 영역이 중첩되는 영역을 최종 간섭 대상 영역으로 설정할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치의 제어 방법은 엑스선 영상을 획득하는 단계, 엑스선 영상의 음영을 변화시켜 간섭 대상 영역을 설정하는 단계, 및 획득된 엑스선 영상으로부터 간섭 대상 영역을 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 일 실시 예에 따른 간섭 대상 영역을 설정하는 단계는, 그라데이션 마스크를 이용하여 간섭 대상 영역을 설정할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 간섭 대상 영역을 설정하는 단계는, 미리 설정된 영역으로부터 밝기가 감소하는 형태의 음영변화 마스크를 엑스선 영상에 곱하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 간섭 대상 영역을 설정하는 단계는, 음영을 변화시킨 엑스선 영상을 문턱치를 기준으로 바이너리 이미지화하여 상위 밝기 영역을 간섭 대상 영역으로 설정하는 단계를 더 포함하되, 문턱치는 엑스선 영상의 그래디언트가 최대인 지점의 밝기일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 간섭 대상 영역을 설정하는 단계는, 영상 히스토그램에 기반하여 획득된 엑스선 영상을 바이너리 이미지화하는 단계, 바이너리 이미지화된 엑스선 영상의 그래디언트를 계산하는 단계, 및 그래디언트를 이용하여 간섭 대상 영역의 경계를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 바이너리 이미지화하는 단계는, 소정의 문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값과 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값이 일정한 비율이 되도록 관심 영역을 설정하는 단계, 및 문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀을 하위 밝기 영역으로 설정하고, 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀을 상위 밝기 영역으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 경계를 추정하는 단계는, 어느 한 지점에서, 엑스선 영상의 그래디언트 평균값을 기울기로 하여 직선 형태의 경계를 추정할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 경계를 추정하는 단계는, 그래디언트가 최대인 지점에서 직선 형태의 경계를 추정할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치의 제어 방법은, 그래디언트를 계산하는 단계 이전에, 바이너리 이미지화된 엑스선 영상의 불필요한 데이터를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치 및 그 제어 방법은 높은 정밀도로 엑스선 영상 내 간섭 대상 영역을 설정하여, 간섭 대상 영역이 제외된 엑스선 영상을 생성할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 유방 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 유방 내부 구성 물질 각각에 대한 에너지 대역 별 감쇠 계수를 나타낸 그래프이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 엑스선 튜브의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 엑스선 검출기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따라 간섭 대상 영역을 설정하는 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 8은 좌측 유방 내외사위(Left Medio Lateral Oblique, LMLO)에 대한 최초 엑스선 영상의 일 예이다.
도 9는 최종 관심 영역으로부터 바이너리 이미지화를 수행한 결과, 모폴로지컬 프로세상을 수행한 결과, 및 흉근라인을 추정한 결과에 대한 도면이다.
도 10은 엑스선 영상의 그래디언트를 계산한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 11은 흉근 데이터를 검출하는 과정의 일 예이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관 되는 이하의 상세한 설명과 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에서 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여할 것이다. 또한, 이후부터는 유방을 촬영하는 엑스선 영상 장치를 예를 들어 본 발명을 설명할 것이나, 본 발명이 특별히 유방 촬영에만 적용되는 것이 아니며, 일반적인 엑스선 영상 장치에 모두 적용 가능함은 자명할 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치(100)는 크게 엑스선 소스(110), 엑스선 검출 어셈블리(120) 및 압착 패들(130)을 포함할 수 있다.
엑스선 소스(110)와 엑스선 검출 어셈블리(120)는 서로 마주보도록 프레임(103)에 연결될 수 있다. 프레임(103)은 암(105)을 통해 본체(101)와 연결될 수 있으며, 암(105)은 상하 방향으로 이동하여 피검체와의 높이를 맞추거나 일정 각도로 회전하여 엑스선 영상 장치(100)가 대상체의 단층 영상 또는 3차원 영상을 획득하도록 하는 것도 가능하다.
본 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치(100)는 유방을 촬영하고, 유방에 대한 엑스선 영상을 생성하는데 사용될 수 있다. 즉, 대상체(object)(30)가 유방이다. 여기에서, 대상체(30)는 엑스선 영상 장치(100)를 이용한 진단의 대상이 되는 피검체(subject)의 피검 부위를 의미하고, 피검체는 인체를 포함한 생체일 수 있다.
유방에 대하여 엑스선 촬영을 수행할 때에는 엑스선 소스(110)와 엑스선 검출 어셈블리(120) 사이에 대상체(30)인 유방을 위치시켜, 엑스선 소스(110)에서 조사된 엑스선 중 유방을 투과한 엑스선이 엑스선 검출 어셈블리(120)에 의해 검출될 수 있도록 한다.
엑스선 검출 어셈블리(120)는 유방을 지지하는 지지대 또는 테이블의 역할도 수행하며 버키(bucky)라고도 불린다. 엑스선 검출 어셈블리(120)는 그 내부에 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기(121)를 포함하고, 유방과 접촉되는 유방 접촉부(123)를 포함할 수 있다. 유방 접촉부(123)는 엑스선의 투과율이 우수한 재질로 이루어질 수 있으며, 일 예로서 카본(carbon) 시트로 구현될 수 있다.
한편, 유방을 촬영하는 엑스선 영상 장치는 유방 조직 특성상 일반적인 엑스선 영상 장치와는 다른 구조적인 특징들을 포함할 수 있다. 그 중 하나가 도 1에 도시한 바와 같이 유방을 압착시키는 압착 패들(130)이다.
즉, 엑스선 검출 어셈블리(120)의 유방 접촉부(123) 상에 유방이 올려지면, 사용자가 입력부(150, 도 4 참조)를 조작하여 압착 패들(130)을 상하 방향으로 이동시켜 유방 접촉부(123)에 올려진 유방을 압착할 수 있다. 여기에서, '사용자'는 엑스선 영상 장치(100)를 이용하여 대상체의 진단을 수행하는 자로서 의사, 방사선사, 간호사 등을 포함하는 의료진일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 엑스선 영상 장치(100)를 사용하는 자라면 모두 사용자가 될 수 있는 것으로 한다.
이와 같이, 압착 패들(130)을 이용하여 유방을 압착한 후 촬영하는 이유는 유방에 대한 엑스선 노출량은 감소시키면서 유방에 대한 선명한 엑스선 영상을 얻기 위함이다. 이에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 유방 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 유방(30)의 조직은 유방의 둘레를 둘러싸면서 형태를 유지시켜주는 섬유 조직(31), 유방 전체에 분포되는 지방 조직(32), 모유를 생산하는 유선 조직(33), 모유의 이동 통로인 유관 조직(34), 유방을 지지하는 흉근(35) 등으로 구성된다. 이 중에서 유선 조직(33)과 유관 조직(34) 등 모유의 생산과 공급에 관계되는 조직을 유방의 실질 조직(fibroglandular tissue)이라 한다.
감쇠 계수(attenuation coefficient)는 엑스선이 투과하면서 감쇠되는 정도를 나타내는 데이터로서, 대상체의 내부를 구성하는 구성 물질마다 감쇠 계수가 다르므로 엑스선이 투과되는 정도에 기초하여 대상체의 내부를 영상화할 수 있는 것이다.
도 3은 유방 내부 구성 물질 각각에 대한 에너지 대역 별 감쇠 계수를 나타낸 그래프이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 유방을 구성하는 구성 물질들 간의 감쇠 계수의 차가 크지 않다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 유방이 연조직으로만 이루어져 있기 때문이며, 최대한 선명한 엑스선 영상을 획득하기 위해 상술한 압착 패들(130)을 이용하여 유방의 두께를 얇게 만드는 것이다. 이와 같이 유방을 압착하여 두께를 얇게 만듦으로써, 유방을 구성하는 물질들이 엑스선이 조사되는 방향으로 겹쳐지지 않고 펼쳐지게 되어 추후 생성되는 엑스선 영상의 품질을 향상시킬 수 있으며, 또한, 유방에 대한 엑스선 노출량도 감소시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 압착 패들(130)은 엑스선 소스(110)와 엑스선 검출 어셈블리(120)를 연결하는 프레임(103)에 장착되어 상하 방향으로 이동할 수 있다. 엑스선 촬영을 위해 대상체(30)인 유방을 엑스선 검출 어셈블리(120)의 유방 접촉부(123)위에 올려놓고 사용자가 입력부(150)를 이용하여 압착 패들(130)을 아래로 이동시켜 유방을 압착한 후, 유방이 압착된 상태에서 유방으로 엑스선을 조사하고, 유방을 투과하는 엑스선을 검출하는 엑스선 촬영이 이루어진다.
이상, 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치(100)의 외관에 대하여 설명하였다. 이후부터는 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치(100)의 각 구성에 대하여 설명한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치(100)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치(100)는 엑스선 소스(110), 엑스선 검출 어셈블리(120), 압착 패들(130), 구동부(135), 제어부(140), 입력부(150), 표시부(160) 및 영상 처리부(170)를 포함할 수 있다.
엑스선 소스(110)는 엑스선을 발생시키는 엑스선 튜브(111)를 포함하며, 엑스선 튜브 헤드 또는 엑스선 튜브 어셈블리라고도 한다.
도 5는 엑스선 튜브의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 엑스선 튜브(111)는 양극(111c)과 음극(111e)을 포함하는 2극 진공관으로 구현될 수 있고, 관체는 규산경질 유리 등을 재료로 하는 유리관(111a)일 수 있다.
음극(111e)은 필라멘트(111h)와 전자를 집속시키는 집속 전극(111g)을 포함하며, 집속 전극(111g)은 포커싱 컵(focusing cup)이라고도 한다. 유리관(111a) 내부를 약 10mmHg 정도의 고진공 상태로 만들고 음극의 필라멘트(111h)를 고온으로 가열하여 열전자를 발생시킨다. 필라멘트(111h)의 일 예로 텅스텐 필라멘트를 사용할 수 있고 필라멘트에 연결된 전기도선(111f)에 전류를 가하여 필라멘트(111h)를 가열할 수 있다.
양극(111c)은 주로 구리로 구성되고, 음극(111e)과 마주보는 쪽에 타겟 물질(111d)이 도포 또는 배치되며, 타겟 물질로는 Cr, Fe, Co, Ni, W, Mo 등의 고저항 재료들이 사용될 수 있다. 타겟 물질의 녹는점이 높을수록 초점 크기(focal spot size)가 작아진다.
그리고 음극(111e)과 양극(111c) 사이에 고전압을 걸어주면 열전자가 가속되어 양극의 타겟 물질(111d)에 충돌하면서 엑스선을 발생시킨다. 발생된 엑스선은 윈도우(111i)를 통해 외부로 조사되며, 윈도우의 재료로는 베릴륨(Be) 박막을 사용할 수 있다. 이 때, 윈도우(111i)의 전면 또는 후면에는 필터를 위치시켜 특정 에너지 대역의 엑스선을 필터링할 수 있다.
타겟 물질(111d)은 로터(111b)에 의해 회전할 수 있으며, 타겟 물질(111d)이 회전하게 되면 고정된 경우에 비해 열 축적율이 단위 면적당 10배 이상 증대될 수 있고, 초점 크기가 감소된다.
엑스선 튜브(111)의 음극(111e)과 양극(111c) 사이에 가해지는 전압을 관전압이라 하며, 그 크기는 파고치 kvp로 표시할 수 있다. 관전압이 증가하면 열전자의 속도가 증가되고 결과적으로 타겟 물질에 충돌하여 발생되는 엑스선의 에너지(광자의 에너지)가 증가된다. 엑스선 튜브(111)에 흐르는 전류는 관전류라 하며 평균치 mA로 표시할 수 있고, 관전류가 증가하면 엑스선의 선량(엑스선 광자의 수)이 증가된다.
따라서, 관전압에 의해 엑스선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 엑스선의 세기 또는 선량이 제어될 수 있는바, 대상체(30)의 종류나 특성에 따라 조사되는 엑스선의 에너지 및 세기를 제어할 수 있다.
조사되는 엑스선이 일정 에너지 대역을 갖는 경우, 에너지 대역은 상한과 하한에 의해 정의될 수 있다. 에너지 대역의 상한, 즉 조사되는 엑스선의 최대 에너지는 관전압의 크기에 의해 조절될 수 있고, 에너지 대역의 하한, 즉 조사되는 엑스선의 최소 에너지는 필터에 의해 조절될 수 있다. 필터를 이용하여 저에너지 대역의 엑스선을 여과시키면, 조사되는 엑스선의 평균 에너지를 높일 수 있다.
아울러, 도면에는 도시되지 않았으나 엑스선 소스(110)는 윈도우(111i)의 전면에 배치되는 콜리메이터를 더 포함할 수 있는바, 콜리메이터는 엑스선 튜브(111)에서 조사되는 엑스선의 조사 범위를 조절할 수 있고, 엑스선의 산란을 감소시키는 역할을 한다.
엑스선 소스(110)로부터 대상체(30)에 엑스선이 조사되면, 대상체(30)를 투과한 엑스선은 엑스선 검출 어셈블리(120)에 의해 검출된다. 엑스선 검출 어셈블리(120)는 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기(121)를 포함할 수 있다.
일반적으로, 엑스선 검출기(121)는 재료 구성 방식, 검출된 엑스선을 전기적인 신호로 변환시키는 방식 및 영상 신호를 획득하는 방식에 따라 구분될 수 있다.
먼저, 엑스선 검출기는 재료 구성 방식에 따라 단일형 소자로 구성되는 경우와 혼성형 소자로 구성되는 경우로 구분된다.
단일형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 단일 소재의 반도체로 구성되거나, 단일 공정으로 제조되는 경우에 해당하며, 예를 들어, 수광 소자인 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 단일하게 이용하는 경우이다.
혼성형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 각기 다른 소재로 구성되거나, 다른 공정으로 제조되는 경우에 해당한다. 예를 들어, 포토다이오드나 CdZnTe 등의 수광 소자를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC(Read Out Intergrated Circuit)을 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우, 스트립 검출기를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC를 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우 및 a-Si 또는 a-Se 플랫 패널 시스템을 이용하는 경우 등이 있다.
그리고, 엑스선 검출기는 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식에 따라 직접변환방식과 간접변환방식으로 구분된다.
엑스선이 조사되면 수광 소자 내부에 일시적으로 전자-정공 쌍이 생성되고, 수광 소자의 양단에 인가되어 있는 전장에 의해 전자는 양극으로 정공은 음극으로 이동하는바, 직접 변환 방식에서는 엑스선 검출기가 이러한 이동을 전기적 신호로 변환한다. 직접변환방식에서 수광 소자에 사용되는 물질은 a-Se, CdZnTe, HgI2, PbI2 등이 있다.
간접변환방식에서는, 수광 소자와 엑스선 소스 사이에 섬광체(scintillator)를 구비하여 엑스선 소스에서 조사된 엑스선이 섬광체와 반응하여 가시광 영역의 파장을 갖는 광자(photon)를 방출하면 이를 수광 소자가 감지하여 전기적 신호로 변환한다. 간접변환방식에서 수광 소자로 사용되는 물질은 a-Si 등이 있고, 섬광체로는 박막 형태의 GADOX 섬광체, 마이크로 기둥형 또는 바늘 구조형 CSI(T1) 등이 사용될 수 있다.
또한, 엑스선 검출기는 영상 신호를 획득하는 방식에 따라, 전하를 일정시간 동안 저장한 후에 그로부터 신호를 획득하는 전하 누적 방식(Charge Integration Mode)과 단일 엑스선 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 문턱 에너지(threshold energy) 이상의 에너지를 갖는 광자를 계수하는 광자 계수 방식(Photon Counting Mode)으로 구분된다.
개시된 발명의 일 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치(100)는 엑스선 검출기(121)를 구현함에 있어 전술한 다양한 방식 중 어느 것이든 적용할 수 있다. 아울러, 개시된 발명의 실시 예가 전술한 방식에 한정되는 것도 아니며, 전술한 방식 외에 엑스선을 검출하여 전기적 신호로 변환하고 영상 신호를 획득하는 다른 방식이 적용되는 것도 가능하다.
이하 구체적인 설명을 위해 엑스선으로부터 전기 신호를 직접 획득하는 직접 변환 방식 및 엑스선을 검출하는 수광 소자와 리드아웃 회로 칩이 결합되는 하이브리드 방식이 적용된 엑스선 검출기(121)의 구조를 설명하도록 한다.
도 6은 엑스선 검출기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 엑스선 검출기(121)는 엑스선을 검출하여 전기적인 신호로 변환하는 수광 소자(121-1)와 전기적인 신호를 읽어내는 리드아웃 회로(121-2)를 포함한다. 여기서, 리드아웃 회로(121-2)는 복수의 픽셀 영역을 포함하는 2차원 픽셀 어레이 형태로 이루어진다. 수광 소자(121-1)를 구성하는 물질로는 낮은 에너지와 적은 선량에서의 높은 해상도와 빠른 응답 시간 및 높은 동적 영역을 확보하기 위하여 단결정 반도체 물질을 사용할 수 있고, 단결정 반도체 물질은 Ge, CdTe, CdZnTe, GaAs 등이 있다.
수광 소자(121-1)는 고저항의 n형 반도체 기판(121-1b)의 하부에 p형 반도체가 2차원 픽셀 어레이 구조로 배열된 p형 층(121-1c)을 접합하여 PIN 포토다이오드 형태로 형성할 수 있고, CMOS 공정을 이용한 리드아웃 회로(121-2)는 각 픽셀 별로 수광 소자(121-1)와 결합된다. CMOS 리드아웃 회로(121-2)와 수광 소자(121-1)는 플립 칩 본딩 방식으로 결합할 수 있는바, 땜납(PbSn), 인듐(In) 등의 범프(bump)(121-3)를 형성한 후 리플로우(reflow) 공정을 통해 압착하는 방식으로 결합할 수 있다. 다만, 상술한 구조는 엑스선 검출기(121)의 일 예시에 불과하며, 엑스선 검출기(121)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 엑스선 검출기(121)의 전방(前方)에는 엑스선의 산란을 방지하기 위한 엑스선 그리드(grid)가 배치될 수 있다.
엑스선의 광자(photon)가 수광 소자(121-1)에 입사하게 되면 가전도대에 있던 전자들이 광자의 에너지를 전달받아 밴드 갭 에너지 차이를 넘어 전도대로 여기 된다. 이로써 공핍 영역에서 전자-정공 쌍이 발생된다.
수광 소자(121-1)의 P형 층(121-1c)과 n형 기판(121-1b)에 각각 메탈 전극을 형성하고 역방향 바이어스를 걸어주면 공핍 영역에서 발생된 전자-정공 쌍 중 전자는 n형 영역으로, 정공은 p형 영역으로 끌려간다. 그리고, p형 영역으로 끌려간 정공이 범프본딩(121-3)을 통해 리드아웃 회로(121-2)로 입력되어 광자에 의해 발생된 전기 신호를 읽을 수 있도록 한다. 그러나, 수광 소자(121-1)의 구조와 걸어주는 전압 등에 따라 리드아웃 회로(121-2)에 전자가 입력되어 전기 신호를 생성하는 것도 가능하다.
리드아웃 회로(121-2)는 수광 소자(121-1)의 p형 반도체(121-1c)와 대응되는 2차원 픽셀 어레이 구조로 형성될 수 있으며, 각 픽셀 별로 전기 신호를 읽어낸다. 범프본딩(123)을 통해 수광 소자(121)에서 리드아웃 회로(122)로 전하가 입력되면, 리드아웃 회로(122)는 그 회로 구성에 따라 전압 신호 또는 광자의 수로 표현되는 영상 신호를 출력한다.
엑스선 검출기(121)에서 출력된 영상 신호는 영상 처리부(170)로 입력되고, 영상 처리부(170)는 입력된 영상 신호를 분석 및 처리하여 유방의 엑스선 영상을 생성할 수 있다. 영상 처리부(160)가 생성한 엑스선 영상은 유방의 양쪽 좌우(Left or Right)의 CC(Cranio-Caudal) 영상과 MLO(Mediolateral Oblique) 영상을 포함하나 반드시 이에 한정되지는 아니한다.
압착 패들(130)은 상술한 바와 같이, 대상체(30)인 유방의 두께를 얇게 만들기 위한 구성이다. 대상체(30)를 압착하기 위해 압착 패들(130)은 상하 방향으로 이동할 수 있다. 압착 패들(130)을 이용하여 대상체(30)의 두께를 얇게 만드는 이유는 이미 위에서 상세히 설명하였으므로 여기에서는 생략한다.
다시 도 4를 참조하면, 구동부(135)는 상술한 압착 패들(130)을 상하 방향으로 이동시키기 위한 구성으로, 본 실시 예에서 구동부(135)는 모터식, 유압식, 공압식 등으로 구현될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 사용자의 입력부(150) 조작에 따라 제어부(140)로부터 압착 패들(130)을 이동시키기 위한 제어 신호가 전달되면, 구동부(135)는 전달된 제어 신호에 따라 압착 패들(130)을 위 또는 아래로 이동시킬 수 있다.
입력부(150)는 사용자로부터 명령을 입력받기 위한 구성으로, 본 실시 예에서는 입력부(150)로 마우스, 키보드 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 후술될 표시부(160)와 입력부(150)가 일체형 터치패널로서 구현될 수도 있다.
표시부(160)는 영상 처리부(170)에 의해 처리된 엑스선 영상을 표시하여 사용자에게 보이기 위한 구성이다. 이때, 엑스선 영상은 후술될 최초 엑스선 영상 및 최종 생성된 흉근이 제거된 엑스선 영상을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시 예에서 표시부(160)로는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diodes), PDP(Plasma Display Panel), 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
사용자는 표시부(160)에 표시된 최초 엑스선 영상을 육안으로 확인하고, 상술한 입력부(150)를 조작하여 최초 엑스선 영상에서 간섭 대상 영역을 설정할 수 있다.
제어부(140)는 본 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치를 구성하는 구성요소들이 유기적으로 연결되어 동작하도록 엑스선 영상 장치의 전반적인 동작을 제어하는 구성이다.
제어부(140)는 프로세서(Processor), 엑스선 영상 장치의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장된 롬(ROM) 및 엑스선 영상 장치의 외부에서부터 입력되는 신호 또는 데이터를 저장하거나, 엑스선 영상 장치에서 수행되는 다양한 작업에 대응되는 저장 영역으로 사용되는 램(RAM)을 포함할 수 있다. 프로세서는 코어(core)와 GPU를 포함하는SoC(System On Chip) 형태로 구현될 수 있다. 프로세서는 싱글 코어, 듀얼 코어, 트리플 코어, 쿼드 코어 및 그 배수의 코어를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 제어부(140)와 전기적으로 연결되는 별개인 회로 기판에 프로세서, 램 또는 롬을 포함하는 프로세싱 보드(graphic processing board)를 포함할 수 있다. 프로세서, 롬 및 램은 내부 버스(bus)를 통해 상호 연결될 수 있다.
또한, 제어부(140)는 프로세서, 롬 및 램을 포함하는 구성 요소를 지칭하는 용어로 사용될 수 있다. 제어부(140)는 프로세서, 롬, 램 및 프로세싱 보드를 포함하는 구성 요소를 지칭하는 용어로 사용될 수도 있다.
제어부(140)는 설정된 촬영 조건에 따라 대상체(30)에 대한 엑스선 영상을 촬영하게 된다. 여기에서, 촬영 조건은 촬영 횟수, 촬영 각도, 촬영 위치, 관전압, 관전류, 필터를 구성하는 물질의 종류, 양극을 구성하는 물질의 종류를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 실시 예에서 제어부(140)는 대상체에 대한 최초 엑스선 영상에서 간섭 대상 영역을 설정할 수 있다. 간섭 대상은 대상체의 내부 조직 중 비관심 조직 또는 대상체 내부로 유입된 이물질 및 도구 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
여기에서, 비관심 조직이란 상기 대상체의 내부 조직 중 상대적으로 중요도가 낮은 조직 예를 들어, 유방 촬영인 경우 유방과 연결된 흉근과 같은 조직을 의미할 수 있다. 즉, 엑스선 영상에 포함된 대상체의 내부 조직 중 진단할 필요가 없는 조직으로 이해될 수 있다. 또한, 대상체 내부로 유입된 이물질은 예를 들어, 보형물 등을 의미할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 대상체 내부에 위치하고 있으나 대상체의 원래 조직은 아닌 물질 전부를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 간섭 대상 영역은 수동 또는 자동으로 설정될 수 있다.
이중, 수동으로 간섭 대상 영역을 설정하는 방법은 사용자가 입력부(150)를 조작하여 엑스선 영상 내의 해당 부분에 블록을 지정하여 설정하는 방법일 수 있다. 입력부(150)로 마우스가 사용되는 경우를 예를 들어 설명하면, 사용자가 표시부(160)에 표시된 최초 엑스선 영상을 보고 간섭 대상이 존재하는 부분을 확인하고, 마우스를 움직여 해당 부분에 마우스 포인터를 위치시킨 다음, 클릭 앤 드래그하여 해당 부분을 블록으로 지정하는 방법으로 간섭 대상 영역을 설정할 수 있다. 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 입력부(150) 종류에 따라 다양한 방법으로 간섭 대상 영역을 설정할 수 있음은 자명하다.
또한, 자동으로 간섭 대상 영역을 설정하는 방법은 최초 엑스선 영상의 촬영 정보, 조직 모양 및 패턴, 조직의 밝기 특성 및 조직 간 밝기 변화 정보에 기초하여 설정하는 방법일 수 있다. 여기에서, 촬영 정보는 촬영 위치 정보에 해당할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
대상체가 유방이고, 간섭 대상이 유방과 연결된 흉근인 경우를 예를 들어 설명하면, 획득된 최초 엑스선 영상의 종류는 우측 유방 내외사위(Right Medio Lateral Oblique, RMLO) 영상, 좌측 유방 내외사위(Left Medio Lateral Oblique, LMLO) 영상, 우측 유방 상하위(Right Cranio Caudal, RCC) 영상 및 좌측 유방 상하위(Left Cranio Caudal, LCC) 영상을 포함할 수 있다.
이에 제어부(140)는 엑스선 영상 전체적으로 조직 모양 및 패턴, 조직의 밝기 특성을 분석하고, 분석된 정보가 일반적인 유방의 내부 조직과 대응되는지를 비교하여 차이가 있는 부분을 검출하여 간섭 대상으로 판단하고, 조직 간 밝기 변화 정보에 기초하여 간섭 대상 영역을 설정할 수 있을 것이다.
예를 들어, 제어부(140)는 획득된 최초 엑스선 영상으로부터 유방 영역을 검출한 후, 직선으로 형성된 대략적인 흉근 라인을 판단하고, 그라데이션 마스크를 이용하여 흉근 데이터를 검출함으로써 간섭 대상 영역을 설정할 수 있다.
그라데이션 마스크는 엑스선 영상에 덧붙여질 수 있고 음영, 모양, 재질 등이 점진적으로 변하는 그래픽 마스크를 의미하고, 일 실시 예에 따른 제어부(140)는 음영이 점진적으로 변하는 마스크를 이용하나 반드시 이에 한정되지는 아니한다.
도 7은 제어부가 일 실시 예에 따라 간섭 대상 영역을 설정하는 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
좌측 유방 내외사위에 대한 흉근 영역은 i) 최초 엑스선 영상의 상단 좌측 부분을 차지하고 있는 삼각형 형태의 영역이고, ii) 주변 조직에 비해 상대적으로 밝기(intensity)가 높고, iii) 주변 조직과의 경계면에서 밝기의 변화가 상대적으로 높은 영역일 수 있다.
도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 간섭 대상 영역 설정 방법은 다음과 같다.
우선, 제어부는 획득된 최초 엑스선 영상으로부터 유방 영역을 검출한다(S1100).
도 8은 좌측 유방 내외사위(Left Medio Lateral Oblique, LMLO)에 대한 최초 엑스선 영상의 일 예이다.
도 8a을 참조하면, 제어부는 검은색 배경(background, 8-1)으로부터 유방 영역(8-2, 8-3)을 검출할 수 있다.
제어부가 유방 영역(8-2, 8-3)을 검출하는 일 예로서, 제어부는 영상 히스토그램에 기반하여 소정의 문턱치(Threshold)를 기준으로 검은색 배경(8-1)과 유방 영역(8-2, 8-3)을 구분한다. 소정의 문턱치는 입력부를 통해 사용자로부터 임의로 설정될 수 있고, 제조 단계에서 미리 설정된 것일 수 있다. 영상 히스토그램은 엑스선 영상의 명암 분포를 나타내는 그래프이며, 영상 처리부(170)에서 생성되어 제어부로 제공될 수 있다.
또한, 제어부는 영상 히스토그램을 이용하여 문턱치를 결정할 수 있다. 일 예로서, 제어부는 문턱치 미만의 밝기(intensity)를 갖는 픽셀 수와 문턱치 이상, 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 픽셀 수가 일정한 비율이 되도록 문턱치를 설정할 수 있다. 일정한 비율은 입력부를 통해 사용자로부터 임의로 설정될 수 있으며, 제조 단계에서 미리 설정된 것일 수 있다.
또한, 다른 예로서, 제어부는 문턱치 미만의 밝기(intensity)를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값과 문턱치 이상, 최대 농도 레벨 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값이 일정한 비율이 되도록 문턱치를 설정할 수 있다. 일정한 비율은 입력부를 통해 사용자로부터 임의로 설정될 수 있으며, 제조 단계에서 미리 설정된 것일 수 있다.
밝기 평균값은 픽셀 밝기의 산술 평균, 기하 평균, 조화 평균, 및 중앙값(median)을 포함할 수 있다.
즉, 제어부는 미리 설정된 문턱치 미만의 밝기를 갖는 픽셀을 검은색 배경(8-1)로 판단하고, 문턱치 이상, 최대 밝기 이하의 픽셀을 유방 영역(8-2, 8-3)으로 판단하여 유방 영역(8-2, 8-3)을 검출할 수 있다.
다시 도 7로 돌아가면, 이후 제어부는 직선으로 된 대략적인 흉근라인을 추정한다(S1200).
일 예로서, 제어부는 흉근라인을 추정하는 단계(S1200)에서, 빠른 처리를 위해 엑스선 영상의 해상도를 낮출 수 있고(down-scaling, S1210), 엑스선 영상의 노이즈를 감소시킬 수 있다(S1220). 엑스선 영상의 해상도는 영상 처리 이후 복원될 수 있다.
제어부는 최초 엑스선 영상의 노이즈를 감소시키기 위한 일 예로서, 퍼센트 노멀라이제이션(Percentage Normalization)을 이용할 수 있다. 퍼센트 노멀라이제이션은, 픽셀 레벨이 정규 분포에 근접하도록 최초 엑스선 영상에 대한 픽셀 레벨의 상한 및 하한을 정하고, 상한 내지 하한 범위 내에 존재하는 픽셀을 유효 데이터로 정의하는 과정을 의미한다.
또한, 제어부는 최초 엑스선 영상의 노이즈를 감소시키기 위한 일 예로서, 최초 엑스선 영상을 블러링(blurring)할 수 있고, 가우시안(Gaussian) 마스크를 이용하여 공간 도메인 컨볼루션(spatial domain convolution) 또는 주파수 도메인 컨볼루션(frequency domain convolution)을 통해 블러링할 수 있다.
또한, 제어부는 흉근 영역을 명확하게 검출하기 위해 관심영역(Region of Interest, ROI)을 설정할 수 있다(S1230).
예를 들어, 도 8b를 다시 참조하면, 제어부는 임의의 최초 관심 영역(P0, P1, P2, P3)으로부터 최종 관심 영역(P0', P4', P5', P6')을 설정하기 위해, 관심 영역(P0, P4, P5, P6)을 밝기(intensity)를 기준으로 상위 밝기 영역 및 하위 밝기 영역으로 구분한다.
일 예로서, 최초 관심 영역(P0, P1, P2, P3)은 사용자의 입력에 의해 임의로 설정될 수 있으나, 제어부가 유방 영역(8-2, 8-3)의 최동단(最東端)을 P1, 최남단(最南端)을 P2로 설정하여, 최초 관심 영역(P0, P1, P2, P3)을 직사각형 형태로 형성할 수 있다. 단, 엑스선 영상이 우측 유방 내외사위(Right Medio Lateral Oblique, RMLO) 영상 또는 우측 유방 상하위(Right Cranio Caudal, RCC) 영상인 경우, P1은 유방 영역(8-2, 8-3)의 최서단(最西端), P2는 유방 영역(8-2, 8-3)의 최남단(最南端)으로 설정된다. 다만, 최초 관심 영역(P0, P1, P2, P3)은 유방 영역(8-2, 8-3)의 위치에 따라 사용자 또는 제조자에 의해 다르게 설정될 수 있다.
이어서, 제어부는 P0과 P2의 중간점 또는 미리 설정된 어느 한 점을 P5로 설정하고, P0과 P1의 중간점 또는 특정점을 P4로 설정하여 직사각형 형태의 관심 영역(P0, P4, P5, P6)을 설정하고, 관심 영역(P0, P4, P5, P6)을 밝기(intensity)를 기준으로 상위 밝기 영역 및 하위 밝기 영역으로 구분한다.
이때, 제어부는 상위 밝기 영역 및 하위 밝기 영역을 구분하기 위해, 영상 히스토그램을 이용할 수 있고, 예를 들어, 문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값과 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값이 일정한 비율이 되도록 P4 및 P5를 조절하여 최종 관심 영역(P0', P4', P5', P6')을 설정할 수 있다. 여기서, 일정한 비율은 예를 들어 2:1일 수 있고, 사용자 또는 제조자에 의해 임의로 설정되는 것도 가능하다.
문턱치는 입력부를 통해 사용자로부터 임의로 설정될 수 있고, 제조 단계에서 미리 설정된 것일 수 있다. 또한, 제어부는 문턱치를 자동으로 결정할 수 있고, 문턱치를 결정하기 위해 영상 히스토그램을 이용할 수 있다. 이러한 문턱치는 상위 밝기 영역(문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀) 및 하위 밝기 영역(문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀)을 구분하는 기준이 된다.
즉, 제어부는 문턱치 미만의 밝기를 갖는 상위 밝기 영역과 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하위 밝기 영역의 밝기 평균값 비율이 일정한 비율이 되도록 P4 및 P5를 조절하여 최종 관심 영역(P0', P4', P5', P6')을 설정할 수 있다.
밝기 평균값은 픽셀 밝기의 산술 평균, 기하 평균, 조화 평균, 및 중앙값(median)을 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 흉근라인을 추정하는 단계(S1200)에서, 최종 관심 영역(P0', P4', P5', P6')의 불필요한 데이터를 제거할 수 있는데(S1240), 이를 위하여 최종 관심 영역(P0', P4', P5', P6')에 대한 바이너리 이미지화(Binary Image)를 수행하고, 모폴로지컬 프로세싱(Morphological Process)을 수행할 수 있다. 모폴로지컬 프로세싱(Morphological Process)에 관하여는 후술한다.
도 9는 최종 관심 영역(9a)으로부터 바이너리 이미지화를 수행한 결과(9b), 모폴로지컬 프로세상을 수행한 결과(9c), 및 흉근라인을 추정한 결과(9d)에 대한 도면이다.
구체적으로, 제어부는 상위 밝기 영역과 하위 밝기 영역을 구분하여 바이너리 이미지화(Binary image, 9b)하고, 생성된 바이너리 이미지(Binary image)를 모폴로지컬 프로세싱(Morphological processing)의 한 방법인 딜레이션(Dilation) 및 이로젼(Erosion) 기법을 이용하여 최초 바이너리 이미지(Binary image)에서 불필요한 데이터를 제거한다(9c). 제어부는 모폴로지컬 프로세싱(Morphological processing)을 통해 경계면을 균일화하고 내부의 홀(Hole, 9b-1)과 같은 불필요한 데이터를 제거할 수 있다.
이어서, 제어부는 흉근라인을 추정하는 단계(S1200)에서, 직선 형태의 흉근 라인을 추정할 수 있는데(S1250), 이를 위하여 먼저 상위 밝기 영역 및 하위 밝기 영역 간의 경계에 대한 그래디언트(Gradient)를 계산한다. 일 예로서, 그래디언트는 넌 포지티브 그래디언트(Non-positive Gradient)로서 계산될 수 있다.
도 9d는 도 9c에 대한 그래디언트를 계산한 영상 결과를 나타내고, 도 9e는 추정된 직선 형태의 흉근 라인을 나타내고, 도 10은 도 9c의 그래디언트를 계산한 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 9e에 따르면, 제어부는 계산한 그래디언트가 최대인 지점(GM)에서, 계산한 전체 그래디언트의 평균값을 기울기로 하여 직선 형태의 흉근 라인을 추정한다. 평균값은 그래디언트의 산술 평균, 기하 평균, 조화 평균, 및 중앙값(median)을 포함할 수 있다.
이어서, 제어부는 그라데이션 마스크를 이용하여 흉근 데이터를 검출한다(S1300).
도 11은 흉근 데이터를 검출하는 과정의 일 예이다.
도 11a는 엑스선 영상의 최초 관심 영역(P0, P1, P2, P3), 도 11b는 그라데이션 마스크, 도 11c는 그라데이션 마스크를 엑스선 영상에 곱한 결과, 도 11d는 제어부가 검출한 흉근 데이터를 나타낸다.
제어부는 최초 관심 영역(P0, P1, P2, P3)과 동일한 크기의 그라데이션 마스크를 생성하되, 그라데이션 마스크는 좌측상단에서 우측하단으로 밝기(intensity)가 감소하는 형태로 생성된다. 단, 엑스선 영상이 우측 유방 내외사위(Right Medio Lateral Oblique, RMLO) 영상 또는 우측 유방 상하위(Right Cranio Caudal, RCC) 영상인 경우, 그라데이션 마스크는 우측상단에서 좌측하단으로 밝기가 감소하는 형태로 생성될 수 있다.
제어부가 생성된 그라데이션 마스크를 엑스선 영상에 곱한 경우, 도 11c와 같이 흉근 라인이 검출되고, 제어부는 상술한 바와 같이 그래디언트가 최대인 지점(GM)의 밝기(intensity)를 문턱치(Threshold)로 하여 흉근 데이터를 검출할 수 있다.
예를 들어, 제어부는 영상 히스토그램을 이용하여 밝기가 문턱치 미만인 픽셀을 0으로 할당하고, 밝기가 문턱치 이상 최대 밝기 이하인 픽셀을 1로 할당하여 엑스선 영상에 대한 바이너리(Binary) 이미지화를 수행할 수 있고, 1로 할당된 하나 이상의 픽셀 영역이 흉근 데이터 영역으로 검출될 수 있다.
이어서, 제어부는 추정한 직선 형태의 흉근 라인 및 검출한 흉근데이터에 기반하여 흉근이 제거된 엑스선 영상을 생성한다(S1400).
구체적으로, 제어부는 엑스선 영상의 해상도를 높여(up-scaling) 엑스선 영상을 원래의 해상도로 복원하고, 검출된 유방 영역(8-2, 8-3) 및 흉근 영역(8-3)을 기반으로 흉근이 제거된 유방 영역(8-2)을 검출한다. 흉근 영역(8-3)은 직선 형태의 흉근 라인을 경계로 하여 추출된 좌측상단영역 및 그라데이션 마스크를 이용하여 검출된 흉근 데이터 영역이 중첩되는 영역으로 결정될 수 있다. 단, 엑스선 영상이 우측 유방 내외사위(Right Medio Lateral Oblique, RMLO) 영상 또는 우측 유방 상하위(Right Cranio Caudal, RCC) 영상인 경우, 흉근 영역(8-3)은 직선 형태의 흉근 라인을 경계로 하여 추출된 우측상단영역 및 그라데이션 마스크를 이용하여 검출된 흉근 데이터 영역이 중첩되는 영역으로 결정될 수 있다.
한편, 엑스선 영상 내에는 두 개 이상의 간섭 대상(예를 들어, 흉근 및 보형물)이 존재하는 경우라면, 제어부는 엑스선 영상 전체적으로 조직의 모양 및 패턴 및 조직의 밝기 특성이 일반적인 유방의 내부 조직과 대응되는지를 비교하고, 차이가 있는 부분을 간섭 대상으로 판단한 다음, 조직 간 밝기 변화 정보를 이용하여 간섭 대상 영역을 설정할 수 있다.
이상, 간섭 대상 영역을 자동으로 설정하는 방법을 예를 들어 설명하였으나, 이는 단지 하나의 실시 예에 불과하며, 간섭 대상 영역을 자동으로 설정하는 방법이 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상술한 방법을 통해 설정된 간섭 대상 영역에 대한 엑스선 영상 내의 위치 정보가 저장부(미도시)에 저장될 수 있다.
즉, 도 4에 도시하지는 않았으나, 본 실시 예에 따른 엑스선 영상 장치(100)는 상술한 바와 같은 데이터 즉, 대상체의 조직 특성별 촬영 조건, 수동 또는 자동으로 설정된 간섭 대상 영역에 대한 엑스선 영상 내의 위치 정보 등을 저장하는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 저장부(미도시)는 롬(Read Only Memory: ROM), 램(Random Access Memory: RAM), 피롬(Programmable Read Only Memory: PROM), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 소자, 또는 램(Random Access Memory: RAM)과 같은 휘발성 메모리 소자, 또는 하드 디스크, 광 디스크와 같은 저장 매체로 구현될 수 있다. 그러나 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 저장부는 당 업계에 알려져 있는 임의의 다른 형태로 구현될 수도 있음은 물론이다.
영상 처리부(170)는 엑스선 검출 어셈블리(120)로부터 전기적 신호를 리드 아웃(read out)하여 영상 신호를 얻고, 이 영상 신호에 대한 신호 처리를 수행하여 엑스선 영상을 생성하는 구성이다.
구체적으로, 영상 처리부(170)는 상술한 바와 같이, 엑스선 검출 어셈블리(120)로부터 리드 아웃한 전기 신호를 처리하여 최초 엑스선 영상을 생성할 수 있다.
또한, 영상 처리부(170)는 엑스선 영상의 영상 히스토그램을 생성할 수 있으며, 생성된 영상 히스토그램은 상술한 제어부로 제공될 수 있다. 또한, 최초 엑스선 영상은 상술한 표시부(160)로 제공되어 표시될 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시 예들을 설명하였다. 이와 같은 실시 예들에 따라 생성된 간섭 대상 영역이 제거된 최종 엑스선 영상은 컴퓨터 지원 진단(Competer-Aided Diagnosis, CAD)의 입력 정보로서 이용될 수 있으며, 의학 전문가의 유방 내 병변 확인 및 진단을 용이하게 할 수 있다.
전술한 실시 예에서 엑스선 영상 장치를 구성하는 구성요소들 중 일부 구성요소는 일종의 '모듈(module)'로 구현될 수 있다. 여기서, '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 모듈은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다. 게다가, 상기 구성요소들 및 모듈들은 디바이스 내에서 하나 또는 그 이상의 CPU를 실행할 수 있다.
전술한 실시 예들에 더하여, 본 발명의 실시 예들은 전술한 실시 예의 적어도 하나의 처리 요소를 제어하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 코드/명령을 포함하는 매체 예를 들면, 컴퓨터 판독 가능한 매체를 통해 구현될 수도 있다. 상기 매체는 상기 컴퓨터 판독 가능한 코드의 저장 및/또는 전송을 가능하게 하는 매체/매체들에 대응할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 코드는, 매체에 기록될 수 있을 뿐만 아니라, 인터넷을 통해 전송될 수도 있는데, 상기 매체는 예를 들어, 마그네틱 저장 매체(예를 들면, ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학 기록 매체(예를 들면, CD-ROM 또는 DVD)와 같은 기록 매체, 반송파(carrier wave)와 같은 전송매체를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 매체는 합성 신호 또는 비트스트림(bitstream)과 같은 신호일 수도 있다. 상기 매체들은 분산 네트워크일 수도 있으므로, 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드는 분산 방식으로 저장/전송되고 실행될 수 있다. 또한 더 나아가, 일 예로써, 처리 요소는 프로세서 또는 컴퓨터 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 처리 요소는 하나의 디바이스 내에 분산 및/또는 포함될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 엑스선 영상 장치
101 : 본체
103 : 프레임
105 : 암
110 : 엑스선 소스
111 : 엑스선 튜브
111a : 유리관
111b : 로터
111c : 양극
111d : 타겟 물질
111e : 음극
111f : 전기도선
111g : 집속 전극
111h : 필라멘트
111i : 윈도우
120 : 엑스선 검출 어셈블리
121 : 엑스선 검출기
121-1 : 수광 소자
121-2 : 리드아웃 회로
121-3 : 범프
121-1b : n형 반도체 기판
121-1c : p형 층
123 : 유방 접촉부
130 : 압착 패들
135 : 구동부
140 : 제어부
150 : 입력부
160 : 표시부
170 : 영상 처리부

Claims (20)

  1. 엑스선을 조사하는 엑스선 소스;
    상기 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환하는 엑스선 검출 어셈블리;
    상기 전기적 신호를 리드아웃하여 엑스선 영상을 생성하는 영상 처리부; 및
    상기 엑스선 영상의 음영을 변화시켜 상기 엑스선 영상의 간섭 대상 영역을 설정하는 제어부를 포함하는 엑스선 영상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 그라데이션 마스크를 이용하여 간섭 대상 영역을 설정하는 엑스선 영상 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭 대상 영역은 흉근 영역인 엑스선 영상 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 미리 설정된 영역으로부터 밝기가 감소하는 형태의 음영변화 마스크를 상기 엑스선 영상에 곱하는 엑스선 영상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 음영을 변화시킨 엑스선 영상을 문턱치를 기준으로 바이너리 이미지화하여 상위 밝기 영역을 상기 간섭 대상 영역으로 설정하되,
    상기 문턱치는 상기 엑스선 영상의 그래디언트가 최대인 지점의 밝기인 엑스선 영상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 엑스선 영상의 영상 히스토그램을 생성하고,
    상기 제어부는 상기 영상 히스토그램에 기반하여 상기 엑스선 영상을 바이너리 이미지화하고, 그래디언트를 계산하여 간섭 대상 영역의 경계를 추정하는 엑스선 영상 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    소정의 문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값과 상기 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값이 일정한 비율이 되도록 관심 영역을 설정하고,
    상기 문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀을 하위 밝기 영역으로 설정하고, 상기 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀을 상위 밝기 영역으로 설정하여 바이너리 이미지화하는 엑스선 영상 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 엑스선 영상의 그래디언트 평균값을 기울기로 하여 직선 형태의 경계를 추정하는 엑스선 영상 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 그래디언트가 최대인 지점에서 직선 형태의 경계를 추정하는 엑스선 영상 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 바이너리 이미지화된 상기 엑스선 영상의 불필요한 데이터를 제거하는 엑스선 영상 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 바이너리 이미지화된 상기 엑스선 영상의 그래디언트에 기반하여 추정한 간섭 대상 영역, 및 상기 엑스선 영상의 음영을 변화시켜 획득한 간섭 대상 영역이 중첩되는 영역을 최종 간섭 대상 영역으로 설정하는 엑스선 영상 장치.
  12. 엑스선 검출 어셈블리로부터 검출한 엑스선을 이용하여 영상 처리부가 엑스선 영상을 획득하는 단계;
    제어부에 의해 상기 엑스선 영상의 음영을 변화시켜 간섭 대상 영역을 설정하는 단계; 및
    획득된 상기 엑스선 영상으로부터 상기 제어부에 의해 상기 간섭 대상 영역을 제거하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 간섭 대상 영역을 설정하는 단계는,
    그라데이션 마스크를 이용하여 간섭 대상 영역을 설정하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 간섭 대상 영역을 설정하는 단계는,
    미리 설정된 영역으로부터 밝기가 감소하는 형태의 음영변화 마스크를 상기 엑스선 영상에 곱하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 간섭 대상 영역을 설정하는 단계는,
    음영을 변화시킨 엑스선 영상을 문턱치를 기준으로 바이너리 이미지화하여 상위 밝기 영역을 상기 간섭 대상 영역으로 설정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 문턱치는 상기 엑스선 영상의 그래디언트가 최대인 지점의 밝기인 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 간섭 대상 영역을 설정하는 단계는,
    영상 히스토그램에 기반하여 획득된 상기 엑스선 영상을 바이너리 이미지화하는 단계;
    바이너리 이미지화된 상기 엑스선 영상의 그래디언트를 계산하는 단계; 및
    상기 그래디언트를 이용하여 간섭 대상 영역의 경계를 추정하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 바이너리 이미지화하는 단계는,
    소정의 문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값과 상기 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀의 밝기 평균값이 일정한 비율이 되도록 관심 영역을 설정하는 단계; 및
    상기 문턱치 미만의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀을 하위 밝기 영역으로 설정하고, 상기 문턱치 이상 최대 밝기 이하의 밝기를 갖는 하나 이상의 픽셀을 상위 밝기 영역으로 설정하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 경계를 추정하는 단계는,
    어느 한 지점에서, 상기 엑스선 영상의 그래디언트 평균값을 기울기로 하여 직선 형태의 경계를 추정하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 경계를 추정하는 단계는,
    상기 그래디언트가 최대인 지점에서 직선 형태의 경계를 추정하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 그래디언트를 계산하는 단계 이전에,
    바이너리 이미지화된 상기 엑스선 영상의 불필요한 데이터를 제거하는 단계를 더 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어 방법.
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