KR102285337B1 - 엑스선 장치의 캘리브레이션 방법 및 장치 - Google Patents

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/58—Testing, adjusting or calibrating apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/582—Calibration
    • A61B6/583—Calibration using calibration phantoms

Abstract

팬텀에 포함된 특징점의 좌표 정보(a)와 팬텀 영상 내 특징점의 좌표 정보(b) 사이의 관계에 기초하여, 디텍터의 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 팬텀 기준의 디텍터의 회전 정보(R1)를 획득하는 단계; 상기 팬텀에 포함된 복수의 특징점 각각과 상기 팬텀 영상 내 복수의 특징점 각각을 연결하는 직선들로부터 상기 디텍터 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(S)를 획득하는 단계; 상기 위치 정보(S)를 상기 팬텀 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(C)로 변환하고, 상기 회전 정보(R1)으로부터 변경된 엑스선 소스 기준의 팬텀의 회전 정보(R2)를 상기 위치 정보(C)에 적용하여 상기 엑스선 소스 기준의 팬텀의 위치 정보(T)를 획득하는 단계; 및 상기 위치 정보(S)와 상기 픽셀의 단위 길이(Δ)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 내적 파라미터를 결정하고, 상기 회전 정보(R2)와 상기 위치 정보(T)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 외적 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 방법이 개시된다.

Description

엑스선 장치의 캘리브레이션 방법 및 장치{CALIBRATION METHOD AND APPARATUS OF X-RAY APPARATUS}
본 발명은 엑스선 장치 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 엑스선 장치의 내적 파라미터(intrinsic parameter)와 외적 파라미터(extrinsic parameter)를 결정하는 캘리브레이션 방법 및 장치에 관한 것이다.
엑스선 장치는 대상체의 내부 구조를 용이하게 파악할 수 있기 때문에 의료 분야 등에서 인체 내부의 병변과 같은 이상을 검출하거나 물체나 부품의 내부 구조를 파악하기 위해서 사용된다. 엑스선 소스는 환자 등의 대상체로 엑스선을 조사하고, 디텍터는 대상체를 투과하여 수용되는 엑스선을 감지하여 엑스선 영상을 획득한다.
엑스선 장치는 단순히 엑스선 영상을 촬영하는 데에만 이용되는 것이 아니라, 최근에는 환자에 대한 병변 수술 중 환자의 내부 구조를 안내하는 내비게이션으로서도 이용되고 있다.
엑스선 장치의 다양한 활용예에 따라 엑스선 장치의 캘리브레이션은 필수적이라 할 수 있다. 엑스선 장치의 캘리브레이션이란, 엑스선 장치의 내적 파라미터와 외적 파라미터를 결정하는 것을 의미한다. 내적 파라미터와 외적 파라미터는 영상 정합, 3차원 모델의 재구성 등의 목적으로 이용될 수 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, 내적 파라미터(I)는 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 하였을 때, 엑스선 소스(11)의 상대적인 위치 정보를 포함할 수 있고, 외적 파라미터(E)는 엑스선 소스(11)의 기준 좌표(a)를 기준으로 하였을 때, 대상체(팬텀)(20)의 상대적인 회전 정보 및 위치 정보를 포함할 수 있다.
종래에는 엑스선 장치(10)의 이미징 영역, 즉, 엑스선 소스(11)와 디텍터(13) 사이의 영역에 위치하는 팬텀(20)을 촬영하여 팬텀 영상을 획득한다. 그리고, 팬텀(20)에 위치하는 특징점의 3차원 좌표와 팬텀 영상 내 존재하는 특징점의 2차원 좌표를 매칭하여 투영 변환 행렬을 획득하고, 대수학적인 기법으로 투영 변환 행렬을 분해하여 내적 파라미터(I) 및 외적 파라미터(E)를 획득하였다.
좀더 구체적으로 설명하면, 내적 파라미터(I)는 엑스선 소스(11)의 기준 좌표(a)와 디텍터(13)의 기준 좌표(b) 사이의 변환 관계에 해당한다. 도 1에서 내적 파라미터(I)에 대응하는 화살표는 내적 파라미터(I)가 디텍터(13)를 기준으로 한 엑스선 소스(11)의 상대적인 위치 정보를 포함한다는 것을 의미한다.
외적 파라미터(E)는 엑스선 소스(11)의 기준 좌표(a)와 엑스선 장치(10)의 이미징 영역에 위치하는 팬텀(20)의 기준 좌표(c) 사이의 변환 관계에 해당한다. 도 1에서 외적 파라미터(E)에 대응하는 화살표는 외적 파라미터(E)가 엑스선 소스(11)를 기준으로 한 팬텀(20)의 상대적인 이동 및 회전 정보를 포함한다는 것을 의미한다.
팬텀(20)의 기준 좌표(c)를 기준으로 한 팬텀(20)의 특징점의 좌표를 (X, Y, Z)라 하고, 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 한 팬텀 영상 내 동일 특징점의 좌표를 (u, v)라 하였을 때, 이 두 좌표 사이의 관계는 아래의 수학식에 해당할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017040514499-pat00001
상기 수학식에서 w는 거리 가중치이고, P는 3×4의 투영 행렬이다. 미리 알고 있는 특징점들의 좌표 값들에 따라 SVD(single value decomposition) 알고리즘을 통해 P가 획득되면, 투영 행렬 P를 QR 분해(QR decomposition)하여 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)가 획득될 수 있다.
상기와 같은 종래의 캘리브레이션 방법은 하나의 팬텀 영상으로부터 수학적인 방법으로 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)를 산출하기 때문에, 팬텀(20) 가공 시 발생하는 특징점의 3차원 좌표 상의 오차, 팬텀 영상 내 특징점 추출 시 발생하는 2차원 좌표 상의 오차로 인해 부정확한 투영 변환 행렬이 계산될 수 있다. 또한, 대수학적 기법만을 통해 투영 행렬을 분해함에 따라 최종 분해된 파라미터가 영상에 따라 상이하게 되는 현상이 발생하게 된다.
즉, 종래의 캘리브레이션 방법에 따르면, 엑스선 장치(10)의 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)가 일관성있고 정확하게 측정되지 않으므로, 엑스선 장치(10)를 정확하게 캘리브레이션하는 방안이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 장치의 캘리브레이션 방법 및 장치는 엑스선 장치를 정확하게 캘리브레이션하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 장치의 캘리브레이션 방법 및 장치는 엑스선 장치의 내적 파라미터와 외적 파라미터를 일관성있게 산출하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 장치의 캘리브레이션 방법 및 장치는 엑스선 장치를 이용한 영상 정합 또는 3차원 모델링 등에 있어서 그 정확도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 방법은,
팬텀에 포함된 특징점의 좌표 정보(a)와 팬텀 영상 내 특징점의 좌표 정보(b) 사이의 관계에 기초하여, 디텍터의 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 팬텀 기준의 디텍터의 회전 정보(R1)를 획득하는 단계; 상기 팬텀에 포함된 복수의 특징점 각각과 상기 팬텀 영상 내 복수의 특징점 각각을 연결하는 직선들로부터 상기 디텍터 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(S)를 획득하는 단계; 상기 위치 정보(S)를 상기 팬텀 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(C)로 변환하고, 상기 회전 정보(R1)으로부터 변경된 엑스선 소스 기준의 팬텀의 회전 정보(R2)를 상기 위치 정보(C)에 적용하여 상기 엑스선 소스 기준의 팬텀의 위치 정보(T)를 획득하는 단계; 및 상기 위치 정보(S)와 상기 픽셀의 단위 길이(Δ)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 내적 파라미터를 결정하고, 상기 회전 정보(R2)와 상기 위치 정보(T)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 외적 파라미터를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 팬텀은, 복수의 제 1 특징점을 포함하는 제 1 면; 및 복수의 제 2 특징점을 포함하는 제 2 면을 포함하되, 상기 팬텀 영상은 상기 제 2 면이 디텍터에 접촉된 상태에서 촬영된 영상을 포함할 수 있다.
상기 제 1 면과 제 2 면 사이의 거리(d)는, 하기의 수학식 1에 따라 결정되되,
[수학식 1]
Figure 112017040514499-pat00002
상기 수학식 1에서 f는 엑스선 소스와 디텍터 간의 수직 거리에 대응하는 초점거리, Dp는 상기 특징점의 직경, A는 팬텀의 중심으로부터 제 1 면에 위치하는 제 1 특징점의 중심점 사이의 거리를 나타낼 수 있다.
상기 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 회전 정보(R1)를 획득하는 단계는, 상기 좌표 정보(a)와 좌표 정보(b)를 아래의 수학식 2에 적용하여 상기 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 회전 정보(R1)를 획득하는 단계를 포함하되,
[수학식 2]
Figure 112017040514499-pat00003
상기 수학식 2에서
Figure 112017040514499-pat00004
는 회전 정보(R1), cΦ는 cosΦ, sΦ는 sinΦ, Φ는 상기 팬텀의 기준 좌표의 어느 하나의 기준 축을 기준으로 한 디텍터의 상대적인 회전 각도, Δx와 Δy는 상기 단위 길이(Δ)의 요소로서, Δx는 픽셀의 어느 한 변의 길이, Δy는 픽셀의 다른 변의 길이, dx와 dy는 디텍터의 기준 좌표의 원점과 상기 팬텀의 기준 좌표의 원점 사이의 거리로서, dx는 x축 거리, dy는 y축 거리를 나타내며, 상기 ax와 ay는 팬텀의 제 2 특징점의 2차원 좌표 정보(a) 및 상기 bx와 by는 상기 팬텀의 제 2 특징점에 대응하는 팬텀 영상 내 제 2 특징점의 2차원 좌표 정보(b)를 나타낼 수 있다.
상기 bx 및 by는 상기 디텍터의 기준 좌표의 원점으로부터 이격된 픽셀 개수로 표현되며, 상기 ax와 ay는 팬텀의 기준 좌표의 원점으로부터 이격된 거리로 표현될 수 있다.
상기 캘리브레이션 방법은, 상기 수학식 2의
Figure 112017040514499-pat00005
를, 상기 디텍터를 기준으로 한 팬텀의 회전 정보로 변경하고, 상기 디텍터를 기준으로 한 팬텀의 회전 정보를 상기 엑스선 소스 기준의 팬텀의 회전 정보(R2)로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 디텍터 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(S)를 획득하는 단계는, 상기 팬텀의 제 1 면에 포함된 복수의 제 1 특징점 각각과, 상기 제 1 면에 포함된 복수의 제 1 특징점에 대응하는 상기 팬텀 영상 내 복수의 제 1 특징점 각각을 연결하는 직선들의 교점을 상기 엑스선 소스의 위치 정보(S)로 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 위치 정보(S)는 하기의 수학식 3에 대응하되,
[수학식 3]
Figure 112017040514499-pat00006
상기 수학식 3에서 sx는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 x축상의 거리, sy는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 y축상의 거리, f는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 z축상의 거리로서 초점 거리를 나타낼 수 있다.
상기 엑스선 소스 기준의 팬텀의 위치 정보(T)를 획득하는 단계는, 하기의 수학식 4에 따라 상기 위치 정보(T)를 획득하되,
[수학식 4]
T = R2·(-C)
상기 수학식 4에서 R2는 엑스선 소스 기준의 팬텀의 회전 정보, C는 팬텀 기준의 엑스선 소스의 위치 정보를 나타낼 수 있다.
상기 팬텀 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(C)는 아래의 수학식 5에 따라 결정되되,
[수학식 5]
Figure 112017040514499-pat00007
상기 수학식 5에서 sx는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 x축상의 거리, sy는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 y축상의 거리, f는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 z축상의 거리로서 초점 거리를 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 캘리브레이션 장치는,
엑스선 장치 또는 외부의 서버로부터 팬텀 영상을 수신하는 통신부; 및 팬텀에 포함된 특징점의 좌표 정보(a)와 팬텀 영상 내 특징점의 좌표 정보(b) 사이의 관계에 기초하여, 디텍터의 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 팬텀 기준의 디텍터의 회전 정보(R1)를 획득하고, 상기 팬텀에 포함된 복수의 특징점 각각과 상기 팬텀 영상 내 복수의 특징점 각각을 연결하는 직선들로부터 상기 디텍터 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(S)를 획득하고, 상기 위치 정보(S)를 상기 팬텀 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(C)로 변환하고, 상기 회전 정보(R1)으로부터 변경된 엑스선 소스 기준의 팬텀의 회전 정보(R2)를 상기 위치 정보(C)에 적용하여 상기 엑스선 소스 기준의 팬텀의 위치 정보(T)를 획득하고, 상기 위치 정보(S)와 상기 픽셀의 단위 길이(Δ)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 내적 파라미터를 결정하고, 상기 회전 정보(R2)와 상기 위치 정보(T)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 외적 파라미터를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 장치의 캘리브레이션 방법 및 장치는 엑스선 장치를 정확하게 캘리브레이션할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 장치의 캘리브레이션 방법 및 장치는 엑스선 장치의 내적 파라미터와 외적 파라미터를 일관성있게 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 장치의 캘리브레이션 방법 및 장치는 엑스선 장치를 이용한 영상 정합 또는 3차원 모델링 등에 있어서 그 정확도를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 장치의 캘리브레이션 방법 및 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 엑스선 장치의 내적 파라미터와 외적 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 장치와 엑스선 장치를 도시하는 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용 가능한 팬텀을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용 가능한 팬텀의 설계값을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 디텍터의 픽셀의 단위 길이 및 팬텀 기준의 디텍터의 회전 정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 디텍터 기준의 엑스선 소스의 위치 정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8(a) 및 도 8(b)는 종래의 캘리브레이션 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 방법의 효과 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 종래의 캘리브레이션 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 방법의 효과 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 '~부(유닛)', '모듈' 등으로 표현되는 구성요소는 2개 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나 또는 하나의 구성요소가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화될 수도 있다. 또한, 이하에서 설명할 구성요소 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성요소가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성요소 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성요소에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 엑스선 장치(10)의 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)를 설명하기 위한 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이, 내적 파라미터(I)는 엑스선 소스(11)의 기준 좌표(a)와 디텍터(13)의 기준 좌표(b) 사이의 변환 관계에 해당한다. 내적 파라미터(I)는 아래의 행렬로서 표현될 수 있다.
[내적 파라미터]
Figure 112017040514499-pat00008
상기 내적 파라미터(I)에서 αx, αy는 엑스선 소스(11)와 디텍터(13) 간의 수직 거리에 대응하는 초점거리를 의미하는데, αx는 초점거리를 디텍터(13)의 픽셀의 세로 변 및 가로 변 중 어느 하나의 변의 길이로 나눈 값을 의미하고, αy는 초점거리를 디텍터(13)의 픽셀의 세로 변 및 가로 변 중 다른 하나의 변의 길이로 나눈 값을 의미한다. 또한, x0, y0는 엑스선 소스(11)의 중심점으로부터 디텍터(13)에 수직 투영된 지점에 대한 디텍터(13)의 기준 좌표(b) 기준의 2차원 좌표 정보인 영상 주점을 의미하며, s는 디텍터(13)의 픽셀의 가로 변과 세로 변 사이의 기울기인 왜도를 나타낸다.
상기 내적 파라미터(I)에서 αx, αy, x0, y0는 모두 디텍터(13)의 픽셀 단위로 표현된다. 즉, 초점거리의 경우, 엑스선 소스(11)가 디텍터(13)로부터 몇 픽셀 이격되어 있는지를 나타내고, 영상 주점은 엑스선 소스(11)의 중심점으로부터 디텍터(13)에 수직 투영된 지점이 디텍터(13)의 기준 좌표(b)의 원점으로부터 몇 픽셀 이격되어 있는지를 나타내는 것이다.
또한, 외적 파라미터(E)는 엑스선 소스(11)의 기준 좌표(a)와 엑스선 장치(10)의 이미징 영역에 위치하는 팬텀(20)의 기준 좌표(c) 사이의 변환 관계에 해당한다. 외적 파라미터(E)는 아래의 행렬로 표현될 수 있다.
[외적 파라미터]
Figure 112017040514499-pat00009
상기 외적 파라미터(E)의 행렬에서 r은 회전 각도와 관련된 요소들, t는 위치와 관련된 요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 내적 파라미터(I)를 아래와 같이 변형하여 산출한다.
[변형된 내적 파라미터]
Figure 112017040514499-pat00010
상기 변형된 내적 파라미터(I)에서 f는 엑스선 소스(11)와 디텍터(13)의 사이의 초점 거리로서, 물리적인 거리 단위, 예를 들어, mm, cm, m 등으로 표현될 수 있다. Δx와 Δy는 디텍터(13)의 픽셀의 단위 길이(Δ)의 요소로서, Δx는 픽셀의 어느 한 변의 길이, Δy는 픽셀의 다른 변의 길이를 의미한다. 또한, sx는 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 한 엑스선 소스(11)의 x축상의 거리, sy는 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 한 엑스선 소스(11)의 y축상의 거리이며, sx와 sy 역시 물리적인 거리 단위로 표현된다.
변형된 내적 파라미터(I)에서는, 변형되기 전의 내적 파라미터(I)의 왜도(s)가 0으로 치환된 것을 알 수 있는데, 이는 최근의 엑스선 장치의 디텍터 픽셀들의 왜도(s)가 0에 해당하거나, 거의 0에 가깝게 제조되기 때문이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 외적 파라미터(E)를 아래와 같이 변형하여 산출한다.
[변형된 외적 파라미터]
Figure 112017040514499-pat00011
상기 변형된 외적 파라미터(E)에서 cΦ, sΦ, -sΦ, cΦ는 회전 정보, tx, ty, tz는 위치 정보를 나타내며, cΦ는 cosΦ, sΦ는 sinΦ을 나타내고, Φ는 엑스선 소스(11)의 기준 좌표(a)를 기준으로 한 팬텀(20)의 상대적인 회전 각도를 나타낸다.
변형된 외적 파라미터(E)와 변형되기 전의 외적 파라미터(E)를 비교하면, r13, r23, r31, r32, r33이 변형된 외적 파라미터(E)에서 0 또는 1로 치환된 것을 알 수 있는데, 이는 엑스선 소스(11)의 기준 좌표(a)와 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 정렬시킴으로써 달성될 수 있다. 구체적으로, 엑스선 소스(11)의 기준 좌표(a)의 3개의 기준 축과 디텍터(13)의 기준 좌표(b)의 3개의 기준 축을 평행하게 설정하고, 각 기준 축의 진행 방향을 동일하게 설정(예를 들어, x축의 경우 x 값이 증가하는 방향을 동일하게 설정)하면, 엑스선 소스(11)를 기준으로 한 팬텀(20)의 회전 정보와 디텍터(13)를 기준으로 한 팬텀(20)의 회전 정보는 서로 간에 동일하게 된다. 이 경우, 팬텀(20)의 하부면(도 3 참조)이 디텍터(13)에 밀착된 상태로 위치하면, 팬텀(20)은 디텍터(13)의 기준 좌표(b)의 기준 축들 중 어느 하나의 축을 기준으로만 하여 회전할 수 있으므로 (예를 들어, 디텍터(13)의 표면에 수직하는 z축을 기준으로만 회전할 수 있음), 변형되기 전의 외적 파라미터(E)에서 그 값이 0 또는 1이 될 수밖에 없는 회전 성분들을 0 또는 1로 치환할 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 장치(100)와 엑스선 장치(10)를 도시하는 예시적인 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 장치(100)는 범용의 컴퓨터로 구현될 수 있으며, 통신 기능, 이미지 처리 기능 및 디스플레이 기능 등을 포함할 수 있다.
캘리브레이션 장치(100)는 엑스선 장치(10)에 의해 촬영되는 팬텀(20)의 영상을 엑스선 장치(10)로부터 수신하거나, 별도의 서버로부터 수신할 수 있다. 캘리브레이션 장치(100)는 팬텀(20)에 포함된 특징점의 좌표 정보, 즉, 팬텀(20)에 설정된 기준 좌표를 기준으로 하는 각 특징점의 좌표 정보를 미리 저장하고 있을 수 있다.
또한, 캘리브레이션 장치(100)는 팬텀 영상에 대해 이미지 처리를 하여 팬텀 영상에 포함된 각 특징점을 식별 및 위치를 특정할 수 있으며, 팬텀 영상으로부터 얻어지는 정보와 팬텀(20)으로부터 얻어지는 정보를 이용하여 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)를 결정할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 엑스선 장치(10)는 이동 가능한 C암 타입 엑스선 장치(10)로서, 엑스선 소스(11)가 환자, 팬텀(20) 등의 대상체로 엑스선을 방사하고, 디텍터(13)는 대상체를 투과하여 수용되는 엑스선을 검출하여 대상체에 대한 2차원 이미지를 획득한다. 도 1의 C암 타입의 엑스선 장치(10)는 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 일 실시예에서는 C암 타입의 엑스선 장치(10) 이외에 고정식 엑스선 장치가 이용될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용 가능한 팬텀(20)을 도시하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용 가능한 팬텀(20)의 설계값을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 팬텀(20)은 엑스선 소스(11) 측에 근접한 제 1 면(21)과 디텍터(13) 측에 근접한 제 2 면(23)으로 이루어지며, 제 1 면(21)에는 복수의 제 1 특징점(22)이 위치하고, 제 2 면(23)에는 복수의 제 2 특징점(24)이 위치할 수 있다. 캘리브레이션 장치(100)는 제 2 면(23)이 디텍터(13)에 접촉된 상태에서 촬영된 팬텀 영상을 이용하여 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)를 획득할 수 있다.
제 2 면(23)이 디텍터(13)에 접촉된 상테에서, 제 1 면(21)에 위치하는 제 1 특징점(22)에 대응하는 팬텀 영상 내 제 1 특징점과 제 2 면(23)에 위치하는 특징점(24)에 대응하는 팬텀 영상 내 제 2 특징점이 서로 간에 중첩되지 않아야 한다. 이러한 제약 조건을 고려한 팬텀(20)의 설계값에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 제 1 면(21)에 위치한 제 1 특징점(22)은 확대되어 팬텀 영상에 제 1 특징점(32)으로 표시되고, 제 2 면(23)에 위치한 제 2 특징점(미도시)은 확대되지 않거나 최소로 확대되어 제 2 특징점(34)으로 팬텀 영상에 표시된다.
도 4에 도시된 기하학적 조건을 고려하면, 아래의 수학식 1 및 수학식 2가 도출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017040514499-pat00012
[수학식 2]
Figure 112017040514499-pat00013
또한, 제 1 면(21)에 위치하는 제 1 특징점(22)에 대응하여 영상 내 형성되는 제 1 특징점(32)과, 제 2 면(23)에 위치하는 제 2 특징점에 대응하여 영상 내 형성되는 제 2 특징점(34)이 중첩되지 않기 위해서는 아래의 수학식 3을 만족하여야 한다.
[수학식 3]
Figure 112017040514499-pat00014
상기 수학식 3을 변형하면 하기의 수학식 4가 도출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112017040514499-pat00015
엑스선 소스(11)와 디텍터(13) 사이의 초점 거리(f)와 팬텀(20)에 위치하는 특징점의 직경(Dp), 팬텀(20) 중심으로부터 제 1 면(21)의 최외곽에 위치하는 제 1 특징점(22)의 중심점 사이의 거리(A)가 결정되면, 상기 수학식 4의 조건에 맞게 d를 설계함으로써 영상 내 특징점들(32, 34)이 서로 간에 중첩되지 않게 할 수 있다. 상기 초점 거리(f)는 기 설정되어 있는 값으로서, 예를 들어, 제조사의 스펙(spec)으로부터 결정될 수 있다. 수학식 4의 초점 거리(f)는 기 설정되는 값이고, 후술하는 초점 거리(f)는 내적 파라미터(I)의 요소로서 본 발명의 일 실시예에 따라 산출되는 값임에 유의한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
S510 단계에서, 캘리브레이션 장치(100)는 팬텀(20)에 포함된 특징점의 좌표 정보(a)와 팬텀 영상 내 특징점의 좌표 정보(b) 사이의 관계에 기초하여, 디텍터(13)의 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 팬텀(20) 기준의 디텍터(13)의 회전 정보(R1)을 획득한다.
좌표 정보(a)는 팬텀(20)에 대해 설정된 기준 좌표(c)를 기준으로 한 특징점의 2차원 좌표 정보로서, 좌표 정보(a)는 물리적인 거리 단위로 표현될 수 있다. 또한, 좌표 정보(b)는 디텍터(13)에 대해 설정된 기준 좌표(b)를 기준으로 한 팬텀 영상 내 특징점의 2차원 좌표 정보로서, 좌표 정보(b)는 픽셀 단위로 표현될 수 있다.
캘리브레이션 장치(100)는 팬텀(20)의 제 2 면(23)에 위치하는 제 2 특징점(24)의 좌표 정보(a)와, 팬텀(20)의 제 2 면(23)에 위치하는 제 2 특징점(24)에 대응하여 팬텀 영상 내에 표시된 제 2 특징점(34)의 좌표 정보(b)를 이용할 수 있다. 팬텀(20)의 제 2 면(23)에 위치하는 제 2 특징점(24)을 이용하는 이유는, 제 2 면(23)이 디텍터(13) 측에 근접해있기 때문에 제 2 면(23)에 위치하는 제 2 특징점(24)의 직경과 팬텀 영상에 위치하는 제 2 특징점(24)의 직경이 거의 동일하기 때문이다. 다시 말하면, 팬텀(20)의 제 1 면(21)에 위치하는 제 1 특징점(22)을 이용하는 경우, 팬텀 영상에 포함된 제 1 특징점(32)의 직경이 팬텀(20)의 제 1 면(21)에 위치하는 제 1 특징점(22)의 직경에 비해 확대되기 때문에 디텍터(13)의 픽셀의 단위 길이(Δ)를 정확하게 산출할 수 없게 된다.
디텍터(13)의 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 팬텀(20) 기준의 디텍터(13)의 회전 정보(R1)을 획득하는 방법에 대해서는 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6(a)는 팬텀(20)에 위치하는 특징점들이 촬영된 팬텀 영상(30)을 나타내고, 도 6(b)는 팬텀(20)의 제 2 면(23)을 나타내는 도면이다.
도 6(a)를 보면, 제 1 면(21)에 위치하는 제 1 특징점(22)에 대응하는 영상(30) 내 제 1 특징점(32)들은 팬텀 영상(30)에서 확대되어 표시되고, 제 2 면(23)에 위치하는 제 2 특징점(24)에 대응하는 영상(30) 내 제 2 특징점(34)들은 거의 동일한 크기로 표시된다.
팬텀(20)의 기준 좌표(c)를 기준으로 한 팬텀(20)의 제 2 면(23)에 위치하는 제 2 특징점(24)의 좌표 정보(a)와 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 한 팬텀 영상(30) 내 제 2 특징점(34)의 좌표 정보(b) 사이의 관계를 아래의 수학식 5로 표현할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112017040514499-pat00016
상기 수학식 5에서
Figure 112017040514499-pat00017
는 팬텀(20)을 기준으로 한 디텍터(13)의 상대적인 회전 정보(R1), cΦ는 cosΦ, sΦ는 sinΦ, Φ는 팬텀(20)의 기준 좌표(c)의 어느 하나의 기준 축을 기준으로 한 디텍터(13)의 상대적인 회전 각도, Δx와 Δy는 픽셀의 단위 길이(Δ)의 요소로서, Δx는 픽셀의 어느 한 변의 길이, Δy는 픽셀의 다른 변의 길이, dx와 dy는 디텍터(13)의 기준 좌표(b)의 원점과 팬텀(20)의 기준 좌표(c)의 원점 사이의 거리로서, dx는 x축 거리, dy는 y축 거리를 나타내며, ax와 ay는 팬텀(20)의 제 2 면(23)에 포함된 제 2 특징점(24)의 2차원 좌표 정보(a), 및 bx와 by는 팬텀(20)의 제 2 면(23)에 포함된 제 2 특징점(24)에 대응하는 팬텀 영상(30) 내 제 2 특징점(34)의 2차원 좌표 정보(b)를 나타낸다.
상기 수학식 5는 하기의 수학식 6으로 변형될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112017040514499-pat00018
상기 수학식 6에서 i는 특징점의 인덱스를 나타낸다. 캘리브레이션 장치(100)는 미리 알고 있는 팬텀(20)의 제 2 특징점(24)의 좌표 정보(a)들과 팬텀 영상(30) 내 제 2 특징점(34)의 좌표 정보(b)들을 상기 수학식 6에 대입하여 ΔxcΦ, ΔxsΦ, ΔycΦ, ΔxsΦ, dx, dy의 값을 결정하고, 결정된 값들을 이용하여 Δx, Δy, cΦ 및 sΦ의 값을 획득할 수 있다. 구체적으로, ΔxsΦ를 ΔxcΦ로 나누면, tanΦ 값이 도출되는데, 일정 각도 범위 내에서 Φ를 결정한 후, 그에 따라 Δx와 Δy를 산출할 수 있다.
팬텀(20) 기준의 디텍터(13)의 회전 정보(R1) 중 Φ에 음수를 적용(즉, -Φ)하면 디텍터(13) 기준의 팬텀(20)의 회전 정보가 도출되는데, 앞서 설명한 바와 같이, 엑스선 소스(11)의 기준 좌표(a)와 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 정렬하면, 디텍터(13) 기준의 팬텀(20)의 회전 정보가 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 회전 정보(R2)로 결정될 수 있다.
다시 도 5를 보면, S520 단계에서, 캘리브레이션 장치(100)는 팬텀(20)에 포함된 복수의 특징점 각각과 상기 팬텀 영상(30) 내 복수의 특징점 각각을 연결하는 직선들로부터 상기 디텍터(13) 기준의 엑스선 소스(11)의 위치 정보(S)를 획득한다.
이 경우에는 S510 단계와 달리, 팬텀(20)의 제 1 면(21)에 포함된 제 1 특징점(22)들과, 팬텀 영상(30)에 포함된 제 1 특징점(32)들이 이용된다.
이에 대해서는 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 팬텀(20)으로 조사되는 엑스선은 모두 엑스선 소스(11)로부터 방출되는 것이므로, 엑스선 소스(11)로부터 방출되어 팬텀(20)을 투과한 후 디텍터(13)로 수용되는 엑스선을 직선으로 정의하여 위치 정보(S)를 획득할 수 있다.
캘리브레이션 장치(100)는 팬텀 영상(30) 내 제 1 특징점(32)의 3차원 좌표 정보를 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 측정한다. 또한, 캘리브레이션 장치(100)는 팬텀 영상(30) 내 제 1 특징점(32)에 대응하는 팬텀(20)의 제 1 특징점(22)의 좌표 정보를 측정하기 위해, 제 1 특징점(22)에 대해 수직하게 위치하는 제 2 면(23)상의 제 2 특징점(24)이 촬영된 팬텀 영상(30) 내 제 2 특징점(미도시)을 이용한다. 즉, 캘리브레이션 장치(100)는 팬텀 영상(30) 내 제 2 특징점의 3차원 좌표 정보를 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 측정하고, 측정된 3차원 좌표 정보 중 어느 하나의 축 성분, 예를 들어, z축 성분을 제 1 면(21)과 제 2 면(23) 사이의 거리(d)로 치환하여 제 1 특징점(22)의 3차원 좌표 정보로 결정할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 한 좌표 정보는 픽셀 단위이므로, 캘리브레이션 장치(100)는 팬텀 영상(30) 내 제 1 특징점(32)의 3차원 좌표 정보 및 팬텀(20)의 제 1 면(21)에 위치한 제 1 특징점(22)의 3차원 좌표 정보에 S510 단계에서 산출된 단위 픽셀의 길이(Δ)를 곱하여 팬텀 영상(30) 내 제 1 특징점(32)의 좌표 정보와 팬텀(20)의 제 1 면(21)에 위치한 제 1 특징점(22)의 좌표 정보를 물리적인 거리 단위로 표현할 수 있다.
팬텀 영상(30) 내 제 1 특징점(32)의 좌표 정보와 팬텀(20)의 제 1 면(21)에 위치한 제 1 특징점(22)의 좌표 정보가 획득되면, 이 두 점을 연결하는 직선(li)이 정의될 수 있으며, 캘리브레이션 장치(100)는 팬텀 영상(30) 내 복수의 제 1 특징점(32) 각각과 팬텀(20)의 제 1 면(21)에 위치한 복수의 제 1 특징점(22) 각각을 연결하는 복수의 직선(li)을 이용하여 복수의 직선(li) 사이의 교점인 엑스선 소스(11)의 좌표 정보(S)를 산출할 수 있다.
엑스선 소스(11)의 좌표 정보(S)는 아래의 수학식 7로 표현될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112017040514499-pat00019
상기 수학식 7에서 sx는 상기 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 한 엑스선 소스(11)의 x축상의 거리, sy는 상기 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 한 엑스선 소스(11)의 y축상의 거리, f는 상기 디텍터(13)의 기준 좌표(b)를 기준으로 한 엑스선 소스(11)의 z축상의 거리로서 초점 거리를 나타낸다. 수학식 7에서 sx, sy, f는 모두 물리적인 거리 단위로 표현된다는 것에 유의한다.
다수의 3차원 직선을 이용하여 교점 좌표를 산출하는 것은 3차원 이미징 분야 등에서 당업자에 의해 자명하게 실시되고 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
다시 도 5를 보면, S530 단계에서, 캘리브레이션 장치(100)는 S520 단계에서 획득한 위치 정보(S)를 팬텀(20) 기준의 엑스선 소스(11)의 위치 정보(C)로 변환하고, 회전 정보(R1)으로부터 변경된 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 회전 정보(R2)를 상기 위치 정보(C)에 적용하여 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 위치 정보(T)를 획득한다.
팬텀(20) 기준의 엑스선 소스(11)의 위치 정보(C)는 아래의 수학식 8로 산출될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112017040514499-pat00020
다음으로, 캘리브레이션 장치(100)는 하기의 수학식 9와 같이 팬텀(20) 기준의 엑스선 소스(11)의 위치 정보(C)에 음수를 적용한 값에, 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 회전 정보(R2)를 적용(즉, T = R2·(-C))하여 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 위치 정보(T)를 획득할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112017040514499-pat00021
S540 단계에서, 캘리브레이션 장치(100)는 위치 정보(S)와 픽셀의 단위 길이(Δ)를 이용하여 엑스선 장치(10)의 내적 파라미터(I)를 결정하고, 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 회전 정보(R2)와 상기 위치 정보(T)를 이용하여 상기 엑스선 장치(10)의 외적 파라미터(E)를 결정할 수 있다.
도 8(a) 및 도 8(b), 도 9(a) 및 도 9(b)는 종래의 캘리브레이션 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 방법의 효과 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8(a) 내지 도 9(b)에서 가로축은 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)를 산출하기 위해 이용된 팬텀 영상(30)의 인덱스를 나타내고, 도 8(a) 및 도 8(b)에서 세로축은 초점거리, 도 9(a) 및 도 9(b)에서 세로축은 영상 주점을 나타낸다. 또한, 도 8(a) 내지 도 9(b)에서 청색 도트(dot)들은 픽셀의 x축 길이를 기준으로 초점 거리 및 영상 주점이 몇 개의 픽셀만큼 이격되어 있는지를 나타내며, 적색 도트들은 픽셀의 y축 길이를 기준으로 초점 거리 및 영상 주점이 몇 개의 픽셀만큼 이격되어 있는지를 나타낸다.
도 8(a)와 도 9(a)는 종래의 방법에 따라 산출된 초점 거리와 영상 주점을 나타내고 있는데, 도시된 바와 같이, 팬텀 영상(30)에 따라 값의 편차가 매우 큰 것을 알 수 있다. 또한, 도 8(b)와 도 9(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 초점 거리와 영상 주점을 나타내고 있는데, 도 8(a)와 도 9(a)와 비교하면 팬텀 영상(30)이 다르더라도 초점 거리와 영상 주점이 상대적으로 일정한 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 장치(100)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 장치(100)는 메모리(110), 통신부(130) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 메모리(110), 통신부(130) 및 제어부(150)는 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있으며, 메모리(110)에 저장된 프로그램에 따라 동작할 수 있다.
메모리(110)는 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)를 산출하기 위해 이용되는 팬텀(20)의 기준 좌표(c)와 관련된 정보 및, 팬텀(20)에 위치하는 특징점의 좌표 정보들을 저장하고 있다. 팬텀(20)의 기준 좌표(c)와 관련된 정보는, 예를 들어, 기준 좌표(c)가 팬텀(20)의 어느 부분에 설정되어 있는지에 대한 정보를 포함할 수 있다.
통신부(130)는 엑스선 장치(10) 또는 기타 외부의 서버로부터 엑스선 장치(10)에 의해 촬영된 팬텀 영상(30)을 수신한다.
제어부(150)는 팬텀(20)에 포함된 특징점의 좌표 정보(a)와 팬텀 영상(30) 내 특징점의 좌표 정보(b) 사이의 관계에 기초하여, 디텍터(13)의 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 팬텀(20) 기준의 디텍터(13)의 회전 정보(R1)를 획득한다. 그리고, 제어부(150)는 팬텀(20)에 포함된 복수의 특징점 각각과 팬텀 영상(30) 내 복수의 특징점 각각을 연결하는 직선들로부터 디텍터(13) 기준의 엑스선 소스(11)의 위치 정보(S)를 획득한다.
또한, 제어부(150)는 상기 위치 정보(S)를 상기 팬텀(20) 기준의 엑스선 소스(11)의 위치 정보(C)로 변환하고, 회전 정보(R1)으로부터 변경된 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 회전 정보(R2)를 상기 위치 정보(C)에 적용하여 상기 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 위치 정보(T)를 획득한다.
디텍터(13)의 픽셀의 단위 길이(Δ), 디텍터(13) 기준의 엑스선 소스(11)의 위치 정보(S), 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 회전 정보(R2) 및 엑스선 소스(11) 기준의 팬텀(20)의 위치 정보(T)가 획득되면, 제어부(150)는 위치 정보(S)와 픽셀의 단위 길이(Δ)를 이용하여 엑스선 장치(10)의 내적 파라미터(I)를 결정하고, 회전 정보(R2)와 위치 정보(T)를 이용하여 외적 파라미터(E)를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래의 방법과 같이 하나의 팬텀 영상(30)으로부터 측정되는 투영 행렬을 분해하여 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)를 획득하는 것이 아니라, 팬텀(20)의 제 2 면(23)을 디텍터(13)에 접촉시키는 기하학적 제약 조건을 설정하고, 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)의 요소들을 단계적으로 산출함으로써 종래의 방법에 비해 내적 파라미터(I)와 외적 파라미터(E)를 정확하고 일관성 있게 산출할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 작성된 프로그램은 매체에 저장될 수 있다.
상기 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 엑스선 장치
11: 엑스선 소스
13: 디텍터
20: 팬텀
21: 제 1 면
22: 제 1 특징점
23: 제 2 면
24: 제 2 특징점
30: 팬텀 영상
100: 캘리브레이션 장치
110: 메모리
130: 통신부
150: 제어부

Claims (12)

  1. 캘리브레이션 장치에 의한 엑스선 장치의 캘리브레이션 방법에 있어서,
    팬텀에 포함된 특징점의 좌표 정보(a)와 팬텀 영상 내 특징점의 좌표 정보(b) 사이의 관계에 기초하여, 디텍터의 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 팬텀 기준의 디텍터의 회전 정보(R1)를 획득하는 단계;
    상기 팬텀에 포함된 복수의 특징점 각각과 상기 팬텀 영상 내 복수의 특징점 각각을 연결하는 직선들로부터 상기 디텍터 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(S)를 획득하는 단계;
    상기 위치 정보(S)를 상기 팬텀 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(C)로 변환하고, 상기 회전 정보(R1)으로부터 변경된 엑스선 소스 기준의 팬텀의 회전 정보(R2)를 상기 위치 정보(C)에 적용하여 상기 엑스선 소스 기준의 팬텀의 위치 정보(T)를 획득하는 단계; 및
    상기 위치 정보(S)와 상기 픽셀의 단위 길이(Δ)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 내적 파라미터를 결정하고, 상기 회전 정보(R2)와 상기 위치 정보(T)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 외적 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팬텀은,
    복수의 제 1 특징점을 포함하는 제 1 면; 및
    복수의 제 2 특징점을 포함하는 제 2 면을 포함하되,
    상기 팬텀 영상은 상기 제 2 면이 디텍터에 접촉된 상태에서 촬영된 영상을 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 면과 제 2 면 사이의 거리(d)는,
    하기의 수학식 1에 따라 결정되되,

    [수학식 1]
    Figure 112017040514499-pat00022

    상기 수학식 1에서 f는 엑스선 소스와 디텍터 간의 수직 거리에 대응하는 기 설정되는 초점거리, Dp는 상기 특징점의 직경, A는 팬텀의 중심으로부터 제 1 면에 위치하는 제 1 특징점의 중심점 사이의 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 회전 정보(R1)를 획득하는 단계는,
    상기 좌표 정보(a)와 좌표 정보(b)를 아래의 수학식 2에 적용하여 상기 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 회전 정보(R1)를 획득하는 단계를 포함하되,

    [수학식 2]
    Figure 112017040514499-pat00023

    상기 수학식 2에서
    Figure 112017040514499-pat00024
    는 회전 정보(R1), cΦ는 cosΦ, sΦ는 sinΦ, Φ는 상기 팬텀의 기준 좌표의 어느 하나의 기준 축을 기준으로 한 디텍터의 상대적인 회전 각도, Δx와 Δy는 상기 단위 길이(Δ)의 요소로서, Δx는 픽셀의 어느 한 변의 길이, Δy는 픽셀의 다른 변의 길이, dx와 dy는 디텍터의 기준 좌표의 원점과 상기 팬텀의 기준 좌표의 원점 사이의 거리로서, dx는 x축 거리, dy는 y축 거리를 나타내며, 상기 ax와 ay는 팬텀의 제 2 특징점의 2차원 좌표 정보(a) 및 상기 bx와 by는 상기 팬텀의 제 2 특징점에 대응하는 팬텀 영상 내 제 2 특징점의 2차원 좌표 정보(b)를 나타내는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 bx 및 by는 상기 디텍터의 기준 좌표의 원점으로부터 이격된 픽셀 개수로 표현되며, 상기 ax와 ay는 팬텀의 기준 좌표의 원점으로부터 이격된 거리로 표현되는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 방법은,
    상기 수학식 2의
    Figure 112017040514499-pat00025
    를, 상기 디텍터를 기준으로 한 팬텀의 회전 정보로 변경하고, 상기 디텍터를 기준으로 한 팬텀의 회전 정보를 상기 엑스선 소스 기준의 팬텀의 회전 정보(R2)로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 디텍터 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(S)를 획득하는 단계는,
    상기 팬텀의 제 1 면에 포함된 복수의 제 1 특징점 각각과, 상기 제 1 면에 포함된 복수의 제 1 특징점에 대응하는 상기 팬텀 영상 내 복수의 제 1 특징점 각각을 연결하는 직선들의 교점을 상기 엑스선 소스의 위치 정보(S)로 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위치 정보(S)는 하기의 수학식 3에 대응하되,

    [수학식 3]
    Figure 112017040514499-pat00026

    상기 수학식 3에서 sx는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 x축상의 거리, sy는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 y축상의 거리, f는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 z축상의 거리로서 초점 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 엑스선 소스 기준의 팬텀의 위치 정보(T)를 획득하는 단계는,
    하기의 수학식 4에 따라 상기 위치 정보(T)를 획득하되,
    [수학식 4]
    T = R2·(-C)
    상기 수학식 4에서 R2는 엑스선 소스 기준의 팬텀의 회전 정보, C는 팬텀 기준의 엑스선 소스의 위치 정보를 나타내는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 팬텀 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(C)는 아래의 수학식 5에 따라 결정되되,
    [수학식 5]
    Figure 112017040514499-pat00027


    상기 수학식 5에서 sx는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 x축상의 거리, sy는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 y축상의 거리, f는 상기 디텍터의 기준 좌표를 기준으로 한 엑스선 소스의 z축상의 거리로서 초점 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  11. 하드웨어와 결합하여 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 캘리브레이션 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 프로그램.
  12. 엑스선 장치 또는 외부의 서버로부터 팬텀 영상을 수신하는 통신부; 및
    팬텀에 포함된 특징점의 좌표 정보(a)와 팬텀 영상 내 특징점의 좌표 정보(b) 사이의 관계에 기초하여, 디텍터의 픽셀의 단위 길이(Δ) 및 팬텀 기준의 디텍터의 회전 정보(R1)를 획득하고, 상기 팬텀에 포함된 복수의 특징점 각각과 상기 팬텀 영상 내 복수의 특징점 각각을 연결하는 직선들로부터 상기 디텍터 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(S)를 획득하고, 상기 위치 정보(S)를 상기 팬텀 기준의 엑스선 소스의 위치 정보(C)로 변환하고, 상기 회전 정보(R1)으로부터 변경된 엑스선 소스 기준의 팬텀의 회전 정보(R2)를 상기 위치 정보(C)에 적용하여 상기 엑스선 소스 기준의 팬텀의 위치 정보(T)를 획득하고, 상기 위치 정보(S)와 상기 픽셀의 단위 길이(Δ)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 내적 파라미터를 결정하고, 상기 회전 정보(R2)와 상기 위치 정보(T)를 이용하여 상기 엑스선 장치의 외적 파라미터를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.

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