KR102402317B1 - 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법 - Google Patents

영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102402317B1
KR102402317B1 KR1020170068635A KR20170068635A KR102402317B1 KR 102402317 B1 KR102402317 B1 KR 102402317B1 KR 1020170068635 A KR1020170068635 A KR 1020170068635A KR 20170068635 A KR20170068635 A KR 20170068635A KR 102402317 B1 KR102402317 B1 KR 102402317B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
image
magnetic field
generating
matrix
Prior art date
Application number
KR1020170068635A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180131914A (ko
Inventor
채병규
송윤선
신성웅
이수열
홍효봉
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020170068635A priority Critical patent/KR102402317B1/ko
Priority to US15/996,051 priority patent/US10650555B2/en
Publication of KR20180131914A publication Critical patent/KR20180131914A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102402317B1 publication Critical patent/KR102402317B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
    • G06T11/003—Reconstruction from projections, e.g. tomography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/0515—Magnetic particle imaging
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
    • G06T11/003—Reconstruction from projections, e.g. tomography
    • G06T11/006—Inverse problem, transformation from projection-space into object-space, e.g. transform methods, back-projection, algebraic methods
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2211/00—Image generation
    • G06T2211/40—Computed tomography
    • G06T2211/416—Exact reconstruction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 영상 시스템은 영상 스캔 장치, 스펙트럼 신호 생성 장치, 및 영상 복원 장치를 포함한다. 영상 스캔 장치는 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장에 근거하여 자성 입자 검출 신호를 생성한다. 스펙트럼 신호 생성 장치는 이차원 푸리에 변환 커널에 근거하여 자성 입자 검출 신호를 검출 스펙트럼 신호로 변환한다. 영상 복원 장치는 검출 스펙트럼 신호 및 시스템 행렬에 근거하여 영상 신호를 생성한다. 본 발명에 따르면, 영상 재구성을 위한 데이터 양이 확보될 수 있다.

Description

영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법{IMAGE SYSTEM AND IMAGE RECONSTRUCTION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 의료 영상 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법에 관한 것이다.
의료 분야에서 인체를 해부하지 않고 내부를 촬영할 수 있는 영상 시스템은 질병 진단 및 건강 검진 등에서 각광받고 있다. 이러한 영상 시스템은 일정한 에너지를 인체에 투과하고, 인체 내의 특성에 따라 투과하거나 반사하는 특징을 이용하여 인체 내부의 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 영상 시스템은 X선 영상 장치, 초음파 영상 장치, 컴퓨터 단층 촬영 장치(Computed tomography apparatus, CT 장치), 또는 자기 공명 영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 장치를 포함할 수 있다.
종래의 영상 시스템은 방사능 노출이나 고 해상도 영상 획득의 어려움 등의 문제점을 갖는다. 최근에는, 초상자성 나노 자성 입자를 추적자로 사용하여 고분해능 생체 영상을 고속으로 획득할 수 있는 MPI(Magnetic particle imaging) 장치가 차세대 영상 시스템으로 대두되고 있다. MPI 장치에서의 신호는 리사쥬 스캔(Lissajous scan) 방식을 이용하여 획득하고, 측정 스펙트럼과 시스템 행렬의 열 원소들은 전체 리사쥬 궤적에 대한 전체 신호를 일괄적으로 퓨리에 변환하여 얻을 수 있다. 이렇게 구한 스펙트럼은 비교적 낮은 주파수 대역에 밀집되어 분포하고 있으므로, 고해상도 3차원 영상을 얻기에 어려움이 있다. 따라서, 신호 생성시 전체 주파수 대역에 분산되어 분포하는 스펙트럼을 획득할 수 있는 방법을 강구할 필요가 있다.
본 발명은 많은 스펙트럼 데이터를 획득하여 향상된 영상 복원 성능을 갖는 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 시스템은 영상 스캔 장치, 스펙트럼 신호 생성 장치, 및 영상 복원 장치를 포함한다. 영상 스캔 장치는 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장에 근거하여 자성 입자 검출 신호를 생성한다. 영상 스캔 장치는 리사쥬 궤적을 따라 자성 입자 검출 신호를 검출한다.
영상 스캔 장치는 자기장 제공부, 유도 신호 검출부, 및 스캔 제어부를 포함한다. 자기장 제공부는 자성 입자에 교류 자기장을 인가한다. 유도 신호 검출부는 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장을 검출한다. 스캔 제어부는 유도 자기장의 검출 영역을 제어한다. 자기장 제공부는 제1 방향으로 제1 교류 자기장을 인가하는 제1 구동 코일을 포함할 수 있다. 스캔 제어부는 제2 방향으로 제2 교류 자기장을 인가하는 제2 구동 코일 및 검출 영역을 제어하는 선택 코일을 포함할 수 있다. 스캔 제어부는 제2 교류 자기장의 주파수를 제어하여 리사쥬 궤적을 생성하고, 리사쥬 궤적이 검출 영역에 형성되도록 제어할 수 있다.
스펙트럼 신호 생성 장치는 이차원 푸리에 변환 커널에 근거하여 자성 입자 검출 신호를 검출 스펙트럼 신호로 변환한다. 스펙트럼 신호 생성 장치는 리사쥬 궤적에서 제1 방향으로 왕복하는 회수로 정의되는 리사쥬 사이클 수만큼 반복되는 파형을 갖도록 자성 입자 검출 신호를 변환한다. 스펙트럼 신호 생성 장치는 이차원 푸리에 변환 커널에 근거하여 시스템 행렬을 생성할 수 있다.
이차원 푸리에 변환 커널은 제1 행렬 및 제2 행렬을 크로네커 델타곱 연산하여 생성된다. 제1 행렬은 자성 입자 검출 신호의 제1 방향 성분에 근거하여 생성된다. 제2 행렬은 자성 입자 검출 신호의 제1 방향과 교차하는 제2 방향 성분에 근거하여 생성된다. 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교할 수 있다. 스펙트럼 신호 생성 장치는 자성 입자 검출 신호의 열벡터와 이차원 푸리에 변환 커널의 행렬곱 연산에 근거하여 검출 스펙트럼 신호를 생성할 수 있다.
영상 복원 장치는 검출 스펙트럼 신호 및 시스템 행렬에 근거하여 영상 신호를 생성한다. 복수의 스펙트럼 범위의 개수는 리사쥬 사이클 수와 동일하다. 영상 복원 장치는 데이터 추출부 및 영상 재구성부를 포함할 수 있다. 데이터 추출부는 검출 스펙트럼 신호로부터 임계값 이상의 크기를 갖는 복수의 스펙트럼 데이터를 추출할 수 있다. 영상 재구성부는 스펙트럼 데이터에 근거하여 영상 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 재구성 방법은 자성 입자 검출 신호를 생성하는 단계, 검출 스펙트럼 신호를 생성하는 단계, 시스템 행렬을 생성하는 단계, 및 영상 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 자성 입자 검출 신호를 생성하는 단계는 자성 입자에 교류 자기장을 인가하는 단계, 교류 자기장에 근거하여 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장을 리사쥬 궤적을 따라 스캔하는 단계를 포함한다.
검출 스펙트럼 신호는 이차원 푸리에 변환 커널과 시간에 대한 자성 입자 검출 신호의 열벡터를 연산하여 생성된다. 검출 스펙트럼 신호는 임계값 이상의 크기를 갖는 복수의 스펙트럼 범위를 가질 수 있다. 복수의 스펙트럼 범위의 개수는 리사쥬 사이클 수에 대응될 수 있다. 시스템 행렬은 이차원 푸리에 변환 커널에 근거하여 생성된다. 영상 신호는 검출 스펙트럼 신호 및 시스템 행렬에 근거하여 생성된다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법은 이차원 푸리에 변환 커널을 이용하여 전체 주파수 대역에서 주기적으로 분산되는 스펙트럼 신호를 획득할 수 있고, 영상 재구성을 위한 데이터 양을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 영상 스캔 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리사쥬 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스펙트럼 신호 생성 장치의 검출 스펙트럼 신호의 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 영상 복원 장치의 블록도이다.
도 8은 도 1의 영상 시스템에 의하여 복원된 이차원 영상을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영상 재구성 방법에 대한 순서도이다.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상 시스템의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 영상 시스템(100)은 영상 스캔 장치(110), 스펙트럼 신호 생성 장치(120), 영상 복원 장치(130), 및 표시 장치(140)를 포함한다. 영상 시스템(100)은 특정 사물 또는 객체에 대한 영상을 획득할 수 있다. 영상 스캔 장치(110)는 MPI(Magnetic Particle Imaging) 장치일 수 있고, 이하에서의 영상 스캔 장치(110)는 MPI 장치인 것으로 가정한다. 다만, 이에 제한되지 않고, 영상 스캔 장치(110)는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다양한 의료용 영상 장치일 수 있다.
영상 스캔 장치(110)는 객체에 교류 자기장을 제공한다. 영상 스캔 장치(110)는 객체에 형성된 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장에 근거하여 자성 입자 검출 신호(MS)를 생성한다. 영상 스캔 장치(110)는 자성 입자를 추적자로 사용한다. 영상 스캔 장치(110)는 초자성체(superparamagnet)의 비선형 자화 특정을 이용하여 자성 입자의 분포를 스캔할 수 있다. 예를 들어, 객체에 자성 입자를 포함하는 조영제가 투여될 수 있다. 영상 스캔 장치(110)는 조영제에 포함된 자성 입자에 교류 자기장을 제공할 수 있고, 자성 입자는 교류 자기장에 의하여 유도되는 유도 자기장을 생성할 수 있다.
영상 스캔 장치(110)는 유도 자기장을 검출한다. 영상 스캔 장치(110)는 검출 영역에 형성되는 유도 자기장을 검출할 수 있다. 검출 영역은 영상 스캔 장치(110)의 제어에 의하여 형성될 수 있다. 영상 스캔 장치(110)는 리사쥬(Lissajous) 스캔 방식을 이용하여 유도 자기장을 검출할 수 있다. 영상 스캔 장치(110)는 리사쥬 궤적을 따라 특정 위치에 형성된 자성 입자로부터 생성된 유도 자기장을 검출할 수 있다. 자성 입자에 의하여 생성되는 유도 자기장에 근거하여 전기장이 유도된다. 즉, 자성 입자 검출 신호(MS)는 유도 전기장일 수 있다. 자성 입자 검출 신호(MS)는 시간의 흐름에 따라 영상 스캔 장치(110)에 인가되는 전압값을 나타낼 수 있다. 영상 스캔 장치(110)에 대한 구체적인 구성은 도 2에서 후술된다.
스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 영상 스캔 장치(110)로부터 자성 입자 검출 신호(MS)를 수신한다. 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 자성 입자 검출 신호(MS)를 검출 스펙트럼 신호(SS)로 변환한다. 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 이차원 푸리에 변환 커널을 이용하여 자성 입자 검출 신호(MS)를 검출 스펙트럼 신호(SS)로 변환한다. 즉, 자성 입자 검출 신호(MS)는 시간 도메인에 대한 전기적 신호일 수 있고, 검출 스펙트럼 신호(SS)는 주파수 도메인에 따른 전기적 신호일 수 있다. 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 이차원 푸리에 변환을 통하여 검출 스펙트럼 신호(SS)를 생성할 수 있다.
이차원 푸리에 변환 커널은 자성 입자 검출 신호(MS)에 대한 푸리에 변환을 수행하기 위한 행렬일 수 있다. 자성 입자 검출 신호(MS)는 시간에 따른 열벡터 형태로 변환될 수 있다. 검출 스펙트럼 신호(SS)는 이차원 푸리에 변환 커널과 열벡터 형태로 변환된 자성 입자 검출 신호(MS)의 행렬곱으로 형성될 수 있다. 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 전기적 신호인 자성 입자 검출 신호(MS)를 디지털 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 자성 입자 검출 신호(MS)를 디지털 변환하여 이산값으로 수치화할 수 있다. 수치화된 이산값에 근거하여 자성 입자 검출 신호(MS)는 행렬 연산을 위한 열벡터 형태로 변환될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 아날로그 신호를 이용하여 검출 스펙트럼 신호(SS)를 생성할 수 있다.
스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 시스템 행렬(system function)을 생성할 수 있다. 시스템 행렬은 영상 복원을 위하여 검출 스펙트럼 신호(SS)과 자성 입자 분포를 매핑하기 위하여 이용될 수 있다. 시스템 행렬은 자성 입자의 자화 특성, 영상 스캔 장치(110)의 기하학적 구조, 또는 영상 획득 조건 등과 같은 다양한 변수들에 근거하여 생성될 수 있다. 검출 스펙트럼 신호(SS)과 마찬가지로 시스템 행렬은 이차원 푸리에 변환 커널을 이용하여 생성될 수 있다. 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 자성 입자를 직접 공간적으로 스캔하여 측정된 신호를 변환하여 시스템 행렬을 생성할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 시스템 행렬은 쳬비세프 다항식(Chebyshev Polynomials)의 기저 및 랑주뱅 함수(Langevin Function) 미분과의 콘볼루션등과 같은 수학적 모델에 근거하여 생성될 수 있다.
스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 이차원 푸리에 변환 커널을 이용한 행렬 연산을 수행한다. 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 이러한 행렬 연산을 수행하기 위한 전자 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 이차원 푸리에 변환 커널의 원소값들을 저장하는 스토리지 및 행렬곱 연산을 위한 곱셈 연산기를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 시간에 대한 자성 입자 검출 신호(MS)를 획득하고, 프로세서의 제어에 의한 소프트웨어 연산을 통하여 검출 스펙트럼 신호(SS)을 생성할 수 있다. 도 1은 스펙트럼 신호 생성 장치(120)를 별도의 구성으로 배치하였으나, 이에 제한되지 않고, 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 영상 복원 장치(130)에 포함될 수 있다.
영상 복원 장치(130)는 스펙트럼 신호 생성 장치(120)로부터 검출 스펙트럼 신호(SS)을 수신한다. 영상 복원 장치(130)는 스펙트럼 신호 생성 장치(120)로부터 시스템 행렬을 수신할 수 있다. 영상 복원 장치(130)는 검출 스펙트럼 신호(SS) 및 시스템 행렬에 근거하여 영상 신호(IS)를 생성한다. 영상 복원 장치(130)는 검출 스펙트럼 신호(SS) 및 시스템 행렬에 근거하여 검출된 객체에 대한 영상을 재구성한다. 예를 들어, 영상 복원 장치(130)는 수학식 1에 대한 해를 구하여 영상 신호(IS)를 획득할 수 있다.
Figure 112017052721223-pat00001
수학식 1을 참조하면, Vn은 자성 입자 검출 신호(MS)의 스펙트럼 분포에 대응되는 검출 스펙트럼 신호(SS)으로 정의된다. Sn(x)는 영상 시스템(100)의 시스템 행렬로 정의된다. C(x)는 재구성된 영상 신호(IS)로 정의된다. 즉, 수학식 1과 같은 선형계(Linear System) 문제에 대한 해를 구하여 영상 신호(IS, C(x))를 획득할 수 있다.
표시 장치(140)는 영상 복원 장치(130)로부터 영상 신호(IS)를 수신한다. 표시 장치(140)는 영상 신호(IS)에 근거하여 데이터 전압을 생성하고, 데이터 전압에 근거하여 영상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(140)는 LCD (Liquid Crystal Display), OLED (Organic Light Emitting Diode), AMOLED (Active Matrix OLED), 플렉서블 디스플레이, 전자잉크 등을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 영상 스캔 장치를 예시적으로 나타내는 사시도이다. 도 2를 참조하면, 영상 스캔 장치(110)는 자기장 제공부(111), 유도 신호 검출부(112), 및 스캔 제어부(113)를 포함한다. 영상 스캔 장치(110)는 내부에 배치된 자성 입자를 검출한다. 영상 스캔 장치(110)가 자성 입자를 검출하기 위한 스캔 궤적은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)이 이루는 평면과 평행할 수 있다. 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2)은 직교한다.
자기장 제공부(111)는 교류 자기장을 자성 입자에 제공한다. 교류 자기장은 특정 주파수를 가질 수 있다. 자기장 제공부(111)는 제1 방향(DR1)으로 제1 교류 자기장을 인가한다. 자기장 제공부(111)는 제1 방향(DR1)으로 제1 교류 자기장을 인가하기 위한 제1 구동 코일을 포함할 수 있다. 제1 구동 코일은 객체를 사이에 두고 제1 방향(DR1)으로 서로 마주하게 배치되는 복수의 코일을 포함할 수 있다. 제1 구동 코일은 링형의 코일일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 구동 코일이 링형인 경우, 제1 구동 코일에 전류의 흐름에 근거하여 교류 자기장을 형성할 수 있다.
유도 신호 검출부(112)는 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장을 검출한다. 유도 자기장은 교류 자기장에 의하여 자성 입자로부터 발생될 수 있다. 예를 들어, 자성 입자는 비선형 자화 특성을 가질 수 있다. 유도 자기장 신호는 자성 입자의 비선형 자화 특성에 의하여 생성될 수 있다. 유도 신호 검출부(112)는 유도 자기장을 검출하기 위한 유도 코일을 포함할 수 있다. 유도 코일은 제1 유도 코일 및 제2 유도 코일을 포함할 수 있다. 제1 유도 코일은 유도 자기장을 제1 방향(DR1)에서 검출할 수 있다. 제2 유도 코일은 유도 자기장을 제2 방향(DR2)에서 검출할 수 있다. 제1 유도 코일은 객체로부터 제1 방향(DR1)으로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 유도 코일은 객체로부터 제2 방향(DR2)으로 이격되어 배치될 수 있다.
유도 신호 검출부(112)는 유도 자기장을 검출하여 자성 입자 검출 신호(MS)를 생성할 수 있다. 자성 입자 검출 신호(MS)는 유도 자기장의 변화량에 근거하여 생성되는 전기적 신호일 수 있다. 유도 신호 검출부(112)는 전기적 신호를 유도하기 위하여 코일 형상일 수 있다. 유도 신호 검출부(112)는 자성 입자 검출 신호(MS)를 도 2의 스펙트럼 신호 생성 장치(120)에 제공할 수 있다.
스캔 제어부(113)는 유도 자기장의 검출 영역을 제어한다. 검출 영역은 영상 스캔 장치(110)가 자성 입자의 유도 자기장을 검출하기 위한 측정 영역(field of biew)으로 정의된다. 스캔 제어부(113)는 자성 입자의 자화 특성을 관찰할 수 있도록 자기장이 없는 국소 영역(field-free point)를 형성할 수 있다. 검출 영역은 국소 영역에 형성된다. 스캔 제어부(113)는 국소 영역을 형성하기 위한 선택 코일을 포함할 수 있다. 선택 코일은 객체를 사이에 두고 제2 방향(DR2)으로 마주하게 배치되는 복수의 코일을 포함할 수 있다. 선택 코일은 링형의 코일일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 선택 코일이 두 개의 코일을 포함하는 경우, 하나의 코일은 시계 방향으로 전류를 인가하고, 다른 하나의 코일은 반시계 방향으로 전류를 인가할 수 있다. 이 경우, 서로 동일한 극성을 갖는 자기장이 마주하므로, 자기장이 없는 국소 영역이 형성될 수 있다.
스캔 제어부(113)는 제2 방향(DR2)으로 제2 교류 자기장을 인가하기 위한 제2 구동 코일을 포함할 수 있다. 제2 구동 코일은 객체를 사이에 두고 제2 방향(DR2)으로 서로 마주하게 배치되는 복수의 코일을 포함할 수 있다. 제2 구동 코일은 링형의 코일일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제2 구동 코일이 링형인 경우, 제2 구동 코일에 전류의 흐름에 근거하여 교류 자기장을 형성할 수 있다. 스캔 제어부(113)는 선택 코일과 제2 구동 코일이 혼합된 코일로 형성될 수 있다.
제1 교류 자기장과 제2 교류 자기장은 서로 다른 주파수를 가질 수 있다. 스캔 제어부(113)는 제2 교류 자기장의 위상 또는 주파수를 조정하여 검출 영역을 리사쥬 궤적으로 스캔하도록 제어할 수 있다. 또는, 자기장 제공부(111)는 제1 교류 자기장의 위상 또는 주파수를 조정하여 검출 영역을 리사쥬 궤적으로 스캔하도록 제어할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 스캔 제어부(113)는 검출 영역을 다양한 방식으로 스캔하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 스캔 제어부(113)는 검출 영역을 직사각 스캔 방식으로 스캔할 수 있다.
도 2의 영상 스캔 장치(110)와 달리, 자기장 제공부(111), 유도 신호 검출부(112), 및 스캔 제어부(113)는 서로 다른 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 자기장 제공부(111), 유도 신호 검출부(112), 또는 스캔 제어부(113)는 추가적인 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자기장 제공부(111), 유도 신호 검출부(112), 또는 스캔 제어부(113)는 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 수직한 제3 방향(미도시)으로 서로 마주하게 배치되는 코일을 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리사쥬 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 리사쥬 궤적(LT1)의 수평축은 도 2의 제1 방향(DR1)과 같다. 리사쥬 궤적(LT1)의 수직축은 도 2의 제2 방향(DR2)과 같다. 리사쥬 궤적(LT1)은 도 2의 스캔 제어부(113)에 의하여 생성된 검출 영역에 형성된다. 리사쥬 궤적(LT1)은 자기장 제공부(111)가 제1 방향(DR1)으로 인가하는 제1 교류 자기장과 스캔 제어부(113)가 제2 방향(DR2)으로 인가하는 제2 교류 자기장에 근거하여 형성된다.
두 개의 정현파를 수평축과 수직축에 인가하고, 수평축과 수직축 각각에 인가하는 정현파의 주파수비를 정수비로 조정하는 경우, 두 정현파의 위상차에 따라 리사쥬 도형이 나타날 수 있다. 리사쥬 궤적(LT1)은 제1 교류 자기장과 제2 교류 자기장의 서로 다른 주파수비에 근거하여 형성될 수 있다. 리사쥬 궤적(LT1)은 복수의 리사쥬 사이클을 형성할 수 있다. 리사쥬 사이클 수는 리사쥬 궤적(LT1)의 한 주기 동안 제1 방향(DR1)으로 왕복하는 회수로 정의될 수 있다. 예를 들어, 제1 교류 자기장과 제2 교류 자기장이 11:10의 주파수비를 갖는 경우, 리사쥬 사이클은 11회일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 리사쥬 사이클 수는 리사쥬 궤적(LT1)의 한 주기 동안 제2 방향(DR2)으로 왕복하는 회수로 정의될 수 있다.
영상 스캔 장치(110)는 리사쥬 궤적(LT1)을 따라 자성 입자 검출 신호(MS)를 검출할 수 있다. 영상 스캔 장치(110)는 리사쥬 사이클 수를 증가할수록 높은 분해능으로 자성 입자 검출 신호(MS)를 검출할 수 있다. 리사쥬 궤적(LT1)에 따른 스캔 방식은 불균일한 샘플링이므로, 추가적인 내삽 과정이 요구될 수 있다. 도 3을 참조하면, 리사쥬 궤적(LT1)은 가장자리 부분에 밀집되어 분포한다. 따라서, 중심부의 고 분해능을 확보하기 위하여 많은 리사쥬 사이클 수를 갖는 리사주 궤적이 요구된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스펙트럼 신호 생성 장치의 검출 스펙트럼 신호의 생성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자성 입자 검출 신호(MS)를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 수직축은 시간을 나타낸다. 수평축은 검출된 자성 입자 검출 신호(MS)의 전압값을 나타낸다. 도 4는 편의상 8X10^-5sec까지의 자성 입자 검출 신호(MS)를 표시하였으나, 이는 검출된 자성 입자 검출 신호(MS)의 일부를 표시한 것으로 이해될 것이다. 상술하였듯이, 높은 픽셀 분해능을 갖는 영상 신호를 생성하기 위하여, 리사쥬 궤적(LT1)은 많은 리사쥬 사이클 수가 요구되고, 시간에 따라 검출되는 자성 입자 검출 신호(MS)는 상당히 많은 데이터를 포함할 수 있다.
도 4는 시간에 따라 검출된 전기적 신호인 자성 입자 검출 신호(MS)의 전압값을 나타낸다. 구체적으로, 영상 스캔 장치(110)는 리사주 궤적을 따라 자성 입자 검출 신호(MS)를 검출한다. 영상 스캔 장치(110)는 시간에 따라 리사주 궤적을 이동하여 객체를 스캔하고, 자성 입자 검출 신호(MS)를 검출한다. 즉, 도 4의 특정 시점에서의 자성 입자 검출 신호(MS)의 전압값은 특정 시점에 리사주 궤적의 이동 경로에서 검출된 자성 입자 검출 신호(MS)의 전압값일 수 있다.
도 5는 도 1의 스펙트럼 신호 생성 장치(120)의 이차원 푸리에 변환 커널을 이용하지 않은 경우의 검출 스펙트럼 신호(SS)를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 수직축은 주파수 대역을 나타낸다. 수평축은 변환된 검출 스펙트럼 신호(SS)를 나타낸다. 도 5는 도 4의 자성 입자 검출 신호(MS)를 1차원 푸리에 변환한 그래프이다. 예를 들어, 검출 스펙트럼 신호(SS)는 수학식 2에 근거하여 생성될 수 있다.
Figure 112017052721223-pat00002
수학식 2를 참조하면, Vn은 검출 스펙트럼 신호(SS)로 정의된다. v(t)는 자성 입자 검출 신호(MS)의 전압값으로 정의된다. fE는 초상자성의 비선형 자화 특성으로부터 자성 입자 검출 신호(MS)를 생성하기 위한 여기 주파수(excitation frequency)로 정의된다. TR은 리사쥬 궤적을 스캔하는데 소요되는 시간으로 정의된다. 만약, 수학식 2를 푸리에 변환 커널을 이용하여 연산하는 경우, 수학식 3 에 근거하여 생성될 수 있다.
Figure 112017052721223-pat00003
수학식 3을 참조하면, F1D는 푸리에 변환 커널로 정의된다. 이 경우, 자성 입자 검출 신호(MS)의 전압값 v(t)은 행렬로 변환된다. v(t)는 시간에 따른 전압값을 열벡터 형태로 나타날 수 있다. 푸리에 변환 커널은 검출 스펙트럼 신호(SS)의 데이터 양에 대응되는 행의 개수를 갖고, 자성 입자 검출 신호(MS)의 데이터 양에 대응되는 열의 크기를 갖는 행렬일 수 있다. 검출 스펙트럼 신호(SS, Vn)는 주파수에 따른 전압값을 열벡터 형태로 나타날 수 있다.
도 5의 검출 스펙트럼 신호(SS)는 전체 리사쥬 궤적에 대하여 측정된 자성 입자 검출 신호(MS)를 일괄적으로 푸리에 변환하여 생성된 신호이다. 이러한 검출 스펙트럼 신호(SS)는 여기 주파수(fE)의 배수를 갖는 고조화파 스펙트럼으로 나타난다. 검출 스펙트럼 신호(SS)는 상대적으로 낮은 주파수 대역에 집중되어 분포한다. 검출 스펙트럼 신호(SS)는 낮은 주파수 대역에 임계값 이상의 크기를 갖는 스펙트럼 데이터가 집중된다. 임계값은 영상 복원을 위하여 요구되는 스펙트럼 데이터의 크기의 하한으로 정의될 수 있다. 검출 스펙트럼 신호(SS)가 낮은 주파수 대역에 밀집하는 경우, 전체 리사쥬 궤적에 대한 자성 입자의 자화 특성과 기하학적 특성을 고려한 영상 복원 성능이 감소한다.
검출 영역이 상대적으로 작게 형성된 경우, 자성 입자 검출 신호(MS)의 데이터 양 자체가 작다. 이 경우, 낮은 주파수 대역에 검출 스펙트럼 신호(SS)가 분포되어도 영상 복원 성능이 크게 감소하지 않는다. 그러나, 검출 영역이 크게 형성된 경우, 영상 복원을 위하여 요구되는 데이터 양이 증가하여야 한다. 리사쥬 사이클 수가 많은 경우, 자성 입자 검출 신호(MS)의 데이터 양은 증가한다. 다만, 1차원 푸리에 변환에 근거하여 검출 스펙트럼 신호(SS)를 생성하는 경우, 영상 복원을 위한 데이터 양이 크게 감소한다. 즉, 영상 복원 장치(130)에 제공되는 데이터 양이 감소한다. 따라서, 영상 복원 장치(130)에서 영상 신호(IS) 생성을 위한 영상 복원 성능이 감소한다.
도 6은 도 1의 스펙트럼 신호 생성 장치(120)의 이차원 푸리에 변환 커널을 이용한 경우의 검출 스펙트럼 신호(SS)를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 수직축은 주파수 대역을 나타낸다. 수평축은 변환된 검출 스펙트럼 신호(SS)를 나타낸다. 도 6은 도 4의 자성 입자 검출 신호(MS)를 2차원 푸리에 변환 커널을 이용하여 생성한 그래프이다. 2차원 푸리에 변환 커널은 자성 입자 검출 신호(MS)에 대한 푸리에 변환을 수행하기 위한 행렬일 수 있다. 이차원 푸리에 변환 커널은 수학식 4에 근거하여 생성될 수 있다.
Figure 112017052721223-pat00004
수학식 4를 참조하면, F2D는 이차원 푸리에 변환 커널로 정의된다. FX는 자성 입자 검출 신호(MS)의 제1 방향(DR1) 성분에 근거하여 생성된 제1 행렬로 정의된다. FY는 자성 입자 검출 신호(MS)의 제2 방향(DR2) 성분에 근거하여 생성된 제2 행렬로 정의된다. 제1 행렬(FX)에 포함된 원소들을 열벡터로 나열하고, 제2 행렬(FY)에 포함된 원소들을 열벡터로 나열하는 경우, 각각의 열벡터들은 서로 정규직교(orthonormal)한다. 이차원 푸리에 변환 커널(F2D)은 제1 행렬(FX)과 제2 행렬(FY)의 크로네커 델타(kronecker delta)곱으로 정의된다. 크로네커 델타곱은 수학식 5와 같은 행렬 연산을 의미한다.
Figure 112017052721223-pat00005
수학식 5를 참조하면, 이차원 푸리에 변환 커널(F2D)의 크기는 제1 행렬(FX)의 크기와 제2 행렬(FY)의 크기에 의존한다. 예를 들어, 제1 행렬(FX)과 제2 행렬(FY)이 mXn의 크기를 갖는 경우, 이차원 푸리에 변환 커널(F2D)의 크기는 (mXn)^2과 같다. 수학식 5에 근거하여 생성된 이차원 푸리에 변환 커널(F2D)은 수학식 6에 근거하여 자성 입자 검출 신호(MS)를 검출 스펙트럼 신호(SS)로 변환한다.
Figure 112017052721223-pat00006
Figure 112017052721223-pat00007
수학식 6을 참조하면, 자성 입자 검출 신호(MS, v(t))는 이차원 푸리에 변환 커널에 근거하여 검출 스펙트럼 신호(SS, Vn)로 변환된다. 검출 스펙트럼 신호(SS, Vn)는 이차원 푸리에 변환 커널과 자성 입자 검출 신호(MS, v(t))의 행렬곱 연산에 근거하여 생성될 수 있다. v(t)는 시간에 따른 자성 입자 검출 신호(MS) 전압값을 열벡터 형태로 나타날 수 있다. 이차원 푸리에 변환 커널은 검출 스펙트럼 신호(SS)의 데이터 양에 대응되는 행의 개수를 갖고, 자성 입자 검출 신호(MS)의 데이터 양에 대응되는 열의 개수를 갖는 행렬일 수 있다. 검출 스펙트럼 신호(SS, Vn)는 주파수에 따른 전압값을 열벡터 형태로 나타날 수 있다.
검출 스펙트럼 신호(SS)와 동일한 방식으로, 시스템 행렬(Sn)은 이차원 푸리에 변환 커널을 이용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 영상 스캔 장치(110)는 자성 입자를 공간적으로 스캔하여 측정된 신호를 스펙트럼 신호 생성 장치(120)에 제공하고, 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 이차원 푸리에 변환 커널을 이용하여 측정된 신호를 시스템 행렬(Sn)로 변환할 수 있다. 시스템 행렬(Sn)은 검출 스펙트럼 신호(SS)의 생성 전에 교정 팬텀 등을 이용하여 미리 생성될 수 있다. 시스템 행렬(Sn)은 영상 스캔 장치(110)의 동력학적 조건 및 자성 입자의 자화 특성을 모두 고려하므로, 계속적으로 갱신될 수 있다.
도 6의 검출 스펙트럼 신호(SS)는 전체 주파수 대역에 주기적으로 분포한다. 검출 스펙트럼 신호(SS)에서 주기적으로 반복하는 파형의 수는 리사쥬 사이클 수와 같다. 이차원 푸리에 변환 커널이 제1 행렬과 제2 행렬의 크로네커 델타 곱으로 이루어지므로, 제1 행렬의 행의 개수에 의존하여 검출 스펙트럼 신호(SS)에서 반복하는 파형의 개수가 결정될 수 있다. 또한 제2 행렬의 행의 개수에 의존하여 반복되는 파형에서의 스펙트럼 데이터의 개수가 결정될 수 있다.
도 5의 검출 스펙트럼 신호와 비교하여, 도 6의 검출 스펙트럼 신호(SS)는 스펙트럼 데이터의 크기가 낮은 주파수 대역에 집중되지 않고, 전체의 주파수 대역에 분산된다. 따라서, 검출 스펙트럼 신호(SS)에서 임계값 이상의 크기를 갖는 스펙트럼 데이터의 개수가 증가한다. 즉, 영상 복원에 요구되는 스펙트럼 데이터의 개수가 확보된다. 따라서, 영상 시스템(100)에서의 영상 복원 성능이 증가한다.
도 7은 도 1의 영상 복원 장치를 예시적으로 나타내는 블록도이다. 도 7을 참조하면, 영상 복원 장치(130)는 데이터 추출부(131), 메모리(132), 영상 재구성부(133), 및 프로세서(134)를 포함한다. 영상 복원 장치(130)는 스펙트럼 신호 생성 장치(120)로부터 검출 스펙트럼 신호(SS)를 수신하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않는다. 영상 복원 장치(130)는 스펙트럼 신호 생성 장치(120)로부터 수학식 6에 근거하여 생성된 시스템 행렬(Sn)을 수신할 수 있다.
데이터 추출부(131)는 스펙트럼 신호 생성 장치(120)로부터 검출 스펙트럼 신호(SS)를 수신한다. 데이터 추출부(131)는 검출 스펙트럼 신호(SS)에 포함된 스펙트럼 데이터 중 임계값 이상의 크기를 갖는 스펙트럼 데이터를 추출한다. 도 6에서 언급하였듯이, 검출 스펙트럼 신호(SS)는 리사쥬 사이클 수만큼 주기적으로 반복된다. 데이터 추출부(131)는 리사쥬 사이클에 대응하는 스펙트럼 데이터 중 임계값 이상의 크기를 갖는 스펙트럼 범위를 추출한다. 즉, 데이터 추출부(131)는 리사쥬 사이클 수만큼의 스펙트럼 범위들을 추출한다. 스펙트럼 범위에는 복수의 스펙트럼 데이터가 포함된다.
데이터 추출부(131)는 스펙트럼 신호 생성 장치(120)로부터 시스템 행렬(Sn)을 수신할 수 있다. 검출 스펙트럼 신호(SS)의 추출과 마찬가지로, 데이터 추출부(131)는 시스템 행렬(Sn)에 포함된 스펙트럼 데이터 중 일부를 추출한다. 수학식 1을 참조하면, 시스템 행렬(Sn)과 검출 스펙트럼 신호(SS, Vn)는 행렬 연산을 위하여 서로 동일한 행의 개수를 가질 수 있다. 따라서, 데이터 추출부(131)는 검출 스펙트럼 신호(SS) 및 시스템 행렬(Sn)에서의 행의 개수가 동일하도록 스펙트럼 데이터를 추출할 수 있다. 데이터 추출부(131)는 추출된 스펙트럼 데이터를 영상 재구성부(133) 또는 메모리(132)에 제공할 수 있다.
메모리(132)는 데이터 추출부(131)로부터 추출된 스펙트럼 데이터를 수신할 수 있다. 메모리(132)는 데이터 추출부(131)로부터 추출되기 전의 검출 스펙트럼 신호(SS) 또는 시스템 행렬(Sn)을 수신할 수 있다. 도시되지 않았으나, 메모리(132)는 영상 재구성부(133)로부터 영상 신호(IS)를 수신할 수 있다. 메모리(132)는 수신한 검출 스펙트럼 신호(SS), 시스템 행렬(Sn), 추출된 스펙트럼 데이터 등을 저장할 수 있다. 메모리(132)는 시스템 행렬(Sn)을 수신하여 기존에 저장된 시스템 행렬을 갱신할 수 있다.
메모리(132)는 ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM), RRAM (Resistive RAM), 또는 FRAM (Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또는, 메모리(132)는 SRAM (Static RAM), DRAM (Dynamic RAM), 또는 SDRAM (Synchronous DRAM)과 같은 휘발성 메모리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
영상 재구성부(133)는 검출 스펙트럼 신호(SS)로부터 추출된 스펙트럼 데이터 및 시스템 행렬(Sn)로부터 추출된 스펙트럼 데이터를 수신한다. 영상 재구성부(133)는 검출 스펙트럼 신호(SS) 및 시스템 행렬(Sn)로부터 추출된 스펙트럼 데이터에 근거하여 영상 신호(IS)를 생성한다. 영상 재구성부(133)는 상술한 수학식 1의 해를 구하여 영상 신호(IS)를 획득할 수 있다. 영상 재구성부(133)는 특이 값 분해(SVD; Singular Value Decomposition)와 같은 최적화 알고리즘을 이용하여 영상 신호(IS)를 생성할 수 있다.
프로세서(134)는 영상 복원 장치(130)의 중앙 제어 장치의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서(134)는 영상 신호(IS)를 생성하기 위하여 요구되는 제어 동작 및 연산 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터 추출부(131)는 프로세서(134)의 제어에 따라 스펙트럼 신호 생성 장치(120)로부터 검출 스펙트럼 신호(SS) 및 시스템 행렬(Sn)을 수신하고, 스펙트럼 데이터를 추출할 수 있다. 영상 재구성부(133)는 프로세서(134)의 제어에 따라 데이터 추출부(131)로부터 스펙트럼 데이터를 수신하고, 영상 재구성 알고리즘을 수행할 수 있다. 프로세서(134)는 메모리(132)의 연산 공간을 이용할 수 있다.
도 8은 도 1의 영상 시스템에 의하여 복원된 이차원 영상을 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 자성 입자는 제1 영상(A1)과 같이 이차원 공간에 배열될 수 있다. 도 1의 영상 시스템(100)에 의하여 영상을 복원할 경우, 복원된 영상은 제2 영상(A2)과 같을 수 있다. 제1 영상(A1)과 같은 자성 입자의 분포는 이차원 푸리에 변환 커널 및 영상 복원 장치(130)를 이용하여 생성된 영상 신호(IS)에 근거하여 제2 영상(A2)으로 표시될 수 있다. 제2 영상(A2)은 표시 장치(140)에서 표시될 수 있다.
이차원 푸리에 변환 커널을 이용한 스펙트럼 신호 생성 장치(120)에 의하여 자성 입자 검출 신호(MS)를 검출 스펙트럼 신호(SS)로 변환하는 경우, 제2 영상(A2)과 같이 자성 입자의 분포가 명확하게 복원될 수 있다. 이러한 영상 시스템(100)은 인체의 질병 진단과 같은 의료 영상 시스템으로 활용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영상 재구성 방법에 대한 순서도이다. 도 9의 영상 재구성 방법은 도 1의 영상 시스템(100)에서 수행된다. S110 단계에서, 영상 시스템(100)은 자성 입자 검출 신호(MS)를 생성한다. S110 단계는 영상 스캔 장치(110)에서 수행될 수 있다. 영상 스캔 장치(110)는 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장을 리사쥬 궤적을 따라 검출하여 자성 입자 검출 신호(MS)를 생성할 수 있다.
구체적으로, 자성 입자 검출 신호(MS)를 생성하는 단계는 교류 자기장을 인가하는 단계 및 유도 자기장을 스캔하는 단계를 포함할 수 있다. 교류 자기장을 인가하는 단계는 자기장 제공부(111)에서 수행될 수 있다. 자기장 제공부(111)는 자성 입자에 교류 자기장을 인가한다. 유도 자기장을 스캔하는 단계는 유도 신호 검출부(112)에서 수행될 수 있다. 유도 신호 검출부(112)는 교류 자기장에 근거하여 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장을 리사쥬 궤적을 따라 스캔한다. 영상 스캔 장치(110)는 유도 자기장에 근거하여 전기 신호인 자성 입자 검출 신호(MS)를 생성한다.
S120 단계에서, 영상 시스템(100)은 검출 스펙트럼 신호(SS)를 생성한다. S120 단계는 스펙트럼 신호 생성 장치(120)에서 수행될 수 있다. 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 이차원 푸리에 변환 커널과 자성 입자 검출 신호(MS)의 열벡터를 연산하여 검출 스펙트럼 신호(SS)를 생성한다. 이차원 푸리에 변환 커널은 자성 입자 검출 신호(MS)의 제1 방향(DR1) 성분에 근거한 제1 행렬 및 자성 입자 검출 신호(MS)의 제2 방향(DR2) 성분에 근거한 제2 행렬을 크로네커 델타곱 연산하여 생성된다.
S130 단계에서, 영상 시스템(100)은 시스템 행렬을 생성한다. S130 단계는 스펙트럼 신호 생성 장치(120)에서 수행될 수 있다. 스펙트럼 신호 생성 장치(120)는 이차원 푸리에 변환 커널에 근거하여 시스템 행렬을 생성한다. 시스템 행렬의 생성 과정은 검출 스펙트럼 신호(SS)를 생성하기 위한 이차원 변환 커널 이용 과정과 동일할 수 있다. S130 단계는 S120 단계 이전에 수행되거나, S110 단계 이전에 미리 수행될 수 있다.
S140 단계에서, 영상 시스템(100)은 영상 신호(IS)를 생성한다. S140 단계는 영상 복원 장치(130)에서 수행될 수 있다. 영상 복원 장치(130)는 검출 스펙트럼 신호(SS) 및 시스템 행렬에 근거하여 영상 신호(IS)를 생성할 수 있다. 영상 복원 장치(130)는 검출 스펙트럼 신호(SS)로부터 임계값 이상의 크기를 갖는 스펙트럼 데이터를 추출할 수 있다. 영상 복원 장치(130)는 추출된 스펙트럼 데이터에 근거하여 영상 신호(IS)를 생성할 수 있다.
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.
100: 영상 시스템
110: 영상 스캔 장치
120: 스펙트럼 신호 생성 장치
130: 영상 복원 장치
MS: 자성 입자 검출 신호
SS: 검출 스펙트럼 신호
IS: 영상 신호

Claims (16)

  1. 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장에 근거하여 자성 입자 검출 신호를 생성하는 영상 스캔 장치;
    상기 자성 입자 검출 신호의 제1 방향 성분에 근거한 제1 행렬, 및 상기 자성 입자 검출 신호의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향 성분에 근거한 제2 행렬을 크로네커 델타곱 연산하여 생성되는 이차원 푸리에 변환 커널에 근거하여, 상기 자성 입자 검출 신호를 검출 스펙트럼 신호로 변환하는 스펙트럼 신호 생성 장치; 및
    상기 검출 스펙트럼 신호 및 시스템 행렬에 근거하여 영상 신호를 생성하는 영상 복원 장치를 포함하는 영상 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 영상 스캔 장치는,
    리사쥬(Lissajous) 궤적을 따라 상기 자성 입자 검출 신호를 검출하는 영상 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 신호 생성 장치는,
    상기 리사쥬 궤적에서 상기 제1 방향으로 왕복하는 회수로 정의되는 리사쥬 사이클 수만큼 반복되는 파형을 갖도록 상기 자성 입자 검출 신호를 변환하는 영상 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 신호 생성 장치는,
    상기 이차원 푸리에 변환 커널에 근거하여 상기 시스템 행렬을 생성하는 영상 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 영상 스캔 장치는,
    상기 자성 입자에 교류 자기장을 인가하는 자기장 제공부;
    상기 자성 입자로부터 유도되는 상기 유도 자기장을 검출하는 유도 신호 검출부; 및
    상기 유도 자기장의 검출 영역을 제어하는 스캔 제어부를 포함하는 영상 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 자기장 제공부는,
    상기 제1 방향으로 제1 교류 자기장을 인가하는 제1 구동 코일을 포함하고,
    상기 스캔 제어부는,
    상기 제2 방향으로 제2 교류 자기장을 인가하는 제2 구동 코일; 및
    상기 검출 영역을 제어하는 선택 코일을 포함하는 영상 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 스캔 제어부는,
    상기 제2 교류 자기장의 주파수를 제어하여 리사쥬 궤적을 생성하고, 상기 리사쥬 궤적이 상기 검출 영역에 형성되도록 제어하는 영상 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 신호 생성 장치는,
    시간에 대한 상기 자성 입자 검출 신호의 전압값에 근거하여 열벡터를 생성하고, 상기 열벡터와 상기 이차원 푸리에 변환 커널의 행렬곱 연산에 근거하여 상기 검출 스펙트럼 신호를 생성하는 영상 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교하고,
    상기 제1 행렬의 원소들에 근거한 열벡터와 상기 제2 행렬의 원소들에 근거한 열벡터는 서로 정규직교하는 영상 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 영상 복원 장치는,
    상기 검출 스펙트럼 신호에 포함된 임계값 이상의 크기를 갖는 스펙트럼 데이터를 추출하는 데이터 추출부; 및
    상기 스펙트럼 데이터에 근거하여 상기 영상 신호를 생성하는 영상 재구성부를 포함하는 영상 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 데이터 추출부는,
    상기 시스템 행렬에 포함된 임계값 이상의 크기를 갖는 데이터를 추출하고,
    상기 영상 재구성부는,
    상기 검출 스펙트럼 신호 및 상기 시스템 행렬로부터 추출한 데이터에 근거하여 상기 영상 신호를 생성하는 영상 시스템.
  12. 영상 스캔 장치가 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장을 리사쥬 궤적(Lissajous)을 따라 검출하여 자성 입자 검출 신호를 생성하는 단계;
    스펙트럼 신호 생성 장치가 상기 리사쥬 궤적이 진행하는 평면상에서 서로 교차하는 제1 방향 및 제2 방향에 근거하여 생성된 이차원 푸리에 변환 커널과, 시간에 대한 상기 자성 입자 검출 신호의 열벡터를 연산하여 검출 스펙트럼 신호를 생성하는 단계;
    상기 스펙트럼 신호 생성 장치가 상기 이차원 푸리에 변환 커널에 근거하여 시스템 행렬을 생성하는 단계; 및
    영상 복원 장치가 상기 검출 스펙트럼 신호 및 상기 시스템 행렬에 근거하여 영상 신호를 생성하는 영상 재구성 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 자성 입자 검출 신호를 생성하는 단계는,
    상기 자성 입자에 교류 자기장을 인가하는 단계; 및
    상기 교류 자기장에 근거하여 상기 자성 입자로부터 유도되는 유도 자기장을 상기 리사쥬 궤적을 따라 스캔하는 단계를 포함하는 영상 재구성 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 이차원 푸리에 변환 커널은,
    상기 자성 입자 검출 신호의 상기 제1 방향 성분에 근거한 제1 행렬 및 상기 자성 입자 검출 신호의 상기 제1 방향과 직교하는 상기 제2 방향 성분에 근거한 제2 행렬을 크로네커 델타곱 연산하여 생성되는 영상 재구성 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 검출 스펙트럼 신호는,
    임계값 이상의 크기를 갖는 복수의 스펙트럼 범위를 갖고, 상기 복수의 스펙트럼 범위의 개수는 상기 리사쥬 궤적의 상기 제1 방향으로의 왕복 회수로 정의되는 리사쥬 사이클 수에 대응하는 영상 재구성 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    영상 신호를 생성하는 단계는,
    상기 검출 스펙트럼 신호로부터 상기 임계값 이상의 크기를 갖는 스펙트럼 데이터를 포함하는 상기 복수의 스펙트럼 범위를 추출하고, 추출된 상기 스펙트럼 데이터에 근거하여 상기 영상 신호를 생성하는 영상 재구성 방법.
KR1020170068635A 2017-06-01 2017-06-01 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법 KR102402317B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170068635A KR102402317B1 (ko) 2017-06-01 2017-06-01 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법
US15/996,051 US10650555B2 (en) 2017-06-01 2018-06-01 Imaging system and image reconstruction method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170068635A KR102402317B1 (ko) 2017-06-01 2017-06-01 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180131914A KR20180131914A (ko) 2018-12-11
KR102402317B1 true KR102402317B1 (ko) 2022-05-27

Family

ID=64460635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170068635A KR102402317B1 (ko) 2017-06-01 2017-06-01 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10650555B2 (ko)
KR (1) KR102402317B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019005751A1 (en) * 2017-06-26 2019-01-03 Northwestern University ADDITIVE MANUFACTURING OF REVERSE DESIGN METADISPOSITIVES
US11561270B2 (en) 2019-08-30 2023-01-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for nano magnetic particle imaging
CN113538617B (zh) * 2021-07-20 2022-02-25 中国科学院自动化研究所 基于信号幅值特征的磁粒子成像快速重建方法及设备
CN115640506B (zh) * 2022-11-18 2023-03-21 中国科学院自动化研究所 基于时频谱信号增强的磁粒子分布模型重建方法和系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110246103A1 (en) 2008-12-08 2011-10-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Arrangement and method for detecting and/or locating a magnetic material in a region of action
US20120153949A1 (en) 2009-09-11 2012-06-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus and method for influencing and/or detecting magnetic particles

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06169896A (ja) * 1992-12-10 1994-06-21 Hitachi Medical Corp 磁気共鳴イメージング装置
US6043652A (en) * 1997-04-17 2000-03-28 Picker International, Inc. Alternative reconstruction method for non-equidistant k-space data
US6844378B1 (en) * 2002-01-04 2005-01-18 Sandia Corporation Method of using triaxial magnetic fields for making particle structures
US8884617B2 (en) 2008-06-23 2014-11-11 The Regents Of The University Of California Magnetic particle imaging devices and methods
KR20100058894A (ko) 2008-11-25 2010-06-04 한국전자통신연구원 Ｍｒｉ 해상도 향상을 위한 인체 밀착용 자기 공진기 및 그자기 공진기의 응용 장치
EP2373217B1 (en) 2008-12-08 2016-10-19 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Arrangement and method for detecting and/or locating a magnetic material in a region of action
EP2648611B1 (en) 2010-12-10 2015-02-25 Koninklijke Philips N.V. Apparatus and method for influencing and/or detecting magnetic particles
US8824763B2 (en) 2010-12-22 2014-09-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Image reconfiguration method for electro-magnetic tomography
KR101575798B1 (ko) * 2014-04-25 2015-12-08 고려대학교 산학협력단 자기 공명 영상 처리 장치 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110246103A1 (en) 2008-12-08 2011-10-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Arrangement and method for detecting and/or locating a magnetic material in a region of action
US20120153949A1 (en) 2009-09-11 2012-06-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus and method for influencing and/or detecting magnetic particles

Also Published As

Publication number Publication date
US20180350111A1 (en) 2018-12-06
US10650555B2 (en) 2020-05-12
KR20180131914A (ko) 2018-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102402317B1 (ko) 영상 시스템 및 이를 이용한 영상 재구성 방법
EP2373216B1 (en) Arrangement and method for detecting and/or locating a magnetic material in a region of action
US20180325414A1 (en) Electro-magneto volume tomography system and methodology for non-invasive volume tomography
EP2373217B1 (en) Arrangement and method for detecting and/or locating a magnetic material in a region of action
Knopp et al. Joint reconstruction of non-overlapping magnetic particle imaging focus-field data
Von Gladiss et al. Hybrid system calibration for multidimensional magnetic particle imaging
KR20210038903A (ko) 자기 공명 이미지 재구성을 위한 딥 러닝 기술
EP3779866A1 (en) Systems and methods for deblurring medical images using deep neural network
US9192320B2 (en) Apparatus and method for influencing and/or detecting magnetic particles in a field of view
AU2017310490B2 (en) Method and system for reconstructing 3-dimensional images from spatially and temporally overlapping x-rays
KR20120055468A (ko) 화상 처리장치, 화상 처리방법, 및 비일시적 기억매체
JP6583829B2 (ja) 画像生成装置
Vogel et al. Flexible and dynamic patch reconstruction for traveling wave magnetic particle imaging
Szwargulski et al. Efficient joint image reconstruction of multi-patch data reusing a single system matrix in magnetic particle imaging
KR20170084503A (ko) 영상 재구성 장치, 그것의 영상 재구성 방법, 및 그것을 포함하는 영상 시스템
JP6475315B2 (ja) Ｘ線イメージング装置
JP2020072772A (ja) 異なるエネルギーレベルおよび焦点スポット位置で撮像するように構成されたコンピュータ断層撮影システムおよび方法
Schomberg Magnetic particle imaging: Model and reconstruction
JP2020028371A (ja) 医用画像処理装置、医用画像生成装置、医用画像処理方法、およびプログラム
Tateo et al. Hybrid x-space: a new approach for MPI reconstruction
JP6602319B2 (ja) 「高解像度」の電気インピーダンスイメージングのための装置および方法
CN116824048A (zh) 一种传感器、雅可比矩阵求解方法、三维成像系统及方法
US20170074957A1 (en) Systems and methods for multiband sweep imaging with fourier transformation
US20240057887A1 (en) Three-dimensional ventilation image generation method, and controller and apparatus
JP2011502683A (ja) 関心領域の画像を決定するイメージング装置、イメージング方法及びコンピュータプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant