KR102491692B1 - 엑스선 촬영 장치 및 엑스선 영상 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 복수의 엑스선 소스를 포함하는 엑스선 발생기, 복수의 엑스선 소스에서 조사되는 엑스선을 검출하여 복수의 투영 데이터를 생성하는 엑스선 검출기 및 복수의 투영 데이터 각각에 대하여 로그 투영을 적용하고, 로그 투영된 투영 데이터에 가중 투영을 적용하고, 가중 투영된 투영 데이터에 양방향 램프 필터를 적용하고, 양방향 램프 필터가 적용된 투영 데이터 각각을 기초로 재구성된 단층 영상을 생성하는 프로세서를 포함하는 엑스선 촬영 장치를 제공한다.

Description

엑스선 촬영 장치 및 엑스선 영상 처리 방법{X-ray imaging apparatus}
본 발명은 엑스선 촬영 장치 및 엑스선 촬영 영상 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 투영 데이터를 기초로 단층 영상을 생성하는 엑스선 촬영 장치 및 엑스선 영상 처리 방법에 관한 것이다.
엑스선 영상 촬영 시스템이 2차원 엑스선 영상(2D X-Ray image)을 촬영하는 경우, 2차원 엑스선 영상은 엑스선 촬영 대상체에 대하여 엑스선이 한 방향으로 투사(projection)된 영상이다. 따라서, 엑스선이 대상체에 한 방향으로 투사되면서 대상체의 영상이 겹쳐(overlap)지고 가려지는 문제가 발생한다.
한편, 이러한 문제를 해결하기 위하여 환자에게 엑스선(X-ray)을 조사하여 대상체를 촬영하기 위한 장치로는 대표적으로 컴퓨터 단층 촬영(CT: Computed Tomography) 장치가 있다. 의료 영상 처리 장치 중 단층 촬영 장치인 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치는 대상체에 대한 단면 영상을 제공할 수 있고, 일반적인 X-ray 장치에 비하여 대상체의 내부 구조(예컨대, 신장, 폐 등의 장기 등)가 겹치지 않게 표현할 수 있다는 장점이 있어서, 질병의 정밀한 진단을 위하여 널리 이용된다.
그러나, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치는 다양한 방향에서 대상체에 엑스선을 여러 차례 투사하여 엑스선을 촬영하는 문제가 있어 방사선 피폭량이 증대하는 문제가 있다.
최근 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치 대비하여 저선량으로 3차원 영상을 구현하는 토모신테시스(tomosynthesis) 엑스선 영상 촬영 시스템이 도입되고 있다.
토모신테시스 시스템은 컴퓨터 단층 촬영(CT) 대비 저선량으로 3차원 영상을 획득할 수 있는 기법으로, 깊이 별 단층영상을 제공하여 겹침 또는 가려짐 효과를 제거할 수 있다.
토모신테시스 시스템은 일반적으로 아날로그 엑스선 발생기를 어느 회전 축을 기준으로 아치 모양으로 회전 이동시키고, 엑스선 검출기도 엑스선 발생기의 위치에 맞춰서 이동 또는 회전하면서 여러장의 엑스선 영상을 촬영하여 재구성 알고리즘을 통해 3차원 영상을 구현한다.
따라서, 토모신테시스 엑스선 영상 촬영 시스템은 천장에 레일과 함께 설치한 아날로그 엑스선 발생기를 사용하여 회전 이동하여 영상을 획득하기 때문에 시스템 전체가 커지고 설치를 위해 확보해야 할 공간이 커진다는 단점들이 있다.
따라서, 엑스선 영상 촬영 시스템이 차지하는 공간을 최소화하고 설치의 편의성을 확보하거나 이동이 가능할 수 있는 엑스선 영상 촬영 시스템이 요구되고 있다.
본 개시가 해결하고자 하는 과제는 엑스선 촬영 장치를 이용하여 촬영된 복수의 투영 데이터들을 재구성하여 2D 또는 3D 타입의 단층 영상을 재구성하는 엑스선 촬영 장치 및 엑스선 촬영 영상 처리 방법을 제공하는데 있다.
본 개시가 해결하고자 하는 과제는 1차원 라인 형태 또는 2차원 배열 형태로 배치된 복수의 엑스선 소스를 포함하는 엑스선 발생기를 이용하여 촬영된 복수의 투영 데이터들을 재구성하여 단층 영상을 생성하는 경우 불연속적인 아티팩트들를 효과적으로 제거할 수 있는 엑스선 촬영 장치 및 엑스선 촬영 영상 처리 방법을 제공하는데 있다.
본 개시의 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치는 복수의 엑스선 소스를 포함하는 엑스선 발생기, 복수의 엑스선 소스에서 조사되는 엑스선을 검출하여 복수의 투영 데이터를 생성하는 엑스선 검출기 및 복수의 투영 데이터 각각에 대하여 로그 투영을 적용하고, 로그 투영된 투영 데이터에 가중 투영을 적용하고, 가중 투영된 투영 데이터에 양방향 램프 필터를 적용하고, 양방향 램프 필터가 적용된 투영 데이터 각각을 기초로 재구성된 단층 영상을 생성하는 프로세서를 포함한다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 1차원 라인 형태 또는 2차원 배열 형태로 배치된 복수의 엑스선 소스를 포함하는 엑스선 발생기를 이용하여 촬영된 복수의 투영 데이터들을 재구성하여 단층 영상을 생성하는 경우 불연속적인 아티팩트들를 효과적으로 제거할 수 있는 엑스선 촬영 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 토모신테시스 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 엑스선 촬영 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 엑스선 소스 각각에 대한 온오프 제어를 통해 엑스선 이미지를 촬영하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치를 이용하여 통해 엑스선 영상을 촬영하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 엑스선 소스가 2차원 배열 형태로 배치된 엑스선 발생기를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치가 획득하는 복수의 투영 데이터를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 영상 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 가중 투영 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 가중 투영이 적용된 단층 영상과 종래 기술을 이용하여 재구성된 단층 영상을 비교하기 위한 도면이다
도 12은 본 개시의 일 실시예에 따른 양방향 램프 필터를 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 양방향 램프 필터가 적용된 단층 영상과 종래 기술을 이용하여 재구성된 단층 영상을 비교하기 위한 도면이다
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 정규화된 단층 영상을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 반복적 재구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 종래 토모신테시스 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
기존의 토모신테시스 시스템(10)은 엑스선 발생기(101)가 소정의 회전축을 기준으로 약 20 내지 50도를 회전 이동을 하면서 촬영 대상물(102)에 대하여 엑스선을 조사한다. 엑스선 검출기(103)는 투과되는 엑스선의 선량에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다.
한편, 엑스선 발생기(101)가 회전 이동을 하면서 촬영 대상물(102)에 대하여 엑스선을 조사하면 투사되는 엑스선들이 엑스선 검출기(103)에 의해 검출되고, 복수의 투영 데이터(106, 107, 108)가 생성될 수 있다.
한편, 촬영 대상물(102)의 제1 평면(Plane 1) 및 제2 평면(Plane 2)을 기준으로 각각의 제1 지점(104) 및 제2 지점(105)은 엑스선 발생기(101)에 의해 방출된 엑스선에 의해 투영되어, 복수의 투영 데이터 (106, 107, 108) 각각에 맵핑될 수 있다.
이 경우, 복수의 투영 데이터(106, 107, 108) 각각에 맵핑되는 제1 지점(104) 및 제2 지점(105)은 엑스선 발생기(101)의 회전 이동에 따른 입사각의 변동에 의하여 서로 다르게 맵핑될 수 있다. 따라서, 복수의 투영 데이터 (106, 107, 108)를 기초로 촬영 대상물(102)에 대한 2D 또는 3D 엑스선 단층 영상으로 재구성하는 단계가 추가적으로 필요하다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 엑스선 촬영 장치를 설명하기 위한 도면이다.
엑스선 촬영 장치(20)는 복수의 엑스선 소스(211, 212, 213, 214, 215)가 배치된 엑스선 발생기(210)을 포함한다. 복수의 엑스선 소스(211, 212, 213, 214, 215)는 온 또는 오프되며 엑스선을 방출하고 촬영 대상물(220)에 엑스선을 조사한다.
엑스선 검출기(230)는 투과되는 엑스선의 선량에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 엑스선 소스는 전계방식으로 엑스선을 방출할 수도 있다.
한편, 엑스선 촬영 장치(20)는 종래의 토모신테시스 시스템(10)의 회전 이동이 아닌 수평 이동 방식을 가질 수 있다. 예를 들어, 엑스선 촬영 장치(20)는 제1 엑스선 소스(212), 제2 엑스선 소스(213) 및 제3 엑스선 소스(214)의 순서로 엑스선을 방출하도록 제어할 수 있다.
한편, 촬영 대상물(220)의 제1 평면(Plane 1) 및 제2 평면(Plane 2)을 기준으로 각각의 제1 지점(240) 및 제2 지점(250)은 복수의 투영 데이터(260, 270, 280) 각각에 맵핑되어 촬영될 수 있다.
이 경우, 제1 지점(240) 및 제2 지점(250)은 엑스선 발생기(210)의 복수의 엑스선 소스(211, 212, 213, 214, 215) 각각의 온 또는 오프를 통한 수평 이동으로 인하여, 복수의 투영 데이터(260, 270, 280) 각각에 맵핑 될 수 있다.
따라서, 복수의 엑스선 이미지(260, 270, 280)를 기초로 촬영 대상물(220)에 대한 2D 또는 3D 엑스선 단층 영상으로 재구성하는 단계가 추가적으로 필요하다.
이 경우, 도 1의 종래 토모신테시스 시스템(10)과 달리 엑스선 소스들의 온 또는 오프가 수평적으로 동작함에 따른 특성을 반영하여 복수의 투영 데이터들을 재구성하여 단층 영상을 생성해야 한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 엑스선 소스의 온오프 제어를 통해 복수의 엑스선 이미지를 촬영하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
엑스선 촬영 장치(20)는 엑스선 발생기(210)에 포함된 복수의 엑스선 소스 각각의 온 또는 오프를 제어하여, 제1 방향(u)으로 수평 이동 방식으로 촬영 대상물에 대한 엑스선 촬영을 할 수 있다.
엑스선 발생기(210)는 엑스선 검출기(230) 상에 조사되는 X-ray 분포가 겹치지 않게끔 온이 되는 엑스선 소스들간의 간격을 유지하면서 적어도 하나 이상의 엑스선 소스를 소정의 시간(예를 들어, 수 msec ~수백 msec) 동안 동작 시킨다. 한편, 엑스선 발생기(210)는 X-ray 분포가 겹칠 경우에 엑스선 소스를 하나씩 개별로 온 또는 오프 시킬 수 있다.
엑스선 촬영 장치(20)는 온(ON)되는 엑스선 소스에서 방출되는 엑스선이 촬영 대상물을 중복 촬영하지 않도록 일부의 엑스선 소스만을 온하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 엑스선 촬영 장치(20)는 엑스선 발생기(210)에 포함된 복수의 엑스선 소스들 중 제1 엑스선 소스(311), 제2 엑스선 소스(311) 및 제3 엑스선 소스(311)가 온되도록 하여 촬영 대상물을 촬영하도록 할 수 있다.
그 후, 엑스선 촬영 장치(20)는 제4 엑스선 소스(314), 제5 엑스선 소스(315) 및 제6 엑스선 소스(311)가 온(on) 되어 촬영 대상물을 촬영하도록 할 수 있다. 또한, 순차적으로 엑스선 촬영 장치(20)는 제7 엑스선 소스(317), 제8 엑스선 소스(318) 및 제9 엑스선 소스(319)가 온(on) 되어 촬영 대상물을 촬영하도록 할 수 있다.
한편, 엑스선 촬영 장치(20)는 하나 이상의 엑스선 소스가 온(ON)될 때 동시에 엑스선 검출기(230)에 소정의 신호를 보내고, 각각의 엑스선 소스가 온(ON) 될 때마다 투영 데이터를 획득하여 저장할 수 있다.
도 4 및 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치를 이용하여 통해 엑스선 영상을 촬영하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치(20)는 엑스선 발생기(210) 또는 엑스선 검출기(230)가 제2 방향(v)으로 수평 이동을 하면서, 촬영 대상물(220)에 대하여 엑스선 영상을 촬영할 수 있다.
또는, 도 5를 참고하면, 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치(20)는 엑스선 발생기(210) 또는 엑스선 검출기(230)는 고정되고, 촬영 대상물(220)이 제2 방향(v)으로 수평 이동을 하면서, 엑스선 영상을 촬영할 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 엑스선 소스가 2차원 배열 형태로 배치된 엑스선 발생기를 설명하기 위한 도면이다.
엑스선 발생기(210)의 복수의 엑스선 소스(211)들은 2차원 배열 형태로 배치될 수 있다. 엑스선 촬영 장치(20)는 복수의 엑스선 소스(211)들 각각을 제 1 방향(u) 또는 제2 방향(v)으로 온 또는 오프되도록 제어하여 엑스선 영상을 촬영할 수 있다. 따라서, 복수의 엑스선 소스가 1차원 라인 형태로 배치되는 엑스선 발생기가 수평으로 이동하면서 촬영하는 것과 같은 효과로 촬영 대상물을 촬영할 수 있다.
한편, 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치가 획득하는 복수의 투영 데이터를 나타내는 도면이다
복수의 투영 데이터(700)는 엑스선 발생기(210)의 복수의 엑스선 소스들 각각이 제1 방향(u)으로 순차적으로 온 또는 오프되거나, 엑스선 발생기(210)가 제2 방향(v)으로 수평 이동하며 방출된 엑스선이 엑스 엑스선 검출기(230)에 의해 검출되어 투영(projection)된 엑스선 투영 이미지일 수 있다.
영상 촬영 장치(20)는 복수의 투영 데이터들(700)을 기초로 촬영 대상물에 대한 단층 영상인 2D 또는 3D 엑스선 이미지를 재구성할 수 있다.
한편, 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
엑스선 촬영 장치(20)는 엑스선 발생기(210), 엑스선 검출기(220), 메모리(250) 및 프로세서(270)을 포함할 수 있다.
엑스선 발생기(210)는 복수의 엑스선 소스를 포함할 수 있다. 복수의 엑스선 소스는 1차원 라인 형태로 배치되거나, 2차원 배열 형태로 배치될 수 있다.
엑스선 검출기(230)는 엑스선 검출기(103)는 투과되는 엑스선의 선량에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 엑스선 검출기(230)는 전기 신호를 생성하여 투영 데이터를 생성할 수 있다.
메모리(250)는 프로세서(270) 내의 각 신호 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장하고, 신호 처리된 영상, 음성 또는 데이터 신호 등을 저장할 수 있다. 메모리(250)는 복수의 투영 데이터를 저장할 수 있다.
프로세서(270)는 엑스선 발생기(210) 또는 엑스선 검출기(230)의 움직임을 제어하거나, 엑스선 발생기(210)의 복수의 엑스선 소스 각각의 온 또는 오프를 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(270)는 엑스선 검출기(230)에서 생성된 복수의 투영 데이터를 메모리(250)에 저장할 수 있다.
또한, 프로세서(270)는 복수의 투영 데이터들을 촬영 대상물에 대한 단층 영상인 2D 또는 3D 엑스선 영상으로 재구성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(270)는 복수의 투영 데이터를 기초로 소정의 재구성 알고리즘을 적용하여, 2D 또는 3D 엑스선 단층 영상을 생성할 수 있다.
한편, 재구성 알고리즘에는 대표적으로 FBP(filtered back projection)이 있다. 그러나, 도 1에서 개시된 종래 토모신테시스 시스템(10)에서 사용되는 FBP(filtered back projection) 재구성 알고리즘을 도 2의 엑스선 촬영 장치(20)에서 사용하는 경우, 재구성된 엑스선 이미지에 아티팩트가 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 종래 토모신테시스 시스템(10)은 엑스선 발생기가 소정의 회전축을 기준으로 회전하여 투영 데이터를 획득하나, 도 2의 엑스선 촬영 장치(20)는 수평 이동하여 투영 데이터를 획득하기 때문에 엑스선이 엑스선 검출기의 일부에 제한된 각도로 입사하기 대문에 하나의 픽셀 값을 계산하기 위해 일부의 투영 데이터만이 사용되어 재구성되는 엑스선 영상에 불연속적인 선형 영상 아티팩트가 나타날 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 촬영 영상 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
프로세서(270)는 복수의 투영 데이터를 획득할 수 있다(S901). 예를 들어, 프로세서(270)는 엑스선 검출기(230)에 의해 생성되어 메모리(250)에 저장된 복수의 투영 데이터를 획득할 수 있다.
프로세서(270)는 복수의 투영 데이터 각각에 대한 로그 투영(log projection)을 수행하여 로그 투영된 투영 데이터를 생성할 수 있다(S902). 로그 투영(log projection)은 촬영 피사체(220)에 엑스선이 지수적(exponential)하게 흡수됨으로 인해 반영 되는 투영 데이터의 지수적 특징을 로그 스케일로 변경하여 투영 데이터가 선형적인 값을 갖도록 하는 것일 수 있다.
또한, 프로세서(270)는 로그 투영된 투영 데이터에 가중 투영(weighted projection)을 수행하여 가중 투영된 투영 데이터를 생성할 수 있다(S903).
도 7의 복수의 투영 데이터(700)를 참고하면, 각각의 투영 데이터는 촬영 대상물의 일부분에 대한 엑스선 조사 영역의 경계가 생기게 된다. 따라서, 투영 데이터에 해당하는 FOV(Field Of View) 영역에 역투사 되었을 때 경계선 부근에 아티팩트가 발생할 수 있다. 따라서프로세서(270)는 로그 투영된 투영 데이터에 가중 투영(weighted projection)을 수행하여 가중 투영된 투영 데이터를 생성함으로써, 경계선 부근에서 발생하는 아티팩트를 감소시킬 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 가중 투영 방법을 설명하기 위한 도면이다.
프로세서(270)는 로그 투영된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00001
)에 가중치(
Figure 112021072018342-pat00002
)를 적용하여 가중 투영된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00003
)를 생성할 수 있다. 가중 투영은 다음과 같은 수학식 1이 적용될 수 있다.
Figure 112021072018342-pat00004
Figure 112021072018342-pat00005
여기서, u, v는 엑스선 소스의 좌표일 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 가중 투영이 적용된 단층 영상과 종래 기술을 이용하여 재구성된 단층 영상을 비교하기 위한 도면이다
종래 기술을 이용하여 재구성된 단층 영상(1101)과 가중 투영이 적용된 단층 영상(1102)를 비교하면 경계선 부근에서 발생하는 아티팩트가 감소된 효과를 확인할 수 있다.
한편, 프로세서(270)는 가중 투영된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00006
)에 양방향 램프 필터(ramp filter)를 적용하여 양방향 램프 필터가 적용된 투영 데이터를 생성할 수 있다(S904).
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 양방향 램프 필터를 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
램프 필터(ramp filter)는 투영 데이터의 획득 방향에 따라 주파수(frequency) 요소가 비대칭 적으로 나타나는 점을 보완하기 위하여, 소정의 방향에 대하여 높은 주파수 성분(high frequency component)를 강조하기 위한 필터일 수 있다. 따라서, 객체(object)가 보다 선명하게 보이는 효과를 나타낼 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 영상 촬영 장치(20)는 제1 방향(예를 들어, u 방향)과 제2 방향(예를 들어, v 방향)으로 각각의 방향으로 순차적으로 촬영 대상물에 엑스선을 조사하여 투영데이터를 획득한다. 제1 방향(u) 또는 제2 방향(v)으로 수평 이동하여 촬영하므로, 복수의 투영 데이터 각각에서 촬영 대상물이 사라지는 영역이 발생하게 된다.
예를 들어, 엑스선 발생기(210)가 1차원 라인 형태로 배치된 복수의 엑스선 소스를 포함하는 경우에는, 복수의 엑스선 소스 각각은 순차적으로 온(On)되면서 제1 방향향으로 촬영 대상물에 엑스선을 조사한다. 또한, 엑스선 발생기(210)가 제2 방향으로 이동하여 촬영을 할 수 있다.
따라서, 복수의 투영 데이터 각각에 대하여 하나의 방향으로만 램프 필터(1D ramp filter)를 적용하는 경우 투영 데이터 내의 객체(object)들이 하나의 방향으로만 블러링(blurring) 되어 비대칭적인 모양이 될 수 있다.
따라서, 프로세서(270)는 양 방향(제1방향 및 제2 방향)에 대하여 램프 필터를 적용할 수 있다.
도 12를 참고하면, 프로세서(270)는 가중 투영된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00007
)에 제1 방향(u)으로 램프 필터가 적용된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00008
)를 획득할 수 있다. 또한, 프로세서(270)는 가중 투영된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00009
)에 제2 방향(v)으로 램프 필터가 적용된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00010
)를 획득할 수 있다. 또한, 프로세서(270)는 가중 투영된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00011
)에 대하여 양방향으로 램프 필터가 적용된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00012
)를 획득 할 수 있다. 양방향으로 램프 필터가 적용된 투영 데이터(
Figure 112021072018342-pat00013
)는 다음과 같은 수학식이 적용될 수 있다.
Figure 112021072018342-pat00014
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 양방향 램프 필터가 적용된 단층 영상과 종래 기술을 이용하여 재구성된 단층 영상을 비교하기 위한 도면이다
종래 기술을 이용하여 재구성된 단층 영상(1301)과 양방향 램프 필터가 적용된 단층 영상(1302)를 비교하면 객체(object)들이 하나의 방향으로만 블러링(blurring) 되어 비대칭적인 모양이 발생하던 현상이 감소한 것을 확인할 수 있다.
한편, 프로세서(270)는 양방향 램프 필터가 적용된 투영 데이터 각각을 기초로 재구성된 단층 영상을 생성할 수 있다(S905). 이 경우, 일반적인 FBP (filtered back projection)알고리즘에서의 이미지 재구성(reconstruction image) 단계가 적용될 수도 있다.
또한, 프로세서(270)는 재구성된 단층 영상에 대한 정규화(normalization)을 적용하여 정규화된 재구성 단층 영상을 생성할 수 있다(S906).
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 정규화된 단층 영상을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
복수의 투영 데이터는 복수의 엑스선 소스들이 제1 방향 또는 제2 방향으로 수평 이동하여 촬영된 데이터이다. 따라서, 촬영 대상물의 가장 자리에서 촬영 대상물의 중심으로 갈수록 보다 많이 엑스선이 조사될 수 있으며, 투영 데이터도 촬영 대상물의 중심으로 갈수록 많은 픽셀들이 겹치게 된다.
따라서, 프로세서(270)는 가중 투영에서 사용한 가중치(weight)를 재구성하여 샘플링 밀도 맵(SD, sampling density map)을 생성하고, 재구성된 단층 영상(
Figure 112021072018342-pat00015
)에 나눠 줌으로써, 정규화된 재구성 단층 영상(
Figure 112021072018342-pat00016
)을 생성할 수 있다. 재구성된 단층 영상(
Figure 112021072018342-pat00017
), 샘플링 밀도 맵(SD), 정규화된 재구성 단층 영상(
Figure 112021072018342-pat00018
)은 다음과 같은 수학식이 적용될 수 있다.
Figure 112021072018342-pat00019
Figure 112021072018342-pat00020
Figure 112021072018342-pat00021
Figure 112021072018342-pat00022
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 반복적 재구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
한편, 프로세서(270)는 정규화된 재구성 단층 영상을 최초에 획득한 후에, 다시 반복적으로 재구성 과정을 수행할 수 있다. 이 경우, 프로세서(270)는 최대우도 기댓값 최대화(Maximum likelihood-Expectation Maximization, ML-EM) 알고리즘 등을 이용할 수 있다.
프로세서(270)는 정규화된 재구성 단층 영상에 대하여 반복적 재구성 과정을 반복 기준을 충족할 때까지 반복할 수 있다. 반복 기준은 소정의 반복 횟수로 설정될 수 있다.
프로세서(270)는 최초로 생성된 정규화된 재구성 단층 영상을 제1 단층 영상으로 획득할 수 있다(S1501).
프로세서(270)는 제1 단층 영상을 복수의 엑스선 소스 각각의 좌표(u,v)를 기준으로 순방향 투영(forward projection)하여, 복수의 가상 투영 데이터를 획득할 수 있다(S1502).
프로세서(270)는 촬영 대상물에 엑스선을 조사하여 획득하였던 복수의 투영 데이터와 복수의 가상 투영 데이터 각각을 엑스선 소스 각각의 좌표를 기준으로 비교하여 차이 또는 비율을 획득할 수 있다(S1503).
프로세서(270)는 획득한 차이 또는 비율에 대하여 가중 투영을 적용하여 역투영(back-projection)함으로써, 역투영된 영상 차이 또는 비율(back-project ratio)을 획득할 수 있다(S1504).
또한, 프로세서(270)는 역투영된 영상 차이 또는 비율 및 제1 단층 영상을 기초로 정규화를 적용하여 제2 단층 영상을 획득할 수 있다(S1504).
또한, 프로세서(270)는 반복이 더 필요한지 여부를 판별할 수 있다(S1506). 예를 들어, 프로세서(270)는 소정의 반복 횟수를 충족한 경우 반복이 더 필요하지 않는 것으로 판별하고 반복적 재구성을 종료(S1507)할 수 있다. 또한, 예를 들어, 프로세서(270)는 소정의 반복 횟수가 충족되지 않는 경우 반복이 더 필요한 것으로 판별하고, 제2 단층 영상에 대하여 다시 재구성 과정을 수행할 수 있다(S1502).
한편, n 번째 단층 영상에 대한 반복적 재구성 과정을 거친 n+1의 단층 영상은 다음과 같은 수학식을 만족할 수 있다.
Figure 112021072018342-pat00023
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 복수의 엑스선 소스를 포함하는 엑스선 발생기;
    상기 복수의 엑스선 소스에서 조사되는 엑스선을 검출하여 복수의 투영 데이터를 생성하는 엑스선 검출기 및
    상기 복수의 투영 데이터 각각에 대하여 로그 투영을 적용하고, 상기 로그 투영된 투영 데이터에 가중 투영을 적용하고, 상기 가중 투영된 투영 데이터에 양방향 램프 필터를 적용하고, 상기 양방향 램프 필터가 적용된 투영 데이터 각각을 기초로 재구성된 단층 영상을 생성하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 재구성된 단층 영상에 대한 정규화를 적용하여 정규화된 재구성 단층 영상을 생성하고, 상기 정규화된 재구성 단층 영상에 대하여 반복적 재구성 과정을 소정의 반복 기준을 충족할 때까지 반복하며,
    상기 프로세서는.
    상기 반복적 재구성 과정을 수행할 때, 상기 정규화된 재구성 단층 영상을 제1 단층 영상으로 획득하고, 상기 제1 단층 영상을 상기 복수의 엑스선 소스 각각의 좌표를 기준으로 순방향 투영하여 복수의 가상 투영 데이터를 획득하고, 상기 복수의 투영 데이터와 상기 복수의 가상 투영 데이터 각각을 상기 복수의 엑스선 소스 각각의 좌표를 기준으로 비교하여 차이를 획득하고, 상기 획득한 차이에 대하여 가중 투영을 적용하여 역투영함으로써 역투영된 영상 차이를 획득하고, 역투영된 영상 차이 및 상기 제1 단층 영상을 기초로 정규화를 적용하여 제2 단층 영상을 획득하는,
    엑스선 촬영 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    소정의 반복 횟수를 충족하였는지 여부를 판별하고, 상기 소정의 반복 횟수가 충족되지 않는 경우 상기 제2 단층 영상을 다시 제1 단층 영상으로 하여 상기 반복적 재구성 과정을 반복하는,
    엑스선 촬영 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    1차원 라인 형태로 배치되는 상기 복수의 엑스선 소스를 포함하는,
    엑스선 촬영 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 발생기는,
    2차원 배열 형태로 배치되는 상기 복수의 엑스선 소스를 포함하는,
    엑스선 촬영 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 엑스선 소스 각각의 온 또는 오프를 제어하여 복수의 투영 데이터를 획득하는,
    엑스선 촬영 장치.
  9. 엑스선 촬영 장치에서 의해 수행되는 엑스선 영상 처리 방법으로서,
    복수의 투영 데이터를 획득하는 단계;
    상기 복수의 투영 데이터 각각에 대하여 로그 투영을 적용하는 단계;
    상기 로그 투영된 투영 데이터에 가중 투영을 적용하는 단계;
    상기 가중 투영된 투영 데이터에 양방향 램프 필터를 적용하는 단계;
    상기 양방향 램프 필터가 적용된 투영 데이터 각각을 기초로 재구성된 단층 영상을 생성하는 단계;
    상기 재구성된 단층 영상에 대한 정규화를 적용하여 정규화된 재구성 단층 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 정규화된 재구성 단층 영상에 대하여 반복적 재구성 과정을 소정의 반복 기준을 충족할 때까지 반복하는 단계를 포함하고,
    상기 반복적 재구성 과정은,
    상기 정규화된 재구성 단층 영상을 제1 단층 영상으로 획득하는 단계;
    상기 제1 단층 영상을 상기 복수의 엑스선 소스 각각의 좌표를 기준으로 순방향 투영하여 복수의 가상 투영 데이터를 획득하는 단계;
    상기 복수의 투영 데이터와 상기 복수의 가상 투영 데이터 각각을 상기 복수의 엑스선 소스 각각의 좌표를 기준으로 비교하여 차이를 획득하는 단계;
    상기 획득한 차이에 대하여 가중 투영을 적용하여 역투영함으로써 역투영된 영상 차이를 획득하는 단계; 및
    상기 역투영된 영상 차이 및 상기 제1 단층 영상을 기초로 정규화를 적용하여 제2 단층 영상을 획득하는 단계를 포함하는,
    엑스선 영상 처리 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    소정의 반복 횟수를 충족하였는지 여부를 판별하는 단계; 및
    상기 소정의 반복 횟수가 충족되지 않는 경우 상기 제2 단층 영상을 다시 제1 단층 영상으로 하여 상기 반복적 재구성 과정을 반복하는 단계를 더 포함하는,
    엑스선 영상 처리 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 엑스선 촬영 장치는,
    복수의 엑스선 소스가 1차원 라인 형태 또는 2차원 배열 형태로 배치되는 엑스선 발생기를 포함하는,
    엑스선 영상 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 투영 데이터는,
    상기 복수의 엑스선 소스 각각이 온 또는 오프가 제어되어 촬영 대상물에 엑스선이 조사되어 획득된 투영 데이터인,
    엑스선 영상 처리 방법.
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