KR19990077059A

KR19990077059A - 컴퓨터 단층촬영 시스템용 줄무늬 억제필터

Info

Publication number: KR19990077059A
Application number: KR1019980705192A
Authority: KR
Inventors: 칭-밍 라이
Original assignee: 토비 에취. 쿠스머; 아날로직 코포레이션
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1999-10-25
Also published as: WO1997025924A1; BR9612437A; GB9811790D0; US5680426A; AU7739896A; DE19681690T1; JPH11502757A; NL1005041A1; CN1183874C; NL1005041C2; GB2322058B; GB2322058A; CN1207656A

Abstract

CT 줄무늬 억제필터 SSF(70)가 CT 시스템에서 발생된 프로젝션 데이터 신호(PDS:1-PDS:N)를 수신한다. 이 SSF(70)는 프로젝션 데이터 신호(PDS:1-PDS:N)를 수신하고 저주파 신호(PDSLF:1-PDSLF:N)와 고주파 신호(PDSHF:1-PDSHF:N)를 발생하기 위한 공간필터를 포함하고, 또한 고주파 신호(PDSHF:1-PDSHF:N)로부터 여과신호를 발생하기 위한 비선형 필터를 포함한다. SSF(70)는 줄무늬 보정신호(SCS:1-SCS:N)를 발생토록 저주파 신호(PDSLF:1-PDSLF:N)와 여과신호를 조합하기 위한 장치(130:1-130:N)를 포함한다. SSF(70)는 원밀도 신호(PDS:1-PDS:N)를 저역필터링(210:1-210:N)하여 저주파 신호(PDSLF:1-PDSLF:N)를 형성하고 원밀도 신호(PDS:1- PDS:N)로부터 저주파 신호(PDSLF:1-PDSLF:N)를 감산(220:1-220:N)하여 고주파 신호(PDSHF:1-PDSHF:N)를 형성한다. SSF(70)는 고주파 신호(PDSHF:1-PDSHF:N)를 제한(120:1-120:N)하여 여과신호(SCS:1-SCS:N)를 형성한다.

Description

컴퓨터 단층촬영 시스템용 줄무늬 억제필터

제 3 세대형 컴퓨터 단층촬영(CT) 시스템은 환상 디스크의 직경방향 대향측에 고정된 X-선 소오스와 X-선 검출기 시스템을 포함한다. 디스크는 갠트리 지지체 내에 회전가능하게 착설되어 스캔중에 디스크가 회전축선을 중심으로 하여 연속회전하고 이러한 회전중에 X-선이 소오스로부터 디스크의 개방부 내에 배치된 대상체를 통하여 검출기 시스템으로 통과할 수 있게 되어 있다.

전형적으로 검출기 시스템은 방사선이 X-선 소오스로부터 방사되는 "초점"으로 불리는 지점에 곡률중심을 갖는 원호의 형태로 단일열이 되게 배치된 검출기 어레이를 포함한다. X-선 소오스와 검출기 어레이는 소오스와 각 검출기 사이의 X-선 경로가 디스크의 회전축선에 수직인 동일평면(이후 "슬라이스 평면" 또는 "스캐닝 평면" 이라 함) 내에 놓이도록 배치된다. X-선 경로는 점광원이라 할 수 있는 지점으로부터 출발하여 상이한 각도로 검출기에 이르므로 X-선 경로는 팬, 즉 부채꼴 모양을 이루어 어느 한 순간에 모든 X-선 경로를 설명할 때에 "팬 빔" 이라는 용어가 주로 사용된다. 스캔중의 어느 측정 순간에 단일검출기에 입사되는 X-선을 통상 "선" 이라 하였으며, 각 검출기는 그 해당 선의 강도를 나타내는 출력신호를 발생한다. 각 선은 그 경로 내에 놓인 모든 질량에 의하여 부분적으로 감쇠되므로 각 검출기에 의하여 발생된 출력신호는 검출기와 X-선 소오스 사이에 배치된 모든 질량의 밀도(즉, 검출기의 해당 X-선 경로 내에 놓인 질량의 밀도)를 나타낸다.

X-선 검출기에 의하여 발생된 출력신호는 통상 CT 시스템의 신호처리부에 의하여 처리된다. 일반적으로 신호처리부는 신호대 잡음비를 개선하기 위하여 X-선 검출기에 의하여 발생된 출력신호를 여과하는 데이타 획득 시스템(DAS)을 여과한다. DAS에 의하여 발생되는 여과된 출력신호를 통상 "원 데이타 신호"라 한다. 신호처리부는 통상적으로 프로젝션 필터를 포함하고 이 필터는 일련의 프로젝션 데이타를 발생토록 원 데이타 신호를 대수적으로 처리하며 이로써 각 프로젝션 데이타 신호는 해당 X-선 경로에 놓인 질량의 밀도를 나타내도록 한다. 어느 측정순간 또는 측정시간에 모든 프로젝션 데이타의 집합은 "프로젝션" 또는 "뷰우"라 불린다. 단일 스캔중에 디스크가 회전하므로서 각 프로젝션이 디스크의 상이한 각도위치에서 발생되게 다수의 프로젝션이 발생된다. 특정 프로젝션에 해당하는 디스크의 각도방향을 "프로젝션 각도"라 한다.

라돈 알고리즘(Radon algorithm)과 같은 잘 알려진 알고리즘을 이용하여, CT 이미지가 각 프로젝션 각도에서 수집된 모든 프로젝션 데이타 신호로부터 발생된다. CT 이미지는 스캐닝 평면을 따라 스캔되는 대상체의 2차원 "슬라이스"의 밀도를 나타낸다. 프로젝션 데이타 신호로부터 CT 이미지를 발생하는 방법은 CT 이미지가 프로젝션 데이타로부터 재구성되는 것으로 간주되므로 "필터 백 프로젝션(filtered back projection)" 또는 "재구성" 방법으로 불린다. 통상적으로 신호처리부는 프로젝션 데이터 신호로부터 재구성된 CT 이미지를 발생하기 위한 백-프로젝터를 포함한다.

CT 시스템이 갖는 한가지 문제점은 다양한 잡음 및 에러소오스가 잠재적으로 재구성 CT 이미지에 대하여 잡음 또는 아티팩트(artifacts)가 나타나도록 하는 것이다. 따라서, CT 시스템은 전형적으로 신호대 잡음비를 개선하고 재구성 CT 이미지에 아티팩트가 나타나는 것을 줄이도록 여러가지 신호처리 기술을 이용한다.

CT 시스템에서 한가지 중요한 형태의 잡음은 재구성 CT 이미지에 통상적으로 "줄무늬(streaks)" 라고 알려진 "줄무늬형" 아티팩트의 형태로 나타나는 것이다. 도 1은 사람의 머리부분에 대한 예시적인 재구성 CT 이미지를 보인 것으로, 줄무늬에 관련된 문제점을 설명하기 위한 것이다. 도 1에서, 백색영역은 뼈를 나타내고 회색영역은 연조직을 나타낸다. 당해 기술분야의 전문가라면 이해할 수 있는 바와 같이 도 1에서 연조직 영역에는 이미지의 해석에 장애를 주는 많은 줄무늬가 나타나 있다.

줄무늬가 나타날 수 있는 한가지 중요한 요인은 검출기 어레이에서 검출기의 한정된 크기와 간격에 의한 앨리어싱(aliasing) 현상이다. "골-조직 경계면" 이라 불리는 환자의 뼈와 연조직 사이의 경계면은 검출기의 한정된 크기와 간격에 의하여 불충분하게 샘플링 되는 프로젝션 데이타 신호 내의 고주파 성분을 발생한다. 이와 같이 불충분한 샘플링이 재구성 CT 이미지에 줄무늬가 나타나도록 한다. 또한 줄무늬는 스캔중에 환자나 갠트리가 움직이는 것과 같은 다른 요인 또는 환자의 몸안에 있는 금속 이식물이나 기타 고밀도 보철물에 의하여서도 나타날 수 있다.

도 2A-B는 골-조직 경계면이 어떻게 프로젝션 데이타 내에 고주파 성분을 발생하는지를 설명한다. 당해 기술분야에 전문가라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 도 2A-B는 축척대로 도시한 것은 아니며 설명을 위하여 단순히 도시한 것이다. 도 2A는 단일 프로젝션 각도에 대한 환자(50)의 단면, X-선 소오스(42)와, 검출기 어레이(44)의 일부 사이의 공간관계를 보이고 있다. 환자(50)의 단면은 소오스(42)와 검출기 어레이(44) 사이에 배치되고 연조직 영역(50:A)과 뼈영역(50:B)을 갖는다. 도시된 검출기 어레이(44)는 낱개로 된 7개의 검출기(44:1-44:7)를 포함하고, 소오스(42)는 팬빔(52)을 방사하여 선(52:1)이 검출기(44:1)에 입사되고 선(52:2)이 검출기(44:2)에 입사된다. 나머지 선들도 같은 방법으로 각각의 검출기에 입사된다. 검출기 어레이(44)에 의하여 발생된 출력신호 DET는 DAS(45)에 의하여 여과되고 이 DAS는 이에 해당하는 원데이타 신호 RDS를 발생한다. 도시된 바와 같이, DAS(45)는 7개의 유니트(45:1-45:7)를 포함하며, 각 유니트가 각각의 검출기에 일치한다. DAS(45)에 의하여 발생된 원 데이타 신호는 프로젝션 데이타 신호 PDS를 발생하는 프로젝션 필터의 어레이(47)에 의하여 여과된다. 도시된 바와 같이 어레이(47)는 7개의 프로젝션 필터(47:1-47:7)를 포함하고, 각 필터가 각각의 검출기에 일치한다.

도 2B는 어레이(47)에 의하여 발생된 프로젝션 데이타 신호 PDS의 진폭을 보인 그래프이다. 검출기(44:1)(44:2)(44:6)(44:7)는 이들의 각 X-선 경로 내에 배치된 연조직(그리고 공기) 만을 대상으로 하므로 이에 해당하는 프로젝션 필터(47:1)(47:2)(47:6)(47:7)에 의하여 발생된 프로젝션 데이타 신호의 진폭은 비교적 작다. 검출기(44:3)(44:4)(44:5)는 이들의 각 X-선 경로 내에 배치된 뼈부분을 대상으로 하므로 이에 상응하는 프로젝션 필터(47:3)(47:4)(47:5)에 의하여 발생된 프로젝션 데이타 신호의 진폭은 비교적 크다. 연조직으로부터 뼈부분으로의 전이부분(즉, 뼈-조직 경계면)이 예리한 "엣지" 또는 불연속부분으로서 프로젝션 데이타에 나타나므로, 엣지는 진폭이 급격히 변화하는 장소에 배치된다(엣지는 도 2B에서 검출기 44:2와 44:3 사이의 전이부분과, 검출기 44:5와 44:6 사이의 전이부분에 놓인다). 이러한 예리한 엣지는 프로젝션 데이타에서 고주파 성분으로 나타난다.

도 2A에서 보인 바와 같이, 검출기(44:3)는 뼈-조직 경계면에 걸쳐 있어(검출기 44:5도 마찬가지임) 경계면에 가까운 뼈의 일부분과 경계면에 가까운 연조직의 일부분이 X-선 경로(52:3) 내에 배치된다. 이러한 위치에서 검출기(44:3)에 입사되는 선(52:3)의 강도는 뼈부분과 조직의 평균밀도를 나타낸다. 따라서, 뼈-조직 경계면에 걸쳐 있는 검출기(44:3)는 경계면의 위치를 "흐리게" 하거나 불충분하게 샘플링 한다. 스캔중에 디스크가 충분히 회전하여 새로운 검출기의 하측에 배치되기 전에 단일 검출기는 전형적으로 여러 프로젝션 각도에서 뼈-조직 경계면에 걸쳐 있게 될 것이다. 그리고 이러한 새로운 검출기는 더 많은 프로젝션 각도에서 경계면에 걸치게 될 것이다. 이와 같은 방법으로 여러 프로젝션 각도에서 검출기가 경계면에 걸쳐 놓이게 되는 것은 스캐너가 경계면의 위치를 정확히 찾아내기 어렵도록 하므로서 재생 CT 이미지에 줄무늬가 나타나도록 한다.

줄무늬를 줄이는 종래기술의 한가지 방법은 검출기의 크기를 줄이고 검출기를 보다 근접하게 밀집시키는 것이 있다. 이러한 방법은 비록 간단하고 효과적이기는 하나 많은 검출기가 요구되고 이러한 소형 검출기의 제조조건이 전류기술의 한계를 초과하므로 시스템의 코스트 상승원인이 된다.

줄무늬를 줄이는 다른 방법은 프로젝션 데이타에 선형 저역필터를 적용하여 줄무늬가 나타나도록 하는 고주파 성분을 제거하는 것이 있다. 이러한 저역필터는 프로젝션 데이타 신호를 백-프로젝터에 인가하기 전에 알려진 콘 볼루션 마스크를 이용하여 이들 신호를 회선시키는 콘 볼루션 필터에 결합사용 된다. 콘볼루션 필터는 백-프로젝터의 일부인 것으로 간주될 수 있다. 또한 저역필터는 검출기와 X-선 소오스 사이에 데이타를 평균하거나 흐리게 하는 물리적인 전치필터를 이용하여 구성될 수도 있다. 이러한 물리적인 전치필터를 얻을 수 있는 한가지 통상적이고 실질적인 방법으로서는 X-선 초점을 확대하거나 진동시키는 것이 있다. 이러한 방법으로 줄무늬를 줄일 수는 있으나 정보 내에 많이 있는 고주파 성분을 제거하는 결점을 가지며 이로써 발생된 CT 이미지의 품질이 떨어진다. 일반적으로 이러한 선형필터는 CT 이미지의 품질을 불필요하게 저하시키는 효과를 가지지 아니하고 줄무늬를 줄이도록 데이터를 충분히 여과할 수는 없다.

따라서, CT 이미지의 줄무늬를 줄이기 위한 개선된 방법과 장치가 필요하다.

본 발명은 환자의 컴퓨터 단층촬영(CT) 이미지를 얻기 위하여 의료분야에서 사용되는 컴퓨터 단층촬영 시스템용에 관한 것이다. 특히 본 발명은 CT 이미지에 나타나는 줄무늬를 줄이기 위한 개선된 줄무늬 억제필터에 관한 것이다.

도 1은 줄무늬와 관련된 문제점을 설명하기 위한 사람머리의 CT이미지 사진.

도 2A는 CT 스캐너에서 X-선 소오스와 일단의 검출기 사이의 X-선 경로를 보인 설명도.

도 2B는 도 2A에서 보인 CT 스캐너로부터 얻는 X-선 흡수량을 나타내는 프로젝션 데이타의 진폭을 보인 그래프.

도 3은 본 발명에 따라 구성된 줄무늬 억제필터를 포함하는 CT 스캐너의 정면도.

도 4는 본 발명에 따라 구성된 줄무늬 억제필터의 블럭 다이아그램.

도 5는 공간필터의 한 실시형태를 보인 것으로 도 4에서 보인 줄무늬 억제필터의 상세한 블럭 다이아그램.

도 6은 도 1에서 보인 이미지를 재구성 하는데 사용된 동일한 원데이터를 이용하고 본 발명에 따른 줄무늬 억제필터를 이용하여 재구성한 사람머리의 CT 이미지 사진.

도 7A-E는 도 4와 도 5에서 보인 한계장치에 의하여 사용될 수 있는 전송함수의 예를 보인 그래프.

도 8은 본 발명에 따라 구성된 CT 스캐너의 신호처리부를 보인 블럭 다이아그램.

도 9A는 평행하지 않은 일련의 X-선에 의하여 형성된 한 프로젝션의 일부를 설명하는 설명도.

도 9B는 일련의 평행한 X-선에 의하여 형성된 한 수정형태의 프로젝션의 일부를 설명하는 설명도.

도 10A-B는 일련의 평행한 X-선에 의하여 발생된 프로젝션을 형성하는 한 방법을 보인 설명도.

도 11A-B는 프로젝션 각도가 0°와 180°인 것에 대하여 X-선 소오스, 환자와 본 발명에 따라 구성된 CT 스캐너의 검출기 어레이 사이의 공간관계를 설명하는 설명도.

도 12는 프로젝션 각도가 0°와 180°인 것에 대하여 검출기 어레이와 X-선 사이의 공간관계를 보인 설명도.

본 발명의 목적은 종래기술의 상기 언급된 문제점을 해소하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 개선된 줄무늬 억제필터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 CT 이미지에서 줄무늬를 줄이기 위한 개선된 비선형 줄무늬 억제필터를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고역필터와 이 고역필터에 의하여 발생된 출력신호를 여과하기 위한 비선형필터를 포함하는 개선된 줄무늬 억제필터를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 고역필터와 이 고역필터의 출력을 클립핑하기 위한 한계장치를 포함하는 개선된 줄무늬 억제필터를 제공하는데 있다.

이들 목적과는 다른 목적들이 CT 시스템에 사용되는 개선된 줄무늬 억제필터에 의하여 제공된다. CT 시스템은 각각 대상체 일부의 밀도를 나타내는 다수의 프로젝션 데이타를 발생하고 CT 시스템은 다수의 프로젝션 신호로부터 대상체의 이미지를 발생하기 위한 이미지 발생장치를 포함한다. 줄무늬 억제필터는 프로젝션 데이타 신호를 수신하여 이로부터 다수의 저주파 신호와 다수의 고주파 신호를 발생하기 위한 공간필터를 포함한다. 또한 줄무늬 필터는 다수의 여과된 신호를 얻기 위하여 고주파 신호를 여과하기 위한 비선형 필터와, 다수의 줄무늬 교정신호를 발생토록 저주파와 여과신호를 조합하기 위한 장치를 포함한다. 그리고 줄무늬 억제필터는 줄무늬 교정신호를 이미지 발생장치에 인가하고 이 장치는 이로부터 줄무늬가 감소된 대상체의 CT 이미지를 발생한다.

한 관점에 따라서, 줄무늬 억제필터는 프로젝션 데이타 신호를 저역 여과하여 저주파 신호를 형성하고 이들의 일치하는 프로젝션 데이타 신호로부터 저주파 신호를 감산하여 고주파 신호를 형성한다.

다른 관점에 따라서, 비선형 필터는 고주파 신호가 한계치보다 클 때 이들을 클립핑하여 여과신호를 발생하기 위한 한계장치를 포함한다.

본 발명의 다른 목적과 잇점들은 여러 실시형태가 본 발명의 회상 모우드를 설명하는 방식으로 도시되고 기술된 다음의 설명으로부터 당해 기술분야의 전문가에게는 명백하게 될 것이다. 이러한 본 발명은 다른 실시형태로서도 실시가 가능할 것이며 그 세부사항이 본 발명을 벗어남이 없이 다방면으로 수정될 수 있다. 따라서, 도면과 상세한 설명은 본 발명의 내용을 설명한 것일 뿐 어떠한 제한이나 제약을 두고자 하는 것은 아니며 본 발명의 범위가 청구범위에서 한정된다.

본 발명의 특징과 목적을 보다 더 잘 이해할 수 있도록 다음의 설명은 첨부도면을 참조하여 상세히 설명될 것이며, 도면에서 동일 또는 유사한 부분에 대하여 동일부호로 표시하였음을 참고바란다.

도 3은 본 발명의 원리가 적용된 예시적인 CT 시스템, 즉 스캐너(40)를 보인 것이다. 이 스캐너(40)는 X-선 소오스와 디스크(46)에 착설된 검출기 어레이로 구성되는 검출기 조립체(44)를 포함한다. 소오스(42)와 검출기 조립체(44)는 CT 스캔 중에 디스크(46)의 중앙 개방부에 놓여 있는 대상체(50)의 둘레를 회전토록 회전축선(48)(도 3에서 도면의 수직으로 연장됨)을 중심으로 하여 회전된다. 대상체(50)는 살아 있는 환자의 머리나 몸통부분일 수 있다. 소오스(42)는 스캔평면(회전축선 48에 수직임) 내에 X-선의 연속팬빔(52)을 방사하며, 이는 대상체(50)를 통과한 후에 검출기 조립체(44)에 의하여 감지된다. 대상체(50)와 검출기 조립체(44) 사이에는 검출기에 의하여 산란광이 감지되는 것을 방지하기 위하여 산란방지판 어레이(54)가 배치된다. 우선 실시형태에서 검출기는 384개이고 48°의 원호에 걸쳐 연장되어 있으나 이들 검출기의 수와 각도는 달라질 수 있다. 알루미늄과 같은 경량의 재질로 되어 있는 디스크(46)는 축선(48)을 중심으로 하여 신속하고 원활하게 회전할 수 있게 되어 있다. 디스크(46)는 개방형 프레임의 구조로 되어 있어 대상체(50)가 디스크의 개방부를 통하여 놓일 수 있다. 대상체(50)는 예를 들어 X-선이 투과할 수 있는 테이블(56)에 지지될 수 있다.

검출기 조립체(44)에 의하여 발생된 출력신호는 DAS(45)(블럭 다이아그램 형태로 도시됨)에 인가되며 이는 이러한 출력신호로부터 원데이타 신호를 발생한다. 원데이타 신호는 프로젝션 필터 어레이(47)에 인가되고 이 어레이는 프로젝션 데이타 신호를 발생한다. 디스크(46)가 회전할 때, 프로젝션 데이타 신호는 많은 프로젝션 각도로부터 프로젝션을 제공하는데 사용된다. 프로젝션 데이타 신호는 줄무늬 억제필터(70)에 인가되며, 이 필터는 재생된 CT 이미지에서 줄무늬를 줄이도록 본 발명에 따라 프로젝션 데이타 신호를 여과한다. "줄무늬 보정 프로젝션 데이타 신호" 또는 줄여서 "줄무늬 보정신호"라 하는 줄무늬 억제필터(70)에 의하여 발생된 출력신호가 백-프로젝터(72)에 인가되고 이 백-프로젝터(72)는 줄무늬 보정신호로부터 CT 이미지를 발생한다. 백-프로젝터(72)는 백프로젝션을 위하여 데이타를 회전시키는 입력단자의 콘볼루션 필터를 포함한다.

이후 상세히 설명되는 바와 같이, 줄무늬 억제필터(70)는 비선형 필터이며, 프로젝션 필터(47)에 의하여 발생된 프로젝션 데이타 신호보다는 줄무늬 억제필터(70)에 의하여 발생된 줄무늬 보정신호를 이용하여 스캐너(40)가 줄무늬가 거의 없고 선명도가 개선된 양질의 CT 이미지를 발생할 수 있다.

도 4는 줄무늬 억제필터(70)를 상세히 보인 CT 스캐너(40)의 신호처리부의 블럭 다이아그램이다. 스캐너(40)는 N 채널장치이고 검출기 어레이(44)는 N개의 검출기(44:1-44:N)를 포함한다. 상기 언급된 바와 같이, 우선 실시형태에서는 검출기 어레이(44)의 검출기는 384개이므로 우선 실시형태에서 N은 384이나 채널수는 달라질 수 있다. 어레이의 N 검출기는 DAS(45)에 인가되는 프로젝션 각도마다 N개의 검출기 출력신호(DET:1-DET:N)를 발생한다. DAS(45)는 검출기 출력신호를 여과하고 이에 일치하는 N개의 원데이타 신호(RDS:1-RDS:N)를 발생한다. N개의 원테이타 신호가 매 프로젝션 각도에서 이에 일치하는 N개의 프로젝션 데이타 신호(PDS:1-PDS:N)를 발생하는 프로젝션 필터(47)에 인가된다. N 프로젝션 데이타 신호는 줄무늬 억제필터(70)에 인가되며 이 필터는 매 프로젝션 각도에서 N개의 줄무늬 보정신호(SCS:1-SCS:N)를 발생한다. 모든 프로젝션 각도로부터의 N개의 줄무늬 보정신호는 재구성 CT 이미지를 발생하는 백-프로젝터에 인가된다.

줄무늬 억제필터(70)는 각 프로젝션 각도에서 수집된 데이타에 대하여 동일한 기능을 수행하는 바, 본문에서는 일반적으로 하나의 프로젝션 각도에서 수집된 데이타에 대한 처리만이 설명될 것이다. 줄무늬 억제필터(70)는 공간필터(110), 일련의 N 한계장치(120:1-120:N)와, 역시 N개의 가산기(130:1-130:N)를 포함한다. 프로젝션 필터(47)에 의하여 발생된 N 프로젝션 데이타 신호(PDS:1-PDS:N)는 공간필터(110)에 인가되고 이에 응답하여 필터(110)는 N개의 고주파 신호(PDSHF:1- PDSHF:N)와, N개의 저주파 신호(PDSLF:1-PDSLF:N)를 발생한다. N개의 고주파 신호(PDSHF:1-PDSHF:N)가 N개의 한계장치(120:1-120:N)에 인가되며 이 장치는 이로부터 "여과신호" 또는 "클립핑 신호"라 불리는 일련의 N 출력신호를 발생한다. 각 클립핑 신호와 그 저주파 신호는 N개의 가산기(130:1-130:N) 중 하나의 입력에 인가되며 이 가산기는 이로부터 이에 해당하는 줄무늬 보정신호를 발생하므로서 N 가산기(130:1-130:N)는 N 줄무늬 보정신호(SCS:1-SCS:N)를 발생한다.

각 채널의 데이터는 하나의 검출기 출력신호, 하나의 원데이타 신호, 하나의 프로젝션 데이타 신호, 하나의 고주파 신호, 하나의 저주파 신호와, 하나의 줄무늬 보정신호를 포함한다. 따라서, 예를 들어 제 3 채널의 데이타는 제 3 채널 검출기(44:3)에 의하여 발생된 제 3 채널 검출기 출력신호(DET:3), 제 3 채널 원데이타 신호(RDS:3), 제 3 채널 프로젝션 데이타 신호(PDS:3), 제 3 채널 고주파 및 저주파 신호(PDSHF:3)(PDSLF:3)와, 제 3 채널 줄무늬 보정신호(SCS:3)를 포함한다.

고주파 및 저주파 신호를 발생하기 위하여 스캐너(40)의 각 채널은 인접채널 단으로 결합되는 것이 좋다. 공간필터(110)는 그 채널의 인접채널단에서 프로젝션 데이타 신호의 공간 고역필터링 과정을 수행하므로서 각 채널의 고주파 신호를 발생하며, 마찬가지로 공간필터(110)는 그 채널의 인접채널단에서 프로젝션 데이타 신호의 공간 저역필터링 과정을 수행하므로서 각 채널의 저주파 신호를 발생한다. 각 인접채널단은 인접한 일단의 채널을 포함하는 바, 하나의 인접채널단의 크기는 3개의 채널로 구성되며 이는 중앙의 채널과 이 중앙채널의 양측에 있는 두 채널로 구성된다. 예를 들어 제 3 채널은 제 2 및 제 4 채널과 함께 3개 채널의 인접채널단을 형성하며, 공간필터(110)는 적당한 고역필터링 콘 볼루션 마스크를 이용하여 제 2, 제 3 및 제 4 채널(PDS:2)(PDS:3)(PDS:4)의 프로젝션 데이타 신호를 조합하므로서 제 3 채널의 고주파 신호(PDSHF:3)를 발생한다. 마찬가지로, 공간필터(110)는 적당한 저역필터링 콘 볼루션 마스크를 이용하여 제 2, 제 3 및 제 4 채널(PDS:2)(PDS:3)(PDS:4)의 프로젝션 데이타 신호를 조합하므로서 제 3 채널의 저주파 신호(PDSLF:3)를 발생한다. 또한 이러한 인접채널단의 채널 수는 5개일 수 있으며, 당해 기술분야의 전문가라면 잘 알 수 있는 바와 같이 인접채널단의 수는 발명에 따라 달라질 수 있다. 또한 공간필터(110)에 의하여 수행되는 저역 및 고역 필터링 과정은 각 프로젝션 신호의 모든 에너지를 일치하는 저주파 신호 또는 고주파 신호로 보내어 해당 고주파 신호 및 저주파 신호의 연속조합이 본래의 프로젝션 데이타 신호를 정확히 재생할 것이다.

각 N 한계장치(120:1-120:N)는 그 입력신호에서 클립핑 과정을 수행한다. 즉 각 한계장치는 그 입력 고주파 신호를 한계값과 비교하여 고주파 신호의 크기가 한계값 이하일 때 고주파 신호와 동일하고 고주파 신호가 한계값 보다는 클 때에는 한계값과 동일하며 고주파 신호가 한계값의 -1배 이하일 때에 한계값의 -1배와 동일한 클립핑 신호를 발생한다. 또한 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 각 한계장치는 고주파 신호가 한계값 보다 클 때 한계값과 동일하지 않은 사전에 선택된 값과 동일하고 고주파 신호가 한계값의 -1배 이하일 때에 사전에 선택된 값의 -1배와 동일한 클립핑 신호를 발생할 것이다. 한계값과 사전에 선택된 값은 한계장치에 영구적으로 프로그램 되어 입력되거나 작업자에 의하여 선택될 수 있다. 그리고 각 N 가산기(130:1-130:N)는 그 채널의 클립핑 신호와 저주파 신호를 가산하여 그 채널의 줄무늬 보정신호를 발생한다.

도 5의 블럭 다이아그램은 공간필터(110)가 한 셋트의 N 3점 공간 저역필터(210:1-210:N)와 역시 같은 셋트의 N 감산기(220:1-220:N)를 이용하여 구성된 줄무늬 억제필터(70)의 한 우선 실시형태를 보이고 있다. 각 채널에서, 공간 저역필터는 그 채널의 인접채널 단으로부터의 프로젝션 데이타 신호를 수신하고 이로부터 그 채널의 저주파 신호를 발생토록 결합된 3개의 입력을 갖는다. 각 채널의 저주파 신호는 그 채널의 감산기의 부입력에 인가되고 그 채널의 프로젝션 데이타 신호는 그 채널 감산기의 정입력에 인가된다. 각 채널에서, 감산기는 그 채널 프로젝션 데이타 신호로부터 그 채널의 저주파 신호를 감산하여 그 채널의 한계장치에 인가되는 그 채널의 고주파 신호를 발생한다. 예를 들어, 저역필터(210:3)에 의하여 발생된 제 3 채널(PDSLF:3)의 저주파 신호는 제 3 채널의 감산기(220:3)의 부입력에 인가되고 제 3 채널(PDS:3)의 프로젝션 데이타 신호는 제 3 채널 감산기(220:3)의 정입력에 인가된다. 감산기(220:3)는 제 3 채널의 고주파 신호(PDSHF:3)를 발생하여 이 신호를 제 3 채널의 한계장치(120:3)에 인가하도록 그 정입력의 신호로부터 그 부입력의 신호를 감산한다. 각 채널의 고주파 신호는 그 채널의 프로젝션 데이타 신호로부터 그 채널의 저주파 신호를 감산하여 간단히 발생되므로 단일채널의 저주파 신호와 고주파 신호의 추후 가산으로 정확히 그 채널 본래의 프로젝션 데이타 신호를 재생할 것이다. 이는 고주파 신호가 한계값 이하일 때 줄무늬 보정신호가 본래의 프로젝션 데이타 신호와 정확히 일치하고 모든 고주파 정보가 CT 이미지의 재구성에 이용되도록 보존되기 때문에 바람직한 것이다. 이 실시형태에서, 각 줄무늬 보정신호는 고주파 신호의 진폭이 한계값 이하일 때에 그 본래의 프로젝션 데이타 신호와 동일하다. 그러나, 고주파 신호의 진폭이 한계값을 초과할 때 줄무늬 보정신호는 그 본래의 프로젝션 데이타 신호로부터 고주파 에너지의 일부를 제거하므로서 발생된다.

한 우선 실시형태에서, 공간 저역필터는 다음의 등식(1)에 따른 저주파 신호를 발생한다.

PDSLF·x = 0.25PDS:(x-1)+0.50PDS·x+0.25PDS:(x+1) (1)

여기에서 x는 2 부터 (N-1) 까지의 정수이다. 특정한 예를 들자면, 제 4 채널의 공간 저역필터(210:4)는 제 3 채널로부터의 프로젝션 데이타 신호(PDS:3)의 0.25배, 제 4 채널로부터의 프로젝션 데이타 신호(PDS:4)의 0.50배와, 제 5 채널로부터의 프로젝션 데이타 신호(PDS:5)의 0.25배를 합산하여 제 4 채널에 대한 저주파 신호(PDSLF:4)를 발생한다. 당해 기술분야에 전문가라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 등식(1)은 3점 콘 볼루션 마스크{0.25, 0.50, 0.25}로 프로젝션 데이타 신호의 콘 볼루션을 수행하는 것과 같다. 이 실시형태에서, 저역필터는 3점 필터이고 3개 검출기의 인접단을 이용한다. 다른 우선 실시형태에서, 저역필터는 5점 필터이고, 5개 검출기의 인접단을 이용하고 마스크 {0.10, 0.25, 0.30, 0.25, 0.10}를 이용한다. 이들 마스크는 "평균" 또는 "불선명" 마스크이며 예로써 주어진 것이다. 다른 평균 마스크와 다른 인접단 크기가 이용될 수 있을 것이다. 더욱이 공간 저역필터는 다른 유한 임펄스 응답(FIR)필터, 무한 임펄스 응답(IIR)필터, 순환 또는 비순환 필터와, 예를 들어 푸리에 변환기술을 이용한 측주파수 영역 필터를 이용하여 구성될 수 있다.

공간 저역필터(210:1)는 채널어레이의 일측단부에 배치된 제 1 채널의 저주파 신호(PDSLF:1)를 계산한다. 이 채널은 양측에 인접한 채널을 가지지 않으므로 필터(210:1)가 등식(1)에 따른 그 저주파 출력신호를 발생할 수는 없으며, 도 5에서 보인 바와 같이 필터(210:1)는 두 프로젝션 데이타 신호만을 수신토록 결합된다. 어레이의 단부부근에서 처리하는 형태의 인접단을 계산하는 이러한 문제점은 이미지 처리분야에서는 용이하게 이해될 수 있으며, 필터(210:1)는 그 저주파 출력신호(PDSLF:1)를 계산하기 위하여 몇가지 공지된 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 공간 저역필터(210:1)가 그 제 3 입력(도 5에서는 연결되지 않은 상태로 도시됨)을 기준전위(예를 들어 접지전위)에 결합하여 제 3 입력이 항상 제로로 해석되고 3개 입력을 다른 필터에 의하여 사용된 콘 볼루션 마스크의 확대 버전으로 회선시킨다. 또한 필터(210:1)는 제 2 및 제 3의 두 입력을 제 2 채널 프로젝션 데이타 신호(PDS:2)에 결합시킬 수 있다. 또한 필터(210:1)는 다른 필터와는 달리 다른 콘 볼루션 마스크를 이용할 수 있다. 물론 어레이의 타측 단부에 위치하는 필터(210:N)에 대하여서도 유사한 선택이 유효하다.

줄무늬 억제필터(70)가 도 5에 관련하여 저역필터의 어레이를 포함하는 것으로서 설명되었다. 당해 기술분야의 전문가라면 이해할 수 있는 바와 같이, 줄무늬 억제필터(70)는 저역필터 대신에 한 셋트의 고역필터를 이용하여 구성될 수도 있다. 이 실시형태에서, 고주파 신호가 고역필터에 의하여 발생되고, 저주파 신호를 해당 프로젝션 데이타 신호로부터 고주파 신호를 감산하여 발생된다. 또한 줄무늬 억제필터(70)는 각각 고주파 신호와 저주파 신호를 발생하기 위하여 한 셋트의 고역필터와 한 셋트의 저역필터를 이용하여 구성될 수 있다.

재구성된 CT 이미지에서 나타나는 줄무늬는 프로젝션 데이타 신호의 고진폭 고주파수 성분이 원인이 된다. 따라서, 줄무늬 억제필터(70)에 의하여 발생된 줄무늬 보정신호(고진폭 고주파수 성분이 적음)로부터 재구성된 CT 이미지는 줄무늬가 거의 없다. 또한 이러한 CT 이미지에 줄무늬가 남아 있다 하더라도 그 진폭은 작다. 따라서 줄무늬 억제필터(70)는 유용성이 증가된 선면한 CT 이미지의 재구성을 가능하게 한다.

한계값의 진폭은 한계장치가 재구성 CT 이미지에 줄무늬를 발생토록 하는 고주파 신호의 해당 부분만을 제거하도록 설정된다. 만약 한계값이 너무 낮게 설정되고 이에 의하여 한계장치가 고주파 신호를 너무 많이 제거하는 경우 줄무늬 보정신호는 저주파 정모만을 가질 것이다. 이러한 신호로 재구성된 CT 이미지는 줄무늬는 없으나 고해상도의 이미지화를 가능하게 하는 모든 고주파수 정보가 줄무늬 보정신호로부터 제거되므로 이들 CT 이미지의 품질은 좋지 않게 될 것이다. 반대로, 한계값이 너무 높게 설정되는 경우에는 재구성 CT 이미지의 품질이 줄무늬에 의하여 떨어질 것이다. 통상적으로 CT 이미지에서 관심영역은 연조직 영역이지 뼈를 포함하는 영역은 아니므로 한계값은 연조직 영역에 관련된 이미지 정보의 완전성을 충분히 보정할 수 있도록 높게 설정되는 한편 뼈-조직 경계면에 의하여 발생된 고진폭 고주파수 성분을 충분히 제거할 수 있도록 낮게 설정되는 것이 좋다. 이러한 방법으로 한계값을 설정하는 것은 뼈-조직 경계면 부근의 영역에서 CT 이미지의 해상도가 떨어진다. 그러나 이들 영역은 거의 관심 밖이므로 연조직 영역의 줄무늬가 없는 고해상도의 이미지를 얻기 위하여 이들 영역의 해상도 일부를 희생하는 것이 허용될 수 있다. 따라서, 한계값은 뼈-조직 경계면이 없는 영역으로부터 발생된 전형적인 고주파 신호의 진폭보다는 높고 뼈-조직 경계면에 의하여 발생된 전형적인 고주파 신호의 진폭 보다는 약간 낮게 설정되는 것이 좋다.

줄무늬 억제필터(70)를 동조시키는 한가지 방법은 초기에 한계값을 제로로 설정하고 일부 재구성된 CT 이미지를 발생하는 것이다. 이들 이미지는 저주파 신호로부터 만으로 유도될 것이며 따라서 품질이 떨어질 것이다. 작업자는 이들 이미지를 관찰해 가면서 저주파 신호의 발생에 이용토록 적당한 저역필터링 기능(즉, 콘 볼루션 마스크)을 선택할 수 있다. 저역필터링 기능은 요구된 줄무늬 억제량을 제공하기 위하여 거의 요구되지 않는 원데이타를 여과(또는 흐리게)하도록 선택된다. 저역필터링 기능이 선택되었을 때, 작업자는 줄무늬가재구성 이미지에 나타나기 시작할 때까지 한계값을 제로로부터 서서히 증가시킨다. 연조직 영역은 고주파수 성분을 포함하므로 한계값을 너무 낮게 설정하면 연조직 영역의 정보를 손실하게 될 것이다. 따라서 한계값은 요구된 줄무늬 억제율을 유지하면서 가능한 한 높게 설정되어야 한다. 적합하게 동조되었다 하더라도 줄무늬 억제필터(70)는 재구성 이미지에 적은 강도의 에러를 도입할 것이다. 그러나 이들 에러는 줄무늬 보다는 현저히 작으며 이들은 사람 눈에 거의 띄지 아니한다. 필터(70)에 의하여 이루어진 줄무늬 억제는 이러한 에러의 묵인을 허용한다.

도 6은 도 1에서 보인 CT 이미지를 재구성하는데 사용된 동일한 데어타를 이용하여 재구성된 CT 이미지를 보인 것이다. 그러나, 도 6에서, 프로젝션 데이터 신호는 먼저 줄무늬 억제필터(70)를 이용하여 처리되었다. 이러한 이미지를 발생하기 위하여, 줄무늬 억제필터(70)는 최대 프로젝션 데이터 신호가 약 4.8 일 때 저주파 신호와 0.006의 한계값을 발생토록 {0.10, 0.25, 0.30, 0.25, 0.10}의 마스크를 사용하였다. 도 6에서 보인 이미지는 도 1에서 보인 이미지보다 줄무늬가 거의 없고 선명도가 증가하였다.

줄무늬 억제필터(70)는 고주파 신호의 고진폭 부분을 잘라내기 위하여 한계장치(120)(도 4-도 5에서 보임)를 이용하는 것에 관련하여 설명되었다. 도 7A는 한계장치(120)의 전송함수의 그래프이다. 한계장치(120)에 의하여 발생된 출력신호는 입력신호의 크기가 한계값의 크기보다 작을 때 한계장치에 인가된 입력신호와 동일하며 출력신호는 입력신호의 크기가 한계값의 크기보다 클 때에 한계값으로 제한된다. 한계장치(120)는 그 입력신호, 제 1 한계값과, 제 2 한계값에 따라 출력신호를 발생하여 입력신호가 제 1 한계값 보다 작을 때 출력신호가 제 1 한계값과 같고, 입력신호가 제 1 한계값 보다는 크고 제 2 한계값 보다는 작을 때 출력신호가 입력신호와 같으며, 입력신호가 제 2 한계값 보다 클 때에 출력신호가 제 2 한계값과 같도록 하는 것으로 이해될 수 있다. 도 7A에서 보인 전송함수에서, 제 1 및 제 2 한계값은 크기는 같고 극성은 반대이다. 그러나, 당해 기술분야에 전문가라면 다른 실시형태에서 제 1 및 제 2 한계값이 이와 같은 방법으로 관계될 필요는 없음을 이해할 것이다.

또 다른 실시형태에서, 한계장치(120)는 도 7A에서 보인 것과는 상이한 전송함수를 갖는 필터를 이용하여 구성될 수도 있을 것이다. 도 7B-도 7E는 본 발명에 따른 다른 전송함수의 예를 보인 것이다. 우선형태의 전송함수가 도 7B에 도시되어 있으며, 한계장치(120)가 이러한 전송함수를 이용할 때 이는 그 입력신호, 정한계값, 부한계값, 사전에 선택된 정사전 선택값 PRESET와, 부사전 선택값-PRESET의 함수에 따라 출력신호를 발생하여 입력신호가 부한계값 보다 작을 때 출력신호가 부사전 선택값-PRESET과 같고, 입력신호가 부한계값 보다는 크고 정한계값 보다는 작을 때 출력신호가 입력신호와 같으며, 입력신호가 정한계값 보다 클 때 출력신호가 정사전 선택값 PRESET와 같게 된다. 사전 선택값 PRESET은 한계값 보다 작은 크기를 가지며, 특히 상수 PRESET가 제로로 설정되는 것이 좋다. 만약 도 7C에서 보인 전송함수가 사용되는 경우 장치(120)는 입력신호의 크기가 한계값 보다 작을 때에 장치(120)에 인가된 입력신호와 동일한 출력신호를 발생하고, 출력신호는 입력신호가 한계값 보다 클 때에 입력신호의 선형 압축버전과 동일하다. 마찬가지로, 도 7D에서 보인 전송함수가 사용되는 경우 장치(120)에 의하여 발생된 출력신호는 입력신호의 크기가 한계값 보다 클 때에 입력신호의 비선형 압축버전과 동일하다. 만약 도 7E에서 보인 전송함수가 사용되는 경우에 장치(120)는 입력신호의 크기가 한계값 보다 작을 때 입력신호를 증폭시키고 입력신호의 크기가 한계값 보다 클 때 입력신호를 약간 압축시킨다. 당해 기술분야의 전문가라면 이해할 수 있는 바와 같이, 도 7A-도 7E에서 보인 전송함수는 단순히 예를 든 것이며, 본 발명은 프로젝션 데이터 신호의 줄무늬를 형성하는 고진폭 고주파수 성분을 압축하고 프로젝션 데이터 신호의 줄무늬를 형성하지 않는 저진폭의 고주파수 성분을 거의 여과하지 않는 장치(120)이면 된다. 입력신호의 일부(즉, 고진폭 고주파수 성분)를 선택적으로 비교적 대규모로 여과하고 입력신호의 다른 부분(즉, 저진폭의 고주파수 성분)을 선택적으로 비교적 소규모로 여과하는 이러한 필터는 일반적으로 비선형이므로, 줄무늬 억제필터(70)는 비선형 필터로 구성되는 것이 좋다.

본 발명은 또한 한계장치(120)와 같은 필터를 고주파 신호에 적용하는 것에 대하여 설명되었다. 당해 기술분야의 전문가라면 이해할 수 있는 바와 같이, 다른 구성에서 필터는 줄무늬 보정신호를 발생하기 위하여 저주파 신호와 고주파 신호 보다는 프로젝션 데이터 신호에 직접 동일한 방법으로 작용할 것이다. 또한 줄무늬 억제필터(70)는 고주파 및 저주파 신호를 발생하여 고주파 신호가 한계값 이하 일 때에 한 채널의 고주파 및 저주파 신호의 부가로 정확히 그 채널의 프로젝션 데이터 신호를 재생하는 것에 관련하여 설명되었다. 이러한 방법으로 고주파 및 저주파 신호를 발생하는 것이 좋으나, 당해 기술분야의 전문가라면 본 발명은 고주파 및 저주파 신호가 이러한 방법으로 발생되지 않는 경우에도 적용됨을 이해할 것이다.

줄무늬 억제필터(70)는 프로젝션 필터(47)로부터 공급된 프로젝션 데이터 신호로부터 줄무늬 보정신호를 발생하기 위하여 CT 시스템에 이용하는 것에 관련하여 설명되었다. 그러나, 본 발명에 따라 구성된 CT 시스템은 CT 이미지를 재구성하기 전에 프로젝션 데이터 신호에 다른 형태에 필터링을 적용할 수 있다. 도 8은 본 발명에 따라 구성된 우선형태의 CT 시스템(900)의 신호처리부를 보인 블럭 다이아그램이다. 이 시스템(900)은 줄무늬 억제필터(70)에 부가하여 평행빔 변환기(910)와 보간필터(920)를 포함한다. 시스템(900)에서, 프로젝션 필터(47)에 의하여 발생된 프로젝션 데이터 신호는 평행빔 변환기(910)에 인가되고 이로부터 한 셋트의 평행빔 신호가 발생된다. 평행빔 신호는 줄무늬 억제필터(70)에 인가되고 이 필터는 이로부터 줄무늬 보정신호를 발생한다. 그리고 줄무늬 보정신호는 보간필터(920)에 인가되고, 그 출력이 백-프로젝터(72)에 인가되며 이는 이로부터 재구성 CT 이미지를 발생한다.

평행빔 변환기(910)는 재배열 변환기(916)와 인터리브 변환기(918)를 포함한다. 재배열 변환기(916)는 프로젝션 필터(47)로부터 프로젝션 데이터 신호를 수신하고 이로부터 한 셋트의 재배열 신호를 발생한다. 재배열 신호는 인터리브 변환기(918)에 인가되고 이 변환기는 이로부터 평행빔 신호를 발생한다. 프로젝션 필터(47)에 의하여 발생된 프로젝션은 모든 프로젝션이 팬빔(52)(도 3에 도시됨)을 이용하여 발생되므로 "팬빔" 데이터로서 간주될 수 있다. 평행빔 변환기(910)는 프로젝션을 재조직하여 평행빔 프로젝션을 구성한다.

단일 스캔중에(즉, 디스크의 1회전 중에) 수집되는 프로젝션 필터(47)에 의하여 발생된 프로젝션 데이터 신호의 측정값은 등식(2)에서 보인 바와 같이 행렬식 PDS에서 체계화될 수 있다.

PDS 행렬식에서 각 요소 PDS(i,θ)는 각도 θ와 동일한 프로젝션 각도에 대한 i번째 채널에서 프로젝션 데이터 신호의 측정값을 나타낸다. 등식(2)에서, N은 스캐너(40)의 채널번호를 나타낸다. 상기 언급된 바와 같이, 우선 실시형태에서 어레이(44)의 검출기는 384개이므로 우선 실시형태에서 스캐너(40)의 채널은 384개이고 N은 384와 같다. Δθ는 연속 프로젝션 사이에서 디스크(46)의 회전량(즉, 연속 프로젝션 사이에서 프로젝션 각도의 각도증분)을 나타낸다. 우선 실시형태에서 디스크(46)는 각 프로젝션 사이에서 ⅛°를 회전하고 스캐너(40)는 단일 스캔시 2880개의 프로젝션(즉, 360°에 대하여 각도당 8개 프로젝션)을 발생하여, 우선 실시형태에서 Δθ는 0.125°이다. PDS 행렬식에서 각 행은 단일 프로젝션 각도에서 수집된 프로젝션 데이터 신호의 모든 측정값을 나타낸다. 우선 실시형태에서 PDS 행렬식에서 행은 2880개이다. PDS 행렬식에서 각 열은 1회의 스캔중에 수집된 하나의 채널의 프로젝션 데이터 신호의 모든 측정값을 나타내며, 우선 실시형태에서 PDS 행렬식의 열은 384개이다. PDS 행렬식은 순환특성을 가지므로 제 1 행이 최종행의 연속이다. 즉, PDS(i,0)=PDS(i,360) 이다.

도 9A는 환자(50)의 단면의 단일 팬빔 프로젝션 뷰우의 일부를 형성하는 한 셋트의 선(1010)을 보이고 있다. 각 선이 점광원인 X-선 소오스(42)로부터 방사되므로 선(1010)이 평행한 것은 없으며 이 프로젝션은 팬빔 프로젝션이다. PDS 행렬식의 각 행은 단일 팬빔 프로젝션에 일치한다. 재배열 변환기(916)는 프로젝션 데이타 신호를 재조직 하여 각 재조직된 프로젝션이 도 9B에서 보인 선(1020)과 같은 한 셋트의 평행한 선으로 구성된다.

도 10A-10B는 한가지 우선 방법을 보인 것으로, 이는 재조직 프로젝션을 발생하기 위하여 재배열 변환기(916)에 의하여 이용될 수 있다. 도 10A-10B는 두연속 프로젝션 뷰우의 발생중 X-선 소오스(42)와 검출기 어레이(44)의 위치를 보이고 있다. 스캔중에 X-선 소오스(42)와 검출기 어레이(44)는 원(1120)의 중심(1110)에 대하여 시계반대 방향으로 회전한다. 제 1 프로젝션 중에, 도 10A에서 보인 바와 같이, 선(1130)은 검출기(44:4)(즉, 어레이 44의 제 4 채널의 검출기)에 입사된다. 우선 실시형태에서, 검출기 사이의 간격은 연속 프로젝션의 발생 사이의 회전량과 일치하여 선(1130)이 선(1132)에 평행하고 이로부터 약간 벗어나 있다. 우선 실시형태에서, 이러한 기본적인 관계는 모든 검출기에 대하여 적용되어 연속 프로젝션 중에 인접한 검출기에 입사하는 어느 두 선을 평행하고 상대측에 대하여 약간 벗어나 있게 된다. 상기 언급된 바와 같이, 우선 실시형태에서 Δθ는 0.125°이다. 따라서 우선 실시형태에서, 어레이(44)의 각 검출기는 인접한 검출기로부터 0.125°만큼 간격을 두고 있다. 재배열 변환기(916)는 데이터를 재배열하고 재조직 프로젝션을 발생토록 이러한 기본관계를 이용한다.

재배열 변환기(916)는 재정렬 신호의 행렬식 RE를 형성토록 PDS 매트릭스를 재조직하므로서 RE 행렬식의 각 행이 평행빔으로 구성되는 프로젝션과 같게 된다. 재정렬 변환기(916)는 RE 행렬식을 발생하여 이 RE 행렬식의 각 요소 RE(i,θ)가 등식(3)에 따라 선택된다.

RE(i,θ) = PDS(i,[i-j][Δθ]+θ) (3)

여기에서 j번재 채널은 검출기 어레이의 중심에 가장 근접한 채널이다. RE 행렬식의 각 요소 RE(i,θ)는 θ의 평행빔 프로젝션 각도에 대한 i번째 채널에서 재배열 신호의 측정값을 나타낸다. 또한 재배열 변환기(916)는 각 채널에 대한 인접각도의 프로젝션을 평균하는 저역필터를 이용할 수 있다. 평균 또는 추출된 재배열 행렬식 RE는 보다 큰 각도간격 Δθ에서 소수의 행을 가질 것이다. 이러한 방식으로 RE 행렬식을 추출하므로서 연속작동을 위한 계산을 줄일 수 있다.

인터리브 변환기(918)(도 8에서 보임)는 재배열 신호를 수신하여 이로부터 평행빔 신호를 발생한다. 인터리브 변환기(918)는 보다 밀집한 프로젝션을 형성토록 180°의 간격을 둔 평행빔 프로젝션 쌍을 조합한다. 도 11A와 도 11B는 각각 0°와 180°의 프로젝션 각도에 대한 X-선 소오스(42), 환자(50)의 단면과, 검출기 어레이(44) 사이의 공간관계를 설명한다. 도 11A-도 11B에서, 검출기 어레이(44)는 7개의 검출기를 포함하는 것으로 도시되어 있으며, 제 4 채널(44:4)의 검출기가 검출기 어레이(44)의 중심 검출기이다. 상기 언급된 바와 같이, 우선 실시형태에서, 검출기(44)는 384개의 검출기를 가지나 설명을 간편히 하기 위하여 검출기의 수가 7개인 실시형태가 설명될 것이다. 우선 실시형태에서, 검출기 어레이(44)는 라인(1234)이 소오스(42)의 초점에 교차하고 중심(1210)이 중앙의 검출기(44:4)의 중심과 교차하지 않도록 디스크(46)의 중심(1210)으로부터 약간 벗어나 있다. 이러한 검출기 시스템의 구성은 1994년 2월 3일자 출원하여 본원 출원인에게 양도된 미국 특허출원 제08/191,428호 "X-RAY TOMOGRAPHY SYSTEM FOR AND METHOD OF IMPROVING THE QUALITY OF A SCANNED IMAGE"(대리인 사건번호 No. ANA-044)에 상세히 기술되어 있다.

도 12는 0°와 180°의 프로젝션 각도에서 검출기 어레이(44)와 3개의 검출기에 입사되는 선(1310)(1312)(1314) 사이의 공간관계를 보인 것이다. 어레이(44)와 디스크(46)의 중심 사이의 오프셋트 때문에 0°의 프로젝션 각도에서 검출기 어레이(44)는 180°에서 검출기 어레이(44)로부터 약간 벗어나 있다. 따라서 180°의 프로젝션 각도에 대하여 제 6 채널 검출기(44:6)에 입사되는 선(1310)은 0°의 프로젝션 각도에 대하여 각각 검출기(44:2)와 검출기(44:3)에 입사되는 선(1312) (1314) 사이에 놓인다. 이 예에서, 검출기(44:6)는 "중심" 검출기로 간주되고 검출기(44:2)(44:3)는 "대향-인접"된 검출기로서 간주된다. 각 프로젝션 각도에서, 각 검출기는 환자의 일부분의 밀도를 측정하고, 일반적으로 대향-인접된 검출기에 의하여 측정된 부분은 다른 검출기에 의하여 측정된 부분보다는 중심 검출기에 의하여 측정된 부분에 보다 근접하게 된다(예를 들어, 0°의 프로젝션 각도에서 검출기 44:2와 검출기 44:3에 의하여 측정된 부분들은 180°의 프로젝션 각도에서 검출기 44:5와 검출기 44:7에 의하여 측정된 부분들 보다 180°의 프로젝션 각도에서 검출기(44:6)에 의하여 측정된 부분에 근접한다). 180°의 간격을 둔 두 프로젝션은 단일 밀집 프로젝션을 얻기 위하여 중심 검출기와 대향-인접된 검출기 사이의 이러한 공간관계를 이용하여 인터리브 될 수 있다. 예를 들어 도 12에 도시된 구성을 위한 이러한 하나의 인터리브 프로젝션은 양 [RE(1,0), RE(7,180), RE(2,0), RE(6,180), RE(3,0), RE(5,180), RE(4,0), RE(4,180), RE(5,0), RE(3,180), RE(6,0), RE(2,180), RE(7,0), RE(1,180)]으로 구성된다. 여기에서 RE(i,θ)는 프로젝션 각도 θ에서 i번째 채널의 검출기로부터 발생된 재배열 신호이다. 인터리브 변환기(918)는 이러한 방법으로 재배열 신호를 인터리브하여 밀집 프로젝션을 형성한다.

보간변환기(918)는 평행빔 신호의 측정값의 행렬식 PAR을 발생하고 PAR 행렬식의 각 요소 PAR(i,θ)는 θ인 평행빔 프로젝션 각도에 대한 i번째 채널에서 평행빔 신호의 측정값이다. PAR 행렬식의 구는 다음 등식(4)과 같다.

PAR =

등식(4)에서 보인 바와 같이, PAR 행렬식은 PDS 행렬식에 비하여 열은 두배이고 행은 반이다. 이와 같은 PAR 행렬식의 행은 PDS 행렬식의 행에 비하여 두배의 데이터를 갖는 평행빔 프로젝션을 나타낸다. 각 평행빔 프로젝션은 팬빔 프로젝션 보다 채널 수가 두배인 것으로 간주될 수 있다. PDS 행렬식과는 약간 다르게 PAR 행렬식은 최종행이 역순으로 제 1 행에 연속하는, 즉 PAR(0,180)=PAR(2N-1,0); PAR(1,180)=PAR(2N-2,0) 등과 같이 연속하는 주기특성을 갖는다. 우선 실시형태에서, 인터리브 변환기(918)는 다음 등식(5)에 따른 PAR 행렬식의 요소를 발생한다.

PAR(2i,θ) = RE(i,θ)

PAR(2i+1,θ) = RE(N-1-i,θ+180) (5)

여기에서 0≤i<N

잘 알려진 바와 같이, 팬빔 데이터를 평행빔 데이터로 변환시키기 위한 변환기(910)(도 8에서 보임)와 같은 평행빔 변환기는 필터(920)와 같은 보간필터를 포함한다. 그러나, 보간필터는 통상적으로 인터리브 변환기(918) 바로 다음에 배치된다. 검출기 X-선 소오스에 대하여 인접한 검출기 사이의 각도 오프셋트가 모든 검출기에 대하여 동일하게 되도록 간격을 두고 있으므로 검출기는 직선방식과 같이 등간격으로 배치되지 아니한다. 따라서 PAR 행렬식의 각 행(즉, 각 평행빔 프로젝션)은 등간격으로 배치되지 않은 데이터 포인트를 포함한다. 오히려, 각 프로젝션의 중심 가까이의 요소들은 각 프로젝션의 양단 가까이의 요소들 보다 더 간격을 두고 있다. 보간필터는 데이터를 보간하여 각 프로젝션의 모든 요소들이 등간격을 두도록 새로운 행렬식의 평행빔 데이터를 발생한다. 시스템(900)의 우선 실시형태에서, 보간필터(920)는 데이터를 보간하여 등간격의 요소를 갖는 프로젝션을 발생하는 알려진 기술을 이용한다. 그러나, 필터(920)는 인터리브 변환기(918) 바로 다음 보다는 줄무늬 억제필터(70) 다음에 배치되는 것이 좋다. 그러나, 본 발명은 보간필터(920)가 종래 기술과 같이 인터리브 변환기(918) 바로 다음에 배치되어도 좋다.

또한, 잘 알려진 바와 같이, 팬빔 데이터를 평행빔 데이터로 변환시키므로서 약간 회전되어 0°의 평행빔 프로젝션 각도가 0°의 팬빔 프로젝션 각도에 정확하게 일치하지 아니한다. 보정되지 않는 경우, 이러한 회전으로 수평으로부터 약간 회전된 재구성 이미지가 발생될 것이다. 일반적으로 이러한 회전은 등식(3)에 이용된 바와 같은 중심 검출기 "j"가 검출기 어레이의 중심에 정확히 배치되지 않아 이루어지는 것이다. 회전량은 대개 Δθ/2 보다 작으며 보간필터(920)나 백프로젝션(72)에 의한 공지의 기술을 이용하여 보정되거나 간단히 무시될 수 있다.

줄무늬 억제필터(70)가 프로젝션 필터(47)에 의하여 발생된 프로젝션 신호에 직접 작용하는 반면에 평행빔 변환기(910)에 의하여 발생된 평행빔 신호가 프로젝션 데이터 신호 대신에 줄무늬 억제필터(70)에 인가되는 경우 줄무늬 억제필터(70)의 성능이 개선될 수 있다.

줄무늬 억제필터(70)가 프로젝션 필터(47)에 의하여 발생된 팬빔 프로젝션 데이터에 작용할 때, 당해 기술분야의 전문가라면 줄무늬 억제필터(70)가 즉시 PDS 행렬식의 한 행에 작용함을 이해할 것이다. 예를 들어, 줄무늬 억제필터(70)가 필터(70)의 처리과정을 이해하도록 PDS 행렬식의 제 1 행(즉, 0°인 θ에 대한 행)에 작용할 때에 행 PDS(0,0)의 제 1 요소는 이미 언급된 신호 PDS:1에 대하여 치환된 것으로 간주되고, 행 PDS(1,0)의 제 2 요소가 이미 언급된 신호 PDS:2에 대하여 치환된 것(연속하여 다른 요소도 마찬가지임)으로 간주될 수 있다. 마찬가지로 줄무늬 억제필터(70)가 평행빔 변환기(910)에 의하여 발생된 평행빔 신호에 작용할 때에 필터(70)가 동시에 PAR 행렬식의 한 행에 작용한다. 예를 들어 줄무늬 억제필터(70)가 PAR 행렬식의 제 1 행에 작용할 때 행 PAR(0,0)의 제 1 요소는 이미 언급된 신호 PDS:1에 대하여 치환된 것으로 간주될 수 있으며, 연속하여 PAR 행렬식 PAR(1,0)의 제 2 요소가 이미 언급된 신호 PDS:2에 대하여 치환된 것(연속하여 다른 요소도 마찬가지임)으로 간주될 수 있다. PAR 행렬식의 각 행은 PDS 행렬식의 행보다 두배 많은 요소를 가지므로 필터(70)가 평행빔 신호에 작용할 때 필터(70)는 두배 많은 채널(또는 2N 채널)을 포함한다.

본 발명은 뼈-연조직 경계면의 불충분한 샘플링에 의하여 나타나는 줄무늬를 억제하는 것에 대하여 설명되었다. 그러나, 전문가라면 이해할 수 있듯이, 줄무늬 억제필터(70)는 고진폭 고주파수 신호의 불균일성 또는 불완전성 등에 의하여 나타나는 줄무늬를 억제하는데 이용될 수 있다. 따라서, 줄무늬 억제필터(70)는 스캔중에 환자의 움직임과 갠트리의 불필요한 운동이나 진동에 의하여 나타나는 줄무늬는 물론 환자몸에 있는 고밀도 충전재나 이식물에 의하여 나타나는 줄무늬를 효과적으로 줄여준다.

줄무늬 억제필터(70)가 저역필터, 가산기 및 감산기와 같은 일단의 구성요소로부터 구성되는 것으로 설명되었다. 전문가라면 이할 수 있듯이, 줄무늬 억제필터를 구성하는데 사용된 구성요소의 수는 멀티 플렉싱 방법을 이용하여 줄일 수 있다. 예를 들어, 도 5에 관련하여, 줄무늬 억제필터(70)는 도시된 바와 같이 N개의 각 구성요소 대신에 하나의 저역필터, 하나의 감산기 하나의 한계장치, 하나의 가산기와 두개의 1:N 멀티플렉서를 이용하여 구성될 수도 있다. 더욱이 줄무늬 억제필터(70)는 디지털 컴퓨터에 의하여 실행되는 소프트웨어 프로그램에 의하는 것과 같이 다른 수단에 의하여 실현될 수 있다.

이상의 본 발명은 그 범위를 벗어남이 없이 상기 장치에 약간의 변경을 가할 수 있으므로, 예시하고 상기 언급된 모든 내용들은 다만 설명을 위한 것이지 어떠한 제한을 두고자 한 것이 아님을 이해하여야 할 것이다.

Claims

컴퓨터 단층촬영 시스템에 사용하는 줄무늬 억제필터로서, 상기 시스템이 대상체의 이미지를 발생하고, 이 시스템이 다수의 프로젝션 데이터 신호를 발생하기 위한 수단을 포함하며, 각 프로젝션 데이터 신호가 대상체 일부분의 밀도를 나타내는 것에 있어서, 상기 필터가 프로젝션 데이터 신호의 인접단에 응답하여 이로부터 프로젝션 데이터 신호의 인접단에 관련된 고주파 성분을 포함하는 고주파 신호와 프로젝션 데이터 신호의 인접단에 관련된 저주파 성분을 포함하는 저주파 신호를 발생하기 위한 공간필터 수단, 고주파 신호에 응답하여 이로부터 고주파 신호의 비선형 필터링에 의해 여과신호를 발생하기 위한 비선형 필터수단과, 저주파 신호와 여과신호에 응답하여 이로부터 저주파 신호 및 여과신호의 조합에 의해 줄무늬 보정신호를 발생하기 위한 조합수단으로 구성됨을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영 시스템용 줄무늬 억제필터.
제 1 항에 있어서, 비선형 필터링 수단이 비교적 큰 진폭을 갖는 고주파 신호의 일부를 압축하여 여과신호를 발생함을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 1 항에 있어서, 비선형 필터수단이 고주파 신호, 제 1 한계값, 제 2 한계값, 제 1 사전 선택값과, 제 2 사전 선택값의 함수로서 여과신호를 발생하기 위한 한계값 수단으로 구성되고, 여기에서 고주파 신호는 제 1 한계값 보다는 작고, 여과신호는 고주파 신호가 제 1 한계값 보다는 크고 제 2 한계값 보다는 작을 때 고주파 신호와 같으며, 여과신호는 고주파 신호가 제 2 한계값 보다 클 때 제 2 사전 선택값과 같음을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 3 항에 있어서, 제 1 및 제 2 한계값이 선택가능한 것임을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 3 항에 있어서, 제 1 및 제 2 한계값이 진폭은 같고 극성이 반대임을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 3 항에 있어서, 제 1 사전 선택값과 제 2 사전 선택값이 선택가능한 것임을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 3 항에 있어서, 제 1 사전 선택값과 제 2 사전 선택값이 0임을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 3 항에 있어서, 제 1 사전 선택값이 제 1 한계값과 같고, 제 2 사전 선택값이 제 2 한계값과 같음을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 1 항에 있어서, 공간필터 수단이 프로젝션 데이터 신호의 인접단을 저역 필터링 하므로서 저주파 신호를 발생하는 저역필터 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 9 항에 있어서, 공간필터 수단이 고주파 신호를 발생하기 위하여 프로젝션 데이터 신호로부터 저주파 신호를 감산하기 위한 감산기 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 9 항에 있어서, 저역필터 수단이 3점 필터로 구성됨을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 9 항에 있어서, 저역필터 수단이 5점 필터로 구성됨을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
제 1 항에 있어서, 조합수단이 저주파 신호와 여과신호를 가산하므로서 줄무늬 보정신호를 발생하는 가산수단을 포함함을 특징으로 하는 줄무늬 억제필터.
어떠한 대상체의 컴퓨터 단층촬영 이미지에서 줄무늬를 억제하는 방법에 있어서, 이 방법이 각각 대상체 일부의 밀도를 나타내는 다수의 프로젝션 데이터 신호를 발생하는 단계, 프로젝션 데이터 신호의 인접단에 관련된 고주파 성분을 포함하는 고주파 신호와 상기 인접단에 관련된 저주파 성분을 포함하는 저주파 신호를 발생하기 위하여 프로젝션 데이터 신호의 인접단을 공간필터링 하는 단계, 여과신호를 발생토록 고주파 신호를 비선형 필터링 하는 단계와, 줄무늬 보정신호를 발생토록 여과신호와 저주파 신호를 조합하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영 이미지의 줄무늬 억제방법.
제 14 항에 있어서, 상기 조합단계가 여과신호와 저주파 신호를 가산하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
제 14 항에 있어서, 공간필터링 단계가 저주파 신호를 발생하기 위하여 프로젝션데이터신호의 인접단을 저역필터링 하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
제 16 항에 있어서, 공간 필터링 단계가 고주파 신호를 발생토록 프로젝션 데이터 신호의 하나로부터 저주파 신호를 감산하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
컴퓨터 단층촬영 시스템에 사용하는 다중채널 필터로서, 상기 시스템이 대상체의 이미지를 발생하고, 이 시스템이 각 채널에서 프로젝션 데이터 신호를 발생하기 위한 수단을 포함하며, 각 프로젝션 데이터 신호가 대상체 일부분의 밀도를 나타내고, 필터가 이미지의 줄무늬를 줄이기 위한 것에 있어서, 상기 필터가 프로젝션 데이터 신호의 인접단에 응답하여 각 채널에서 이로부터 프로젝션 데이터 신호의 인접단에 관련된 고주파 성분을 포함하는 고주파 신호와 프로젝션 데이터 신호의 인접단에 관련된 저주파 성분을 포함하는 저주파 신호를 발생하기 위한 다중채널 공간 필터수단, 고주파 신호에 응답하여 이로부터 각 채널에서 여과신호를 발생하기 위한 것으로 한 채널에서 고주파 신호를 비선형 필터링 하여 한 채널에서 여과신호의 하나를 발생하는 다중채널 비선형 필터수단과, 저주파 신호와 여과신호에 응답하여 각 채널에서 이로부터 줄무늬 보정신호를 발생하기 위한 것으로 한 채널에서 저주파 신호와 여과신호를 조합하므로서 한 채널에서 한 줄무늬 보정신호를 발생하는 다중채널 조합수단으로 구성됨을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영 시스템용 다중채널 필터.
컴퓨터 단층촬영 시스템에 사용하는 줄무늬 억제필터로서, 상기 시스템이 대상체의 이미지를 발생하고, 이 시스템이 다수의 프로젝션 데이터 신호를 발생하기 위한 수단을 포함하며, 각 프로젝션 데이터 신호가 대상체 일부분의 밀도를 나타내는 것에 있어서, 상기 필터가 프로젝션 데이터 신호를 여과하고 비교적 큰 진폭의 고주파 성분을 갖는 프로젝션 데이터 신호의 부분을 억제하므로서 다수의 줄무늬 보정신호를 발생하기 위한 비선형 필터수단으로 구성됨을 특징으로 하는 컴퓨터 단층촬영 시스템용 줄무늬 억제필터.