KR20040090725A - Ｘ선 ｃｔ 장치 및 ｘ선 ｃｔ 장치의 빔 강화 후처리 방법 - Google Patents

Ｘ선 ｃｔ 장치 및 ｘ선 ｃｔ 장치의 빔 강화 후처리 방법 Download PDF

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누쿠이마사타케
다니가와순이치로
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지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
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Abstract

본 발명의 목적은, 상대적으로 큰 피검체를 촬영하여 데이터를 획득할 때에도, 각 채널에 따라 빔 강화 효과의 관점에서 데이터를 매우 정밀하게 보정하는 것에 있다. 본 발명은, 빔 강화 효과에 대해 제 1 투영 정보를 보정하여 제 2 투영 정보를 생성하는 빔 강화 보정 블록과, 제 2 투영 정보에 제 1 함수를 피팅(fitting)하여 제 3 투영 정보를 생성하는 제 1 피팅(fitting) 블록과, 모든 뷰와 X선 검출기의 각 채널에 따라 샘플링된 제 2 투영 정보를 독립 변수로 갖는 함수로서 제공된 제 3 투영 정보에 제 2 함수를 피팅하는 제 2 피팅 블록과, 제 1 팬텀을 이용하여 계산한 제 1 보정 계수를 이용하여 제 1 팬텀보다 크기가 더 큰 제 2 팬텀을 이용하여 계산한 제 2 보정 계수를 수정하는 보정 계수 수정 블록을 포함한다.

Description

Ｘ선 ＣＴ 장치 및 Ｘ선 ＣＴ 장치의 빔 강화 후처리 방법{X-RAY CT SYSTEM AND BEAM-HARDENING POST-PROCESSING METHOD}
본 발명은 팬텀 데이터(phantom)에 기초하여 피검체에 투과될 X선의 강도를 보정하는 빔 강화 후처리 방법(beam-hardening post-processing method) 및 X선 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치에 관한 것이다.
X선 CT 장치에 이용되는 X선원(X-ray source)은 소정의 에너지 범위에 있는 X선을 발생시킨다. 한편, 피검체를 투과하는 X선의 흡수 계수는 X선의 에너지에 의존한다. X선이 투과되는 피검체의 길이가 길수록, 평균 에너지가 크다. 이 현상은 빔 강화 효과(beam-hardening effect)로 지칭된다. 결론적으로, X선의 투과 강도, 즉, 투영 정보 값과 X선의 투과 길이 사이에는 비례관계가 성립되지 않고 비선형관계가 성립된다.
빔 강화 효과는 재구성 화상의 중심부에서 검출된 강도가 낮게 나타나는 커핑 효과(cupping effect)를 유발한다. 균일한 강도를 나타내는 재구성 화상을 생성하기 위한 기초가 되는 투영 정보 값을 보정하는 데에 사용된 보정 계수는 X선 검출기의 각 채널에 관련하여 계산되어, 이에 의해, 보정이 이루어진다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
더욱 정밀한 보정을 위해, X선 영역의 중심부에 설정된 전체 뷰 영역(field of view: FOV)(촬영 영역)을 일반적으로 덮을 수 있을 정도로 충분히 큰, 상이한 직경의 복수 원통형 팬텀이 촬영된다. 팬텀으로부터 획득한 투영 정보는 보정의 정밀도를 향상시키기 위해 이용된다.
[특허문헌 1]
일본 미심사 특허 공보 제 1993-130987 호(제 2~3쪽, 제 1~2 도)
그런데, 투영 정보 값을 매우 정밀하게 보정하기 위해서는, X선 검출기의 각 채널과 관련하여, 가능한 한 많은 상이한 투영 정보 값이 필요하다. 그러므로, 상이한 직경을 갖는 많은 팬텀이 촬영되어야 한다.
한편, 팬텀의 직경이 클수록, 획득한 투영 정보 값에 반영된 신호 대 잡음 비는 낮다. 만일 저하된 신호 대 잡음 비를 반영하는 투영 정보 값으로부터 계산된 보정 계수를 투영 정보를 보정하는 데에 이용한다면, 재구성 화상은 링 아티팩트(ring artifact) 등으로 인해 그 화질이 열화될 수도 있다. 결론적으로, 크기가 큰 피검체를 촬영할 때에는 화질이 열화되기 쉽다.
본 발명의 목적은, 비교적 부피가 큰 피검체를 촬영할 때에도, X선 검출기의 각 채널에 관하여, 빔 강화 효과의 관점에서 투영 데이터를 매우 정밀하게 보정할 수 있는 X선 CT 장치를 제공하고, X선 CT 장치의 빔 강화 후처리 방법(beam-hardening post-processing method)을 제공한다.
본 발명에 따르면, 다중 채널을 갖는 X선 검출기가 촬영 영역을 통과하는 X선 빔이 제공하는 투영 정보를 복수의 방향에서 복수의 뷰로서 획득하는데 이용되며, 각 채널 상에서 검출된 투영 정보를 빔 강화 효과의 관점에서 보정하는 X선 CT 장치가 제공된다. X선 CT 장치는, 촬영 영역에 배치된 팬텀으로부터 획득한 투영 정보로부터, 보정에 이용되는 보정 계수를 계산하는 보정 계수 생성 수단과, 보정 계수 생성 수단이 제 1 팬텀으로부터 획득한 투영 정보를 이용하여 계산한 제 1 보정 계수를 이용하여, 보정 계수 생성 수단이 제 1 팬텀보다 큰 제 2 팬텀으로부터 획득한 투영 정보를 이용하여 계산한 제 2 보정 계수를 수정하는 보정 계수 수정 수단과, 제 1 보정 계수와 수정된 제 2 보정 계수를 이용하여, 촬영 영역에 위치한피검체로부터 획득한 투영 정보를 보정하는 보정 수단을 포함한다.
바람직하게는, 보정 계수 생성 수단은, 모든 뷰에 관해 팬텀으로부터 획득한 투영 정보로부터 제 1 투영 정보를 샘플링하여 하나의 사이노그램(sinogram)을 생성하는 생성 수단과, 빔 강화 효과의 관점에서 제 1 투영 정보를 보정하여 제 2 투영 정보를 생성하는 빔 강화 보정 수단과, 제 2 투영 정보에 제 1 함수를 피팅(fitting)하여, 제 3 투영 정보를 생성하는 제 1 피팅(fitting) 수단과, 모든 뷰와 X선 검출기의 각 채널에 관해 샘플링된 제 2 투영 정보 값을 독립 변수로 갖는 함수로서 제공된 제 3 투영 정보 값에 제 2 함수를 피팅하는 제 2 피팅 수단을 포함한다.
더욱 바람직하게는, X선 검출기는 각각 소정 개수의 채널을 갖는 복수의 검출 모듈로 형성된다. 보정 계수 수정 수단은 제 2 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수 데이터로부터 고주파 성분의 반영을 분리하여, 검출 모듈의 검출 특성에 의존하는 성분을 남긴다. 이후, 보정 계수 수정 수단은 고주파 성분의 반영이 분리된 보정 계수 데이터를, 제 1 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수 데이터의 고주파 성분의 반영과 합성한다.
본 발명에 따른 X선 CT 장치의 빔 강화 후처리 방법은, X선관과 X선 검출기 사이에 배치된 제 1 팬텀 및 제 1 팬텀보다 더 큰 제 2 팬텀을 촬영하고, 다중 채널을 갖는 X선 검출기를 이용하여 복수 방향에서 복수의 뷰로서 투영 정보를 획득하는 획득 단계와, X선 검출기의 각 채널 상에서 검출된 투영 정보를 보정하는 데에 이용되는 제 1 및 제 2 투영 정보를, 제 1 및 제 2 팬텀으로부터 획득한 투영정보로부터 계산하는 생성 단계와, 제 1 보정 계수를 이용하여 제 2 보정 계수를 수정하는 수정 단계와, 제 1 보정 계수 및 수정된 제 2 보정 계수를 이용하여, 촬영 영역에 위치한 피검체로부터 획득한 투영 정보를 보정하는 보정 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 제 1 팬텀과, 제 1 팬텀보다 크기가 더 큰 제 2 팬텀을 촬영하여 투영 정보를 획득한다. 보정에 이용되는 제 1 및 제 2 보정 계수는 투영 정보로부터 계산된다.
팬텀의 크기가 클수록, 신호 대 잡음 비는 낮아진다. 따라서, 제 2 보정 계수를 이용한 보정을 수행하여 생성한 CT 화상은, 제 1 보정 계수를 이용한 보정을 수행하여 생성한 CT 화상보다, 링 아티팩트 등으로 인해 화질이 더 많이 열화되기 쉽다.
본 발명에 따르면, 비교적 큰 신호 대 잡음 비를 반영한 투영 정보로부터 계산한 제 1 보정 계수는 제 2 보정 계수를 수정하는 데 이용된다.
결론적으로, 크기가 큰 팬텀을 이용하여 보정 계수를 계산할 때에도, 보정은 더욱 정밀하게 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 큰 피검체로부터 획득한 투영 정보를 보정할 때의 정밀도가 향상될 수 있다.
본 발명의 추가의 목적 및 이점은 첨부한 도면에 도시한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명백히 이해될 것이다.
도 1은 X선 CT 장치의 전체 구성을 도시한 블록도,
도 2는 데이터 처리 장치를 도시한 기능 블록도,
도 3은 데이터 처리 장치의 동작을 도시한 순서도,
도 4는 팬텀으로부터 획득한 투영 정보 값으로부터 생성된 사이노그램과 그 투영 정보 값을 도시한 도면,
도 5는 팬텀과 회전부의 위치 관계를 도시한 도면,
도 6은 기억 장치 내에 저장된 파일을 도시한 블록도,
도 7은 투영 정보 값의 채널 방향의 처리를 도시한 도면,
도 8은 투영 정보 값의 뷰 방향의 처리를 도시한 도면,
도 9는 투영 정보 값의 보정 계수의 일례를 도시한 도면,
도 10은 상이한 직경의 팬텀으로부터 획득한 투영 정보 값으로부터 계산한 보정 계수의 예시도,
도 11은 보정 계수 정보를 수정하는 방법의 일례를 설명하는 그래프,
도 12는 상이한 직경의 두 개의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수의 일례를나타내는 그래프,
도 13은 고차 함수의 피팅(fitting)의 일례를 도시한 그래프이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2: 스캐너 갠트리 4: 방사선사진 테이블
6: 조작 콘솔 20: X선관
22: 콜리메이터 24: X선 검출기
26: 데이터 획득 장치 28: X선 제어기
29: 구멍 30: 콜리메이터 제어기
34: 회전부 36: 회전 제어기
60: 데이터 처리 장치 62: 제어 인터페이스
64: 데이터 획득 버퍼 66: 기억 장치
68: 표시 장치 70: 조작 장치
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 빔 강화 후처리 방법 및 X선 CT 장치의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
우선, X선 CT 장치의 실시예의 전체적인 구성에 대해 이하에서 설명한다. 도 1은 X선 CT 장치의 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, X선 CT 장치는 스캐너 갠트리(scanner gantry)(2)와 조작 콘솔(operating console)(6)을 포함한다.
스캐너 갠트리(2)는 X선관(X-ray tube)(20)을 포함한다. X선관(20)으로부터 방사된 도시하지 않은 X선은 콜리메이터(collimator)(22)에 의해, 예컨대, 팬 형상의 X선 빔(즉, 팬 빔 X선)으로 재구성된 후, X선 검출기(24)로 조사된다.
X선 검출기(24)는 팬 빔 X선이 퍼진 방향으로 배열된 복수의 X선 검출 소자를 갖는다. 따라서, X선 검출기(24)는 배열된 복수의 X선 검출 소자를 갖는 다중 채널 검출기이다.
X선 검출기(24)는 전체적으로 원통 오목 표면과 같이 굽어진 X선 입사면을 형성한다. X선 검출기(24)는, 예컨대, 신틸레이터(scintillator)와 포토다이오드의 조합을 이용하여 형성된다. 본 발명은 이 조합으로 한정되지 않는다. 예컨대, 카드뮴 텔루르(CdTe)를 이용한 반도체 X선 검출 소자, 또는 크세논(xenon) 가스를 이용한 이온 챔버 타입 X선 검출 소자일 수 있다. X선관(20), 콜리메이터(22), 및 X선 검출기(24)는 X선 조사/검출 장치를 구성한다.
X선 검출기(24)에는 데이터 획득 장치(26)가 접속된다. 데이터 획득 장치(26)는 X선 검출기(24)를 구성하는 각각의 X선 검출 소자가 검출한 데이터 항목을 획득한다. X선 제어기(28)는 X선관(20)으로부터의 X선 조사를 제어한다. X선관(20)과 X선 제어기(28)와의 접속 관계 및 콜리메이터(22)와 콜리메이터 제어기(30)와의 접속 관계에 대한 도시는 생략된다. 콜리메이터 제어기(30)는 콜리메이터(22)를 제어한다.
X선관(20)으로부터 시작하여 콜리메이터 제어기(30)로 끝낸, 상술한 바와 같은 구성은 스캐너 갠트리(2)의 회전부(34)에 포함된다. 피검체 또는 팬텀은 회전부(34)의 중심에 위치한 구멍(29) 내의 크래들 상에 탑재된다. 회전부(34)는 회전 제어기(36)에 의해 제어되어 회전한다. X선은 X선관(20)으로부터 조사된다. X선 검출기(24)는 뷰(view)로 구성된 투영 정보로서 피검체 또는 팬텀을 투과한 X선을 검출한다. 회전부(34)와 회전 제어기(36)와의 접속 관계에 대한 도시는 생략된다.
조작 콘솔(6)은 데이터 처리 장치(60)를 포함한다. 데이터 처리 장치(60)는, 예컨대, 컴퓨터로 구현된다. 데이터 처리 장치(60)에는 제어 인터페이스(62)가 접속되고, 제어 인터페이스(62)에는 스캐너 갠트리(2)가 접속된다. 데이터 처리 장치(60)는 제어 인터페이스(62)를 통해 스캐너 갠트리(2)를 제어한다.
스캐너 갠트리(2)에 포함된 데이터 획득 장치(26), X선 제어기(28), 콜리메이터 제어기(30), 및 회전 제어기(36)는 제어 인터페이스(62)에 의해 제어된다. 이들 구성 요소와 제어 인터페이스(62)와의 접속 관계에 대한 도시는 생략된다.
또한 데이터 처리 장치(60)에는 데이터 획득 버퍼(64)가 접속된다. 스캐너 갠트리(2)에 포함된 데이터 획득 장치(26)는 데이터 획득 버퍼(64)에 접속된다. 데이터 획득 장치(26)가 획득한 데이터는 데이터 획득 버퍼(64)를 거쳐 데이터 처리 장치(60)로 전송된다.
데이터 처리 장치(60)는 투과된 X선 신호, 즉, 데이터 획득 버퍼(64)를 거쳐 전송된 투영 정보를 이용하여 화상을 재구성한다. 또한 데이터 처리 장치(60)에는 기억 장치(66)가 접속된다. 데이터 획득 버퍼(64)를 거쳐 전송된 투영 정보, 화상 재구성으로 인해 발생한 단층 화상 정보, 및 장치의 기능을 구현하는 프로그램은 기억 장치(66)에 저장된다.
또한 데이터 처리 장치(60)에는 표시 장치(68) 및 조작 장치(70)가 접속된다. 단층 화상 정보 및 데이터 처리 장치(60)로부터 전송된 그 밖의 정보가 표시 장치(68)에 표시된다. 조작자는 조작 장치(70)를 조작하여, 각종 인스트럭션 또는 정보를 데이터 처리 장치(60)로 입력 및 전송한다. 조작자는 표시 장치(68) 및 조작 장치(70)를 이용하여 X선 CT 장치를 쌍방향으로 조작한다.
또한, 스캐너 갠트리(2), 방사선사진 테이블(radiographic table)(4), 및 조작 콘솔(6)은 피검체 또는 팬텀을 촬영하여, 단층 화상 데이터를 획득하는 획득 장치를 구성한다.
도 2는 본 실시예에 따른 빔 강화 후처리 방법에 관한 데이터 처리 장치(60)의 일부분을 도시한 기능 블록도이다.
데이터 처리 장치(60)는 빔 강화 보정 블록(201), 제 1 피팅(fitting) 블록(202), 제 2 피팅 블록(204), 보정 계수 수정 블록(205), 및 화상 재구성 블록(206)을 구비하여, 기억 장치(66)에 저장된 투영 정보를 처리한다.
빔 강화 보정 블록(201)은, 빔 강화 효과의 관점에서, 기억 장치(66)에 저장된 투영 정보를 보정한다. X선 검출기(24)의 각 채널 상에서 검출된 투영 정보 값을 참조부호(Ih)라 하고, 빔 강화 효과의 관점에서 보정된 데이터를 참조부호(IC)라 하면, 빔 강화 효과의 관점에서 보정된 투영 정보는 다음과 같이 표현된다.
여기서, B0내지 B3은 보정 계수를 나타낸다. 이들 보정 계수는, 예컨대, 특허문헌 1에 기재된 방법에 따라 X선 검출기의 각 채널에 관해 확정되고, 보정 계수 테이블의 형태로 기억 장치(66)에 저장된다.
제 1 피팅 블록(202)은 모든 각각의 뷰 및 각 채널에 관해 샘플링되거나 각 뷰 및 모든 각각의 채널에 관해 샘플링된, 기억 장치(66)에 저장된 투영 정보로부터의 투영 정보 값을 평활화한다. 제 1 피팅 블록(202)은 각 채널 및 모든 각각의 뷰에 대해 샘플링되거나 모든 각각의 채널 및 각 뷰에 대해 샘플링된 투영 정보 값을 평균화한다. 다른 방법으로, 제 1 피팅 블록(202)은 채널 방향 또는 뷰 방향으로 샘플링된 투영 정보 값에 고차 함수를 피팅(fitting)하여, 투영 정보 값을 평균한다.
피팅으로 구한 함수는 함수의 차수(order)로 결정된 주파수 성분보다 더 높은, 획득 신호의 고주파 성분을 반영하지 않는다. 따라서, 피팅은 평활화와 동일한 효과를 제공한다.
제 2 피팅 블록(204)은, X선 검출기(24)의 각 채널 상에서 검출된 투영 정보 값 및 제 1 피팅 블록(202)에 의해 제 1 함수가 피팅된 투영 정보 값에 선형 또는 고차 함수를 피팅한다. 이로 인해, 빔 강화 보정 블록(201)에 의해 해결되는 수학식 1과 같은 보정 계수가 생성된다.
보정 계수 수정 블록(205)은, 필요하다면(투영정보가 낮은 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 반영할 정도로 팬텀의 직경이 충분히 큰 경우), 제 2 피팅 블록(204)이 이미 함수로서 계산했던 보정 계수를 이용하여, 제 2 피팅 블록(204)이 다른 팬텀으로부터 획득한 투영 정보를 이용하여 이미 함수로서 계산해 놓은 보정 계수를 수정한다. 구체적인 과정은 추후에 설명된다.
화상 재구성 블록(206)은 기억 장치(66)에 저장된, 복수의 뷰로 구성된 투영 정보를 이용하여 생성된 사이노그램(sinogram)을 이용하여, 피검체 또는 팬텀의 단층 화상을 재구성한다. 화상 재구성을 위해서는, 예컨대, 필터링된 역 투영 기법(fitlered back projection technique)이 채택된다. 재구성된 화상은 표시 장치(68)에 표시된다.
다음, X선 CT 장치(1)에서의 빔 강화 효과에 대처하기 위해 후처리로서 수행되는 보정에 필요한 보정 계수를 계산하는 과정의 일례에 대해서는 도 3의 순서도를 참조하여 설명한다.
팬텀 촬영(Scanning a phantom)
먼저, 팬텀을 촬영한다(단계 S501). 구체적으로는, 팬텀을 구멍(29) 내의 X선 영역의 중심에서 어긋난 위치에 배치한다. 팬텀은 폴리프로필렌(polypropylene) 등으로 구성되며, 원통형상을 갖는다. 다양한 직경을 갖는 팬텀이 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 직경이 35cm 및 48cm인 팬텀을 채용한다. 직경이 35cm 및 48cm인 팬텀이 이 순서대로 촬영된다.
팬텀을 촬영할 때에는, 해당 팬텀을 구멍(29) 내의 X선 영역의 중심에서 어긋난 위치에 배치한다. 이것은 팬텀을 투과한 X선이 추적한 경로의 길이가 뷰마다 다르기 때문이다. 빔 강화 효과의 관점에서 투영 정보 값을 매우 정밀하게 보정하기 위해서는, 각 채널에 관해, 가능한 한 많은 상이한 투영 정보 값이 요구된다. 팬텀을 구멍(29) 내의 X선 영역의 중심에서 어긋난 위치에 배치한다면, 하나의 팬텀으로부터 매우 많은 상이한 투영 정보 값을 획득할 수 있다.
도 4는 스캐너 갠트리(2)의 구멍(29) 내에 배치된 팬텀(310)을 도시한다.
팬텀(310)은 원형 단면을 가지며, 팬텀(310)의 중심은 구멍(29) 내의 X선 영역의 중심으로부터 어긋난 위치에 있다. X선관(209)이 생성한 X선을 보-타이 필터(bow-tie filter)로 재구성한 X선 팬 빔은 팬텀(310)을 투과하고 X선 검출기(24)로 검출된다.
X선 검출기(24)는 X선 팬 빔이 퍼지는 방향으로 배열된 복수의 X선 검출 소자를 갖는다. 팬텀(310)으로부터 획득한 투영 정보는 배열된 X선 검출 소자에 할당된 채널 상에서 검출된다. 여기서, X선관(20) 및 콜리메이터(22)는 X선 구멍(29)을 사이에 두고 검출기(24)와 대향 배치된다. X선관(20), 콜리메이터(22), 및 X선 검출기(24)는 회전부(34)에 포함된 상태로, 구멍(29)을 중심으로 하여 그들의 상대적인 위치 변화 없이 회전하여, 투영 정보를 획득한다. 회전각(rotational angle)에 대응하는 각 뷰 번호에 대한 투영 정보를 획득하고, 하나의 사이노그램을 생성한다.
도 5(a)는 팬텀(310)을 이용하여 생성한 사이노그램의 일례를 도시한다. 사이노그램은 채널 번호에 대응하는 소정 크기의 사이노그램의 중심 주변에 설정되는 투영 정보부와, 채널 번호에 대응하는 크기에 따라 투영 정보부의 양측에 설정되는 공기 데이터부를 구비한다. 팬텀(310)은 X선 영역의 중심에서 어긋나 있다. 따라서, 투영 정보부의 채널 방향 폭으로 결정된 채널 번호는 회전부(34)의 회전각의 변화, 즉, 뷰 번호의 변화에 따라 변화한다. 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 투영 정보부는 뷰 번호 방향으로 사행(tortuous)한다. 같은 이유로, 투영 정보부의 채널 방향 폭은 뷰 번호의 변화에 따라 변화한다.
도 5(b)는 가로축이 채널 번호를 나타내고, 세로축이 투영 정보 값을 나타내는 그래프로, 도 5(a)에 나타낸 뷰 번호(j)의 투영 정보를 표시한 것이다. 투영 정보 값은 X선 빔이 투과하는 팬텀(310)의 길이에 비례한다. 팬텀(310)의 중심 근처를 통과하는 X선은 투과 길이가 크며, 큰 투영 정보 값을 제공한다. 팬텀(310)의 외주 근처를 통과하는 X선은 투과 길이가 짧으며, 도 5(b)에 도시한 것과 같이, 표시된 반원형의 투영 화상에 기초한 작은 투영 정보 값을 제공한다.
지금, 일례로서, 뷰 번호(j)와 채널 번호(i)로 나타낸 투영 정보 값을 고려한다. 도 4에서 점선으로 나타낸 X선 빔은 뷰 번호(j)의 뷰를 제공하고, X선 검출기(24)의 채널 번호(i)의 채널을 나타낸다. 이 때, X선 빔이 투과하는 팬텀(310)의길이는 참조부호(l)로 한다. 길이(l)와, 채널(i) 상에서 검출된, 도 5(b)에 나타낸 투영 정보 값(h)과의 관계는 다음과 같다.
l∝h
도 4를 참조하면, 팬텀(310)은 X선 영역의 중심에서 어긋난 위치에 있다. X선 빔이 투과되어 채널(i)로 발송된 길이(l)는 뷰에 따라 변화한다. 결론적으로, 채널(i) 상에서 검출된, 도 5(b)에 나타낸 투영 정보 값(h)은 뷰에 따라 변화한다.
도 5(c)는 가로축이 뷰 번호를 나타내고, 세로축이 투영 정보 값을 나타내는 그래프로서, 도 5(a)에 나타낸 채널 번호(i)의 채널 상에서 검출된 투영 정보 값을 표시한 것이다. 투영 정보 값은 뷰 번호에 따라 변화하고, X선 빔이 투과한 팬텀(310)의 길이에 비례한다. 그러므로, 투영 정보 값은 도 5(c)에 도시한 바와 같은 주기성을 갖는 곡선으로 표시된 함수로서 제공된다.
도 6은 기억 장치(66)에 저장된 파일을 도시한 블록도이다.
상술한 바와 같이 팬텀을 촬영하여, 도 6에 도시한 제 1 투영 정보(601)를 획득한다.
전처리(preprocessing)
이후, 팬텀을 촬영하여 생성한 사이노그램을 전처리(preporcess)한다(단계 S502).
전처리는 제 1 투영 정보로부터 생성한 사이노그램에 대해 수행되고, 잡음 제거 및 감도 보정을 포함한다.
빔 강화 효과의 관점에서의 데이터 보정
이후, 수학식 1을 이용하여, 빔 강화 효과의 관점에서 투영 정보 값(Ih)을 보정하여, 보정된 투영 정보 값(Ic)을 생성한다(단계 S503).
따라서, 도 6에 도시한 제 2 투영 정보(602)가 생성된다. 이 파일에서는, 빔 강화 효과가 대체적으로 제거된다. 그러나, X선 검출기(24)의 각 채널이 서로 상이하기 때문에 빔 강화 효과가 약간 남아 있게 된다.
도 7(a)은 제 2 투영 정보(602)의 일례를 예시적으로 도시한다. 제 2 투영 정보(602)는 원형 단면을 갖는 팬텀으로부터 획득되기 때문에, 대체적으로 반원형으로 작성된다. 일부 채널에 관해 샘플링된 투영 정보 값(Ic)은, 각 채널의 X선에 대한 감도가 다른 것과 상이하기 때문에, 펄스 형태 변동(fluctuation)으로 작성된다. 이것은 채널 고유의 현상이며, 이에 따라, 각 채널에 따라 보정되어야 한다.
도 8(a)은 한 채널에 관련하여, 뷰 방향으로 샘플링된 제 2 투영 정보(602)로부터의 투영 정보 값의 일례를 예시적으로 도시한다. 소정의 뷰에 관해 샘플링된 투영 정보 값(Ic)은 펄스 형태 변동으로 작성된다.
채널 방향으로의 평활화
이후, 제 1 피팅 블록(202)은 제 2 투영 정보(602)를 채널 방향으로 평활화한다(단계 S504).
이에 따라, 도 6에 도시한 제 3' 투영 정보(603)가 생성된다. 제 3' 투영 정보(603)에서는, 한 채널과 다른 채널과의 차이에서 기인한 변동으로 작성된 투영정보 값(Ic)이 평활화되고 제거된다. 도 7(b)는 제 3' 투영 정보(603)의 일례를 예시적으로 도시한다. 원형 단면을 갖는 팬텀으로부터 획득한 투영 정보인 반원형 곡선만이 작성된다.
뷰 방향으로의 평활화
이후, 제 1 피팅 블록(202)은 제 3' 투영 정보(603)를 뷰 방향으로 평활화한다(단계 S505).
이에 따라, 도 6에 도시한 제 3 투영 정보(604)가 생성된다. 제 3 투영 정보(604)에서는, 한 뷰와, 한 채널 상에서 검출한 다른 뷰와의 차이에서 기인한 변동으로 작성된 투영 정보 값이 평활화된다.
도 8(b)는 제 3 투영 정보의 일례를 예시적으로 도시한다. 한 채널에 관해 뷰 방향으로 샘플링된, 주기성을 나타내는 투영 정보 값이 평활화된다.
보정 계수의 계산
이후, 제 2 피팅 블록(204)은 제 2 투영 정보(602)와 제 3 투영 정보(603)를 이용하여 보정 계수를 계산한다(단계 S506).
여기서, 채널 번호(i)에 관해 제 2 투영 정보로부터 샘플링된 투영 정보 값은 S(j)이며, 그에 관해 제 3 투영 정보로부터 샘플링된 투영 정보 값은 F(j)이다. 도 9는 모든 뷰 번호에 관해 샘플링된 투영 정보 값을 나타내는 것으로, 가로축은 투영 정보 값 S(j)를 나타내고, 세로축은 투영 정보 값 F(j)를 나타낸다. 일반적으로, 투영 정보 값은 원점을 지나는 직선만을 따라 작성된다. 직선은 채널(i)에 해당하는 보정 함수를 나타낸다. 직선의 경사도를 참조부호(K1i)라고 하면, 경사도(K1i)는 도 6에 도시한 보정 계수 정보(605)로 간주된다. 또한, S(j) 및 F(j)의 관계는 다음과 같다.
F(j)/S(j) ≒ Ki
피검체로부터 획득된, 빔 강화 효과의 관점에서 보정된 투영 정보로부터 채널(i)에 관해 샘플링된 투영 정보 값(Ic)은 선형 함수의 보정 계수(Ki)로 승산된다. 이에 따라, 투영 정보 값(Ip)은 피검체로부터 획득된 후, 평활화 및 보정됐던 투영 정보 값으로서 생성된다.
투영 정보 값 S(j)는 X선이 투과한, 도 4에 나타낸 길이(l)에 비례한다. 그러므로, 투영 정보 값 S(j)와 채택된 도메인은 팬텀(310)의 직경과, 구멍(29) 내의 팬텀의 위치에 의존한다.
이후, 보정 계수(Ki)는 보정 계수 정보(605)로서 기억 장치(66)에 보존된다(단계 S507).
이후, 다른 크기의 팬텀이 데이터 획득을 목적으로 촬영되는지 판단한다(단계 S508).
예컨대, 직경 35cm의 팬텀을 촬영하여 보정 계수 정보를 생성한 후에, 직경 48cm의 팬텀을 촬영하여 보정 계수 정보를 생성하는 경우에는, 직경 48cm의 팬텀을 X선 CT 장치(1)에 배치한다. 이후, 상술한 단계(S501 내지 S507)를 다시 시작한다.
도 10은 각 채널에 관해 생성한 보정 계수 정보(605)의 일례를 나타낸 그래프이다. 도 10(a)는 직경 35cm의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수를 나타내고, 도 10(b)는 직경 48cm의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수를 나타낸다.
직경이 35cm 및 48cm인 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수는 채널에 따라, 유사한 특성 곡선으로 작성된다. 그러나, 직경 48cm의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수는 더 큰 값을 나타낸다.
X선 검출기(24)는 소정 개수의 채널에 각각 할당된 복수의 검출 모듈을 구비한다. 검출 모듈은 16개의 채널을 단위로 하는 통합체로 제작된다. 즉, 각각 16개의 채널이 할당된 소정 개수의 검출 모듈을 배열하여 X선 검출기(24)를 구성한다.
따라서, 동일한 검출 모듈 내의 채널 상에서 검출된 값은 동일한 검출 특성을 반영한다. 즉, 각 검출 모듈은 상이한 검출 특성을 나타낸다.
X선 검출기(24)의 상기 특성 때문에, 도 10(a) 및 도 10(b)에 도시한 바와 같은 채널에 따라 순차적으로 배열된 보정 계수 값은, 모듈의 검출 특성에 의존하는 성분을 포함한다.
또한, 도 10(a) 및 10(b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 채널에 관해 순차적으로 배열된 보정 계수 값은 각각의 채널의 검출 특성에 의존하는 고주파 성분을 포함한다.
팬텀의 직경이 클수록, X선 검출기(24)로 검출한 투영 정보에 반영된 신호 대 잡음 비가 낮다. 이 외에도, 각 채널 상에서 검출된 투영 정보의 정밀도가 더 낮아진다. 도 10(b)에 나타낸 보정 계수 값에 반영된 고주파 성분은 도 10(a)에 나타낸 보정 계수 값에 반영된 것보다 더 많은 잡음을 포함한다.
따라서, 예컨대, 반경 48cm의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수를 그대로 채택한다면, 재구성된 화상에는 링 아티팩트(ring artifact)와 같은 결함이 발생할 수 있다.
보정 계수의 수정
단계 S501 내지 단계 S507을 수행함으로써 직경 48cm의 팬텀을 이용하여 계수 보정 정보(605)를 생성한 후, 보정 계수 정보(605)가 수정되어야 하는지를 판단한다(단계 S509).
이 때, 도 10(b)에 나타낸 바와 같은 낮은 신호 대 잡음 비를 반영하는 보정 계수 정보(605)가 수정된다. 작은 반경 35cm의 팬텀을 이용하여 생성한 보정 계수 정보는 수정되지 않는다.
도 11은 보정 계수 정보(605)를 수정하는 방법의 일례를 설명하는 그래프를 포함한다.
도 11(a)를 참조하면, 참조부호(SA)는 직경 48cm의 팬텀을 이용하여 계산된, 도 10(b)에 나타낸 보정 계수에서 고주파 성분의 반영을 제거하여 얻은 보정 계수를 나타낸다.
보정 계수(SA)는 검출 모듈의 검출 특성에 의존하는 성분을 포함하지만, 채널의 검출 특성에 의존하면서 신호 대 잡음 비를 떨어뜨리는 고주파 성분은 포함하지 않는다.
도 11(b)를 참조하면, 파(SB)는 직경 35cm의 팬텀을 이용하여 계산한, 도 10(a)에 나타낸 보정 계수로부터 분리된 고주파 신호 성분을 나타낸다.
파(SB)는 직경 35cm의 팬텀을 이용하여 계산된, 각각의 채널의 검출 특성에 의존하는 보정 계수에서의 고주파 신호 성분의 반영을 나타낸다. 고주파 성분은 직경 48cm의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수의 고주파 성분보다 더 작은 비율로 잡음을 반영한다.
본 실시예에 채용된 보정 계수 정보(605)의 수정 동안, 도 11(c)에 나타낸 바와 같이, 고주파 성분의 반영이 제거된 보정 계수(SA)는 직경 35cm의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수의 고주파 성분의 반영과 합성된다. 이와 같이 생성된 보정 계수는 새로운 보정 계수(SC)로서 채택된다.
이것은 직경 48cm의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수 정보의 정밀도를 향상시킨다. 도 6에 도시한 바와 같이, 이 수정된 보정 계수 정보는 기억 장치(66)에 수정된 보정 계수 정보(606)로서 저장된다.
도 12는 상이한 직경(35cm 및 48cm)의 두 개의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수의 일례를 도시한다.
도 12를 참조하면, 도메인(A)은 직경 35cm의 팬텀으로부터 획득한 투영 정보 값을 포함하고, 도메인(B)은 직경 48cm의 팬텀으로부터 획득한 투영 정보 값을 포함한다.
고차 함수의 피팅
이후, 고차 함수는 직경 35cm의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수와 직경 48cm의 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수에 피팅된다(단계 S511).
도 13은 도 12에 나타낸 보정 계수 정보를 이용하여 수행한 고차 함수의 피팅의 일례를 도시한다.
아래의 수학식 2로 주어진 3차 함수는 도메인(A)으로부터 계산된 보정 계수 값과 도메인(B)으로부터 계산된 보정 계수 값에 피팅되어, 보정 계수(K0, K1, K2)를 결정한다.
또한, 작은 투영 정보 값으로 구성된 도메인(A)으로부터 계산된 보정 계수는 큰 투영 정보 값으로 구성된 도메인(B)으로부터 계산된 보정 계수보다 더 정밀한 것으로 생각된다. 그러므로, 각각의 도메인을 가중하여, 3차 함수가 도메인(A)으로부터 계산된 보정 계수에 더 정밀하게 피팅되게 한 후, 수학식 2의 보정 계수를 결정할 수 있다.
이후, 도 6에 도시한 바와 같이, 보정 계수(K0, K1, K2)를 포함한 고차 보정 함수 정보(607)가 기억 장치(66)에 보존된다(단계 S509). 그러면, 과정이 종료된다.
피검체가 촬영될 때, 피검체로부터 획득되고 빔 강화 효과의 관점에서 보정된 투영 정보 값은 각 채널에 관해 계산된 보정 계수(K0, K1, K2)를 이용하여 보정된다. 그러면, 보정된 투영 정보 값(If)은 수학식 2에 따라 계산된다. 투영 정보 값(If)에 따라서, 화상 재구성 블록(206)은 화상을 재구성하여, 단층 화상 정보를 획득한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 큰 팬텀을 이용하여 계산한, 낮은 신호 대 잡음 비를 반영하는 보정 계수 정보는, 더 작은 팬텀을 이용하여 계산한 큰 신호 대 잡음 비를 반영하는 보정 계수 정보를 이용하여 보정된다. 따라서, 빔 강화 효과의 관점에서 보정되고 각 채널에 관해 샘플링된 투영 정보 값은 매우 정밀하게 보정될 수 있다.
매우 다양한 본 발명의 실시예는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남 없이 구성된다. 본 발명은, 첨부된 청구범위에서 규정하는 바를 제외하면, 명세서에서 개시한 특정 실시예로 제한되지 않음을 이해해야 한다.
본 발명에 따르면, 크기가 큰 피검체로부터 얻어지는 투영 정보의 보정 시, 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 다중 채널을 갖는 X선 검출기가 촬영 영역을 통과하는 X선 빔이 제공하는 투영 정보를 복수의 방향에서 복수의 뷰로서 획득하는데 이용되며, 각 채널 상에서 검출된 투영 정보를 빔 강화 효과의 관점에서 보정하는 X선 CT 장치에 있어서,
    상기 촬영 영역에 배치된 팬텀으로부터 투영 정보를 획득하고, 상기 투영 정보로부터 보정에 이용되는 보정 계수를 계산하는 보정 계수 생성 장치와,
    상기 보정 계수 생성 장치가 상기 제 1 팬텀으로부터 획득한 투영 정보를 이용하여 계산한 제 1 보정 계수를 이용하여, 상기 보정 계수 생성 장치가 제 1 팬텀보다 큰 제 2 팬텀으로부터 획득한 투영 정보를 이용하여 계산한 제 2 보정 계수를 수정하는 보정 계수 수정 장치와,
    상기 제 1 보정 계수와 상기 수정된 제 2 보정 계수를 이용하여, 상기 촬영 영역에 위치한 피검체로부터 획득한 투영 정보를 보정하는 보정 장치를 포함하는
    X선 CT 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 계수 생성 장치는,
    팬텀으로부터 획득한 투영 정보로부터의 모든 뷰에 관해 샘플링된 제 1 투영 정보를 이용하여 하나의 사이노그램을 생성하는 생성 장치와,
    빔 강화 효과의 관점에서 상기 제 1 투영 정보를 보정하여, 제 2 투영 정보를 생성하는 빔 강화 보정 장치와,
    상기 제 2 투영 정보에 제 1 함수를 피팅(fitting)하여, 제 3 투영 정보를 생성하는 제 1 피팅(fitting) 장치와,
    모든 뷰와 상기 X선 검출기의 각 채널에 관해 샘플링된 상기 제 2 투영 정보 값을 독립 변수로 갖는 함수로서 제공된 상기 제 3 투영 정보 값에 제 2 함수를 피팅하는 제 2 피팅 장치를 포함하는
    X선 CT 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 X선 검출기는 각각 소정 개수의 채널이 할당된 복수의 검출 모듈로 형성되고,
    상기 보정 계수 수정 장치는 상기 제 2 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수 데이터로부터 고주파 성분의 반영을 분리하여, 상기 검출 모듈의 검출 특성에 의존하는 성분을 남기고, 고주파 성분의 반영이 분리된 상기 보정 계수 데이터를 상기 제 1 팬텀을 이용하여 계산한 보정 계수 데이터의 고주파 성분의 반영과 합성하는
    X선 CT 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 팬텀은 원형 단면을 가지며, 상기 제 2 팬텀의 직경은 상기 제 1 팬텀의 직경보다 더 큰
    X선 CT 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출 모듈은 채널 단위의 통합체로 제작되는
    X선 CT 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 X선 검출기는 신틸레이터(scintillator)와 포토다이오드의 조합을 이용하여 형성되는
    X선 CT 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 X선 검출기는 원통 오목 표면처럼 굽어진 X선 입사면을 갖는
    X선 CT 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 X선 검출기는 X선이 팬 형태로 퍼지는 방향으로 배열된 복수의 X선 검출 소자를 갖는
    X선 CT 장치.
  9. 다중 채널을 갖는 X선 검출기가 촬영 영역을 통과하는 X선 빔이 제공한 투영 정보를 복수의 방향에서 복수의 뷰로서 획득하는데 이용되며, 각 채널 상에서 검출된 투영 정보를 빔 강화 효과의 관점에서 보정하는 X선 CT 장치의 빔 강화 후처리 방법에 있어서,
    X선관과 상기 X선 검출기 사이에 배치된 제 1 팬텀 및 제 2 팬텀-상기 제 2 팬텀은 상기 제 1 팬텀보다 더 큼-을 촬영하고, 다중 채널을 갖는 상기 X선 검출기를 이용하여 복수 방향으로부터 복수의 뷰로서 투영 정보를 획득하는 획득 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 팬텀으로부터 획득한 투영 정보로부터 보정에 이용되는 제 1 및 제 2 보정 계수를 생성하는 생성 단계와,
    상기 제 1 보정 계수를 이용하여 상기 제 2 보정 계수를 수정하는 수정 단계와,
    상기 제 1 보정 계수와 상기 수정된 제 2 보정 계수를 이용하여, 상기 촬영 영역에 위치한 피검체로부터 획득한 투영 정보를 보정하는 보정 단계를 포함하는
    X선 CT 장치의 빔 강화 후처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 획득 단계에서, 모든 뷰에 관해 상기 제 1 및 제 2 팬텀으로부터 획득한 투영 정보로부터 제 1 투영 정보를 샘플링하여, 복수의 사이노그램을 생성하고,
    상기 생성 단계에서, 상기 빔 강화 효과의 관점에서 상기 제 1 투영 정보를 보정하여, 제 2 투영 정보를 생성하고,
    제 1 함수를 상기 제 2 투영 정보에 피팅하여, 제 3 투영 정보를 생성하며,
    제 2 함수를 모든 뷰 및 X선 검출기의 각 채널에 관해 샘플링된 상기 제 2 투영 정보 값을 독립 변수로 갖는 함수로서 제공되는 상기 제 3 투영 정보에 피팅하여, 상기 제 1 및 제 2 보정 계수를 계산하는
    X선 CT 장치의 빔 강화 후처리 방법.
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