KR20060135560A - Ｘ선 ｃｔ 장치 - Google Patents
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Abstract
2차원 X선 에어리어 검출기(24)를 포함하는 X선 CT 장치가 종래의 (축)스캔 또는 시네 스캔을 수행할 때, 외부 신호 또는 생체 신호에 동기화되어서 검출된 투영 데이터 아이템의 복수의 세그먼트가 한 번의 스캔 또는 복수의 스캔 동안 수집된 투영 데이터 아이템으로부터 추출된다. 360°풀 스캔 또는 180°+ 검출기(24)에 들어오는 팬 빔의 각도만큼 X선관(21)을 회전시키는 하프 스캔 동안 수집된 투영 데이터 아이템에 대응하는 투영 데이터 아이템인 3차원 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 외부 신호 또는 생체 신호의 각각 위상에 동기된 피검체의 상태를 나타내는 연속 3차원 표시 화상이 4차원 화상으로 표시될 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 CT 장치를 나타내는 블록도,
도 2는 X선 발생 장치(X선관) 및 다열 X선 검출기의 회전을 나타내는 설명도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 CT 장치에서 수행되는 개략 동작을 나타내는 흐름도,
도 4는 전 처리를 나타내는 흐름도,
도 5는 3차원 화상 재구성을 나타내는 흐름도,
도 6은 X선 투과 방향 영역 상의 라인의 투영을 나타내는 개념도,
도 7은 검출기 면에 투영된 라인을 나타내는 개념도,
도 8은 투영 데이터 Dr(view, x, y)를 재구성 영역 상에 투영한 상태를 나타내는 개념도,
도 9는 재구성 영역을 구성하는 화소와 관련된 역투영 픽셀 데이터 아이템(D2)을 나타내는 개념도,
도 10은 역투영 화소 데이터(D2)를 화소 대응으로 가산하여 역투영 데이터(D3)를 생성하는 것을 나타내는 설명도,
도 11은 원형의 재구성 영역 상의 라인을 X선 투과 방향으로 투영하는 상태 를 나타내는 개념도,
도 12는 헬리컬 스캔을 나타내는 개념도,
도 13은 헬리컬 하프 스캔(180°+팬 빔 각) 동안, 생체 신호에 동기하여 수집된 데이터 아이템의 1 세그먼트를 사용해서 수행된 화상 재구성을 나타내는 설명도,
도 14는 헬리컬 하프 스캔(180°+팬 빔 각) 동안 수집된 데이터 아이템에 대응하는 3 세그먼트를 사용해서 수행된 화상 재구성을 나타내는 설명도,
도 15는 헬리컬 풀 스캔(360°) 동안 수집된 데이터 아이템에 대응하는 4 세그먼트를 사용해서 수행된 화상 재구성을 나타내는 설명도,
도 16은 시네 하프 스캔(180°+팬 빔 각) 동안 생체 신호에 동기하여 수집된 1 세그먼트를 도시하는 도면,
도 17은 시네 하프 스캔(180°+팬 빔 각) 동안 데이터 아이템에 대응한 3 세그먼트를 도시하는 도면,
도 18은 시네 풀 스캔(360°) 동안 수집된 데이터 아이템에 대응한 4 세그먼트를 도시하는 도면,
도 19는 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 동기 위상을 수신하는 방법을 도시하는 도면,
도 20은 외부 동기 신호 또는 생체 신호 동기 위상 및 X선 조사의 개시(ON) 및 종료(OFF)의 전환 또는 X선 선량의 증감을 나타내는 도면,
도 21은 외부 동기 신호 입력 또는 생체 신호와 동기하여 시네 스캔을 제어 하는 제어 순서를 도시하는 도면,
도 22는 시네 스캔 동안 다열 X선 검출기(24)에 의해 검출된 데이터 아이템을 사용해서 복수의 단층상을 재구성하는 것을 도시하는 도면,
도 23은 시네 하프 스캔 동안 신호 동기하여 수집된 데이터 아이템에 대응하는 3세그먼트를 사용해서 순차 3차원 단층상으로서 연속 단층상을 재구성하는 것을 도시하는 도면,
도 24는 시네 하프 스캔 동안 복수의 위상과 동기하여 수집된 데이터 아이템에 대응하는 3세그먼트를 사용해서 순차 3차원 단층상으로서 연속 단층상을 재구성하는 것을 도시하는 도면,
도 25는 각 세그먼트에 포함된 투영 데이터 아이템의 가중치를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 조작 콘솔 2 : 입력 장치
3 : 중앙 처리 장치 5 : 데이터 수집 버퍼
6 : 모니터 7 : 기억 장치
10 : 촬영 테이블 12 : 크레이들
15 : 회전부 20 : 주사 갠트리
21 : X선관 22 : X선 컨트롤러
23 : 콜리메이터 24 : 다열 X선 검출기
25 : DAS(데이터 수집 수단) 26 : 회전부 컨트 롤러
27 : 주사 갠트리 경사 컨트롤러
29 : 제어 컨트롤러 30 : 슬립 링
31 : 외부 동기 신호 또는 생체 동기 신호 또는 복수의 생체 동기 신호 입력 인터페이스
dP : 검출기면 P : 재구성 영역
PP : 투영면 IC : 회전 중심(ISO)
일본 특허 공개 2004-275440호 공보(3, 5 페이지, 도 1, 2, 8, 9)
본 발명은 의료용 X선 CT 장치 또는 산업용 X선 CT 장치에서 구현되는 X선 CT(Computed Tomography) 촬영 방법 및 X선 CT 장치 또는 산업용 X선 CT 장치에 적합한 X선 CT 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는 본 발명은 종래의 (축방향) 스캔 또는 시네 스캔 동기 촬영, 3차원 표시 및 4차원 표시, 혹은 그 화질 개선에 관한 것이다.
종래, 다열 X선 검출기 X선 CT 장치 또는 플랫 패널 X선 검출기로 대표되는 매트릭스 구조를 가진 2차원 X선 영역 검출기를 포함하는 X선 CT 장치에 있어서는 도 12에 도시된 바와 같이, 피검체를 헬리컬 스캔한다. 도 13에 도시된 바와 같이 외부 동기 신호 또는 피검체의 생체 신호의 특정 위상에 동기하는 헬리컬 스캔 동안 수집된 투영 데이터 아이템으로 이루어져 있으며 하프 스캔 동안 수집된 투영 데이터 아이템에 대응하는 하나의 세그먼트가 화상 재구성에 사용된다. 또는, 도 14, 15에 도시된 같이, 하프 스캔 동안(180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각) 또는 360°풀 스캔 동안 수집된 투영 데이터 아이템에 대응하는 복수 세그먼트(투영 데이터 아이템으로 이루어진)는 조합되거나 가중가산되어서 화상을 재구성한다(예컨대, 종래기술의 문헌 참조).
그러나, 이 경우 생체 신호의 주기와 1스캔의 회전 속도, 헬리컬 스캔 동안 피검체가 z방향으로 이동되는 이동 속도가 최적화되어야 한다. 생체 신호의 주기의 변동으로 인해서 화질이 열화되고, 따라서 문제를 유발한다. 또한, 피검체가 z방향으로 이동하는 속도가 일정한 경우, 생체 신호의 주기의 변동을 대응하기 어려워서 문제를 유발한다.
다열 X선 검출기 X선 CT 장치 또는 플랫 패널 X선 장치로 대표되는 2차원 X선 에어리어 검출기를 포함하는 X선 CT 장치에 있어서, 2차원 X선 에어리어 검출기가 z방향에 폭이 넓어진다. 또한, 2차원 X선 에어리어 검출기가 많은 검출기 열로 이루어지기 때문에, 각각의 검출기의 z방향의 검출기열의 폭이 작다. 이 때문에 z방향의 분해능도 높아진다. 이에 따라, z방향의 X선 조사각도 커져서 X선 원추형 빔의 원추형 각도 커진다. 종래의 (축)스캔 또는 시네 스캔 동안 z방향 좌표의 한 위치를 스캔함으로써 촬영할 수 있는 z방향의 범위가 넓어진다. 이에 따라, 헬리컬 스캔을 하지 않더라도, z방향 좌표의 한 위치에서 수행되는 종래의 (축)스캔 또는 시네 스캔 동안 피검체의 일부 즉, 장기도 촬영할 수 있다. 이러한 배경에 의해, 종래의 (축)스캔 또는 시네 스캔의 중요성이 더 증가하고 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 다열 X선 검출기 또는 플랫 패널 X선 검출기로 대표되는 매트릭스 구조를 가진 2차원 에어리어 X선 검출기를 포함하는 X선 CT 장치에 적용되어서 종래의 (축)스캔 또는 시네 스캔을 수행하는 데 사용될 때, 화질이 개선된, 즉 시간 분해능이 좋으며 외부 동기 신호 또는 생체 신호에 동기한 피검체의 상태를 나타내는 3차원 단층상 표시를, 시간 분해능이 좋으며 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 복수의 위상에 동기한 피검체의 상태를 나타내는 3차원 단층상 표시를, 혹은 시간 분해능이 좋으며 외부 동기 신호 또는 생체 신호에 동기한 4차원 단층상을 표시하는 X선 CT 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 2차원 X선 에어리어 검출기를 포함하는 X선 CT 장치에 적합한 혹은 이 장치에서 구현되어서 종래의 (축)스캔 또는 시네 스캔을 수행하는 데 사용될 때, 재구성된 3차원 화상의 데이터로부터 혹은 복수의 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템으로부터의 외부 신호 또는 생체 신호에 동기화되어서 추출되거나, 360°풀 스캔 또는 180°+검출기 팬 빔 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 수집된 투영 데이터에 대응하는 복수의 세그먼트를 사용해서 3차원 화상을 재구성함 으로써, 시간 분해능이 좋은 단층상을 3차원 표시할 수도 있고, 혹은 외부 신호 또는 생체 신호의 복수의 위상에 동기시켜서 화상을 순차적으로 전환함으로써 복수의 3차원 표시 화상을 4차원 표시할 수 있는 X선 CT 장치 또는 X선 CT 촬영 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 관점에 따라서, X선 발생 장치 및 이 X선 발생 장치에 대향하여 위치하며 X선을 검출하는 다열 X선 검출기 또는 플랫 패널 X선 검출기로 대표되는 매트릭스 구조의 2차원 X선 에어리어 검출기를, 이들 사이에 있는 회전 중심 주위로 회전 운동을 시키면서, 그 사이에 누워 있는 피검체를 투과한 X선 투영 데이터를 수집하는 X선 데이터 수집 수단과, 이 X선 데이터 수집 수단으로부터 수집된 투영 데이터 아이템을 사용해서 화상을 재구성하는 화상 재구성 수단과, 재구성된 단층상을 표시하는 화상 표시 수단과, 외부 입력 신호를 입력하는 외부 신호 입력 수단과, 외부 입력 신호와 동기화를 달성하는 위상 데이터 입력 수단을 포함하는 X선 CT 장치가 제공된다. 여기서, 이 화상 재구성 수단은 시네 스캔하는 동안 수집된 X선 검출기 데이터로부터, 외부 입력 신호의 특정 위상에 동기해서 수집된 X선 검출기 데이터를 추출하여 화상을 재구성한다.
본 발명의 제 1 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 외부 입력 동기 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수의 세그먼트가 복수 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 이로써 투영 데이터 아이템은 360°풀 스캔 또는 180°+검출기 팬 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응하는 투영 데이터가 추출된다. 이와 같이 스캐닝/ 회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 따라서, X선 발생 장치 및 이 X선 발생 장치에 대향하여 위치하며 X선을 검출하는 다열 X선 검출기 또는 플랫 패널 X선 검출기로 대표되는 매트릭스 구조의 2차원 X선 에어리어 검출기를, 그 사이에 있는 회전 중심의 주위로 회전 운동시키면서, 그 사이에 있는 피검체를 투과한 X선 투영 데이터를 수집하는 X선 데이터 수집 수단과, 이 X선 데이터 수집 수단으로부터 수집된 투영 데이터를 화상 재구성하는 화상 재구성 수단과, 화상 재구성된 단층상을 표시하는 화상 표시 수단과, 생체 신호를 입력하는 생체 신호 입력 수단과, 생체 신호와 동기화시키는 위상 정보 입력 수단을 포함하는 X선 CT 장치가 제공된다. 이 화상 재구성 수단은 시네 스캔 동안 수집된 데이터로부터 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 수집된 X선 검출기 데이터를 추출하여 3차원 화상 재구성한다.
제 2 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수의 세그먼트가 복수 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 이로써 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응하는 투영 데이터 아이템이 추출된다. 스캐닝/회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다. 또한, 3차원 화상 재구성을 이용함으로써, X선 검출기열의 z방향의 외측에 들어오는 X선 빔의 일부에 기인하는 아티펙트의 영향을 억제해서 화질이 좋은 단층상을 얻을 수 있다.
본 발명의 제 3 관점에 따라서, 제 1 또는 제 2 관점의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 수집되며, 180°+검출기에 들어오는 팬 빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 시네 스캔 동안 수집된 X선 검출기 데이터에 대응하는 X선 검출기 데이터를 추출하여 화상을 재구성한다.
제 3 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수의 세그먼트가 복수 시네 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 이로써 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응하는 투영 데이터 아이템이 추출될 수 있다. 스캐닝/회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다.
본 발명의 제 4 관점에 따라서, 제 1 내지 제 3 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은 시네 스캔 동안 수집된 데이터로부터 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 수집되는 X선 검출기 데이터 아이템의 복수의 세그먼트를 추출한다. 이 때, X선 검출기 데이터 아이템으로부터 생성된 투영 데이터 아이템은, X선 검출기 데이터 아이템이 수집되는 시야 각이 360°또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도가 되도록 조합되거나 가중 합산되며, 이로써 화상이 재구성된다.
제 4 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수의 세그먼트가 복수 시네 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 이로써 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응하는 투영 데이터 아이템이 추출될 수 있다. 스캐닝/회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다. 하나의 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템이 복수의 세그먼트로 그룹화되기 때문에, 단층상의 시간 분해능이 향상된다.
본 발명의 제 5 관점에 따라서, 제 1 내지 제 4 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은 시네 스캔 동안 수집된 X선 검출기 데이터 아이템으로부터 복수의 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 수집되는 X선 검출기 데이터 아이템을 추출하여 화상을 재구성한다.
제 5 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 복수의 동기화 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수의 세그먼트가 복수 시네 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 이로써 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응하는 투영 데이터 아이템이 추출될 수 있다. 스캐닝/회전 속도 는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다.
본 발명의 제 6 관점에 따라서, 제 1 내지 제 5 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 수집된 X선 검출기 데이터 아이템이 시네 스캔 동안 수집된 데이터로부터 추출될 때, 한번 데이터 수집이 수행되는 시간폭인 시간 분해능이 제한되는 경우에, X선 데이터 수집 수단은 데이터 수집 수단의 최소 회전수로 데이터를 수집할 수 있도록 데이터 수집 수단의 회전 속도를 최적화시킨다.
제 6 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 그 생체 신호의 특징으로 인해서 시간 분해능이 작아져야 한다면, 세그먼트의 수는 증가되고, 생체 신호의 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수의 세그먼트가 복수 시네 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템으로부터 추출된다. 이로써, 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응하는 투영 데이터 아이템이 추출될 수 있다. 스캐닝/회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다.
본 발명의 제 7 관점에 따라서, 제 1 내지 제 6 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은, 재구성되는 단층상의 슬라이스 두께가 화상 재구성 중심에서 다열 X선 검출기의 열 방향인 z방향의 폭보다도 굵은, 임의의 슬라이스 두께가 되도록 화상 재구성 중에 투영 데이터 아이템에 z방향 필터를 적용한다.
제 7 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 외부 입력 동기 신호 또는 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수 세그먼트가 복수 시네 스캔 동안 검출되는 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 이로써 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응하는 투영 데이터 아이템이 추출될 수 있다. 스캐닝/회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다. 또한, 아티펙트 저감 및 노이즈 개선의 관점에서 화질이 개선되면, 투영 데이터 아이템에 적용되는 z방향 필터가 아티펙트 또는 노이즈 또는 슬라이스 두께를 제어하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 제 8 관점에 따라서, 제 1 내지 제 7 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은 재구성되는 단층상의 슬라이스 두께가 화상 재구성 중심에서 다열 X선 검출기의 열 방향인 z방향 폭보다도 굵은, 임의의 슬라이스 두께가 되도록, 화상 재구성을 완료한 이후에 화상 데이터 아이템에 z방향 필터를 적용한다.
제 8 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 외부 입력 동기 신호 또는 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수 세그먼트가 복 수 시네 스캔 동안 검출되는 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 여기서 투영 데이터 아이템은 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응한다. 스캐닝/회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다. 또한, 아티펙트 또는 노이즈 저감의 관점에서 화질이 개선되어야 할 때, 화상 데이터에 적용되는 z방향 필터가 아티펙트 또는 노이즈 또는 슬라이스 두께를 제어하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 제 9 관점에 따라서, 제 1 내지 제 8 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은, 재구성되는 단층상의 슬라이스 위치가, 회전 중심인 z축 상에서, 다열 X선 검출기를 구성하는 각 검출기 열의 중심 위치와는 다른 임의의 위치가 되도록 화상을 재구성한다.
제 9 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 외부 입력 동기 신호 또는 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수 세그먼트가 복수 시네 스캔 동안 검출되는 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 이로써 투영 데이터 아이템은 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응한다. 스캐닝/회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다. 특히, 시네 스캔 방법과 조합되어 사용되는 화상 재구성 기술로서 3차원 화상 재구성이 채택되는 경우, 단층상은 검출기열의 z방향 좌표 위치에 관계없이 임의의 z방향 좌표 위치에서 재구성될 수 있다. 다시 말해, 종래 헬리컬 스캔 방법이 채택될 때와 같이 슬라이스 위치의 z방향 좌표를 임의로 제어할 수 있다. z방향으로 오버랩된 슬라이스를 표현하는 단층상도 재구성될 수 있다. 결과적으로 3차원 표시, MPR 표시 또는 MIP 표시용의 화질 개선이 가능하다.
본 발명의 제 10 관점에 따라서, 제 1 내지 제 9 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은, 재구성되는 단층상의 슬라이스 사이의 간격이 회전 중심인 z축 상에서, 다열 X선 검출기를 구성하는 검출기 열 중 인접하는 열 사이의 간격과는 다르도록 화상을 재구성한다.
제 10 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 외부 입력 동기 신호 또는 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수 세그먼트가 복수 시네 스캔 동안 검출되는 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 이로써 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응하는 투영 데이터 아이템이 추출된다. 스캐닝/회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다. 특히, 시네 스캔 방법과 조합되어 사용되는 화상 재구성 기술로서 3차원 화상 재구성이 채택되는 경우, 단층상은 검출기 열의 z방향 좌표 위치에 관계없이 임의의 z방향 좌표 위치에서 재구성될 수 있다. 다시 말해, 종래 헬리컬 스캔 방법이 채택될 때와 같이 슬라이스 위치의 z방향 좌표를 임의로 제어할 수 있다. z방향으로 오버랩된 슬라이스를 표현하는 단층상도 재구성될 수 있으며, 3차원 표시, MPR 표시 또는 MIP 표시용의 화질 개선이 가능하다.
본 발명의 제 11 관점에 따라서, 제 1 내지 제 10 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은 임의의 값으로 설정된 단층상의 슬라이스 두께, 슬라이스 위치, 슬라이스간 간격으로 화상을 재구성한다.
제 11 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 외부 입력 동기 신호 또는 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템을 포함하는 복수 세그먼트가 복수 시네 스캔 동안 검출되는 투영 데이터 아이템으로부터 추출되며, 이로써 360°풀 스캔 또는 180°+검출기에 들어오는 팬빔의 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 동안 검출된 투영 데이터에 대응하는 투영 데이터 아이템이 추출된다. 스캐닝/회전 속도는 추출을 가능하게 하도록만 선택되어도 된다. 이 투영 데이터 아이템은 화상을 재구성하는 데 사용된다. 이로써 하나의 세그먼트만큼의 시간 분해능을 가능하게 하는 단층상을 얻을 수 있다. 특히, 시네 스캔 방법과 조합되어 사용되는 화상 재구성 기술로서 3차원 화상 재구성이 채택되는 경우, 단층상은 검출기 열의 z방향 좌표 위치에 관계없이 임의의 z방향 좌표 위치에서 재구성될 수 있다. 다시 말해, 종래 헬리컬 스캔 방법이 채택될 때와 같이 슬라이스 위치의 z방향 좌표를 임의로 제어할 수 있다. z방향으로 오버랩된 슬라이스를 표현하는 단층상도 재구성될 수 있으며, 3차원 표시, MPR 표시 또는 MIP 표시용의 화질 개선이 가능하 다. 또한, 슬라이스 두께를 임의로 제어할 수 있다. 결과적으로, 화상 재구성의 자유도가 넓어진다.
본 발명의 제 12 관점에 따라서, 제 2 내지 제 11 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 데이터 수집 수단은 테이블에 포함된 크레이들의 진행 방향인 z방향의 다른 복수 위치에서 시네 스캔을 수행하고, 화상 재구성 수단은 z방향 좌표 상의 각각의 위치에서 수행되는 복수의 시네 스캔 동안 수집되는 X선 검출기 데이터에 포함되는 X선 빔 데이터로부터 동일 방향으로 조사되면서 시야의 화소를 지나는 X선의 X선 빔 데이터 아이템 및 반대 X선의 X선 빔 데이터 아이템을 추출하여 화상을 재구성한다.
제 12 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 시네 스캔이 z방향 좌표의 복수의 위치에서 수행될 때, 이 시네 스캔 동안 촬영되는 범위가 z방향으로 접하고 있거나, 오버랩하는 경우, 다른 z방향 좌표 위치에서 수행되는 시네 스캔 동안 검출되는 투영 데이터로부터 동일 방향으로 조사되는 X선 빔 데이터 아이템 및 대향하는 X선의 X선 빔 데이터 아이템 빔을 추출하여 3차원 화상 재구성에 이용할 수 있다. 결과적으로 단층상의 노이즈 및 아티펙트를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제 13 관점에 따라서, 제 1 내지 제 12 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, X선 데이터 수집 수단은 생체 신호의 특정 위상에 동기한 시간에만 X선을 조사하고 그 시네 스캔의 X선 검출기 데이터를 수집하고, 화상 재구성 수단은 X선이 조사된 부분의 X선 검출기 데이터 아이템을 추출하여 화상을 재구성한다.
제 13 관점에 따른 X선 CT 장치에서, X선 조사의 개시(ON) 또는 종료(OFF)는 외부 입력 신호 또는 생체 신호와 동기화된다. 이로써 X선 조사는 최소화되거나 감소된다. 이로써 피폭을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 제 14 관점에 따라서, 제 1 내지 제 12 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, X선 데이터 수집 수단은 시네 스캔 동안 생체 신호의 특정 위상에 동기한 시간에 많은 X선을 조사하고, 그 이외의 시간에는 보다 적은 X선 조사를 하고, 이 시네 스캔의 X선 검출기 데이터를 수집하며, 화상 재구성 수단은 X선이 보다 많이 조사된 부분의 X선 검출기 데이터를 추출하여 화상을 재구성한다.
제 14 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 조사량의 증감은 외부 입력 신호 또는 생체 신호와 동기화된다. 결과적으로 X선 조사는 최소화되거나 감소된다. 이로써, 피폭을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 제 15 관점에 따라서, 제 1 내지 제 14 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은 생체 신호의 복수의 위상에 동기된 피검체의 상태를 나타내는 단층상을 재구성한다.
제 15 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 생체 신호의 복수의 위상에 동기화시킴으로써 적절한 동기 촬영을 실행할 수 있다.
본 발명의 제 16 관점에 따라서, 제 15 관점의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 표시 수단은 생체 신호의 복수의 시간 위상에 동기한 피검체의 상태를 나타내는 단층상을 순차적으로 표시하여, 동적인 표시를 수행한다.
제 16 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 각각의 위상에 동기화된 피검체의 상태 를 나타내는 복수의 단층상을 재구성함으로써 위상 변화를 동적으로 표시할 수 있다.
본 발명의 제 17 관점에 따라서, 제 1 내지 제 14 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 재구성 수단은 생체 신호의 복수의 위상에 동기한 피검체의 상태를 나타내며 z방향으로 병렬 배치된 단면을 나타내는 복수의 단층상을 재구성한다.
제 17 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 복수의 생체 신호에 동기한 피검체의 상태를 나타내며 z방향으로 병렬 배치된 단면을 나타내는 연속 단층상 즉, 3차원 화상이 재구성된다. 동기화된 3차원 화상 재구성이 더 정확하게 달성될 수 있다.
본 발명의 제 18 관점에 따라서, 제 17 관점의 X선 CT 장치에 있어서, 화상 표시 수단은 생체 신호의 복수의 위상에 동기한 피검체의 상태를 나타내는 단층상을 순차적으로 표시하여, 동적인 3차원 표시를 달성한다.
제 18 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 복수의 생체 신호에 동기한 피검체의 상태를 나타내며 z방향으로 병렬 배치된 단면을 나타내는 연속 단층상 즉, 3차원 화상이 재구성될 수 있다. 결과적으로 보다 정확한 동기화된 3차원 화상 재구성이 달성될 수 있다. 또한, 복수의 위상과 동기화된 피검체의 상태를 나타내는 3차원 화상이 재구성되면 위상 변화를 동적으로 표시할 수 있다.
본 발명의 제 19 관점에 따라서, 제 2 내지 제 18 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 생체 신호 입력 수단은 제 1 생체 신호로서 심박 신호를 수신한다.
제 19 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 제 1 생체 신호로서 심박 신호를 수신한다. 결과적으로 심박 동기 단층상 또는 심박 동기 3차원 화상을 수집할 수 있다.
본 발명의 제 20 관점에 따라서, 제 2 내지 제 19 관점 중 어느 하나의 X선 CT 장치에 있어서, 생체 신호 입력 수단은 제 2 생체 신호로서 호흡 신호를 수신한다.
제 20 관점에 따른 X선 CT 장치에서, 제 2 생체 신호로서 호흡 신호를 수신한다. 결과적으로 호흡 동기 단층상 촬영 또는 호흡 동기 3차원 촬영이 실행될 수 있다.
본 발명의 목적 및 이점은 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예의 설명으로부터 자명할 것이다.
본 발명은 예로서 상세한 실시예를 취하여 설명될 것이다. 본 발명이 이 실시예에 한정되는 것이 아니라는 점에 주의한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 CT 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 X선 CT 장치(100)는 조작 콘솔(1)과, 촬영 테이블(10)과, 주사 갠트리(20)를 구비하고 있다.
조작 콘솔(1)은 조작자의 입력을 수신하는 입력 장치(2), 전처리, 화상 재구성 처리, 후처리 등을 실행하는 중앙 처리 장치(3)와, 주사 갠트리(20)에서 수집된 X선 검출 데이터를 수집하는 데이터 수집 버퍼(5)와, X선 검출기 데이터 아이템을 전처리하여 생성된 투영 데이터로부터 화상 재구성된 단층상을 나타내는 모니터(6)와, 프로그램, X선 검출기 데이터 아이템, 투영 데이터 아이템 및 X선 단층상을 기억하는 기억 장치(7)를 구비하고 있다.
촬영 테이블(10)은 그 위에 누운 피검체를 주사 갠트리(20)의 개구부에 넣고 안팎으로 이동시키는 크레이들(12)을 구비하고 있다. 크레이들(12)은 촬영 테이블(10)에 내장된 모터에 의해 승강 및 테이블 직선 이동된다.
주사 갠트리(20)는 X선관(21), X선 컨트롤러(22), 콜리메이터(23), 다열 X선 검출기(24), DAS(Data Acquisition System:25), 피검체의 몸 축의 주위에서 회전하는 X선관을 제어하는 회전부 컨트롤러(26), 제어 신호를 상기 조작 콘솔(1)이나 촬영 테이블(10)과 주고 받는 제어 컨트롤러(29)를 구비하고 있다. 또한, 주사 갠트리 경사 컨트롤러(27)에 의해, 주사 갠트리(20)는 z방향의 전방 및 후방으로 약 ±30도 경사지게 할 수 있다.
외부 동기 신호나 복수의 생체 신호는 외부 동기 신호 또는 생체 신호 또는 복수의 생체 신호를 수신하는 입력 인터페이스(31)에 의해 제어 컨트롤러(29)에 입력된다.
외부 동기 신호 또는 생체 신호와 동기하는 위상인 동기 타이밍을 입력하는 수단으로서 조작자의 키 입력이 채택될 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 예컨대, r1= 40(%) 또는 r2=70(%)의 형태로 백분률이 입력될 수 있다. 또는, r1= 400(밀리초), r2=700(밀리초)와 같은 시간 입력도 가능하다.
도 2는 X선관(21)과 다열 X선 검출기(24)의 기하학적 배치를 나타내는 설명 도이다.
X선관(21)과 다열 X선 검출기(24)는 회전 중심(IC)의 주위를 회전한다. 연직 방향을 y방향으로 하고, 수평 방향을 x방향으로 하며, 이들에 수직인 테이블의 진행 방향을 z방향이라고 하면, X선관(21) 및 다열 X선 검출기(24)의 회전 평면은 xy 평면이다. 또한, 크레이들(12)의 이동 방향은 z방향이다.
X선관(21)은 원추형 빔(CB)이라고 불리는 X선 빔을 생성한다. 원추형 빔(CB)의 중심축 방향이 y방향에 평행할 때, X선관(21)은 뷰 각도 0도°로 설정된다.
다열 X선 검출기(24)는 예컨대 256개의 열의 X선 검출기 열을 포함한다. 또한, 각 X선 검출기 열은 예컨대 1024개의 X선 검출기 채널을 포함한다.
X선이 조사된 후에, 투영 데이터 아이템은 다열 X선 검출기(24)에 의해 생성되고, DAS(25)에 의해 A/D 변환된다. 이러한 데이터 아이템이 슬립 링(30)을 경유하여 데이터 수집 버퍼(5)에 입력된다. 데이터 수집 버퍼(5)에 입력된 데이터는 기억 장치(7)로부터 판독된 프로그램에 따라서 중앙 처리 장치(3)에 의해 처리된다. 결과적으로, 단층상은 재구성되어 모니터(6)에 표시된다. 본 발명에 따라서 시네 스캔이 수행된다. 시네 스캔 동안, X선관(21)과 다열 X선 검출기(24)를 피검체의 주위에 회전시키고, 또한 촬영 테이블(10)의 크레이들(12)을 z방향 좌표의 특정 위치에 고정하여 데이터를 수집한다. 뷰 각 view와, 검출기 열 번호 j와, 채널 번호 i로 각각 표시되는 X선 검출기 데이터 아이템 D0(view, j, i)과, 테이블 직선 이동 z방향 위치 Ztable(view)로 표시된 X선 검출기 데이터를 수집한다.
도 21은 외부 동기 신호 입력 또는 생체 신호에 동기한 시네 스캔 제어의 흐름도이다.
단계(P1)에서, 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 주기(T)가 측정된다. 특히, 생체 신호가 사용되는 경우에, 주기 T가 변한다. 다수의 최근 주기의 평균이 채택된다.
단계(P2)에서, 동기 위상 타이밍(r1, r2)(도 19 참조) 각각으로서 백분률이 입력되는 경우, 백분율은 R1=r1·T, R2=r2·T에 따라서, 주기(T)에 대해서 절대 시간(밀리초)으로 변환된다.
단계(P3)에서, 시네 스캔하는 동한 수행될 데이터 수집 준비 완료 후, 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 입력을 대기하고, X선관(21)과 다열 X선 검출기(24)를 피검체 주위로 회전시킨다. 테이블(10)의 크레이들(12)은 z방향 특정 위치에 고정시킨다. 뷰 각도 view와, 검출기 열 번호 j와, 채널 번호 i로 표시되는 X선 검출기 데이터 D0(view, j, i)에 테이블 직선 이동 z방향 위치 Ztable(view)가 부가된다. X선 검출기 데이터가 수집된다.
단계(P4)에서는, 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 신호 입력 후 r1(미리초)또는 R1(미리초)를 대기하고, X선 조사를 개시하거나 또는 고출력 모드로 설정한다. X선 조사가 개시되거나 혹은 고출력 모드로 설정되었을 때, X선 검출기 데이터에 X선 조사가 개시되었다는 것을 나타내는 플래그를 설정한다.
단계(P5)에서, 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 신호 입력 후 r2(미리초) 또는 R2(미리초)를 대기하고, X선 조사를 종료하거나 또는 저출력 모드로 설정한 다. X선 조사가 종료되거나 혹은 저출력 모드로 설정되었을 때, X선 검출기 데이터에 X선 조사가 종료되었다는 것을 나타내는 플래그를 설정한다.
단계(P6)에서, 필요한 세그먼트수만큼 데이터 아이템을 수집했는지 판단한다. 아니요라면 단계(P3)로 가서 다음 신호 입력을 대기하고 데이터를 수집한다. 예라면 단계(P7)로 간다.
단계(P7)에서, 수집된 세그먼트 또는 복수 세그먼트로부터 생성된 투영 데이터로부터 화상을 재구성한다.
단계(P8)에서, 화상 표시를 한다. 이 때, 단층상은 2차원으로 표시되거나 z방향으로 연속한 단층상으로 3차원 표시될 수 있다. 또한 순차적으로 위상을 전환하여 연속 3차원 화상을 표시할 수 있다(4차원 화상 표시).
단계(P9)에서, 필요한 시네 스캔 회수만큼 데이터를 수집했는지 판단한다. 아니오라면 단계(P3)로 가서, 다음 신호 입력을 대기하고 데이터를 수집한다. 예라면 종료한다.
도 20은 단계(P4 또는 P5)에 있어서의 X선 조사의 개시 및 종료 또는 X선 조사의 고출력 및 저출력 전환의 제어와, 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 시간적 관계를 도시하고 있다.
도 16은 하프 스캔 동안 검출된 데이터 아이템을 사용해서 화상이 재구성되는 경우에, 특히 180°+팬 빔 각만큼의 하프 스캔 동안 외부 동기 신호 또는 생체 신호에 동기하여 검출된 투영 데이터 아이템이 한 번의 스캔 동안 투영 데이터 아이템으로부터 추출되어서 화상을 재구성하는 경우의 데이터 수집 타이밍을 도시하 고 있다.
또한, 각각의 투영 데이터 아이템이 검출되는 X선 뷰 각도를 고려하면서, 복수의 스캔 중 하나에서 검출된 투영 데이터 아이템이 그룹화되는 세그먼트 중 하나에 속하는 투영 데이터 아이템이 추출된다. 이 복수의 세그먼트에 속하는 투영 데이터 아이템은 180°+팬 각도만큼 X선관을 회전시키는 하프 스캔 또는 360°풀 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템에 대응하는 투영 데이터 아이템을 생성하도록 조합된다. 이 투영 데이터 아이템을 사용해서 재구성되는 단층상은 시간 분해능이 도 17에 도시된 바와 같이 t1, t2, t3 중 가장 긴 시간이 시간 분해능에 대응하는 시간 분해능을 갖는다. 즉, 한번의 스캔 동안 수집된 투영 데이터 아이템이 복수 세그먼트로 그룹화됨으로써 시간 분해능이 개선된다.
도 18에 도시된 바와 같이, 360°풀 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템을 수집하도록, 복수 스캔 동안 검출된 투영 데이터 아이템으로부터 복수 세그먼트를 수집한 경우에도 시간 분해능이 개선된다.
단계(P8)에서 시네 스캔 동안 다열 X선 검출기에 의해 검출된 데이터 아이템을 사용해서 화상이 재구성되었을 때, 도 22에 도시된 바와 같이, 한번의 스캔으로 복수의 단층상을 재구성할 수 있다. 3차원 화상 재구성을 이용함으로써, 단층상의 아티펙트가 저감된다. 또한, z축상의 임의의 위치에 임의의 간격으로 위치된 임의의 매수의 단층상이 재구성될 수 있다. 또한, 3차원 화상 재구성이 채택된 경우에, z방향 필터를 사용하면, 임의의 슬라이스 두께의 단층상이 재구성될 수 있다. 결과적으로, 한 세그먼트에 속하며 외부 동기 신호 또는 생체 신호에 동기하여 검 출된 투영 데이터 아이템이 추출된 경우에도, 혹은 또는 복수의 스캔 동안 검출된 복수 세그먼트에 속하는 투영 데이터 아이템이 추출된 경우에도, 시간 분해능이 개선될 수 있다. 이에 따라, 외부 동기 신호 또는 생체 신호에 동기한 시간 분해능이 좋은 복수의 단층상, 즉 3차원 단층상이 재구성될 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 투영 데이터가 순차적으로 수집될 수도 있고, 연속 단층상이 순차적인 3차원 단층상으로 재구성 혹은 표시될 수 있다. 특히, 복수 세그먼트(3세그먼트)를 사용해서 화상이 재구성되는 경우는, 가장 오래된 세그먼트 데이터를 버리고, 하나의 새로운 세그먼트 데이터를 채택할 때마다, 3차원 단층상이 재구성된다. 이로써 순차적인 3차원 단층상으로서 연속 3차원 단층상이 재구성된다. 결과적으로, 피검체의 특정 상태 또는 위상의 시간적인 변화를 나타내는 연속한 3차원 단층 상이 순차적인 3차원 단층상으로서 표시될 수 있다.
도 24에 도시된 바와 같이, 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 복수의 위상, 즉 도 24의 위상 1~4 각각에 동기한 3차원 단층상이 재구성될 수 있다. 또한 각각의 위상에 동기하여 피검체의 상태를 나타내는 3차원 단층상이 연속 순차적인 3차원 화상으로 재구성되어서 표시되는 경우에, 피검체의 상태 또는 위상의 시간 변화를 나타내는 연속 3차원 화상 즉, 4차원 화상이 표시될 수 있다(4D 화상 표시).
예컨대, 심박에 동기한 심장의 3차원 팽창 및 수축을 나타내는 연속 3차원 화상이 순차적으로 재구성되어 표시됨으로써, 심장의 팽창 및 수축을 순차적인 위상 변화로서 관찰할 수 있다. 연속 3차원 화상의 순차적인 재구성 및 표시가 반복되면, 팽창 및 수축이 반복해서 표시될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 X선 CT 장치(100)의 화상 재구성의 동작의 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
단계(S1)에서, X선관(21)과 다열 X선 검출기(24)를 피검체의 주위로 회전시킨다. 또한 촬영 테이블(10) 상의 크레이들(12)을 z방향 특정 위치에 고정하여 시네 스캔 동작을 수행한다. z방향의 테이블 위치의 데이터 Ztable(view)를 뷰각도 view, 검출기열 번호 j, 채널 번호 i로 표시되는 X선 검출기 데이터 D0(view, j, i)에 부가해서 테이블 X선 검출기 데이터를 수집한다.
특히, 복수의 세그먼트에 속하는 투영 데이터 아이템이 조합되거나 또는 가중 가산되는 경우에, 각각의 타이밍에 검출된 투영 데이터 아이템이 인접하는 세그먼트의 일부가 두개의 인접하는 뷰에 포함된 동일한 투영 데이터가 되도록 즉, 시간 방향으로 오버랩하여 추출된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 세그먼트의 오버랩한 부분은 선형 가중 계수와 승산되고 결과적인 투영 데이터 아이템이 합산된다. 결과적으로, 투영 데이터 아이템의 세그먼트는 보다 원활하게 연결되어서, 접속 데이터에 의해 표현되는 화상 부분에서의 아티펙트가 제한된다.
또한, 크레이들을 z방향의 한 위치로 설정해 두고 피검체를 스캐닝하는 것으로 피검체의 촬영하고 싶은 부분을 모두 커버할 수 없는 경우에는, 복수의 z방향 위치에서 외부 주기 신호 또는 생체 신호에 동기한 시네 스캔이 수행된다. 이로써, z방향의 촬영 범위를 넓힐 수 있다. 이 때, 한 번의 시네 스캔 내에 z방향의 촬영 범위의 양 끝에서 수행되는 스캐닝 동안 아티펙트가 커질 수 있다, z방향의 복수의 위치에서 시네 스캔을 수행함으로써 수집된 X선 검출기 데이터 아이템에 포 함된 X선 빔 데이터 중에서, 재구성 단층상 평면의 각 화소를 지나는 동일 방향 X선의 X선 빔 데이터 아이템 및 대향 X선의 X선 빔 데이터 아이템을 추출하여 3차원 화상 재구성을 한다. 이 경우, 아티펙트 및 노이즈가 저감된 화상을 재구성할 수 있다.
단계(S2)에서, X선 검출기 데이터 DO(view, j, i)가 전처리되어서, 투영 데이터로 변환된다. 이 전처리는 도 4에 도시된 바와 같이 단계(S21)의 오프셋 보정, 단계(S22)의 대수 변환, 단계(S23) X선 선량 보정, 단계(S24)의 감도 보정을 포함한다.
단계(S3)에서, 전처리된 투영 데이터 아이템 D1(view, j, i)에 대하여, 빔 하드닝 보정을 실행한다. 빔 하드닝 보정(S3) 동안 전처리(S2)에 포함된 감도 보정(S24)이 실행된 투영 데이터를 D1(view, j, i)라 하고, 빔 하드닝 보정(S3) 후의 데이터를 D11(view, j, i)라고 하면, 빔 하드닝 보정(S3)은 아래와 같이, 예컨대 다항식 형식으로 나타낼 수 있다.
이 때, 검출기의 각 j열마다 독립된 빔 하드닝 보정을 행할 수 있다. 결과적으로 촬영 조건 중 하나인 각 데이터 수집 수단의 관 전압이 다르면, 각 열마다의 검출기의 X선 에너지 특성의 차이를 보상할 수 있다.
단계(S4)에서, 빔 하드닝 보정된 투영 데이터 D11(view, j, i)에 대하여, z 방향(열 방향) 필터를 적용하도록 z필터 중첩 처리를 실행한다.
단계(S4)에서, 각각의 관 전압으로 각각의 뷰 각도에서 수집되어서 전처리 및 빔 하드닝 보정이 수행된 다열 X선 검출기 D11(ch, row)(ch= 1~CH, row=1~ROW)의 투영 데이터에 대해서, 열 방향으로 5개의 어레이에 대응하는 폭을 가지며, 하기와 같이 표현되는 필터를 적용한다.
보정된 검출기 데이터 D12(ch, row)는 아래와 같이 된다.
또한, 채널의 최대값은 CH라 하고, 열의 최대값은 ROW라고 하면,
또한, 열 방향 필터 계수를 각 채널마다 변화시키면 화상 재구성 중심으로부터의 거리에 따라 슬라이스 두께를 제어할 수 있다. 일반적으로, 단층상에서는 재구성 중심에 비해서 주변부 쪽의 슬라이스 두께가 두껍다. 따라서, 열 방향 필터 계수를 데이터 아이템이 검출되는 검출기의 중심부와 주변부에서 다르게 한다. 검 출기의 중심부 부근에 위치된 채널에서 검출된 데이터 아이템에 적용될 열 방향 필터 계수의 값은 크게 변화하고, 검출기의 주변부 부근에 위치된 채널에서 검출된 데이터 아이템에 적용될 열 방향 필터 계수의 값은 작게 변화한다. 이 경우, 슬라이스 두께는 주변부에서나 화상 재구성 중심부에서나 한결같이 거의 일정하다.
위에 설명한 바와 같이, 다열 X선 검출기(24)의 중심부에 위치된 채널과 주변부에 위치된 채널의 데이터 아이템에 인가되는지 여부에 무관하게 열 방향 필터 계수를 제어함으로써, 단층상이 검출기의 중심부에서 검출된 데이터 아이템을 사용해서 재구성되던지, 주변부에서 검출된 데이터 아이템을 사용해서 재구성되던지 여부에 무관하게 슬라이스 두께를 제어할 수 있다. 열 방향 필터를 사용해서 슬라이스 두께를 약간 두껍게 하면, 아티펙트와 노이즈를 함께 크게 감소시킬 수 있다. 결과적으로 아티펙트 또는 노이즈의 감소 정도도 제어할 수 있다. 다시 말해, 3차원 재구성된 단층상의 화질 즉, xy 평면 내의 화질을 제어할 수 있다. 다른 실시예에서, 열 방향(z방향) 필터 계수를 역중첩(deconvolution) 필터로 할 수 있다. 이 경우 얇은 슬라이스 두께의 단층상을 실현할 수도 있다.
단계(S5)에서, 재구성 함수 중첩을 수행한다. 상세하게는, 데이터 아이템이 퓨리에 변환되어서, 재구성 함수에 적용되고, 이후에 역퓨리에 변환된다. z필터 처리된 데이터 아이템을 D12라 하고, 재구성 함수 중첩 처리된 데이터를 D13라 하며, 적용된 재구성 함수를 Kernel(j)라고 하면, 재구성 함수 중첩 처리(S5)는 아래와 같다.
즉, 재구성 함수 Kernel(j)는 각 검출기 열(j)에 의해 생성된 투영 데이터마다 독립된 재구성 함수 중첩 처리를 행한다. 결과적으로 각 검출기 열에 의해 생성된 투영 데이터의 노이즈 특성 또는 분해능 특성의 차이를 보정할 수 있다.
단계(S6)에서, 재구성 함수 중첩 처리한 투영 데이터 아이템 D13(view, j, i)에 대하여, 3차원 역투영 처리를 수행하여, 역투영 데이터 D3(x, y)를 구한다. 본 발명이 시네 스캔 방법을 채택했기 때문에, 3차원 화상이 z축에 수직인 면 즉, xy 평면에 재구성된다. 이하에서, 재구성 영역(p)은 xy 평면에 평행한 것으로 한다. 이 3차원 역투영 처리는 도 5를 참조하여 후술한다.
단계(S7)에서, 역투영 데이터 D3(x, y, z)에 대하여 화상 필터 중첩 및 CT 값 변환 등의 후처리를 수행하여, 단층상 D31(x, y)을 생성한다.
3차원 역투형 후의 단층상을 D31(x, y, z)라 하고, 화상 필터 중첩 후의 데이터를 D32(x, y, z)라 하며, 화상 필터를 Filter(z)라고 하면, 후처리의 화상 필터 중첩 처리는 다음과 같다.
검출기의 각 검출기 열 j마다 생성된 투영 데이터마다 독립적으로 화상 필터 중첩 처리를 행할 수 있기 때문에, 각 검출기 열마다의 노이즈 특성 또는 분해능 특성의 차이를 보상할 수 있다.
이렇게 얻어진 단층상 데이터 아이템에 따른 단층상은 모니터(6)에 표시된다.
도 5는 3차원 역투영 처리(도 4의 단계(S6))를 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따라서, 3차원 화상은 z축에 수직인 평면, 즉 xy 평면에 재구성된다. 재구성 영역 P은 xy 평면에 평행한 것으로 한다.
단계(S61)에서, 단층상을 재구성하는데 필요한 모든 뷰(즉, 360°또는 180°+팬 빔 각도만큼 X선 관을 회전시킴으로써 검출된 뷰) 중 하나를 선택해서, 재구성 영역 P을 이루는 각 화소에 대응하는 투영 데이터 Dr를 추출한다.
도 6(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 재구성 영역 P이 xy 평면에 평행한 512×512 화소의 정방형의 영역이라 하고, 화소열 LO은 y=0으로부터 연장하며 x축에 평행하며, 화소열 L63은 y=63으로부터 연장하며, 화소열 L127은 y=127으로부터 연장하며, 화소열 L191은 y=191에서 연장하고, 화소열 L255는 y=255에서 연장하며, 화소열 L319는 y=319에서 연장하고, 화소열 L383은 y=383에서 연장하며, 화소열 L447은 y=447에서 연장하고, 화소열 L511은 y=511에서 연장하는 것이라 한다. 화소열 L0~L511이 X선 투과 방향으로 다열 X선 검출기(24)의 면에 투영되면, 도 7에 도시된 바와 같이 라인 T0~T511이 형성된다. T0~T511을 형성하는 투영 데이터 아이템을 화소열(L0~L511)을 나타내는 투영 데이터 Dr(view, x, y)로서 추출한다. 여기서, x 및 y는 단층상의 각 화소를 나타내는 x 좌표 및 y좌표를 나타낸다.
X선 투과 방향은 X선관(21)의 X선 초점과 각 화소와 다열 X선 검출기(24)의 기하학적 위치에 의해서 결정된다. X선 검출기 데이터 D0(view, j, i)의 위치를 나타내는 z좌표 z(view)가 테이블 직선 이동의 z방향 위치의 데이터인 Ztable(view)로서 X선 검출기 데이터에 첨부되기 때문에, 회전기가 가속 또는 감속하는 동안 X선 검출기 데이터 DO(view, j, i)가 검출되더라도, X선 초점 및 다열 X선 검출기의 기하학적인 위치 변동에 기초해서 X선 투과 방향을 정확하게 구할 수 있다.
예컨대, 화소열 L0을 X선 검출기(24) 표면으로 투과시켜서 형성된 것과 같은 방식으로 투영한 열 T0과 같이, 라인의 일부가 다열 X선 검출기(24)의 채널 방향 밖으로 벗어난 경우에는, 열을 형성하는 투영 데이터 Dr(view, x, y)를 0으로 설정한다. 또한, 한 열이 다열 X선 검출기에서 z방향으로 밖으로 벗어난 경우에, 투영 데이터 Dr(view, x, y)를 빼고 구한다.
결과적으로, 도 8에 도시하는 바와 같이 재구성 영역 P을 구성하는 화소에 대응하는 투영 데이터 아이템 Dr(view, x, y)을 추출한다.
도 5로 돌아가서, 단계(S62)에서 투영 데이터 아이템 Dr(view, x, y)에 원추형 빔 재구성 가중 계수를 승산하여 도 9에 도시한 바와 같은 투영 데이터 아이템 D2(view, x, y)를 작성한다.
여기서, 원추형 빔 재구성 가중 계수 w(i, j)는 이하와 같다. 팬 빔 화상 재구성의 경우는 일반적으로, 뷰 각이 view=βa로 설정된 X선관(21)의 초점과 재구성 영역 P(xy 평면상)의 화소 g(x, y)를 연결시키는 직선이 X선 빔의 중심축 Bc에 대하여 이루는 각도를 γ라 하고, 그 대향 뷰를 view=βb 라고 하면, 다음과 같은 관계식이 설정된다.
재구성 영역 P 상의 화소 g(x, y)를 지나는 X선 빔과 그 대향 X선 빔이 재구성 평면 P과 이루는 각도를, αa, αb라고 하면, 화소와 관련된 투영 데이터를 각에 의존한 원추형 빔 재구성 가중 계수 ωa, ωb를 곱해서 합산해서, 역투영 화소 데이터 D2(0, x, y)를 구할 수 있다.
여기서, D2(0, x, y)_a는 뷰 각 βa에서 설정된 X선 관에서 생성된 투영 데이터이고, D2(0, x, y)_b는 뷰 각 βb에서 설정된 X선 관에서 생성된 투영 데이터이다.
대향 빔과 관련된 원추형 빔 재구성 가중 계수의 합은 다음과 같이 통합된다.
각각의 투영 데이터는 원추형 빔 재구성 가중 계수 ωa 및 ωb를 곱해서 합산함으로써, 원추형 각에 따른 아티펙트를 저감할 수 있다.
예컨대, 원추형 빔 재구성 가중 계수 ωa 및 ωb는 다음 식에 따라서 계산될 수 있다.
팬 빔각의 1/2를 γmax라고 한다.
여기서 q는 예컨대 1과 같다.
예컨대, ga 및 gb가 더 큰 max[]값을 각각 제공하는 함수를 나타낸다고 가정하면, 이는 다음과 같이 표현된다.
또한, 팬 빔 화상 재구성의 경우에는, 재구성 영역 P를 이루는 화소에 거리계수를 승산한다. X선관(21)의 초점으로부터 투영 데이터 Dr를 생성하는 다열 X선 검출기(24)의 검출기열 j 및 채널 i에 속하는 검출기 소자까지의 거리를 r0이라고 하면, X선관(21)의 초점으로부터 투영 데이터 Dr에 대응하는 재구성 영역 P상의 화소까지의 거리를 r1이라고 하면, 거리 계수는 (r1/r0)2로 표현된다.
평행 빔 화상 재구성의 경우에는, 재구성 영역 P를 이루는 화소는 원추형 빔 재구성 가중 계수 w(i, j)만 승산된다.
단계(S63)에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 미리 클리어해 놓은 역투영 데이터 D3(x, y)에 투영 데이터 D2(view, x, y)를 화소대응으로 가산한다.
단계(S64)에서, 단층상을 재구성하는 데 필요한 모든 뷰에 대해서(즉, 360° 또는 180°+팬 빔 각도만큼 회전된 X선 관으로 검출된 뷰) 단계(S61~S63)를 되풀이 하여, 도 10에 도시하는 바와 같이 역투영 데이터 D3(x, y)를 생성한다.
도 11(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 재구성 영역 P은 원형의 영역이 될 수 있다.
본 발명의 X선 CT 장치 또는 본 발명이 구현되는 X선 CT 화상 재구성 방법에 따라서, 다열 X선 검출기 또는 플랫 패널 X선 검출기로 대표되는 매트릭스 구조의 2차원 에어리어 X선 검출기를 가진 X선 CT 장치(100)가 종래의 (축)스캔 또는 시네 스캔을 수행한다. 외부 동기 신호 또는 생체 신호에 동기하여 수집된 데이터 아이템을 사용해서 재구성된 시간 분해능이 좋고 화질 개선된 단층상이 3차원 표시된다. 혹은, 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 복수의 위상에 동기한 시간 분해능이 좋은 3차원 단층상을 표시한다. 혹은, 외부 동기 신호 또는 생체 신호에 동기한 시간 분해능이 좋은 4차원 단층상을 표시한다.
화상 재구성 방법으로서, 종래 공지된 펠트캄프(FeldKaml) 기술에 의한 3차원 화상 재구성 방법이여도 되고, 또는 다른 3차원 화상 재구성 방법이여도 된다. 혹은 2차원 화상 재구성 방법이여도 된다.
본 실시예에 따라서, 종래(축) 스캔 또는 스네 스캔이 수행될 때, 각각의 검출기 열에 의해 검출된 데이터 아이템에 서로 다른 계수를 인가하는 열방향(z방향) 필터가 데이터 아이템에 중첩되기 때문에, X선 원추형 각의 차 등으로 인한 화질의 차를 조정하여, 각 검출기 열에 의해 검출된 데이터 아이템에 대해서 균일한 슬라이스 두께, 아티펙트, 노이즈의 화질을 구현한다. 여러가지 필터 계수를 생각할 수 있다. 어떤 경우든 설명된 것과 동일한 효과를 낼 수 있다.
본 실시예는 본 발명이 의학용 X선 CT 장치에 적용된 것을 가정해서 설명되었다. 다른 방안으로, 산업용 X선 CT 장치, 혹은 X선 CT-PET 장치 또는 X선 CT-SPECT 장치와 같은 다른 장치와 조합해서 사용될 수 있다.
또한, 본 실시예는 생체 신호가 사용되는 것을 가정해서 설명되었다. 실제로는, 심박 신호가 사용되면, 큰 효과를 기대할 수 있다. 또한, 복수의 생체 신호는 심박 신호 및 호흡 신호가 될 수 있다. 이 경우는, 호흡의 폐의 움직임에 영향받지 않는 심박의 각 위상을 나타내는 3차원 화상 또는 심장의 각 위상을 연속적으로 순차적으로 변화시킨 4차원 화상을 표시할 수 있다(4D 화상 표시).
본 발명의 다양한 실시예가 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남 없이 구현될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구의 범위를 제외하면 상세한 설명에 설명된 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명이 구현되는 X선 CT 장치 또는 X선 CT 화상 재구성 방법에 의하면, 다열 X선 검출기 또는 플랫 패널 X선 검출기로 대표되는 매트릭스 구조의 2차원 에어리어 X선 검출기를 가진 X선 CT 장치가 종래의 (축)스캔 또는 시네 스캔을 수행 할 때, 외부 동기 신호 또는 생체 신호에 동기한 시간 분해능이 좋은, 즉 화질이 개선된 단층상이 3차원 표시된다. 또한, 외부 동기 신호 또는 생체 신호의 복수의 위상에 동기한 피검체의 상태를 나타내는 시간 분해능이 좋은 3차원 단층상이 표시된다. 또한, 외부 동기 신호 또는 생체 신호에 동기한 시간 분해능이 좋은 4차원 단층상이 표현될 수 있다.
Claims (10)
- X선 CT 장치(100)에 있어서,X선 발생 장치(21) 및 상기 X선 발생 장치(21)에 대향하여 위치하며 다열 X선 검출기 또는 플랫 패널 X선 검출기로 대표되는 2차원 X선 에어리어 검출기(24)를, 상기 X선 발생 장치(21)와 상기 2차원 X선 에어리어 검출기(24) 사이에 있는 회전 중심 주위로 회전 운동을 시키면서 X선을 검출하여, 상기 X선 발생 장치(21)와 상기 2차원 X선 에어리어 검출기(24) 사이에 누워 있는 피검체를 투과한 X선 투영 데이터 아이템을 수집하는 X선 데이터 수집 수단(20, 5)과,상기 X선 데이터 수집 수단(20, 5)에 의해 수집된 투영 데이터 아이템을 사용해서 화상을 재구성하는 화상 재구성 수단(3)과,상기 재구성된 단층상을 표시하는 화상 표시 수단(6)과,외부 입력 신호를 수신하는 외부 신호 입력 수단(31)과,상기 외부 입력 신호와 동기화를 달성하는 위상 데이터 입력 수단(2)을 포함하되,상기 화상 재구성 수단(3)은 시네 스캔 동안 수집된 X선 검출기 데이터 아이템으로부터, 상기 외부 입력 신호의 특정 위상에 동기해서 수집된 X선 검출기 데이터 아이템을 추출하여 화상을 재구성하는X선 CT 장치(100).
- X선 CT 장치(100)에 있어서,X선 발생 장치(21) 및 상기 X선 발생 장치(21)에 대향하여 위치하며 다열 X선 검출기 또는 플랫 패널 X선 검출기로 대표되는 2차원 X선 에어리어 검출기(24)를, 상기 X선 발생 장치(21)와 상기 2차원 X선 에어리어 검출기(24) 사이에 있는 회전 중심 주위로 회전 운동을 시키면서 X선을 검출하여, 상기 X선 발생 장치(21)와 상기 2차원 X선 에어리어 검출기(24) 사이에 누워 있는 피검체를 투과한 X선 투영 데이터 아이템을 수집하는 X선 데이터 수집 수단(20, 5)과,상기 X선 데이터 수집 수단(20, 5)에 의해 수집된 투영 데이터 아이템을 사용해서 화상을 재구성하는 화상 재구성 수단(3)과,상기 재구성된 단층상을 표시하는 화상 표시 수단(6)과,생체 신호를 수신하는 생체 신호 입력 수단(31)과,상기 생체 신호와 동기화를 달성하는 위상 데이터 입력 수단(2)을 포함하되,상기 화상 재구성 수단(3)은 시네 스캔 동안 수집된 X선 검출기 데이터 아이템으로부터, 상기 생체 신호의 특정 위상에 동기해서 수집된 X선 검출기 데이터 아이템을 추출하여 3차원 화상을 재구성하는X선 CT 장치(100).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 화상 재구성 수단(3)은 상기 X선 검출기 데이터 아이템이 180°+상기 검출기에 들어오는 팬 빔의 각도만큼 X선 발생 장치(21)를 회전시키는 시네 스캔 동안 수집된 X선 검출기 데이터에 대응하도록 시네 스캔 동안 수집된 X선 검출기 데이터로부터 상기 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 수집되는 상기 X선 검출기 데이터 아이템을 추출하여 화상을 재구성하는X선 CT 장치(100).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 화상 재구성 수단(3)은 상기 시네 스캔 동안 수집된 X선 검출기 데이터 아이템으로부터 상기 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 수집되는 X선 검출기 데이터 아이템의 복수의 세그먼트를 추출하고, 상기 X선 검출기 데이터 아이템으로부터 생성된 투영 데이터 아이템을, 상기 X선 검출기 데이터 아이템이 수집되는 뷰 각이 360°또는 180°+검출기에 들어오는 팬 빔의 각도가 되도록 조합되거나 가중 합산하여서, 화상을 재구성하는X선 CT 장치(100).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 화상 재구성 수단(3)은 상기 시네 스캔 동안 수집된 X선 검출기 데이터 아이템으로부터 복수의 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 수집되는 X선 검출기 데이터 아이템을 추출하여 화상을 재구성하는X선 CT 장치(100).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 생체 신호의 특정 위상에 동기하여 수집된 상기 X선 검출기 데이터 아이템이 시네 스캔 동안 수집된 X선 검출기 데이터 아이템으로부터 추출될 때, 한번 데이터 수집이 수행되는 시간폭인 시간 분해능이 제한되는 경우에, 상기 X선 데이터 수집 수단(20, 5)은 상기 데이터 수집 수단을 최소 회전수로 회전시켜서 X선 검출기 데이터 아이템을 수집할 수 있도록 상기 데이터 수집 수단의 회전 속도를 최적화시키는X선 CT 장치(100).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 화상 재구성 수단(3)은, 재구성되는 단층상의 상기 슬라이스 두께가 화상 재구성 중심에서 상기 다열 X선 검출기의 열 방향인 z방향의 폭보다도 굵은, 임의의 슬라이스 두께가 되도록 화상 재구성 중에 투영 데이터 아이템에 z방향 필터를 적용하는X선 CT 장치(100).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 화상 재구성 수단(3)은, 재구성되는 단층상의 슬라이스 두께가 화상 재구성 중심에서 다열 X선 검출기의 열 방향인 z방향의 폭보다도 굵은, 임의의 슬라이스 두께가 되도록, 화상 재구성을 완료한 이후에 화상 데이터 아이템에 z방향 필터를 적용하는X선 CT 장치(100).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 화상 재구성 수단(3)은, 재구성되는 단층상의 슬라이스 위치가, 회전 중심인 z축 상에서, 상기 다열 X선 검출기를 구성하는 각 검출기 열의 중심 위치와는 다른 임의의 위치가 되도록 화상을 재구성하는X선 CT 장치(100).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 화상 재구성 수단(3)은, 재구성되는 단층상의 슬라이스 사이의 간격이 회전 중심인 z축 상에서, 상기 다열 X선 검출기를 구성하는 검출기 열 중 인접하는 열 사이의 간격과는 다르도록 화상을 재구성하는X선 CT 장치(100).
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