KR20070070114A

KR20070070114A - 방사선 단층 촬영 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20070070114A
Application number: KR1020060136312A
Authority: KR
Inventors: 마사루 세토
Original assignee: 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2007-07-03
Also published as: US20070147577A1; NL1033063A1; DE102006062317A1; NL1033063C2; JP2007175258A; CN1989907A

Abstract

본 발명은 ECG 정보 및 X 선 관 전류 값을 파악하면서 화상의 재구성을 실시함에 있어서 필요한 투영 데이터를 획득할 수 있는 방사선 단층 촬영 장치(100) 및 방사선 단층 촬영 방법(200)을 제공한다. 방사선 소스(120)로부터의 방사선을 사용하여 피검체의 단층 화상을 형성하는 방사선 단층 촬영 방법(200)은 피검체의 심장 박동을 계측해서 ECG 파형 신호(R)로서 출력하는 ECG 파형 출력 단계(S204)와, ECG 파형 신호를 기반으로 하여 방사선의 출력을 가변하는 가변 출력 단계(S205)와, 가변된 방사선의 출력으로부터 획득되는 투영 데이터를 기반으로 하여 재구성된 단층 화상의 양호성의 여부를 판단하는 판단 단계(S209)와, 단층 화상이 양호하지 않을 경우에는 ECG 파형 신호와 방사선의 출력 및 단층 화상을 형성하는 재구성용 데이터의 영역을 동시에 표시하는 표시 단계(S210)를 포함한다.

Description

방사선 단층 촬영 장치 및 방법{RADIATION TOMOGRAPHIC IMAGING APPARATUS AND RADIATION TOMOGRAPHIC IMAGING METHOD}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 X 선 CT 장치(1)의 전체 구성을 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심전계 동기화 스캐닝 프로세싱(electrocardiograph synchronization scan processing)의 내용을 도시하는 흐름도,

도 3은 나선형 스캐닝(helical scan)을 실시할 때의 투영 데이터 범위를 도시한 개략도,

도 4는 모니터(56)에 표시되는 그래픽 표시 화면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : X 선 CT 장치 20 : 포인터

50 : 조작 콘솔 56 : 모니터

100 : 갠트리(gantry) 102 : X 선 관

103 : X 선 관 제어기 104 : X 선 검출부

150 : 심전도 mA : 관 전류

R : ECG 정보 SF1 내지 SF5: 스캔 파일

M1 내지 M5: 버튼 마크(button mark)

본 발명은 데이터를 획득하고 프로세싱하기 위해서 피검체인 환자의 주변 공간에서 피검체에게 방사선을 조사함으로써 단층 촬영을 수행하는 방사선 단층 촬영 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 심장 영역의 화상을 재구성하는 분야에 관한 것이다.

피검체의 병변부의 진단 장치로서, 피검체의 단층 화상을 획득하는 방사선 단층 촬영 장치(가령, X 선 CT 장치)가 진단용으로 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 X 선 CT 장치는 심장 영역의 촬영에 있어서도 널리 사용되고 있다.

이러한 심장 영역의 촬영을 실시할 경우, 심장이 항상 박동하고 있기 때문에 피검체의 심장에 심전도를 부착하고 심장의 수축기 및 확장기 등의 동작 상태를 파악하면서 방사선이 투영된다. 이러한 심장 영역의 화상 재구성 방법은 심전도(ECG:electrocardiogram) 재구성 방법으로 지칭되고 전향적 ECG 법(Prospective EGA) 및 후향적 ECG 법(Retrospective EGA)을 포함한다. 일본 공개특허공보 2004-173923호에서는 후향적(retrospective) ECG 법이 사용되고 있다.

전향적 ECG 법에서는, 방사선의 투영 전에 설정된 심장 박동 위상의 화상을 보기 위해서 ECG 정보로부터 일정한 간격으로 획득되는 투영 데이터로부터 화상이 재구성된다. 이 방법에서는, 확장기의 말기 또는 수축기의 말기의 위상의 타이밍에서 S/N 비가 향상되도록 X 선 관을 통해 흐르는 전류를 변동시킴으로써 피검체로의 방사능 노출량을 감소시킬 수 있다. 그러나, 피검체가 긴장하여 숨을 참아서 심계 항진 상태가 되거나 부정맥이 되는 경우에는, 원하는 심장 박동 위상의 화상이 양호하게 촬영되지 않거나 소정의 모션 아티팩트(motion artifact)가 발생할 수 있다.

후향적 ECG 법에서는, 방사선을 조사해서 투영 데이터를 획득하면서 심전계 정보를 수집한다. 방사선의 투영 후에, ECG 정보로부터 필요한 심장 박동 위상의 투영 데이터를 검색하여 화상 재구성을 수행한다. 추출될 심장 박동 위상에 대해서는 최소 심장 박동 위상이 선택되거나 진단에 필요한 위상에서 투영 데이터가 추출된다. 이로써, 체동에 의한 모션 아티팩트가 최소한으로 억제되어서 심장 영역의 촬영이 가능하게 된다. 그러나, 후향적 ECG 법에서는 X 선의 연속 투영을 실시하기 때문에 피검체로의 방사능 조사량이 증가하게 된다.

이 때문에, 사전결정된 심장의 위상에 따라서 관 전류를 변동시켜 투영 데이터를 얻었을 경우에는 ECG 정보 및 관 전류 값도 고려함으로써 화상의 재구성에 필요한 투영 데이터를 지정할 수 있는 장치 또는 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 조작자가 번잡한 조작을 하지 않고 ECG 정보를 확 인하는 동시에 X 선 관의 전류 값을 확인하면서 화상의 재구성에 필요한 투영 데이터를 지정할 수 있도록 하는 방사선 단층 촬영 장치 및 방사선 단층 촬영 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 측면에 따른 방사선 단층 촬영 장치는 피검체의 심장 박동을 계측해서 ECG 파형 신호로서 출력하는 심전도와, 심장 박동의 사전결정된 위상을 입력하는 입력부와, ECG 파형 신호 및 심장 박동의 사전결정된 위상을 기반으로 하여 방사선의 출력을 가변하는 가변 출력부와, ECG 파형 신호, 방사선의 출력 및 단층 화상을 형성하는 재구성용 데이터의 영역을 동시에 표시하는 표시부를 포함한다. 이러한 구성에 의해서, 조작자(의사 또는 방사선 기사)는 ECG 파형 신호와 방사선의 출력을 고려하면서 단층 화상을 형성하는 재구성용 데이터의 영역을 확인할 수 있게 된다.

본 발명의 제 2 측면에 따른 방사선 단층 촬영 장치에서는, 표시부가 ECG 파형 신호와 방사선의 출력 상태와 재구성용 데이터의 영역을 그래픽적으로 표시한다. 이러한 구성에 의해서, 조작자는 ECG 파형 신호, 방사선의 출력 상태 및 재구성용 데이터의 영역을 직감적으로 확인할 수 있다.

본 발명의 제 3 측면에 따른 방사선 단층 촬영 장치에서는, 재구성용 데이터의 영역을 변경하는 변경 수단을 더 포함한다. 이러한 구성에 의해서, ECG 파형 신호와 방사선의 출력을 고려하면서 단층 화상을 형성하는 재구성용 데이터의 영역을 변경할 수 있다.

본 발명의 제 4 측면에 따른 방사선 단층 촬영 장치에서는, 변경 수단이 표 시부에 표시된 재구성용 데이터의 영역을 시간 축 방향으로 조작한다. 이러한 구성에 의해서, 부정맥 등에 의해 발생하는 바람직하지 못한 재구성용 데이터의 영역을 적절한 재구성용 데이터의 영역으로 변경할 수 있고, 또한 방사선의 출력 상태가 적당하지 않은 상태를 회피하도록 재구성용 데이터의 영역을 바람직한 재구성용 데이터의 영역으로 변경할 수 있다.

본 발명의 제 5 측면에 따른 방사선 단층 촬영 장치에서는, 재구성용 데이터의 영역이 복수 개로 존재하며 변경 수단이 시간 축 방향으로 적절한 개수의 재구성용 데이터의 영역을 동시에 변경할 수 있다. 이러한 구성에 의해서, 필요로 하는 심장의 위상의 단층 화상을 획득할 수 있다.

본 발명의 제 6 측면에 따른 방사선 단층 촬영 장치에서는, 재구성용 데이터의 영역이 복수 개로 존재하며 변경 수단은 복수의 재구성용 데이터의 영역 중 적어도 하나를 삭제 또는 추가함으로써 재구성용 데이터의 영역을 변경할 수 있다. 이러한 구성에 의해서, 단층 화상을 재구성할 때에 방해가 되는 영역을 삭제하여 선명한 단층 화상을 획득할 수 있다.

본 발명의 제 7 측면에 따른 방사선 단층 촬영 장치는 심장 박동의 사전결정된 위상을 입력하는 입력부를 더 포함하고, 가변 출력부로부터의 방사선의 출력이 ECG 파형 신호로부터 사전결정된 위상에서 가변한다. 이러한 구성에 의해서, 가령 피검체로의 방사능 투여량이 최소화되는 동시에 조작자가 필요로 하는 심장 위상을 갖는 투영 데이터를 획득할 수 있다.

본 발명의 제 8 측면에 따른 방사선 단층 촬영 장치에 있어서, 방사선은 X 선을 포함한다. 이로써, 신호 대 잡음 비(S/N 비)가 매우 높기 때문에, 소량의 X 선 투과성의 차이도 화상 상에서 검출할 수 있게 된다.

본 발명의 제 9 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법은 피검체의 심장 박동을 계측해서 ECG 파형 신호로서 출력하는 ECG 파형 출력 단계와, 심장 박동의 사전결정된 위상을 입력하는 위상 입력 단계와, ECG 파형 신호 및 심장 박동의 사전결정된 위상을 기반으로 하여 방사선의 출력을 가변하는 가변 출력 단계와, 가변된 방사선의 출력으로부터 획득되는 투영 데이터를 기반으로 하여 재구성된 단층 화상의 양호성의 여부를 판단하는 판단 단계와, 단층 화상이 양호하지 않을 경우에는 ECG 파형 신호와 방사선의 출력 및 단층 화상을 형성하는 재구성용 데이터의 영역을 동시에 표시하는 표시 단계를 포함한다. 이러한 구성에 의해서, 조작자는 ECG 파형 신호와 방사선의 출력을 고려하면서 단층 화상을 형성하는 재구성용 데이터의 영역을 확인할 수 있다.

본 발명의 제 10 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법에서는, 표시 단계가 ECG 파형 신호, 방사선의 출력 상태 및 재구성용 데이터의 영역을 그래픽적으로 표시한다. 이러한 구성에 의해서, 조작자는 ECG 파형 신호, 방사선의 출력 상태 및 재구성용 데이터의 영역을 직감적으로 확인할 수 있다.

본 발명의 제 11 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법은 재구성용 데이터의 영역을 변경하는 변경 단계를 더 포함한다. 이러한 구성에 의해서, ECG 파형 신호와 방사선의 출력을 고려하면서 단층 화상을 형성하는 재구성용 데이터의 영역을 변경할 수 있다.

본 발명의 제 12 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법에서는, 변경 단계가 표시부에 표시된 재구성용 데이터의 영역을 시간 축 방향으로 조작함으로써 재구성용 데이터의 영역을 변경한다. 이러한 구성에 의해서, 부정맥 등에 의해 발생하는 바람직하지 못한 재구성용 데이터의 영역을 적절한 재구성용 데이터의 영역으로 변경할 수 있고, 또한 방사선의 출력 상태가 적당하지 않은 상태를 회피하도록 재구성용 데이터의 영역을 다른 적합한 재구성용 데이터의 영역으로 변경할 수 있다.

본 발명의 제 13 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법에서는, 재구성용 데이터의 영역이 복수 개 존재하며, 변경 수단은 시간 축 방향으로 임의의 개수의 구성용 데이터의 영역을 동시에 변경한다. 이러한 구성에 의해서, 필요로 하는 심장의 위상의 단층 화상을 간단하게 획득할 수 있다.

본 발명의 제 14 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법에서는, 재구성용 데이터의 영역이 복수 개 존재하며, 변경 수단이 복수의 재구성용 데이터의 영역 중 적어도 하나를 삭제 또는 추가함으로써 재구성용 데이터의 영역을 변경한다. 이러한 구성에 의해서, 필요로 하는 심장 위상의 단층 화상을 획득할 수 있다.

본 발명의 제 15 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법은 가변된 방사선의 출력으로부터 획득되는 투영 데이터 중 변경 단계에서 변경된 영역의 재구성용 데이터를 사용해서 단층 화상을 재구성하는 단계를 더 포함한다. 이러한 구성에 의해서, 조작자는 변경한 영역의 재구성 데이터로 단층 화상을 확인할 수 있다.

본 발명의 제 16 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법은 심장 박동의 사전결정된 위상을 입력하여 가변 출력 단계로부터의 방사선의 출력이 ECG 파형 신호로부 터 사전결정된 위상에서 가변하도록 하는 단계를 더 포함한다. 이러한 구성에 의해서, 가령, 피검체로의 방사능 투과량이 최소가 되는 동시에 조작자가 필요로 하는 심장 위상을 갖는 투영 데이터를 획득할 수 있다.

본 발명의 제 17 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법은 ECG 파형 신호를 기반으로 하여 방사선 소스와 그 상에 피검체를 탑재하는 이동 테이블을 동기적으로 변위시킴으로써 심장의 단층 화상을 획득할 수 있다(즉, 나선형 스캐닝 방식).

본 발명의 제 18 측면에 따른 방사선 단층 촬영 방법에서는, 방사선은 X 선을 포함한다. 이로써, 신호 대 잡음 비(S/N 비)가 매우 높기 때문에, 소량의 X 선 투과성의 차이도 화상 상에서 검출할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 방사선 단층 촬영 장치 또는 방법은 조작자가 심장의 단층 화상을 확인할 때에 그 조작성을 개선할 수 있기 때문에 피검체의 진단 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방사선 단층 촬영 장치 또는 방법은 체동에 의한 모션 아티팩트를 최소한으로 억제하면서 단층 화상을 획득할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방사선 단층 촬영 장치 또는 방법은 피검체로의 방사능 투과량을 감소시킬 수 있다.

X 선 CT 장치의 전체 구성

이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 X 선 CT 장치(1)의 구성이 도시된다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 장치는 피검체로의 X 선 조사와 피검체를 투과한 X 선을 검출하기 위한 갠트리(gantry)(100)와, 갠트리(100)로부터 전송된 데이터를 기반으로 하여 X 선 단층 화상을 재구성하고 출력해서 표시하는 조작 콘솔(50)로 구성되어 있다.

갠트리(100)는 그 전체를 제어하는 CT 제어부(140)를 포함하고 있으며 이하에서 설명될 각종 장치에 접속되어 있다.

갠트리(100) 내부에는, X 선의 소스인 X 선 관(102)과, X 선 관(102)에 접속된 X 선 관 제어기(103)와, X 선의 조사 범위를 한정하는 개구를 갖는 시준기(120)와, 시준기(120)의 개구 폭을 조정하기 위한 개구 제어 모터(121)와, 개구 제어 모터(l21)를 구동하는 개구 제어 모터 드라이버(l22)가 설치되어 있다. 시준기(120)를 통과한 X 선은 시준기(120)에 의한 X 선 조사 범위의 한정에 의해서 갠트리(100)의 회전 방향에 따른 팬 형태의 X 선(팬 빔)으로 형상화된다. 테이블(111) 상에 놓인 피검체(환자)는 피검체의 바디 축 방향으로(또는 피검체의 바디 축 방향과 일반적으로 일치하는 z 축 방향으로) 테이블 모터(112)에 의해서 구동된다. 이 테이블 모터(112)는 테이블 모터 드라이버(113)에 의해 구동된다.

또한, 갠트리(100)의 내부에는, 팬 앵글(통상적인 구성에서는 대략 60도)에 의존하는 길이로 걸쳐서, 복수의 검출기의 소자 방향(z 축 방향과 동일함)으로 복수의 열로 구성된 검출 채널을 가지는 X 선 검출부(104)가 설치되어 있다. X 선 검출부(104)는 가령 신틸레이터(scintillator)와 광다이오드의 조합으로 구성된다. 그러나, 이러한 구성으로만 한정되는 것이 아니라 X 선 검출부(104)는 CdTe(Cadmium-Tellurium)을 사용하는 반도체 X 선 검출 소자로 구성되거나 크세 논(Xe) 가스를 사용하는 이온화 타입 챔버의 X 선 검출 소자로 구성될 수 있다.

갠트리(100)는 검출 채널의 출력을 투영 데이터로서 수집하는 복수의 데이터 수집부(DAS:Data Acquisition System)(105)를 포함한다. 데이터 수집부(l05)는 1 개 또는 복수 개(가령 4 개, 8 개, 16 개 또는 32 개)로 구성되고, 각각은 X 선 검출부(104)에 접속되어 있다. 가령, 일반적으로 4 개의 데이터 수집부를 갖는 4DAS는 소자 방향으로 배치된 4 열의 검출 채널을 가지고, X 선 관(102)이 1 회전하는 동안에 4 개의 슬라이스 화상을 수집할 수 있다. X 선 관(102)과 X 선 검출부(104)는 공동부(bore) 또는 피검체를 개재하여서 서로 대향하게 위치한다. 그리고, X 선 관(102)과 X 선 검출부(104)는 서로 대향하는 위치 관계가 유지된 상태에서 피검체의 주위를 회전하도록 회전부(130)가 설치되어 있다. 회전부(130)에는 회전 모터(131) 및 회전 모터 드라이버(132)가 접속되고 있고, 회전부(130)는 회전 모터 드라이버(132)에 의해 가령 약 0.3 초 내지 1.0 초마다 1 회전하도록 제어된다. X 선 관(102)만이 회전하도록 갠트리의 전체 원주 상에 배치된 X 선 검출부(104)를 갠트리(100)가 구비하고 있다. 본 발명은 이러한 X 선 관(102)만을 회전시키는 시스템에 대해서도 적용될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 피검체의 심장 박동 상태를 확인하기 위해서 심장 박동 운동을 전기 신호로 변환하는 심전도(150)가 피검체에 부착되어 있다. 이는 후술되는 바와 같이 심전 동기화 스캐닝 프로세스에서 사용된다.

CT 제어부(140)는 조작 콘솔(50)과 서로 통신하도록 접속되어 있다. 조작 콘솔(50)의 명령을 기반으로 하여 CT 제어부(140)는 X 선 관 제어기(103)와, 테이 블 모터 드라이버(113)와, 개구 제어 모터 드라이버(122)와, 회전 모터 드라이버(132)와, 데이터 수집부(105)로 각종 제어 신호를 출력한다. 데이터 수집부(105)에 의해 수집된 데이터는 조작 콘솔(50)로 송출되고 이어서 화상의 재구성에 사용된다.

또한, X 선 CT 장치(1)는 화상이 360도 분량의 투영 데이터로부터 재구성되는 풀 스캐닝 모드 및 180도 + 팬 앵글 분량의 투영 데이터로부터 화상이 재구성되는 하프 스캐닝 모드를 제공하며, 이로써 사용자가 이들을 임의로 선택할 수 있다. 풀 스캐닝 모드에서는, 고품질의 단층 화상을 재구성하는 것이 가능하며, 하프 스캐닝 모드에서는 단층 화상의 품질을 다소 희생하는 대신에 스캐닝 스피드를 높일 수 있으며, 따라서 하프 스캐닝 모드는 피검체로의 X 선 투과량이 감소된다는 이점을 갖는다.

조작 콘솔(50)은 도면에 도시된 바와 같이 부팅 프로그램을 저장하는 ROM(52)과, 주 메모리 디바이스로서 기능하는 RAM(53)과 전체 디바이스를 제어하는 CPU(54)를 갖는 이른바 워크스테이션이다.

하드 디스크 드라이브(51)는 그 내부에 운영 체제 및 화상 프로세싱 프로그램을 저장하고 있으며, 이 프로그램은 갠트리(100)에 다양한 인스트럭션을 제공하고 갠트리(100)로부터 수신된 데이터를 기반으로 하여서 X 선 단층 화상을 재구성하고 이를 표시한다. VRAM(55)은 표시될 화상 데이터를 확장하는 메모리이며, 그 내부에서 확장된 화상 데이터는 모니터(56) 상에 표시될 수 있다. 이러한 조작은 키보드(57) 및 마우스(58)를 통해서 이루어진다.

상술한 바와 같이 X 선 CT 장치(1)에서는, 투영 데이터의 수집이 다음과 같이 수행된다.

먼저, 테이블 모터(112)가 갠트리 회전부(130)의 공동부(bore) 내부에 피검체를 배치한 상태에서 사전결정된 속도로 z 축 방향으로 이동시킨다. 이어서, 회전부(130)가 회전하고 X 선 관(102)은 X 선 빔을 피검체 상으로 조사한다. 투과된 X 선이 X 선 검출부(104)에 의해서 검출된다. 이 투과 X 선의 검출은 X 선 관(102) 및 X 선 검출부(104)가 180도 + 팬 앵글만큼 다수 N의 뷰(view) 방향으로(여기서 N은 가령 1,000) 피검체 주위를 회전함으로써(뷰 각도 또는 조사 각도를 변화시킴으로써) 수행된다. 이로써 검출된 투과 X 선은 데이터 수집부(150)에 의해서 디지털 값으로 변환되어 조작 콘솔(50)에 투영 데이터로서 전달된다. 이러한 시퀀스가 한 단위를 이루고 이 한 단위가 1 회 스캐닝으로 지칭된다. 볼 수 있는 바와 같이, 스캐닝 위치를 이동시키도록 조사 각도의 변화와 동기적으로 사전결정된 속도로 테이블(111)을 이동시킴으로써(X 선 관(102) 및 X 선 검출부(104)가 피검체의 주위를 나선형 궤적으로 회전함으로써) 투명 데이터가 수집되는 방식은 "나선형 스캐닝" 방법으로 지칭된다. 바람직한 실시예에서, 나선형 스캐닝 방식이 기술되었지만, 테이블 모터(112)가 z 축 방향으로 순차적으로 스텝핑되고(stepped) 갠트리 회전부(130)가 피검체 주위를 회전하여 투영 데이터를 획득하는 축 스캐닝 방법(axial scan method)도 동일하게 적용될 수 있다.

조작 콘솔(50)은 모니터(56) 상에 입력 정보, 화상 재구성을 위하여 요구되는 절차 또는 전달된 투영 데이터에 대한 라돈의 원리(Radon's principle)를 기반 으로 하는 사전결정된 계산법에 따라 재구성된 단층 화상을 표시한다.

X 선 CT 장치(1)에 의한 심전 동기화 스캐닝

이제 도 2에 도시된 흐름도를 참조하면, 심장의 심전도 동기화 스캐닝 방법(200)이 보다 상세히 설명될 것이다.

도 2의 흐름도를 구현하는 프로그램은 조작 콘솔(50)의 하드 디스크 드라이브(51) 내에 저장되어 RAM(53) 내부로 로딩될 때에 CPU(54)에 의해서 실행되는 화상 프로세싱 프로그램에 포함되어 있다.

도시된 프로세스 실례는 심장의 진단을 위해서 심장 주위 및 위에서 나선형 스캐닝을 수행하는 스캐닝 투영을 기술한다. 다른 장기의 진단을 위해서 스캐닝 투영을 동시에 동일하게 실행할 수 있지만, 명료성을 위해서 오직 심장의 진단만이 기술될 것이다.

단계(201)에서, 조작자(의사 또는 방사선 기사)가 사전결정된 정보의 입력을 위해서 키보드(57) 및 마우스(58)를 사용하고 모니터(56) 상에서 입력 정보를 확인하고 스카우트 스캐닝(scout scan)을 개시한다. 이 스카우트 스캐닝은 테이블(111)이 바디 축의 방향으로 일정한 속도로 변위된 동안에 X 선 관(102)이 주어진 위치에서 정지 상태로 유지되고(즉, 회전부(130)가 회전하지 않고 일정한 방사 각도에서 유지됨), X 선이 연속적으로 조사되어서 투영 테이터(투과 데이터)를 획득하고 이로써 피검체의 투과 화상을 획득할 수 있는 스캐닝이다. 이로써 획득된 투과 화상은 스카우트 화상으로 지칭된다.

조작 콘솔(50)로부터 스카우트 스캐닝의 실행 인스트럭션을 수신하면, 갠트리(100)는 실행 인스트럭션에 의해 요청되는 스카우트 스캐닝을 수행한다. 조작 콘솔(50)은 X 선 검출부(104) 및 데이터 수집부(105)로부터 전달된 투과 화상 데이터를 수신하여 이 데이터를 RAM(53) 내에 저장한다.

단계(S202)에서, RAM(53)에 저장된 스카우트 화상은 모니터(56) 상에 표시된다. 조작자는 모니터(56) 상에 표시된 스카우트 화상을 확인함과 동시에 심장의 ECG 동기화 스캐닝의 준비 단계로서 마우스(58)를 사용하여 ECG 동기화 스캐닝 개시 위치 및 ECG 동기화 스캐닝 종료 위치를 설정한다(단계(S203)). ECG 동기화 스캐닝 개시 위치와 ECG 동기화 스캐닝 종료 위치 간의 세그먼트는 ECG 동기화 스캐닝 세그멘트이다. 이어서, 조작자는 키보드(57) 및 마우스(58)를 사용하여 ECG 동기화 스캐닝의 실행을 명령한다.

단계(S204)에서, ECG 정보 R가 심전도(150)로부터 검출된다. 심장의 모션 상태(확장기 또는 수축기)가 이 ECG 정보 R로부터 인식될 수 있다. 이 ECG 정보 R의 선행하는 심장 박동(QRS 파의 피크 R)과 후행하는 피크(QRS 파의 피크 R) 간의 기간은 통상적으로 RR 간격으로 지칭된다. 조작자는 RR 간격에 대한 상대적 위치로서 위상을 설정하고(퍼센트 설정) 위상 설정에 대하여 투영 데이터를 추출한다. 가령, 심장의 확장기의 말기에서 단층 화상을 확인하기를 원한다면, 위상은 키보드(57)를 사용하여 70 내지 80 퍼센트로 설정될 것이다. 가령, 심장의 수축기의 말기에서 단층 화상을 확인하기를 원한다면, 위상은 키보드(57)를 사용하여 35 내지 45 퍼센트로 설정될 것이다. 이 설정된 값이 CT 제어부(140)를 통해서 X 선 관 제어기(103)로 전송된다.

또한, 조작자는 RR 간격에 대한 상대적 위치로서 위상을 설정하는 이외에 X 선 관 전류 mA를 설정한다. 가령, X 선 관(102)의 출력 전력이 40 kW이면, 조작자는 X 선 전력을 최소값(가령, 대략 0 kW 내지 10 kW) 및 최대값(가령, 대략 20 kW 내지 30 kW)으로 설정한다. 이 최대값과 최소값은 CT 제어부(140)를 통해서 X 선 관 제어기(103)로 전송된다. 최소값 설정 시에는, 최소 어느 정도의 관 전류 mA를 설정하는 것이 바람직하다. 이를 수행함으로써, 투영 데이터가 심지어 부정맥의 경우에도 이미지 재구성을 위해서 수집될 수 있다.

다음 단계(S205)에서, X 선 관 제어기(103)는 ECG 정보 R에 따라서 제어된다. 구체적으로 말하자면, X 선 관 제어기(103)는 고주파수 인버터 디바이스를 포함하고 이 고주파수 인버터 디바이스를 통과한 관 전류 mA는 심전도(150)에 의해 검출된 피검체의 심장 박동 주기와 동기적으로 제어되어서 X 선 관(102)으로부터의 X 선의 강도를 변화시킨다. 심장이 확장 또는 수축할 때에, 데이터 수집부(150)에 의해서 획득된 투영 데이터는 보다 큰 모션 아티팩트를 가질 것이며 이로써 투영 데이터는 화상 재구성에 있어서 부적합할 수 있다. 단계(S204)에서, RR 간격에 대한 상대적 위치로서의 위상이 75 퍼센트로 설정되면, X 선 관 제어기(103)는 X 선 출력이 60 내지 90 퍼센트의 위상의 범위에서 최대 설정치가 되도록 X 선 관(102)을 제어하고, X 선 관 제어기(103)는 X 선 출력이 범위 외부의 범위에서 최소 설정치가 되도록 X 선 관(102)을 제어한다. X 선 출력이 최소치에서 최대치로 상승하는 기간과 반대로 최대치에서 최소치로 하강하는 기간이 가능한 짧은 것이 바람직 하다.

단계(S206)에서, 단계(S205)와 병행하여서, 갠트리 회전부(130)의 회전 속도가 심전도(150)에 의해 검출된 피검체의 심장 박동 주기와 동기적으로 설정된다. 표시된 회전 속도의 값은 조작자에 의해서 수정될 수 있다. 갠트리 회전부(130)의 회전 속도의 계산을 위해서 심전도(150)의 검출 출력을 바로 사용하는 대신에, 조작자는 키보드(57)를 통해서 심장 박동 주기를 입력하고 회전부(130)의 회전 속도가 입력된 정보로부터 계산될 수 있다.

단계(207)에서, 테이블(111)의 이동 속도는 단계(S205)에서 결정된 갠트리 회전부(130)의 회전 속도에 따라서 테이블 모터(112) 및 테이블 모터 드라이버(113)에 의해서 제어된다. 테이블(111)의 이동 속도는 갠트리 회전부(130)의 회전 속도뿐만 아니라 데이터 수집부(105)의 개수(가령, 4DAS, 8DAS 등) 및 심장의 진단에 있어서 적합한 단층 화상을 획득하기 위한 나선형 피치에 의해서도 결정된다. 본 명세서에서 용어 "나선형 피치"는 하나의 데이터 수집부(105)에 의해서 획득되며 일 단층 화상의 화상 재구성에 필요한 투영 데이터의 수집 각도에 의해서 갠트리가 회전할 때에 테이블(111)의 변위량을 지칭한다. 이 나선형 피치의 설정은 도 3을 참조하여 설명될 것이다.

단계(S208)에서, 심장의 투영 데이터가 데이터 수집부(105)에 의해서 수집된다. 단계(S205) 내지 단계(S208)의 프로세스 단계들은 전향적 ECG 법의 단계들이다.

상술한 프로세스 단계들은 다음과 같이 예시적으로 설명될 수 있다. 피검체 의 심장 박동 파가 심전도(150)에 의해 입력되어 심장 박동 레이트가 측정된다. 이어서, 회전부(130)가 가령 일 심장 박동 주기에서 180도 + 팬 앵글만큼 회전하여 스캐닝이 실행되도록 회전부(130)의 회전 속도가 설정된다. 이러한 스캐닝 시에, 회전부(130)의 초기 회전 각도는 심장 박동 주기의 각 절반 동안 팬 앵글만큼 앞서 있다. X 선 관(102)으로부터 조사된 X 선의 양은 오직 요구된 기간 동안만 증대된다. 이로써, 피검체의 심장 박동의 특정 위상(가령, 수축기)에서의 일 단층 화상의 화상 재구성에 있어서 요구되는 투영 데이터가 추출될 수 있다(하프 스캐닝 모드에서는 180도 + 팬 앵글에 대한 투영 데이터가 추출되며, 풀 스캐닝 모드에서는 360도에 대한 투영 데이터가 추출됨). 이렇게 추출된 투영 데이터를 기반으로 하여 화상 재구성이 수행된다. 상술된 재구성 프로세스에 있어서, 이론상으로, 심장 박동에 의해서 유발된 임의의 아티팩트를 갖지 않은 선명한 단층 화상이 획득될 수 있다.

피검체의 심장 박동이 안정되지 않는 경우가 존재한다. 가령, CT 검사를 경험하고 있는 환자는 긴장하여 숨을 참고 있어서 심장 박동이 점진적으로 증가하는 상황도 있으며 이와 달리 부정맥 상태가 존재할 수도 있다. 단계(S209)에서, 조작자는 어떠한 아티팩트도 없는 선명한 단층 화상이 캡처되었는지의 여부를 확인한다. 만일 단층 화상이 선명하다면 프로세스는 종료되지만, 단층 화상이 선명하지 않다면 이 프로세스는 단계(S210)로 진행하여 후향적 ECG 법을 따라 화상을 재구성한다.

나선형 스캐닝에서의 나선형 피치

도 3은 다수의 데이터 수집부(105)를 갖는 장치에서 나선형 스캐닝을 수행할 때의 투영 데이터 범위를 도시하고 있다. 이 도면에서, 화상 재구성은 180도 재구성(180도 + 팬 앵글 = 대략 240도)에서 필요한 투영 데이터 범위를 추출함으로써 수행된다.

세로 축은 스캐닝 시에 바디 축의 방향을 표시한다. 가로 축은 스캐닝 개시 시점으로부터 시작하는 스캐닝 시간을 회전 각도(π)로서 표시한다. 나선형 피치는 B로서 도시된 각도로서 표시되며 이 각도가 보다 예각이면 나선형 피치는 커진다. 데이터 수집부(105)의 개수는 도 3의 경우에는 4 개이며, 이들은 각각 DAS1, DAS2, DAS3 및 DAS4로 표시되어 있다. 또한, ECG 정보 R이 표시되어 있다. 점선에 의해 둘러싸인 평행 사변형 G는 ECG 정보 R과 동기적으로 추출될 투영 데이터 범위를 표시하며, 평행 사변형 G는 DAS1 내지 DAS4인 데이터 수집부(105)로부터 수집된 4 개의 투영 데이터 세트를 포함한다.

직사각형 프레임은 재구성가능한 범위를 표시한다. 후향적 ECG 촬영 법은 심장 박동으로부터 추출된 투영 데이터로부터의 슬라이스 범위에서 허용된다. RECON1은 제 1 심장 박동의 재구성가능한 범위를 지정하고, RECON2는 제 2 심장 박동의 재구성가능한 범위를 지정하며, RECON3은 제 3 심장 박동의 재구성가능한 범위를 지정한다. 나선형 피치가 보다 크면, RECON1과 RECON2는 바디 축의 방향에서는 중첩하지 않아서 재구성 구역에서 갭이 형성되며 이로써 ECG 동기화 재구성이 이 부분에서는 불가능하게 된다. 따라서, 도 2의 단계(S207)에서 나선형 피치를 설정하는 단계는 중요하다. 투영 데이터의 추출 위치를 변화 또는 시프트시킴으로써 심장 박동의 사전결정된 위상에서 재구성 화상이 생성될 수 있다.

후향적 ECG 법의 화상 재구성

도 2의 단계(S210)에서 상술된 본 발명에 따른 후향적 ECG 법은 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

도 4는 모니터(56)에 표시된 후향적 ECG 설정용의 그래픽 표시 화면을 도시한다. 이러한 그래픽 표시에 있어서, 가로 축이 시간 축이 되고, 모니터(56) 화면의 상부 상에는 심전도(150)로부터의 ECG 정보 R이 표시되고, 그 아래에는 X 선 관(102)으로부터의 X 선의 조사 강도를 변화시키는 관 전류 mA가 표시되어 있다. 관 전류 mA는 도 2의 단계(S204)에서 전술된 최소치와 최대치 사이에서 변화되고 있다. 스캔 파일 SF(도면에서는 개개의 스캔 파일에 SF1 내지 SF5의 부호를 붙이고 있다)은 ECG 정보 R 및 관 전류 mA에 중첩된다.

스캔 파일 SF는 데이터 수집부(105)가 1 개인 경우에 있어서 피검체의 단층 화상을 형성하는 재구성용 데이터의 영역을 표시한다. 도 2를 참조하여 전향적 ECG 법의 프로세스에서 설명한 바와 같이, 180도 + 팬 앵글 분량의 투영 데이터로부터 화상을 재구성하는 하프 스캐닝 재구성과 함께 갠트리(100)를 사전결정된 회전 속도로 회전시킴으로써 가령 약 0.2 초 내지 0.5 초의 시간 분해능이 실현될 수 있다. 도 4의 개개의 스캔 파일 SF1 내지 스캔 파일 SF5F는 가령 약 0.3초의 시간 폭을 갖는다.

개개의 스캔 파일 SF1 내지 스캔 파일 SF5의 하단에는 각각 버튼 마크 M (도면에서는 개개의 버튼 마크 M1 내지 버튼 마크 M5의 부호를 붙이고 있다)이 제공되어 있다. 또한, 모니터(56)의 오른쪽 아래에는 후향적 ECG 설정용 화면에서 설정된 스캔 파일 SF를 기반으로 하는 단층 화상의 화면으로 전환하는 재구성 버튼(24)이 제공되어 있다.

다음에는, 모니터(56)에 표시된 후향적 ECG 설정용의 그래픽 표시 화면의 조작에 관하여 설명한다. 다음의 설명은 단지 예시적인 실시예에 대한 것이며 임의의 다른 형태도 가능하다.

마우스(58)를 사용하여 모니터(56) 상의 포인터(20)를 버튼 마크 M1 내지 버튼 마크 M5 중 어느 하나의 위치로 가지고 간다. 마우스(58)를 클릭하여 해당 버튼 마크 M을 화살표(22)(이 화살표는 모니터(56)에 표시될 필요가 없으며, 단지 설명을 위해서 화살표(22)가 도 4에 도시되어 있음)에 의해 표시된 가로 방향으로 움직임으로써 개개의 스캔 파일 SF1 내지 SF5의 시간 축 방향(RR 간격 내의 위상)을 조작할 수 있다. 가령, 조작자는 X 선 관 (102)의 관 전류 mA가 최소치로부터 최대치로 변화하고 있는 시간대와 스캔 파일 SF4가 중첩하고 있는 사실을 인지할 수 있다. 이 스캔 파일 SF4에서는, 관 전류 mA가 변화되고 있으므로 X 선의 조사 강도가 상이해져서 단층 화상은 불명료한 화상이 될 가능성이 높다. 이어서, 조작자는 포인터(20)로 버튼 마크 M4를 지정하여 마우스(58)를 클릭하고 이어서 버튼 마크 M4을 화면 좌측 방향으로 이동시킨다. 그러면 스캔 파일 SF4이 관 전류 mA가 최대치로 설정된 상태인 위치로 이동된다.

또한, 조작자는 키보드(57)의 시프트 키를 누르면서 포인터(20)로 버튼 마크 Ml 내지 버튼 마크 M5 중 임의의 복수의 버튼 마크 M을 복수 선택하여 이들의 스캔 파일들 SF를 동시에 시간 축 방향으로 이동시킬 수 있다. 가령 도 2의 단계(S204)에서, 이러한 기술은 조작자가 RR 간격에 대한 상대 위치를 75 퍼센트로 설정함으로써 전향적 ECG 법에 의해 재구성된 단층 화상이 심장 박동의 예상된 위상이 아니고 구체적으로 말하자면 73 퍼센트의 상대적 위치를 갖는 다른 위상의 단층 화상이 요구되는 경우에 효과적이다.

특정 스캔 파일 SF가 선택적으로 삭제될 수 있다. 가령, 조작자가 ECG 정보 R를 관찰할 때에 부정맥 부호 FR이 존재하며 이로써 스캔 파일 SF3이 부정맥의 QRS 파와 중첩하고 있는 경우(즉, RR 간격의 상대적 위치가 제로 퍼센트인 경우)를 확인할 수 있다. 이러한 경우에, 조작자는 포인터(20)로 버튼 마크 M3을 선택하고 이어서 키보드(57) 상에서 삭제 버튼을 눌러서 스캔 파일 SF3을 삭제할 수 있는데 그 이유는 부정맥 FR 주위의 단층 화상이 사용될 수 없기 때문이다. 이 경우에, 스캔 파일 SF3가 모니터(56)의 화면에서 사라진다. 한편, 버튼 마크 M3는 화면상에서 사라지지 않고 여전히 존재하고 이로써 조작자는 스캔 파일 SF3가 삭제되었음을 확인할 수 있다. 스캔 파일 SF3가 모니터(56) 상에서 사라졌을 경우에, 조작자가 버튼 마크 M2을 더블 클릭하면 스캔 파일 SF3는 재구성 데이터 구역으로서 사용되기 위해서 모니터(56) 상에 다시 나타날 것이다.

또한, 특정 스캔 파일 SF가 추가될 수도 있다. 가령, 단계(S204)에서 조작자는 RR 간격에 대한 상대적 위치를 75 퍼센트로 설정한다. 이렇게 재구성된 화상 이외에도 별도의 위상(가령, 상대적 위치가 71 퍼센트로 설정됨)의 단층 화상이 획득될 수 있다. 이어서, 조작자가 포인터(20)로 추가 버튼(26)을 더블 클릭하면 새로운 스캔 파일 SF가 모니터(56)에 표시된다. 이어서, 조작자는 RR 간격에 대한 상대적 위치가 71 퍼센트로 설정된 위상으로 이 새로운 스캔 파일 SF의 버튼 마크를 포인터(20)를 이용해서 이동시킨다. 이는 재구성 데이터의 영역으로서 단층 화상의 재구성에 사용된다.

조작자가 후향적 ECG 설정 구성의 모니터 화면에서 스캔 파일 SF를 조작한 후에 포인터(20)로 재구성 버튼(24)을 클릭하면 스캔 파일 SF을 조작한 후의 단층 화상이 표시된다. 이 단층 화상이 기대한 것과 다르면, 단층 화상이 표시될 때에 나타난 후향적 ECG 설정용의 버튼을 포인터(20)로 누르면 도 4의 화면으로 전환될 수 있다.

설명에서는 버튼 마크 M을 모니터(56)에 표시하였다. 이와 달리, 버튼 마크 M을 표시하지 않고 직접 스캔 파일 SF를 클릭함으로써 개개의 스캔 파일 SF를 이동 또는 삭제 또는 추가할 수 있다. 또한, 도 4에서는 모니터(56)의 최상부에는 ECG 정보 R의 그래프가 표시되고 그 아래로 관 전류 mA의 그래프가 표시되어 있었다. 그러나, 이 순서는 이로만 한정되는 것은 아니다. 또한, ECG 정보 R 및 관 전류 mA에 중첩되게 스캔 파일 SF가 표시되어 있었지만, 스캔 파일은 이렇게 중첩되지 않고 ECG 정보 R의 그래프를 따라서 나란히 배열될 수 있다.

또한, 도 4는 후향적 ECG 설정용만의 화면이었다. 그러나, 모니터(56)에 후향적 ECG 설정용의 화면뿐만 아니라 단층 화상도 동시에 표시할 수 있다. 후향적 ECG 설정용의 화면이 보다 작을지라도, 스캔 파일 SF를 조작할 때마다 그 화면을 전환하지 않고 그 설정을 변경한 후의 단층 화상이 확인될 수 있다.

또한, 이상에서 설명된 실시예는 X 선 CT 장치(l)의 조작 콘솔(50)에 의한 프로세싱에 의해 실현되었지만, 이 조작 콘솔(50)과는 다른 독립 단말기(워크스테이션이나 PC 등) 상에서 프로세스를 동일하게 실행할 수도 있다. 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위로부터 일탈하지 않고서 본 발명에 대하여 다양한 변경을 실행할 할 수 있다는 것은 당업자에게는 자명한 바이다.

본 발명에 따른 방사선 단층 촬영 장치 또는 방법은 조작자가 심장의 단층 화상을 확인할 때에 그 조작성을 개선할 수 있기 때문에 피검체의 진단의 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방사선 단층 촬영 장치 또는 방법은 체동에 의한 모션 아티팩트를 최소한으로 억제하면서 단층 화상을 획득할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방사선 단층 촬영 장치 또는 방법은 피검체의 방사능 노출량을 감소시킬 수 있다.

Claims

방사선 소스로부터의 방사선을 사용하여 피검체의 단층 화상을 형성하는 방사선 단층 촬영 장치(100)로서,

상기 피검체의 심장 박동을 계측해서 ECG 파형 신호로서 출력하는 심전도(150)와,

상기 ECG 파형 신호를 기반으로 하여 상기 방사선의 출력을 가변하는 가변 출력부와,

상기 ECG 파형 신호, 상기 방사선의 출력 및 상기 단층 화상을 형성하는 재구성용 데이터의 영역을 동시에 표시하는 표시부(56)를 포함하는

방사선 단층 촬영 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 표시부(56)가 상기 ECG 파형 신호와 상기 방사선의 출력 상태와 상기 재구성용 데이터의 영역을 그래픽적으로 표시하는

방사선 단층 촬영 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 재구성용 데이터의 영역을 변경하는 변경 수단을 더 포함하는

방사선 단층 촬영 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 변경 수단이 상기 표시부에 표시된 상기 재구성용 데이터의 영역을 시간 축 방향으로 조작하여 상기 재구성용 데이터의 영역을 변경하는

방사선 단층 촬영 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 재구성용 데이터의 영역이 복수 개로 존재하며,

상기 변경 수단은 주어진 개수의 상기 재구성용 데이터의 영역을 시간 축 방향으로 동시에 변경하는

방사선 단층 촬영 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 재구성용 데이터의 영역이 복수 개로 존재하며,

상기 변경 수단은 상기 복수의 재구성용 데이터의 영역 중 적어도 하나를 삭 제 또는 추가함으로써 상기 재구성용 데이터의 영역을 변경하는

방사선 단층 촬영 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 심장 박동의 사전결정된 위상을 입력하는 입력부를 더 포함하되,

상기 가변 출력부로부터의 상기 방사선의 출력은 상기 ECG 파형 신호로부터 상기 사전결정된 위상에서 가변하는

방사선 단층 촬영 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 방사선은 X 선을 포함하는

방사선 단층 촬영 장치.
방사선 소스(120)로부터의 방사선을 사용하여 피검체의 단층 화상을 형성하는 방사선 단층 촬영 방법으로서,

상기 피검체의 심장 박동을 계측해서 ECG 파형 신호로서 출력하는 ECG 파형 출력 단계(S204)와,

상기 ECG 파형 신호를 기반으로 하여 상기 방사선의 출력을 가변하는 가변 출력 단계(S205)와,

상기 가변된 방사선의 출력으로부터 획득되는 투영 데이터를 기반으로 하여 재구성된 단층 화상의 양호성의 여부를 판단하는 판단 단계(S209)와,

상기 단층 화상이 양호하지 않을 경우에는 상기 ECG 파형 신호와 상기 방사선의 출력 및 상기 단층 화상을 형성하기 위한 재구성용 데이터의 영역을 동시에 표시하는 표시 단계(S210)를 포함하는

방사선 단층 촬영 방법.