KR20080069591A - 스캐터 보정 - Google Patents

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KR20080069591A
KR20080069591A KR1020087010481A KR20087010481A KR20080069591A KR 20080069591 A KR20080069591 A KR 20080069591A KR 1020087010481 A KR1020087010481 A KR 1020087010481A KR 20087010481 A KR20087010481 A KR 20087010481A KR 20080069591 A KR20080069591 A KR 20080069591A
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radiation
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scatter
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KR1020087010481A
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오미드 이. 기아
아런 비. 싱
에드워드 제이. 마란돌라
우웨. 먼드리
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이미징 사이언시즈 인터내셔널, 인크.
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Abstract

스캐터(scatter)를 보정하는 장치 및 방법의 하나의 양태에서, 치과 환자의 턱일 수 있는 대상물에 엑스-레이(x-ray) 또는 다른 침투성 방사선(penetrating radiation)을 처리한다. 투과된 방사선의 강도 분포(intensity distribution)는 탐지된다. 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 3차원 화소 데이터(voxel data)의 제1 배열은 탐지된 강도로부터 재구성된다. 방사선 스캐터 패턴은 하나 이상의 점 확산 함수(point spread function)를 사용하여 제1 배열로부터 전방 프로젝션에 의해 계산된다. 탐지된 강도는 계산된 방사선 스캐터 패턴을 사용하여 보정된다. 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 3차원 화소 데이터의 제2 배열은 보정되고 탐지된 강도로부터 재구성된다.
Figure P1020087010481
스캐터 보정, 방사선 스캐터 패턴, 점 확산 함수, 3차원 화소

Description

스캐터 보정{Scatter Correction}
본 출원은 전문이 본원의 참고문헌으로 삽입된, 2005년 10월 6일자로 출원된 미국 특허원 제60/724,244호의 이익을 청구한다.
본 발명은 대상물(object)을 침투성 방사선(penetrating radiation)을 사용하여 검사(examination)하는 것으로부터 유용한 정보를 추출하고, 특히, 산란된(scattered) 비-영상(image) 방사선의 효과를 감소시키거나 또는 제거함으로써 엑스-레이 스캔(x-ray scan) 및 영상의 결과로부터 더 정확하고 정밀한 데이터를 발생시키는 것에 관한 것이다.
엑스-레이 및 침투성 방사선의 다른 형태의 사용에 의한, 인간 해부학의 일부를 포함하는, 대상물의 조망(viewing)은 공지되어 있다. 엑스-레이의 경우, 방사선은 한쪽 면에서부터 대상물을 향하고, 대상물을 통과하는 방사선의 일부는 반대 면에서 탐지된다. 따라서, 영상은 엑스-레이의 더 흡수된 대상물의 일정부분에서 수득될 수 있고, 전형적으로 대상물의 더 밀도있는 부분은 직접적으로 엑스-레이 민감성(sensitive) 필름 위에 또는 전기적으로 엑스-레이를 탐지하거나 컴퓨터를 이용하여 영상을 발생시킴으로써 더 짙은 음영(shadow)으로 나타난다. 대안적으로, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 시스템에서, 표적물(target)의 엑스-레이 영상의 연속 물은 공급원으로부터 탐지기까지 표적물과 관계하여 상이하게 지향된(oriented) 방향과 함께 얻어진다. 이러한 영상들로부터, 표적물 내 엑스-레이를 흡수하는 물체의 밀도의 3-차원 표시(representation)는 재구성될(reconstructed) 수 있다. 3-차원 데이터세트를 발생시키는 다른 방법은 자기 공명 영상을 포함하는 것이 공지되어 있고, 이후에 현상될 수 있다. 3-차원 데이터로부터, 단층사진(tomogram)은 목적하는 평면(plane)에서 하나의 섹션(section)으로 발생될 수 있다.
그러나, 실제 대상물(물체)은 엑스-레이 및 침투성 방사선의 다른 형태를 단순히 흡수 또는 투과(transmit)하지 않고, 방사선을 산란한다. 가장 간단한 시나리오에서, 산란된 방사선은 탐지기(detector) 상의 비-영상 방사선의 균일한 포그(fog)를 생성하는데, 영상의 대조를 감소시키고 조직 또는 물질을 구성하는 다른 물질의 엑스-레이 밀도의 절대값(absolute value)의 결정을 어렵게 한다. 엑스-레이 공급원으로부터 직접적인 빔 외부와 탐지기 배열(array)의 에지 근처에서 엑스-레이 강도(intensity)를 측정하고, 이러한 측정에서부터 삽입(interpolating)에 의한 스캐터 패턴을 발생시키는 것이 제안되어져 왔다. 그러나, 이러한 접근은 탐지기 영역을 가로질러 균일하거나 불균일하게 변하는 스캐터를 단지 보정할 수 있다.
그러나, 실제 적용에서, 엑스-레이는 상이한 물질에 의해 상이하게 산란되고, 물질과 다른 구조물 사이의 경계에 의해 구체적으로 산란될 수 있다. 이는 방사선 강도가 영상 영역의 중심에서 최저인 불균일 스캐터인 "커핑 인공물(cupping artifact)"로 도달할 뿐 아니라, 또한 세부 영상에 있어서 불명료하거나 또는 오류가 있을 수 있는 더 작은 인공물에까지 도달한다.
요약
본 발명의 한가지 양태에 따라서, 대상물에 침투성 방사선을 처리하고, 투과된 방사선의 강도를 탐지하며, 탐지된 강도로부터 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 데이터의 제1 배열을 재구성하고, 제1 배열로부터, 하나 이상의 점 확산 함수를 사용하여 방사선 스캐터 패턴을 전방 프로젝션에 의해 계산하고, 탐지된 강도를 계산된 방사선 스캐터 패턴을 사용하여 보정하고, 보정되고 탐지된 강도로부터 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 데이터의 제2 배열을 재구성하는 것을 포함하는, 스캐터 보정용 방법 및 시스템을 제공한다.
바람직한 양태에서, 계산, 보정, 및 재구성의 상기 공정은 1회 이상 반복될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 표적 대상물에 침투성 방사선을 처리하고, 투과된 방사선의 강도를 탐지하며, 탐지된 강도로부터 표적 대상물과 유사한 알려진 대상물용 스캐터 패턴을 사용하여 탐지된 강도를 보정하고, 보정되고 탐지된 강도로부터 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 데이터의 배열을 재구성하는 것을 포함하는, 스캐터 보정용 방법 및 시스템을 제공한다.
본 발명의 추가 목적에 따라, 공지된 대상물에 침투성 방사선을 처리하고, 투과된 방사선의 강도를 탐지하며, 스캐터를 갖지 않은 투과된 방사선 패턴을 계산하고, 탐지된 강도로부터 계산된 방사선 패턴을 공제하는(subtracting) 것을 포함하는, 공지된 대상물로부터 스캐터 패턴을 발생시키는 방법 및 시스템을 제공한다.
바람직한 양태에서, 표적 대상물은, 예를 들면, 사람 환자의 두부(head) 또 는 두부의 일부, 치과 환자 두부의 아래턱 및/또는 위턱 부분이고, 공지된 대상물은 인공의 인체 모형 두부(dummy head) 또는 두부의 일부이다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법에 따라 스캐터를 보정하기 위해 배열된 컴퓨터 소프트웨어, 및 이러한 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체를 제공한다. 이러한 소프트웨어는 기타의 경우의 통상적인 컴퓨터 공정 단층 촬영 데이터에 계속되어 기록될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법 및 시스템에 의해 처리된 데이터를 제공한다.
앞서 언급한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 다는 청구된 본 발명의 예시적이고 설명적이며 추가 설명을 제공함을 의도하는 것으로 이해되어 져야 한다.
첨부된 도면은 본 발명에 대한 이해를 추가로 제공하고자 하는 것이며, 본 명세서의 일부에 포함되고 이를 구성하며, 본 발명의 양태를 기술하고, 본 발명의 원리를 설명한다.
도 1은 X선 단층 촬영 이미지를 나타내는 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 제1 형태의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 제2 형태의 순서도이다.
본원은 이제 본 발명의 다양한 양태에 대하여 상세히 언급할 것이며, 이의 예들이 첨부된 도면에서 설명된다.
도면과 관련하여, 먼저 도 1 및 도 2에서, 도면 부호 (20)으로 일반적으로 나타낸 본 발명의 양태에 따르는 단층 촬영 장치의 한가지 형태는, 스캐너(22: scanner) 및 디스플레이(40: display)를 가진 콘솔(26: console)에 의해 조종되는 컴퓨터(24)를 포함한다. 스캐너(22)는 엑스-레이(28)의 공급원, 감지기(38: sensor)의 배열을 포함하는 엑스-레이 탐지기(30), 및 영상화된 대상물을 위한 지지체(32)를 포함한다. 하나의 양태에서, 스캐너(22)는 사람 환자(도시되지 않음)의 두부 또는 두부의 일부, 특히 턱과 치아를 영상화하여 배열시킨다. 지지체(32)는 환자의 얼굴(도시되지 않음) 또는 두부용 현상 억제기(36: restrainer) 또는 받침대(36)를 가진 의자가 될 수 있다. 이후에, 엑스-레이 공급원(28) 및 탐지기(30)는 회전하는 담체(34) 위에 마운팅(mounting)되어, 환자의 두부 위치를 서로 정렬시키면서 돌려지도록 한다. 엑스-레이 탐지기(30)는 상이한 각에서 환자 두부의 엑스-레이 음영그램(x-ray shadowgram)의 스트림(stream)을 기록한다. 컴퓨터(24)는 스캐너(22)로부터 엑스-레이 영상 데이터를 수득하고, 엑스-레이 밀도의 3-차원 공간 분포(spatial distribution)를 계산한다.
두부용 엑스-레이 스캐너는 도 1에서 실시예의 방식에 의해 도시될지라도, 현재의 방법은 엑스-레이 두부 산란을 적용시킬 수 있을 뿐 아니라, 몸 전체 컴퓨터 단층 촬영(CT), 디지탈 엑스-레이 등을 포함하는 다른 디지탈 영상화 장치와 관계한다. 이 방법은 또한 엑스-레이 밀도의 정확한 결정 또는 판별이 바람직한 어떠한 상황에서도, 의학적 환자들 외 다른 대상물의 엑스-레이 영상화에 적용시킬 수 있다.
환자의 두부 영상화 및 공간 분포의 계산은 당해 분야에서 이미 알려진 방법 및 장치에 의해 실행될 수 있고, 간결성의 관점에서 본원에서 추가로 기술하지는 않는다. 적합한 장치가 상업적으로 이용가능하며, 그 예로는 아이-씨에이티 콘 빔 3차원 덴탈 이미징 시스템[i-CAT Cone Beam 3-D Dental Imaging System: 공급원: 미국 펜실베니아주 햇필드(Hatfield) 소재의 이미징 사이언스 인터내셔널(Imaging Sciences International)]이 있다.
연질 조직은 밀도에 의해 경질 조직과 판별될 수 있다. 인체 내 살과 뼈 사이의 차이는 명백한 특징이 쉽게 이루어지는 것으로 충분히 정의된다. 예를 들어, 표준화된 하운스필드 단위(Housefield Units)에서, 물은 0의 값을 가지고 다른 물체는 -1000(엑스-레이의 전체 투과성) 내지 +3000 이상(엑스-레이의 전체 불투과성)의 값을 가진다. 지방은 전형적으로 0 HU 미만의 밀도를 가지고, 연질 조직은 전형적으로 0 내지 100 HU 사이의 밀도를 가지며, 뼈는 전형적으로 100 HU 초과의 밀도를 가진다. 뼈로부터 연질 조직을 판별하는 한계(threshold) 밀도는 예를 들어, 100 HU로 맞출 수 있다. 정확한 값은 하운스필드 단위가 완벽하게 객관적으로 정량화되지 않거나 또는, 한계에 인접한 밀도를 갖는 물체의 처리에 관한 상이한 선호성에 의해 다양해질 수 있다. 커핑 인공물의 존재 또는 탐지기 배열의 너비를 넘어 측정된 방사선 강도에서의 기타 불균일성은 신뢰성이 높은 판별을 더 어렵게 할 수 있다. 이 어려움은, 예를 들어, 정교한 판별이 연질 조직의 상이한 형태 사이에서 또는 뼈의 상이한 등급 사이에서 필요로 한다면, 난점은 심화될 수 있다.
의료용 컴퓨터 단층 촬영에서, 단층 촬영 데이터세트의 3차원 화소(voxel)는 전형적으로 0.5mm 내지 1mm의 범위의 측면을 가지고, 스퀘어 풋프린트(square footprint)를 가진 벽돌형이다. 허용된 선명도(definition) 표준은 밀도 에지(density edge)가 길이에서 2.5mm 이상인 경우, 인접한 3차원 화소 사이에서 0.25% 또는 2.5 HU의 콘트라스트 차이가 해상될 수 있어야 한다. 상세하게는, 0.5mm 내지 1mm의 공간 해상도가 사용될 수 있다. 치과의사는 작은 영역의 매우 정교한 디테일을 필요로 하기 때문에, 치과용 단층 촬영 장치는 0.1mm 내지 0.4mm의 범위로 공간 해상도로 이용할 수 있다. 영상 내 작은 인공물의 존재는 구조물의 해상도 또는 인식(recognition)을 방해할 수 있다.
도 2에서 관련하여, 본 발명에 따른 공정의 하나의 실시예에서, 단계(102)에서 엑스-레이 탐지기(30)가 상이한 각도에서 환자의 두부 엑스-레이 데이터를 기록하고, 단계(104)에서 컴퓨터(24)가 스캐너(22)로부터 엑스-레이 영상 데이터를 수득하고, 엑스-레이 밀도의 3-차원 공간 분포를 나타내는 단층 촬영 데이터세트를 계산한다.
단계(106)에서, 컴퓨터(24)는 탐지기 배열에 단층 촬영 데이터세트의 3차원 화소로부터 산란된 엑스-레이를 전방 프로젝션에 의해 원영상(original image)의 각각으로 스캐터 패턴을 발생시킨다. 단계(106)의 하나의 양태에서, 데이터세트 내 대표적인 3차원 화소는 산란된 방사선의 점광원(point source)으로 선택된다. 각 점광원은 하나의 파워(power)로 지정되고, 국부적 콘트라스트(local contrast), 밀도 정보, 점에서 입사(incident) 엑스-레이 파워 밀도를 기초하여 확산된다. 3-차원 점 확산 함수는 이후에 점으로부터 지정된 방사상 분산(radial dispersion)을 사용하고, 점광원 및 수용기(receptor) 사이 공간의 용적(volumetric) 흡수를 사용하여 수용기에 맵핑(mapping)한다. 확산이 3차원으로 계산되기 때문에, 우수한 결과가 이전 당해 분야 시스템과의 비교에서 성취될 수 있고, 단일 선이 점광원으로부터 수용기까지 기록하고나서 흐릿해지는 것이 발견된다. 사용된 스캐터 점광원의 수는 스캐터 발생 해부학의 목적하는 정확성 및 입도(granularity)에 의존해서 선택될 수 있다.
점 확산 함수의 원형 대칭성(circularly-symmetrical nature) 때문에, 특정 스캐터 점광원으로부터 3-차원 확산은 3차원 화소와 수용기 사이 영역의 용적 흡수 및 3차원 화소의 스캐터 특성 모두를 제공하는 3차원 화소에 이웃하도록 적용되어질 수 있다. 특히, 균일한 특성의 구 영역은 마치 단일 큰 "점"과 같이 다루어질 수 있다. 경계선에서 산란은 경계선의 한 쪽 면 위에 용적 물체(bulk material)에서 산란으로부터 독립적으로 다루어지는 것이 필요할 수 있다. 스캐터는 전형적으로 저 공간 주파수 현상(low spatial frequency phenomenon)이기 때문에, 국부적 콘트라스트 정보가 저 해상도와 이용될 수 있고, 따라서 스캐터 점들의 작은 수가 전형적으로 스캐터 발생 해부학을 묘사하는데 사용될 수 있다. 두부를 구성하는 상이한 조직의 공지되거나 또는 가정된 특성에 의존해서 단일 점 확산 함수는 단지 다양한 공률을 가지면서 전체적으로 적용될 수 있고, 또는 다른 점 확산 함수는 초기 예측된 밀도로부터 인식된 것처럼 점광원에서 조직에 의존하여 사용될 수 있다.
독립적으로 계산된 스캐터 점광원의 증가하는 수가 계산된 스캐터 패턴의 정확성을 증가시킬지라도, 감소하는 리턴 포인트(return point)가 존재한다. 추가 단순화(simplification)는 탐지기의 특정 거리 또는 흡수 길이 내에서 스캐터 발생을 제한함으로써 성취될 수 있다.
단계(108)에서, 컴퓨터(24)는 만약 스캐터가 존재하지 않는다면, 엑스-레이 탐지기(30)에 의해 탐지될 수 있는 영상을 나타내는 보정된 영상 데이터를 생성하기 위해 단계(102)에서 기록된 영상 데이터로부터 단계(106)에서 발생된 스캐터 패턴을 공제한다. 단계(110)에서, 컴퓨터(24)는 단계(108)로부터 보정된 영상 데이터를 사용하여 보정된 단층 촬영 데이터세트를 계산한다. 대안적으로, 단계(106)에서 컴퓨터(24)는 단계(104)로부터 초기 단층 촬영 데이터세트에서 존재하는 스캐터로부터 기인된 가 데이터(spurious data) 를 직접적으로 나타내는 개념적(notional) 단층 촬영 데이터세트를 발생시킬 수 있다. 개념적 단층 촬영 데이터세트는 이후에 초기 단층 촬영 데이터세트로부터 직접적으로 공제할 수 있다. 단지 커핑/캐핑(capping)과 같은 일반적인 거대 수준 인공물을 보정하는 것이 바람직하다면, 이후 접근은 더 빨라진다. 그러나, 영상 데이터를 보정하는 공정이 계산적으로 더 정교해짐에 따라 더 느려지기는 하지만, 스캐터 보정에 있어서 더 정교한 해상력이 허용되고 이에 따라 데이터 내에 세부적인 더 큰 향상이 허용된다고 믿어진다.
단계(110)에서, 공정은 단계(112)로 진행될 수 있고, 보정된 단층 촬영 데이터세트(예: 사용자에 의해 요청된 환자의 두부의 시각을 나타내는 합성된 음영그램 또는 단층 촬영기 슬라이스(slice) 영상)에 기초한 콘솔(26)에서 영상을 표시할 수 있다. 단층 촬영 데이터세트로부터 이 영상들을 발생시키는 프로그램은 상업적으로 이용가능하며, 간결성의 관점에서 본원에 기술하지 않을 것이다.
대안적으로, 단계(110)에서 공정은 추가로 향상된 데이터세트를 얻기 위하여 보정을 반복시킬 것인지 아닌지를 결정 짓는 단계(114)로 진행할 수 있다. 단계(114)는 미리 선택된 횟수로 보정이 반복되도록 할 수 있다. 횟수는 팬텀(42: phantom) 또는 다른 시험 대상물의 스캐터 부재의 조종 데이터세트를 충분히 얻고, 시험 데이터세트를 제공하는 스캐너(22) 위에 동일한 팬텀을 스캔하고, 단계(106), 단계(108), 및 단계(110)의 실험적으로 얼마나 많은 상호작용(interaction)이 조종 데이터세트와 시험 데이터세트 사이에서 가장 근접한 조화를 주는 지를 결정함으로써 결정될 수 있다. 조종 데이터세트는, 예를 들어, 확립된 HU 정확성을 가진 고급 팬 빔 단층 촬영 시스템(high quality fan beam CT system) 위에 팬텀(42)을 스캔하거나, 또는 특정한 커핑 또는 다른 현상과 관계된 스캐터의 물리적으로 자유로운, 공지된 밀도 영역을 가지거나 공지된 기하학 형태, 및 공지된 일정한 밀도 영역을 가지는 팬텀을 사용함으로써, 또는 공지된 팬텀을 정확하게 조화되는 조종 데이터세트를 계산함으로써 얻어질 수 있다. 추가 대안은 산란된 선을 막아 초점을 맞춘 격자(grid)를 사용하면서 팬텀(42)을 스캔함으로써 조종 데이터세트를 발생시키는 것이다. 추가의 반복이 바람직하지 않다면, 공정은 단계(112)로 진행되고, 단계(110)의 최후 대화로부터 보정된 데이터세트를 사용하여 요청된 영상을 발생시킨다.
도 3과 관련하여, 본 발명에 따른 공정의 제2 양태에서, 단계(202)에서 두부 팬텀(42)을 구성한다. 팬텀(42)은 공지된 차원의 인공적 두부 또는 부분적 두부 및 각 점에서 공지된 엑스-레이 밀도이다. 팬텀(42)은 영상화 동안에 엑스-레이 빔 내부가 될, 두부의 일부를 적어도 포함한다. 팬텀(42)은 적어도 전형적인 인간 두부의 치아, 연성 조직, 및 뼈에 관한 상이한 밀도의 성분을 포함한다. 상이한 전형적인 사람 두부에 상응하는, 상이한 사이즈 및/또는 모양의 몇몇의 팬텀(42)들은 구성될 수 있다. 하나의 예에서, 팬텀(42)은 공지된 엑스-레이 밀도 및 분포의 인공적 연성 조직을 가진 실제 사람 두개골을 구성할 수 있다. 엑스-레이 팬텀의 구성은 잘 공지되어있고 잘 이해된 공정으로, 간결성의 관점에서 본원에서 추가로 기술하지는 않을 것이다.
단계(204)에서, 엑스-레이 탐지기(30)는 다른 각도로부터 팬텀(42)의 엑스-레이 데이터를 기록한다. 단계(206)에서, 컴퓨터(24)는 팬텀(42)의 공지된 특성으로부터 엑스-레이 데이터가 어떻게 산란의 부재하에 나타나야만 하는지를 계산한다. 단계(206)의 간결성의 관점에서, 다음의 단계(204)처럼 도시되지만, 실제 단계(206)에서는 팬텀(42)의 디자인이 바로 실행될 수 있고, 엑스-레이 노출의 계획된 정렬이 공지되고, 상이한 컴퓨터 위에서 단계(204)와 독립적으로 실행될 수 있다.
단계(208)에서, 컴퓨터(24)는 단계(204)에서 수득된 실제 엑스-레이 데이터로부터 단계(206)에서 얻어진 계산된 엑스-레이 데이터를 공제하고, 실제 데이터의 산란 성분을 결정한다. 몇몇의 팬텀(42)들이 구성된 경우, 각 팬텀은 단계(204)에서 단계(208)까지 처리될 수 있다. 팬텀(42), 또는 팬텀(42)의 각각은 단계(204)에서 단계(208)까지 스캐너(22)에 대하여 상이한 정렬로 처리될 수 있다.
하나의 대안으로, 단계(204)와 단계(206)로부터 계산된 데이터세트 및 실제 데이터세트를 비교하여 단계(208)에서 얻어진 스캐터 패턴은 단계(209)에서 점 확산 함수 또는 함수들로 계산되어 사용된다. 이러한 목적에서, 형태 면에서 사람 두부보다 더 간단한 팬텀(42)이 바람직할 수 있다. 팬텀(42)은 분석하기 쉬운 형태에서 중요한 산란 현상들이 존재하도록 신중히 디자인될 수 있다. 예를 들어, 팬텀(42)은 매우 단순한 스캐터 패턴을 발생시키기 위하여, 공지된 엑스-레이 밀도 및 산란 파워의 물체의 작은 구(sphere)일 수 있다. 더 복잡한 대상물은 이후에 영역의 적합한 배열을 조립함으로써 나타내질 수 있고, 각각의 영역의 점 확산 함수로부터 비롯된 스캐터 패턴을 합계함으로써 계산될 수 있다. 단계(209)로부터 점 확산 함수는 이후에 단계(104)에서 얻어진 단층 활영 데이터세트를 위한 스캐터 패턴을 발생시켜서 단계(106)를 통과할 수 있다.
대안적으로, 팬텀(42)은 마치 실제 환자의 두부가 보정공정이 얼마나 잘 실행되고 있는지를 시험하기 위한 것처럼 스캔될 수 있다.
다른 대안으로, 단계(210)에서, 엑스-레이 탐지기(30)는 상이한 각도에서 실제 환자의 두부의 엑스-레이 데이터를 기록한다. 단계(212)에서, 컴퓨터(24)는 스캐너(22)로부터 엑스-레이 영상 데이터를 수득하고 보정된 영상 데이터를 생성하기 위해서 단계(208)에서 결정된 산란 성분 데이터를 공제한다. 산란 성분 데이터의 세트가 하나 이상 가능한 경우, 이 세트는 실제 환자의 두부에서 매우 근접하게 크기, 형태, 및 배향(orientation) 면에서 일치하는 팬텀(42)으로부터 사용된다. 적절한 팬텀(42)은 두부 크기 및 위치를 확인하기 위한 원래 환자 데이터에서 패턴-인식에 의해 선택될 수 있고, 가장 근접한 팬텀 산란 데이터를, 또는 상이한 팬텀 또는 해부 모델들의 결합 또는 두 가지 팬텀 데이터세트 사이에서 삽입을 크기조정(scaling) 함으로써 임의로 증가시킬 수 있고, 특정한 팬텀 데이터세트로부터 얻어질 수 있는 것보다 더 나은 형태(fit)를 성취할 수 있다. 팬텀(42)의 추가적 매개변수는 또한 환자의 두부의 팬텀과 조화될 수 있거나 및/또는 조정될 수 있다.
간결성의 관점에서, 팬텀(42) 및 실제 두부는 동일한 스캐너(22) 위에 성공적으로 스캔되는 것으로 기술되지만, 이것이 필수적이진 않다. 실제 환자를 스캐닝하는데 사용되는 스캐너(22)는 팬텀 산란 데이터, 또는 이전에 비슷한 기하학을 가진 스캐너(바람직하게는 동일한 형상 및 모델의 스캐너) 위에서 발생되는 팬텀 스캐터 데이터세트의 라이브러리(library)와 함께 공급될 수 있다.
단계(214)에서, 컴퓨터(24)는 보정된 영상 데이터로부터 엑스-레이 밀도의 3차원 공간 분포를 나타내는 단층 촬영 데이터 세트를 계산한다.
단계(214)로부터, 공정은 단계(216)로 처리할 수 있고, 보정된 단층 촬영 데이터세트, 예를 들어, 단층 촬영기 슬라이스 영상들 또는 사용자에 의해 요청된 환자의 두부의 시각을 나타내는 합성된 음영그램에 기초한 콘솔(26)에서 영상을 표시할 수 있다.
대안적으로, 단계(214)에서 공정은 추가 보정이 필요한 지 아닌지를 결정하기 위해 단계(218)로 처리될 수 있다. 이 경우, 데이터세트는 추가로 보정될 수 있다(예: 도 2의 단계(106)로 처리함으로써 보정).
다양한 변형 및 변화가 본 발명에서 본 발명의 취지 또는 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 및 이의 균등물의 범위 내에 제공된 본 발명의 변형 및 변화를 포함함을 의도한다.
예를 들어, 환자의 구강이 금속 충전재, 임플란트 등을 포함하는 경우, 팬텀(42)은 이 금속 대상물을 대개 복제할 수 없고, 단계(212)의 방법이 이 금속 대상물에 적용될 수 없다. 금속 대상물이 점 확산 함수에 의해 나타날 수 있는 산란 을 야기시키는 범위에서, 산란은 도 2의 방법에 의해 보정될 수 있다. 그러나, 환자의 구강에서 금속 대상물의 큰 효과는 "금속 인공물"로 공지된 현상이다. 용어 "스캐터"는 일반 조직에 의해 엑스-레이의 산란을 확산 및 금속 인공물의 형성 모두를 상호 교환할 수 있게 기술하는데 사용되지만, 두 현상들은 매우 상이하다. "금속 인공물" 결과는 주로 불투명한 금속 대상물이 금속 대상물과 일치되어 구조물을 숨기는 데이터의 손실에서 주로 야기된다. 이러한 제거가 바람직한 경우에, 다른 기술에 의해 금속 인공물들이 각각 제거되는 것이 현재 바람직하다. 이 기술들의 하나의 예는 미국 캘리포니아주 플레산톤(Pleasanton)의 엑심 컴퓨팅 코포레이션(Exxim Computing Corporation)사로부터 상업적으로 이용가능한 금속 인공물 정리 알고리즘(Metal Artifact Reduction algorithm)이다. 다른 예들을 보면, 예를 들어, 랜달 브이. 올슨(Randall V. Olsen) 등의 금속 인공물 정리 시퀀스(Metal Artivact Reduction Sequence): 얼리 클리니컬 애플리케이션스, 라디오그래픽스(Early Clinical Applications, Radiographics) 2000;20:699-712; 티. 롤핑(T. Rohlfing) 등의 방사선 치료의 계획과 시뮬레이션을 위한 컴퓨터 단층촬영기에서 금속 인공물의 정리(Reduction of Metal Aftifacts in Computed Tomographies for the Planning and Simulation of Radiation Therapy,), "CAR'98, Computer Assisted Radiology and Surgery", Elsevier Science, 1998, 57-62 페이지; 에스.에이치. 콜린드(S.H. Kolind) 등의 금속 인공물 정리 기술의 양적 평가[(Quantitative evaluation of metal artifact reduction techniques), J Magn Reson Imaging. 2004년 9월; 20(3):487-95]를 참조할 수 있다.
예를 들어, 전체 두부 팬텀(42)을 스캔하는 대신에, 각각의 팬텀들은 아래턱, 위턱, 뺨, 치아, 충전재, 금속 삽입물, 척추 등과 같은 두부와 상이한 팬텀들을 제공할 수 있다. 이 성분들은 이후에 보정되지 않은 단층 촬영 데이터세트에 각각 패턴을 조화시킬 수 있다. 크기, 위치, 정위, 및 각 성분의 다른 매개변수를 개별적으로 조정함으로써, 몇 가지 추가적 계산을 거치더라도, 실제의 두부에서 더 정확한 조화가 성취될 수 있다.
예를 들어, 도 1은 도 2 및/또는 도 3의 공정이 진행되는 동안 컴퓨터(24)가 스캐너(22)에 연결되는 것을 도시한다. 단일 컴퓨터(24)는 스캐너(22)를 조종하고 또한 도 2 및 도 3의 공정을 진행시킬 수 있다. 대안적으로, 공정의 전부 또는 일부는 각각의 컴퓨터 위에서 실행될 수 있다. 스캐너(22)로부터 데이터는 공정의 편리한 단계에서 편리한 포맷, 예를 들어 DICOM 포맷에서 컴퓨터에서 컴퓨터로 이동될 수 있다. 데이터는 예를 들어, 컴퓨터에서 컴퓨터로 직접적으로 이동될 수 있거나 또는 예를 들어, 기억 장치 서버(storage server)로부터 업로드되거나 다운로드될 수 있다.
위에서 언급한 것처럼, 새로운 팬텀들의 밀도 패턴을 결정하거나 또는 공지된 밀도 분포의 팬텀으로부터 스캐터 패턴을 발생시키는 팬텀 데이터의 공정은 동일하거나 또는 상이한 스캐너(22) 및/또는 동일하거나 또는 상이한 컴퓨터(24) 위에서 실행될 수 있다. 점 확산 함수는 엑스-레이의 스펙트럼 및 산란 조직의 특성에 주로 의존하고, 실제 환자 또는 다른 대상물의 스캔이 실행될 수 있는 스캐너와 유사한 스캐너를 사용하여 점 확산 함수를 발생하거나 또는 검증되는 것이 바람직할 수 있지만, 적합한 스펙트럼을 가지는 특정 스캐너 위에서 발생하거나 또는 검증될 수 있다. 다수의 실질적으로 동일한 스캐너(22)가 제조되는 경우, 팬텀(42)은 고 조절된 상태하에, 제조업자에 의해 한 번 스캔될 수 있고, 각 스캐너(22)는 팬텀 스캐터 데이터세트 및/또는 점 확산 함수의 카피의 라이브러리와 함께 공급될 수 있다. 그렇지 않으면, 유사한 스캐너(22)가 상이한 목적에 사용될 경우, 상이한 라이브러리가 공급될 수 있다.
산란된 방사선의 다양한 부분은 도 2에서 루프(loop)의 반복 회수에 부분적으로 의존해서 제거될 수 있다. 이론적으로, 스캐터 전부를 제거하는 것이 이상적일 수 있다. 그러나 실제로, 각각의 반복은 영상 데이터의 손실을 일으키고, 실제 적용에서는 단지 일부, 예를 들어 스캐터의 50% 내지 70%를 제거함으로써, 최적의 최종 영상을 수득할 수 있다.

Claims (17)

  1. 대상물에 침투성 방사선(penetrating radiation)을 처리하고;
    투과된 방사선의 강도 분포(intensity distribution)를 탐지하며;
    탐지된 강도로부터 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 3차원 화소 데이터(voxel data)의 제1 배열을 재구성하고;
    하나 이상의 점 확산 함수(point spread function)를 사용하여 제1 배열로부터, 방사선 스캐터 패턴을 전방 프로젝션(forward projection)에 의해 계산하고;
    탐지된 강도를 계산된 방사선 스캐터 패턴을 사용하여 보정하고;
    보정되고 탐지된 강도로부터 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 3차원 화소 데이터의 제2 배열을 재구성하는 것을 포함하는, 스캐터의 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 계산, 보정, 및 재구성의 공정을 1 회 이상 반복하는 것을 추가로 포함하는 보정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 강도 분포가 탐지기의 배열에서 접수된 방사선의 양을 탐지하는 것을 포함하는 보정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 3차원 화소 데이터의 제2 배열로부터 대상물을 나타내는 영상을 발생시키고 표시하는 것을 추가로 포함하는 보정 방법.
  5. 표적 대상물에 침투성 방사선을 처리하고;
    투과된 방사선의 강도를 탐지하며;
    탐지된 강도를 표적 대상물과 유사한 공지된 대상물용 스캐터 패턴을 사용하여 보정하고;
    보정되고 탐지된 강도로부터 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 데이터의 배열을 재구성하는 것을 포함하는, 스캐터의 보정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 표적 대상물이 적어도 사람 두부(head)의 일부이고, 공지된 대상물이 인공 팬텀(phantom) 두부 또는 부분 두부인 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 표적 대상물이 치과 환자의 두부의 아래 턱 및/또는 위 턱 영역의 적어도 일부를 포함하는 보정 방법.
  8. 제5항에 있어서, 데이터의 배열로부터 대상물을 나타내는 영상을 발생시키고 표시하는 것을 추가로 포함하는 보정 방법.
  9. 공지된 대상물에 침투성 방사선을 처리하고;
    투과된 방사선의 강도 분포를 탐지하며;
    스캐터 없이 대상물에 의해 투과된 방사선의 패턴을 계산하고;
    탐지된 강도 분포로부터 계산되고 투과된 방사선 패턴을 공제하는(subtracting) 것을 포함하는, 공지된 대상물로부터 스캐터 패턴을 발생시키는 방법.
  10. 컴퓨터가, 침투성 방사선에 처리된 대상물에 의해 투과된 방사선의 강도 분포를 나타내는 데이터를 수득하고;
    탐지된 강도로부터 대상물에 의한 방사선의 흡수를 나타내는 3차원 화소 데이터의 제1 배열을 재구성하고;
    전방 프로젝션에 의해 하나 이상의 점 확산 함수를 사용하여 제1 배열로부터 방사선 스캐터 패턴을 계산하고;
    탐지된 강도 분포를 계산된 방사선 스캐터 패턴을 사용하여 보정하고;
    보정되고 탐지된 강도로부터, 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 3차원 화소 데이터의 제2 배열을 재구성하도록 하는 명령(instruction)을 포함하는, 컴퓨터가 스캐터 데이터를 보정하도록 하는 컴퓨터 프로그램.
  11. 제10항에 있어서, 컴퓨터가 계산, 보정, 및 재구성의 공정을 1 회 이상 반복하는 명령을 추가로 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  12. 제10항에 있어서, 강도 분포를 탐지하는 명령이 탐지기의 배열에서 접수된 방사선의 양을 탐지하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  13. 제10항에 있어서, 컴퓨터 프로그램이 3차원 화소 데이터의 제2배열로부터 대상물을 나타내는 영상을 발생시키고 표시하도록 하는 명령을 추가로 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  14. 제8항에 있어서, 기계-판독 가능한 매체에 존재하는 컴퓨터 프로그램.
  15. 컴퓨터가 표적 대상물에 침투성 방사선을 처리하고;
    투과된 방사선의 강도를 탐지하고;
    탐지된 강도를 표적 대상물과 유사한 공지된 대상물용 스캐터 패턴을 사용하여 보정하고;
    보정되고 탐지된 강도로부터 대상물에 의해 방사선의 흡수를 나타내는 데이터의 배열을 재구성하도록 하는 명령을 포함하여, 컴퓨터가 스캐터 데이터를 보정하도록 하는 컴퓨터 프로그램.
  16. 제15항에 있어서, 컴퓨터 프로그램이 데이터의 배열로부터 대상물을 나타내는 영상을 발생시키고 표시하도록 하는 명령을 추가로 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  17. 제15항에 있어서, 기계-판독 가능한 매체에 존재하는 컴퓨터 프로그램.
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