KR20100070817A - 3차원 영상획득 장치 - Google Patents

3차원 영상획득 장치 Download PDF

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KR20100070817A
KR20100070817A KR1020080129539A KR20080129539A KR20100070817A KR 20100070817 A KR20100070817 A KR 20100070817A KR 1020080129539 A KR1020080129539 A KR 1020080129539A KR 20080129539 A KR20080129539 A KR 20080129539A KR 20100070817 A KR20100070817 A KR 20100070817A
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Abstract

본 발명은 3차원 영상획득 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 파노라마 영상 촬영궤적을 따라 x선 광원과 이미지 센서를 구동시켜 2차원 영상 또는 3차원 영상을 획득할 수 있는 3차원 영상획득 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 3차원 영상획득장치 및 영상획득방법에 의하면, 파노라마촬영방법과 토모영상합성법(tomosynthesis)을 이용하여 2차원 영상 또는 3차원영상을 획득할 수 있다. 따라서 라인센서나 소면적센서와 같은 파노라마센서를 이용하여 3차원영상을 획득할 수 있다. 또한, 본 발명의 3차원 영상획득장치및 영상획득방법에 의해 악궁형태의 2차원 및 3차원 영상, 또는 원하는 영역의 3차원 영상을 획득할 수 있다.
3차원 영상, 이미지 레이어, 제한된 역투사 방법, 토모영상합성법

Description

3차원 영상획득 장치{APPARATUS FOR OBTAINING 3 DIMENSIONS IMAGE}
본 발명은 3차원 영상획득 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 파노라마 영상 촬영궤적을 따라 x선 광원과 이미지 센서를 구동시켜 2차원 파노라마영상 또는 3차원 영상을 획득할 수 있는 3차원 영상획득 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 파노라마 영상이란 획득하고자하는 영상의 궤적을 미리 설정하고 그 궤적을 따라 영상을 촬영한 후 얻어진 영상을 이어붙임으로써 획득한 영상을 말한다.
도 1은 종래의 파노라마 영상장치를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 파노라마 영상장치는 X선 광원(12)과 이미지센서(13)를 피사체의 관심영역(14)이 위치하는 이미지 레이어(11)의 주위를 일정한 궤적으로 회전하면서 얻어진 영상들을 재구성하여 파노라마 영상을 획득한다. 이때 상기 이미지 레이어(11)는 파노라마 영상장치의 초점이 위치하는 구간을 말하며, 파노라마 영상장치는 상기 이미지 레이어(11)의 전 영역에 걸쳐 X선을 조사하고 얻어진 영상을 이어붙여 파노라마 영상을 획득한다.
이러한 종래의 파노라마 영상장치는 미리 설정된 궤적하에서 임의의 이미지 레이어 구간이 설정되어 있고, 기 설정된 이미지 레이어에서 획득한 파노라마 영상만을 보여주는 영상장치이다. 즉, 종래의 파노라마 영상장치는 영상화하고자하는 이미지 레이어에 맞게 이미지 구간으로 정의 되는 픽셀을 확대도를 고려하여 위치시키고, 픽셀의 간격을 균일하게 유지하여 영상을 촬영한 후 얻어진 영상을 이미지구간 픽셀에 맞도록 이어붙임으로써 목표 이미지 레이어의 파노라마 영상을 획득할 수 있다.
그러나 종래의 파노라마 영상장치는 2차원적인 파노라마 영상만을 획득할 수 있을 뿐이고, 원하는 영역의 단층영상이나 3차원 영상은 획득할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 파노라마 영상 촬영궤적을 따라 x선 광원과 이미지 센서를 구동시켜 2차원 영상 또는 3차원 영상을 획득할 수 있는 3차원 영상획득 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 파노라마촬영법과 토모영상합성법(tomosynthesis)을 결합하여 2차원 파노라마영상 또는 3차원 영상을 획득할 수 있는 3차원 영상획득장치및 영상획득방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 피사체 중의 관심영역이 위치하는 이미지 레이어로 X선을 조사하는 X선 광원; 상기 이미지 레이어를 통과한 X선들을 수광하여 상기 이미지 레이어의 영상을 획득하는 이미지 센서; 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 상기 피사체 주위의 일정한 궤적을 따라 움직이도록 구동시키는 구동 모듈; 및 상기 이미지 센서에서 획득된 영상들을 입력받아 상기 이미지 레이어의 3차원 영상으로 재구성하는 영상처리장치;를 포함하며, 상기 구동 모듈은 상기 이미지 센서의 수광면을 기준으로 한 가상회전축이 상기 이미지 레이어를 따라 이동하도록 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 구동시키는 것을 특징으로 하는 3 차원 영상획득 장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 구동 모듈은 상기 가상회전축이 상기 이미지 레이어의 일 구간에 고정되도록 유지한채 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 회전축을 중심으로 일정각도로 회전시키면서 촬영을 수행하도록 하고, 다음 촬영을 위해 상기 가상회전축이 상기 이미지 레이어를 따라 다음 구간으로 이동하도록 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 구동시시킨다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 X선 광원은 상기 X선들을 구간별로 조사하며, 상기 이미지 센서는 상기 X선 광원과 연동하여 상기 X선을 수광한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 가상회전축과 상기 이미지 센서의 수광면 사이의 거리(R)는 일정하게 유지된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 영상처리장치는 제한된 역투사 방법(filtered back projection)을 이용하여 3차원 영상으로 재구성한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 영상처리장치는 상기 이미지 레이어의 모든 구간의 영상들을 획득한 후 원하는 영역의 영상을 선택하여 3차원 영상으로 재구성하거나 또는 재구성한 3차원 영상을 이용하여 2차원 파노라마영상으로 처리한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 구동 모듈은 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 구동시키는 데에 적어도 3개의 축 구동을 사용한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 3개의 축 구동은 제1회전축 구동, 제2회전축 구동 및 제3회전축 구동일 수 있으며 이때, 상기 3차원 영상획득 장치는 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 서로 대향하여 구비하는 회전암; 상기 회전암과 연 결되는 회전암지지부재; 상기 회전암지지부재과 연결되는 제1부재; 및 상기 제1부재와 연결되는 기둥;을 더 포함하며, 상기 회전암은 상기 회전암지지부재와 연결된 부분에서 제1회전축 구동을 하고, 상기 회전암지지부재는 상기 제1부재와 연결된 부분에서 제2회전축 구동을 하며, 상기 제1부재는 상기 기둥과 연결된 부분에서 제3회전축 구동을 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 3개의 축 구동은 제1회전축 구동, x축 구동 및 y축 구동일 수 있으며 이때, 상기 3차원 영상획득 장치는 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 서로 대향하여 구비하는 회전암; 및 상기 회전암과 연결되는 회전암지지부재;를 더 포함하며, 상기 회전암은 상기 회전암지지부재와 연결된 부분에서 제1회전축 구동을 함과 함께 상기 회전암지지부재 내부를 따라 x축 구동 및 y축 구동을 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 3의 축 구동은 제1회전축 구동, y축 구동 및 제2회전축 구동일 수 있으며 이때, 상기 3차원 영상획득 장치는 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 서로 대향하여 구비하는 회전암; 상기 회전암과 연결되는 회전암지지부재; 및 상기 회전암지지부재를 지지하는 기둥;을 더 포함하며, 상기 회전암은 상기 회전암지지부재와 연결된 부분에서 제1회전축 구동을 함과 함께 상기 회전암지지부재 내부를 따라 y축 구동을 하며, 상기 회전암지지부재는 상기 기둥과 연결된 부분에서 제2회전축 구동을 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 이미지 센서는 한 번의 X선 조사로 상기 피사체의 관심영역의 모든 영상을 획득하지 못하는 센서이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 파노라마 영상획득 장치는 상기 이미지 센서를 탈부착하는 센서장착부를 더 포함하며, 상기 이미지 센서는 파노라마센서 또는 CT센서이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 파노라마 영상획득 장치는 상기 센서장착부에 상기 CT센서를 부착하여 파노라마 영상을 획득할 시, 상기 CT센서의 능동영역의 일부 영역에서만 데이터가 검출되도록 구동하고, 나머지 영역에서는 구동되지 않도록 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 파노라마 영상획득 장치는 일단에 상기 이미지 센서를 구비하는 회전암; 및 타단에 상기 X선 광원이 구비되고, 영상획득조건에 따라 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서의 거리를 변화시키는 이격아암;을 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 이격아암은 타단에 상기 X선 광원가 구비되고, 일단은 상기 회전암의 내부로 슬라이드 이동되면서 삽입 또는 인출되도록 결합된다.
상기 목적을 달성하기 위하여 또한 본 발명은 피사체 중의 관심영역이 위치하는 이미지 레이어에 X선을 조사하는 X선 광원과 상기 이미지 레이어를 투과한 X선을 수광하는 이미지 센서 사이에 상기 피사체를 위치시키는 제1단계; 상기 이미지 레이어의 시점인 제1구간에 X선을 조사하여 상기 이미지 레이어의 제1구간 영상을 획득하되, 상기 이미지 센서의 수광면을 기준으로 한 가상회전축이 상기 이미지 레이어의 일 구간에 고정되도록 유지한채 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 회 전축을 중심으로 일정각도로 회전시키면서 영상을 획득하는 제2단계; 상기 이미지 레이어의 제2구간 촬영을 위해 상기 가상회전축을 상기 이미지 레이어를 따라 일정 간격만큼 이동시키는 제3단계; 상기 제2단계와 상기 제3단계의 동작을 연속적으로 반복 수행하여 상기 이미지 레이어의 종점인 제n구간까지의 영상을 획득하는 제4단계; 및 획득한 상기 이미지 레이어의 n구간까지의 영상들을 3차원 영상으로 재구성하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제5단계는 제한된 역투사법(filtered back projection)을 이용하여 재구성한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기 제5단계는 상기 이미지 레이어의 모든 구간의 영상들을 획득한 후 관심영역 중 원하는 영역의 영상을 선택하여 3차원 영상으로 재구성하거나 또는 재구성한 3차원 영상을 이용하여 2차원 파노라마영상으로 처리한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 3차원 영상획득장치 및 영상획득방법에 의하면, 파노라마촬영방법과 토모영상합성법(tomosynthesis)을 이용하여 2차원 파노라마영상 또는 3차원영상을 획득할 수 있다. 따라서 라인센서나 소면적센서와 같은 파노라마센서를 이용하여 2차원 파노라마영상과 함께 3차원영상을 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 3차원 영상획득장치및 영상획득방법에 의해 악궁형태의 3차원 영상 또는 원하는 영역의 3차원 영상을 획득할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득장치는 x선 광원(100), 이미지 센서(200), 구동모듈(300), 영상처리장치(400) 및 디스플레이장치(500)를 포함하여 이루어진다.
상기 x선 광원(100)은 내부에 x선을 발생시키는 x선관(도시하지 않음)이 구비되고, 슬릿(도시하지 않음)을 이용하여 피사체(10)로 x선(110)을 조사한다.
상기 x선 광원(100)은 일정한 궤적을 따라 상기 피사체(10) 주위를 회전하며 간헐적인 x선을 조사한다. 이때, 상기 x선 광원(100)은 상기 피사체(10)의 관심영역이 위치하는 이미지 레이어(도 3의 120 참조)로 x선(110)을 조사한다. 여기서 상기 관심영역이란 상기 피사체(10) 내부에 촬영하고자 하는 부분을 말한다.
상기 이미지 센서(200)는 일정한 면적을 가지는 이미지 센서로써 상기 피사체(10)를 사이에 두고 상기 x선 광원(100)과 연동하여 움직이며, 상기 x선(110)들을 수광하여 상기 이미지 레이어(120)에 위치하는 상기 피사체(10)의 관심영역의 영상을 획득한다.
상기 이미지 센서(200)는 한 번의 X선 조사로 상기 피사체(10)의 관심영역의 모든 영상을 획득하지 못하고 상기 피사체(10)의 일부분만을 커버하는 크기의 이미지 센서이며, 피사체(10)의 전 영역을 다 커버하여 한번에 촬영하는 대 면적 센서(세팔로 센서)보다 크기가 작은 소 면적 센서이다. 이러한 상기 이미지 센서(200)는 씨씨디(ccd)센서 또는 씨모스(cmos)센서로 구비될 수 있으며, 이에 한하지 않고 x선을 수광할 수 있는 센서라면 어떠한 센서도 가능하다.
또한, 상기 이미지 센서(200)는 각 구간별로 조사된 x선(110)에 의한 단위영상인 프레임 영상으로 획득할 수 있다.
상기 구동 모듈(300)은 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 상기 피사체(10) 주위의 일정한 궤적을 따라 움직이도록 구동시킨다. 즉, 상기 구동 모듈(300)은 상기 x선 광원(100) 및 상기 이미지 센서(200)를 파노라마 촬영법에 따른 궤적으로 이동시킨다.
좀 더 상세히 설명하면, 상기 구동 모듈(300)은 상기 이미지 센서(200)의 수광면을 기준으로 한 가상회전축(도 3의 130 참조)이 상기 이미지 레이어(120)를 따라 이동하도록 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 구동시킨다. 여기서, 상기 가상회전축(130)이라 함은 X선이 수광되는 상기 이미지 센서(200)의 수광 면들을 기준으로 한 회전축을 의미한다.
또한, 상기 구동모듈(300)은 상기 가상회전축(130)이 상기 이미지 레이어(120)의 일 구간에 고정되도록 유지한채 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 회전축을 중심으로 일정각도로 회전시키면서 촬영을 수행하도록 하고, 다음 촬영을 위해 상기 가상회전축(130)이 상기 이미지 레이어(120)를 따라 다음 구간으로 이동하도록 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 구동시킨다.
다시 말해서, 상기 구동 모듈(300)은 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 파노라마 촬영법에 따른 궤적으로 구동시킴과 함께 토모영상합성법(tomosynthesis)에 따라 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 구동시킨다. 이에 관한 자세한 구동은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
한편, 상기 3차원 영상획득장치는 조절모듈(도시하지 않음)을 더 포함하고 있어, 상기 x선 광원(100)이 x선(110)을 조사하는 시기와 상기 이미지 센서(200)가 x선(110)을 수광하는 시기를 조절한다. 즉, 상기 조절모듈(300)은 상기 x선 광원(100)이 이동하면서 상기 피사체(10)로 상기 x선(110)을 조사할 때, 조사하는 위치 또는 시점을 조절하는 역할을 한다.
또한, 상기 조절모듈은 구간별로 상기 x선들을 조사하도록 상기 X선 광원(100)을 조절하고, 상기 x선 광원(100)과 연동하여 상기 x선을 수광하도록 상기 이미지 센서(200)를 조절한다. 즉, 상기 이미지 센서(200)는 상기 x선 광원(200)과 연동하여 이동하며, 상기 간헐적인 x선의 조사 시점에 맞게 수광동작을 하여 상기 이미지 레이어(120)의 영상을 획득하게 된다.
상기 영상처리장치(400)는 상기 이미지 센서(200)에서 획득된 영상들을 제한된 역투사 방법(filtered back projection)을 이용하여 3차원 영상으로 재구성한다. 따라서, 상기 영상처리장치(400)는 획득한 영상들을 이용하여 악궁형태의 3차원 영상 또는 원하는 영역의 단면의 3차원영상 등으로 재구성할 수 있을 뿐만 아니라, 재구성된 3차원 영상을 이용하여 2차원 파노라마영상으로 재구성할 수도 있다.
상기 디스플레이장치(500)는 상기 영상처리장치(400)에서 재구성된 상기 이미지 레어어(120)의 2차원 파노라마영상 또는 3차원 영상을 사용자에게 보여준다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득방법을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득방법을 보여주는 다른 도면이다. 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 3차원 영상획득방법을 설명하기로 하며, 도 2의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도면들을 참조하면 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득방법은 먼저, 피사체 중의 관심영역(110)이 위치하는 이미지 레이어(120)에 X선을 조사하는 X선 광원(100)과 상기 이미지 레이어(120)를 투과한 X선을 수광하는 이미지 센서(200) 사이에 상기 피사체를 위치시킨다.(제1단계)
이어서, 상기 이미지 레이어(120)의 시점인 제1구간에 X선을 조사하여 상기 이미지 레이어(120)의 제1구간 영상을 획득하되, 상기 이미지 센서(200)의 수광면을 기준으로 한 가상회전축(130)이 상기 이미지 레이어(120)의 일 구간에 고정되도록 유지한채 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 회전축을 중심으로 일정각도로 회전시키면서 영상을 획득한다.(제2단계)
즉, 상기 구동 모듈(300)은 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 토모영상합성법(tomosynthesis)에 따라 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 회전축을 중심으로 회전시키면서 구동시킨다. 이때 회전되는 각도의 범위는 충분한 영상을 얻을 수 있는 범위내로 설정할 수 있으며, 당해 회전각도 범위내에서 촬영하는 회수를 늘리면 많은 영상을 얻을 수 있음은 당연하다.
계속하여, 상기 이미지 레이어(120)의 제2구간 촬영을 위해 상기 가상회전축(130)을 상기 이미지 레이어(120)를 따라 일정 간격만큼 이동시킨다.(제3단계) 즉, 본 발명은 상기 가상회전축(130)을 상기 이미지 레이어(120)를 따라 이동시켜 촬영하는 것을 특징으로 한다.
이어서, 제2단계와 제3단계의 동작을 연속적으로 반복 수행하여 상기 이미지 레이어(120)의 종점인 제n구간까지의 영상을 획득한다.(제4단계)
여기서, 상기 가상회전축(130)과 상기 이미지 센서(200)의 수광면 사이의 거리(R)는 일정하게 유지된다.
마지막으로, 획득한 상기 이미지 레이어(120)의 n구간까지의 영상들을 3차원 영상으로 재구성한다.(제5단계)
이때 상기 영상처리장치(400)는 제한된 역투사 방법(filtered back projection)을 이용하여 3차원 영상으로 재구성한다. 즉, 획득한 각각의 영상을 고정된 상기 가상회전축(130)을 중심으로 역투사하고 상기 가상회전축(130)과 상기 이미지 센서(200)와의 거리(R)에 따른 필터값을 계산하여 적용한다.
좀 더 상세히 설명하면, 각 구간별로 획득된 프레임 영상을 x선초점 위치까 지 조사 방향에 맞추어 3차원으로 채워나가고 모든 프렘임을 중첩으로 채워 나감으로써 영상을 재구성 한다.
단, 중첩되는 영상은 가상회전축과 센서의 위치 거리값에 따라 블러링(blurring)이 발생하며, 실제로 존재하지 않는 영상들이 아티팩트(artifact)로 나타나기 때문에, 그에 해당하는 블러링(blurring) 역필터를 계산하여 곱하여 줌으로써 영상의 블러링(blurring) 및 아티팩트(artifact)를 제거한다.
블러링(blurring) 역필터는 거리에 따라 영상의 밝기를 일정한 비율로 감소 시키는 값을 비율로써 나타냄으로 표현가능하며, 이때의 필터 값은 사용된 영상의 중첩에 따른 영상 값이 거리에 따라 서서히 강도가 감소하는 방향으로 형성시킨 값을 주파수영역으로 푸리에 변환 하여 구한 값을 영상과 곱한 후 다시 역 푸리에변환 하여 계산한다. 피사체의 종류 및 형태에 따라 barret, hamming, hanning 등의 추가 필터를 적용한다.
한편, 상기 영상처리장치(400)는 상기 이미지 레이어(120)의 모든 구간의 영상들을 획득한 후 원하는 영역의 영상을 선택하여 3차원 영상으로 재구성할 수 있다. 즉, 상기 영상처리장치(400)는 악궁형태의 3차원 영상 및 원하는 영역 단면의 3차원 영상으로 재구성할 수 있을 뿐만 아니라, 3차원 영상으로 재구성한 영상 중에서 악궁형태의 단면을 선택하여 2차원 파노라마영상으로 재구성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득장치 및 영상획득방법에 의하면, 파노라마촬영방법과 토모영상합성법(tomosynthesis)을 결합하여 이용함으로써 악궁형태의 2차원-3차원 영상 또는 원하는 영역의 3차원 영상을 획득할 수 있다. 또한, 라인센서나 소면적센서와 같은 파노라마센서를 이용하여 3차원영상을 획득할 수 있다.
이러한 본 발명과 같은 촬영방법을 Panoramic Tomosynthesis(PT)법이라 칭할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1실시예와 같이 악궁형태의 3차원 영상을 획득(제1단계 내지 제5단계)하기 위해서는 상기 X선 광원(100) 및 상기 이미지 센서(200)의 3축 이상의 구동을 필요로 한다. 따라서, 상기 구동 모듈(300)은 상기 X선 광원(100)과 상기 이미지 센서(200)를 구동시키는 데에 적어도 3개의 축 구동을 사용한다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상획득장치는 x선 광원(510), 이미지 센서(520), 회전암(530), 회전암지지부재(540), 제1부재(550), 기둥(560) 및 구동모듈(도시하지 않음)을 포함하여 이루어진다.
상기 3차원 영상획득 장치는 악궁형태의 3차원 영상을 획득하기 위해 3개의 회전축을 이용하여 상기 X선 광원(100) 및 상기 이미지 센서(200)를 구동시킨다.
상기 회전암(530)은 상기 X선 광원(510)과 상기 이미지 센서(520)를 서로 대향하여 구비하고 있으며, 상기 회전암지지부재(540)에 연결되어 있다. 상기 회전암지지부재(540)은 그 일단이 상기 회전암(530)에 연결되어 있고, 타단은 상기 제1부재(550)에 연결되어 있다. 그리고 상기 제1부재는 상기 기둥(560)에 연결되어 지지 되고 있다.
이때, 상기 회전암(530)은 상기 회전암지지부재(540)와 연결된 부분에서 제1회전축(a)을 중심으로 제1회전축 구동을 하고, 상기 회전암지지부재(540)는 상기 제1부재(550)와 연결된 부분에서 제2회전축(b)을 중심으로 제2회전축 구동을 하며, 상기 제1부재(550)는 상기 기둥(560)과 연결된 부분에서 제3회전축(c)을 중심으로 제3회전축 구동을 한다.
즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상획득장치의 구동모듈은 제1회전축 구동, 제2회전축 구동 및 제3회전축 구동을 이용함으로써, 상기 이미지 센서(520)의 수광면을 기준으로 한 가상회전축(도시하지 않음)이 이미지 레이어를 따라 이동하도록 상기 X선 광원(510)과 상기 이미지 센서(520)를 구동시킴과 함께, 토모영상합성법(tomosynthesis)에 의해 상기 이미지 센서(520)의 수광면을 기준으로 한 가상회전축이 이미지 레이어의 일 구간에 고정되도록 유지한채 상기 X선 광원(510)과 상기 이미지 센서(520)를 각 회전축을 중심으로 일정각도로 회전시키면서 영상을 획득할 수 있다. 이로써 악궁형태의 2차원-3차원 영상 또는 원하는 영역의 3차원 영상을 획득할 수 있다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득장치 및 방법과 동일하다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상획득장치는 x선 광 원(610), 이미지 센서(620), 회전암(630), 회전암지지부재(640) 및 구동모듈(도시하지 않음)을 포함하여 이루어진다.
상기 3차원 영상획득 장치의 구동모듈은 악궁형태의 3차원 영상을 획득하기 위해 3개의 축 즉, 제1회전축, x축 및 y축을 이용하여 상기 X선 광원(610) 및 상기 이미지 센서(620)를 구동시킨다.
상기 회전암(630)은 상기 X선 광원(610)과 상기 이미지 센서(620)를 서로 대향하여 구비하고 있으며, 상기 회전암지지부재(640)에 연결되어 있다.
이때, 상기 회전암(630)은 상기 회전암지지부재(640)와 연결된 부분에서 제1회전축(회전암연결수단: 145)을 중심으로 제1회전축 구동을 함과 함께, 상기 회전암지지부재(640) 내부에서 따라 x축 구동 및 y축 구동을 한다.
상세히 살펴보면, 상기 회전암지지부재(640) 내부는 상기 회전암(630)을 지지하면서도 X축구동, Y축구동 및 회전구동을 시킬 수 있도록 구비되어 있다.
먼저, Y축엘엠(LM:Linear Motion)가이드(141)가 좌우 양 측면에 Y축방향으로 각각 구비되어 있다. 상기 Y축엘엠가이드(141) 상에는 베이스(142)가 구비되어 있으며, 상기 베이스(142)는 상기 Y축엘엠가이드(141) 상에서 슬라이딩 동작을 하면서 Y축방향으로 이동한다.
상기 베이스(142)에는 상기 회전암(630)을 연결시키기 위한 구멍이 형성되어 있으며, Y축구동수단(143)과 X축엘엠가이드(146) 및 X축구동수단(147)이 구비되어 있다. 이때, 상기 Y축엘엠가이드(141)와 Y축구동수단(143) 및 상기 X축엘엠가이드(146)와 X축구동수단(147)은 각각 서로 같은 방향으로 일렬로 배치되어 있다.
상기 Y축구동수단(143)은 그 일부가 상기 베이스(142) 상에 걸쳐 구비되어 있으며, 상기 베이스(142)를 상기 Y축엘엠가이드(141) 상에서 Y축방향으로 구동시킨다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 상기 Y축구동수단(143)으로서 볼 스크류장치가 구비되어 있다. 따라서, 모터(149)의 힘에 의하여 상기 베이스(142)는 Y축방향으로 구동된다. 상기 Y축구동수단(143)으로는 볼 스크류장치 이외에도 다양한 기계장치를 사용할 수 있다.
상기 X축엘엠가이드(146)는 상기 베이스(142)의 상하 양 측면에 각각 구비되어 있으며, 상기 X축엘엠가이드(146) 중 어느 하나의 X축엘엠가이드(146) 상부에는 상기 X축구동수단(147)이 서로 같은 방향으로 일렬로 배치되어 있다.
상기 X축엘엠가이드(146)들 상에는 회전암연결수단(145)이 구비되어 슬라이드 동작을 하면서 X축으로 이동한다. 상기 회전암연결수단(145)의 일부는 상기 X축구동수단(147)에 연결되어 있어, 상기 X축구동수단(147)에 의해 상기 X축방향으로 구동된다. 이때, 상기 X축구동수단(147)으로서 볼 스크류장치가 구비되어 있다. 따라서, 모터(148)의 힘에 의하여 상기 회전암연결수단(145)은 X축방향으로 구동된다.
상기 회전암연결수단(145)은 상기 베이스(142)에 형성된 구멍을 통해 상기 회전암(630)을 연결하며, 상기 회전암(630)을 회전구동시키는 회전암구동수단(144)을 구비하고 있다.
상기한 구조를 통해 상기 회전암(630)은 제1회전축 구동, X축구동 및 Y축구동을 각각 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 제1회전구동과 X축구동, 제1회전구동과 Y 축구동, 및 제1회전구동과 X축구동과 Y축구동을 모두 동시에 수행할 수도 있다.
즉, 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상획득장치의 구동모듈은 제1회전축 구동, X축 구동 및 Y축 구동을 이용함으로써, 상기 이미지 센서(620)의 수광면을 기준으로 한 가상회전축(도시하지 않음)이 이미지 레이어를 따라 이동하도록 상기 X선 광원(610)과 상기 이미지 센서(620)를 구동시킴과 함께, 토모영상합성법(tomosynthesis)에 의해 상기 이미지 센서(620)의 수광면을 기준으로 한 가상회전축이 이미지 레이어의 일 구간에 고정되도록 유지한채 상기 X선 광원(610)과 상기 이미지 센서(620)를 각 회전축을 중심으로 일정각도로 회전시키면서 영상을 획득할 수 있다. 이로써 악궁형태의 2차원-3차원 영상 또는 원하는 영역의 3차원 영상을 획득할 수 있다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득장치 및 방법과 동일하다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원 영상획득장치는 x선 광원(710), 이미지 센서(720), 회전암(730), 회전암지지부재(740), 기둥(750) 및 구동모듈(도시하지 않음)을 포함하여 이루어진다.
상기 3차원 영상획득 장치의 구동모듈은 악궁형태의 3차원 영상을 획득하기 위해 3개의 축 즉, 제1회전축, y축 및 제2회전축을 이용하여 상기 X선 광원(710) 및 상기 이미지 센서(720)를 구동시킨다.
상기 회전암(730)은 상기 X선 광원(710)과 상기 이미지 센서(720)를 서로 대향하여 구비하고 있으며, 상기 회전암지지부재(740)에 연결되어 있다.
이때, 상기 회전암(730)은 상기 회전암지지부재(740)와 연결된 부분에서 제1회전축(회전암연결수단: 245)을 중심으로 제1회전축 구동을 함과 함께 상기 회전암지지부재(740) 내부를 따라 y축 구동을 하며, 상기 회전암지지부재(740)는 상기 기둥(750)과 연결된 부분에서 제2회전축(290)을 중심으로 제2회전축 구동을 한다.
상세히 살펴보면, 상기 회전암지지부재(740)의 내부는 상기 회전암(730)을 지지하면서도 Y축구동 및 제1회전축 구동을 시킬 수 있도록 구비되어 있다.
먼저, Y축엘엠가이드(241)가 좌우 양 측면에 Y축방향으로 각각 구비되어 있다. 상기 Y축엘엠가이드(241) 상에는 회전암연결수단(245)이 구비되어 있으며, 상기 회전암연결수단(245)은 상기 Y축엘엠가이드(241) 상에서 슬라이딩 동작을 하면서 Y축방향으로 이동한다.
상기 회전암연결수단(245)은 상기 회전암(730)을 제1회전축 구동시키는 회전암구동수단(244)을 구비하고 있다.
Y축구동수단(243)은 상기 Y축엘엠가이드(241)들과 같은 방향으로 일렬로 배치되어 있으며, 그 일부가 상기 회전암연결수단(245) 상에 걸쳐 구비되어 있다. 상기 Y축구동수단(243)은 상기 회전암연결수단(245)을 상기 Y축엘엠가이드(241) 상에서 Y축방향으로 구동시킨다. 이때, 상기 Y축구동수단(243)으로서 볼 스크류장치가 구비되어 있다.
상기한 구조를 통해 상기 회전암(730)은 Y축 구동, 제1회전축 구동 및 상기 회전암지지부재(740)의 제2회전축(290)을 중심으로 한 제2회전축 구동을 각각 수행할 수 있을 뿐만 아니라 모든 구동을 동시에 수행할 수도 있다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상획득장치 및 방법과 동일하다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 파노라마 영상획득장치를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 파노라마 영상획득장치는 x선 광원(810), 이미지 센서(820), 회전암(830) 및 센서장착부(840)를 포함하여 이루어진다.
상기 회전암(830)은 상기 x선 광원(810)과 상기 이미지 센서(820)를 서로 대향하여 구비하고 있으며, 회전축을 중심으로 회전되기 때문에 상기 x선 광원(810)과 상기 이미지 센서(820)를 피사체 주위의 일정한 궤적을 따라 움직이도록 한다.
특히, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 상기 파노라마 영상획득 장치는 상기 이미지 센서(820)를 탈부착하는 센서장착부(840)를 더 포함하고 있다. 이때 상기 이미지 센서(820)는 파노라마센서 또는 CT센서일 수 있다. 따라서 상기 파노라마 센서를 상기 센서장착부(840)에 장착하여 기준 이미지 레이어를 비롯한 다양한 이미지 레이어의 파노라마 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 파노라마센서를 제거하고 상기 CT센서를 상기 센서장착부(840)에 장착하여 기준 이미지 레이어를 비롯한 다양한 이미지 레이어의 파노라마 영상을 획득할 수도 있다. 이때 상기 CT센서는 능동영역의 일부 영역에서만 데이터가 검출 되도록 구동되고, 나머지 영역에서는 구동되지 않도록 조절된다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 파노라마 영상획득장치 및 방법과 동일하다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 파노라마 영상획득장치를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 파노라마 영상획득장치는 x선 광원(910), 이미지 센서(920), 회전암(930) 및 이격아암(940)를 포함하여 이루어진다.
상기 회전암(930)은 일단에 상기 이미지 센서(920)를 구비하고 있다.
상기 이격아암(940)은 타단에 상기 X선 광원(910)을 구비하고 있다. 이때, 상기 이격아암(940)은 영상획득조건에 따라 상기 X선 광원(910)과 상기 이미지 센서(920) 사이의 거리를 변화시킬 수 있도록 조절된다.
상기 이격아암(940)은 다양한 방법으로 상기 X선 광원(910)과 상기 이미지 센서(920) 사이의 거리를 조절할 수 있도록 상기 회전암(930)에 결합되어 있다. 예를 들면, 상기 이격아암(940)의 일단이 상기 회전암(930)의 내부로 슬라이드 이동되면서 삽입 또는 인출되도록 결합될 수 있다.
따라서 본 발명의 제6실시예에 따른 파노라마 영상획득장치는 영상획득조건에 따라 상기 이격아암(940)을 이용하여 상기 X선 광원(910)과 상기 이미지 센서(920) 사이의 거리를 조절함으로써 확대율을 조절하여 파노라마 영상을 획득할 수 있다.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 파노라마 영상획득장치 및 방법과 동일하다.
도 1은 종래의 파노라마 영상장치를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득방법을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 영상획득방법을 보여주는 다른 도면,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면,
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면,
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 3차원 영상획득장치를 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : X선 광원 200 : 이미지 센서
300 : 구동모듈 400 : 영상처리장치
110 : 관심영역 120 : 이미지 레이어
130 : 가상회전축

Claims (21)

  1. 피사체 중의 관심영역이 위치하는 이미지 레이어로 X선을 조사하는 X선 광원;
    상기 이미지 레이어를 통과한 X선들을 수광하여 상기 이미지 레이어의 영상을 획득하는 이미지 센서;
    상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 상기 피사체 주위의 일정한 궤적을 따라 움직이도록 구동시키는 구동 모듈; 및
    상기 이미지 센서에서 획득된 영상들을 입력받아 상기 이미지 레이어의 3차원 영상으로 재구성하는 영상처리장치;를 포함하며,
    상기 구동 모듈은 상기 이미지 센서의 수광면을 기준으로 한 가상회전축이 상기 이미지 레이어를 따라 이동하도록 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 구동시키는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 모듈은 상기 가상회전축이 상기 이미지 레이어의 일 구간에 고정되도록 유지한채 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 회전축을 중심으로 일정각도로 회전시키면서 촬영을 수행하도록 하고, 다음 촬영을 위해 상기 가상회전축이 상기 이미지 레이어를 따라 다음 구간으로 이동하도록 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 구동시키는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 X선 광원은 상기 X선들을 구간별로 조사하며, 상기 이미지 센서는 상기 X선 광원과 연동하여 상기 X선을 수광하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 가상회전축과 상기 이미지 센서의 수광면 사이의 거리(R)는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상처리장치는 제한된 역투사 방법(filtered back projection)을 이용하여 3차원 영상으로 재구성하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상처리장치는 상기 이미지 레이어의 모든 구간의 영상들을 획득한 후 원하는 영역의 영상을 선택하여 3차원 영상으로 재구성하거나 또는 재구성한 3차원 영상을 이용하여 2차원 파노라마영상으로 처리하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  7. 제 1 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 모듈은 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 구동시키는 데에 적어도 3개의 축 구동을 사용하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 3개의 축 구동은 제1회전축 구동, 제2회전축 구동 및 제3회전축 구동인 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 3차원 영상획득 장치는
    상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 서로 대향하여 구비하는 회전암;
    상기 회전암과 연결되는 회전암지지부재;
    상기 회전암지지부재과 연결되는 제1부재; 및
    상기 제1부재와 연결되는 기둥;을 더 포함하며,
    상기 회전암은 상기 회전암지지부재와 연결된 부분에서 제1회전축 구동을 하고, 상기 회전암지지부재는 상기 제1부재와 연결된 부분에서 제2회전축 구동을 하며, 상기 제1부재는 상기 기둥과 연결된 부분에서 제3회전축 구동을 하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 3개의 축 구동은 제1회전축 구동, x축 구동 및 y축 구동인 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 3차원 영상획득 장치는
    상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 서로 대향하여 구비하는 회전암; 및
    상기 회전암과 연결되는 회전암지지부재;를 더 포함하며,
    상기 회전암은 상기 회전암지지부재와 연결된 부분에서 제1회전축 구동을 함과 함께 상기 회전암지지부재 내부를 따라 x축 구동 및 y축 구동을 하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 3의 축 구동은 제1회전축 구동, y축 구동 및 제2회전축 구동인 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 3차원 영상획득 장치는
    상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 서로 대향하여 구비하는 회전암;
    상기 회전암과 연결되는 회전암지지부재; 및
    상기 회전암지지부재를 지지하는 기둥;을 더 포함하며,
    상기 회전암은 상기 회전암지지부재와 연결된 부분에서 제1회전축 구동을 함과 함께 상기 회전암지지부재 내부를 따라 y축 구동을 하며, 상기 회전암지지부재는 상기 기둥과 연결된 부분에서 제2회전축 구동을 하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 한 번의 X선 조사로 상기 피사체의 관심영역의 모든 영상을 획득하지 못하는 센서인 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파노라마 영상획득 장치는 상기 이미지 센서를 탈부착하는 센서장착부를 더 포함하며, 상기 이미지 센서는 파노라마센서 또는 CT센서인 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 파노라마 영상획득 장치는 상기 센서장착부에 상기 CT센서를 부착하여 파노라마 영상을 획득할 시, 상기 CT센서의 능동영역의 일부 영역에서만 데이터가 검출되도록 구동하고, 나머지 영역에서는 구동되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파노라마 영상획득 장치는
    일단에 상기 이미지 센서를 구비하는 회전암; 및
    타단에 상기 X선 광원이 구비되고, 영상획득조건에 따라 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서의 거리를 변화시키는 이격아암;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이격아암은 타단에 상기 X선 광원가 구비되고, 일단은 상기 회전암의 내부로 슬라이드 이동되면서 삽입 또는 인출되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 파노라마 영상획득 장치.
  19. 피사체 중의 관심영역이 위치하는 이미지 레이어에 X선을 조사하는 X선 광원과 상기 이미지 레이어를 투과한 X선을 수광하는 이미지 센서 사이에 상기 피사체를 위치시키는 제1단계;
    상기 이미지 레이어의 시점인 제1구간에 X선을 조사하여 상기 이미지 레이어의 제1구간 영상을 획득하되, 상기 이미지 센서의 수광면을 기준으로 한 가상회전축이 상기 이미지 레이어의 일 구간에 고정되도록 유지한채 상기 X선 광원과 상기 이미지 센서를 회전축을 중심으로 일정각도로 회전시키면서 영상을 획득하는 제2단계;
    상기 이미지 레이어의 제2구간 촬영을 위해 상기 가상회전축을 상기 이미지 레이어를 따라 일정 간격만큼 이동시키는 제3단계;
    상기 제2단계와 상기 제3단계의 동작을 연속적으로 반복 수행하여 상기 이미지 레이어의 종점인 제n구간까지의 영상을 획득하는 제4단계; 및
    획득한 상기 이미지 레이어의 n구간까지의 영상들을 3차원 영상으로 재구성하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제5단계는 제한된 역투사법(filtered back projection)을 이용하여 재구성하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제5단계는 상기 이미지 레이어의 모든 구간의 영상들을 획득한 후 관심영역 중 원하는 영역의 영상을 선택하여 3차원 영상으로 재구성하거나 또는 재구성한 3차원 영상을 이용하여 2차원 파노라마영상으로 처리으로 재구성하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상획득 방법.
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