KR20140032663A - 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실시간 투시영상(Real-time fluoroscopy) 촬영시 인체에 피폭되는 방사선량을 줄일 수 있는 투시영상장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 콜리메이터를 X선원과 투사체 사이에 두어 관심 외 영역에 조사되는 방사선량을 경감시키는 구조를 가지고, 콜리메이터가 관심 영역의 움직임을 서로 수직한 세 축(X, Y, Z)의 방향으로 자유로이 실시간으로 추적하여 따라 움직이도록 구성되며, 콜리메이터의 움직임에 의해 투시영상으로 얻어지는 이미지 내의 관심영역의 크기를 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치가 제공됨으로써, 투시영상 촬영시 인체에 피폭되는 방사선량을 줄일 수 있는 동시에, 피폭선량 감소에 따른 영상의 화질 저하를 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 실시간 투시영상(Real-time fluoroscopy) 촬영시 인체에 피폭되는 방사선량을 줄일 수 있는 투시영상장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 본 발명은 관심영역(region-of-interest, ROI) 필터를 장착함으로써, 관심 외의 영역에 가해지는 방사선을 필터링하여 선량을 감소시키는 동시에, 노이즈 저감 알고리즘을 사용하여 이미지를 보정할 수 있는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치에 관한 것이다.
일반적으로, 투시영상장치는, X선을 연속적으로 방사하여 인체를 투과시키고, 그 결과를 동영상처럼 모니터로 나타내어 관찰하는 방법이다.
종래의 투시영상은, 비교적 긴 시간 동안 연속적으로 촬영하는 특성상 CT, PET, SPECT와 같은 여타 의료 영상기술에 비하여 신체에 방사선량이 더 많이 가해지는 문제점이 있다.
또한, 신체에 가해지는 방사선량을 줄이기 위해 방사선원, 즉 엑스레이관 전압을 줄일 경우, 노이즈가 증가하여 이미지의 질이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래, 관심영역 필터를 사용하여, 관심영역에는 보통의 방사선을 조사하고, 관심 외 영역에는 콜리메이터에 의하여 필터링 된 방사선을 조사하여 상대적으로 낮은 질의 이미지를 얻는 기술이 제시된 바 있다.
즉, 상기한 바와 같은 종래기술의 투시영상장치에 대한 예로는, 예를 들면, S. Rudin and D. R. Bednarek, "Region of interest fluoroscopy", Medical Physics Vol. 24, 703-707 (1992) 및 에 제시된 바와 같은 투시영상장치가 있다.
또한, 상기한 바와 같은 종래기술의 투시영상장치에 대한 다른 예로서, 예를 들면, Ashish S. Panse, S. N. Swetadri Vasan, A. Jain, D. R. Bednarek, S. Rudin, "Dose reduction by moving a region of interest (ROI) beam attenuator to follow a moving object of interest", Proc. of SPIE Vol. 8313, 831355 (2012)에 제시된 바와 같은 투시영상장치가 있다.
그러나 이러한 종래의 방법은, 콜리메이터의 구조가 복잡하고, 가격이 비싸며, 관심영역과 관심 외 영역의 노이즈 레벨의 차이가 심하다는 문제점이 있는 것이었다.
더 상세하게는, 상기한 종래문헌에 개시된 바와 같은 기존의 관심영역 필터링 방식은, 관심영역 콜리메이터가 고정되어 있거나, 또는, 제한된 방향으로만 움직일 수 있기 때문에 관심영역의 크기를 조절할 수 없다.
또한, 상기한 바와 같은 기존의 투시영상장치는, 관심영역과 관심 외 영역의 노이즈 레벨의 차이를 보정하기 위한 보정 알고리즘을 포함하지 않으므로 전체적인 영상의 품질이 양호하지 못하였던 문제도 있었다.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여는, 투시영상을 얻기 위해 방사선 촬영을 행할 때 신체에 가해지는 불필요한 방사선량을 최소화 하는 동시에, 고른 품질의 이미지를 얻을 수 있는 새로운 투시영상장치를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 관심영역 필터를 장착함으로써, 투시영상을 촬영할 때 신체에 가해지는 불필요한 방사선량을 최소화하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치를 제공하고자 하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 관심영역 필터를 장착하여 투시영상을 촬영할 때 신체에 가해지는 불필요한 방사선량을 최소화하는 동시에, 그러한 감소된 방사선량으로도 고른 품질의 이미지를 얻을 수 있는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치에 있어서, X선을 방출하는 X선원; 상기 X선원에서 방출된 X선이 관심영역과 관심 외 영역으로 각각 나누어져 투과되도록 필터링하는 콜리메이터; 및 상기 콜리메이터에 의해 필터링된 X선을 검출하여 영상정보를 얻기 위한 검출기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치가 제공된다.
여기서, 상기 콜리메이터는, 사각형의 금속판에 구멍이 뚫려있는 형태로 형성되는 특징으로 한다.
또한, 상기 콜리메이터는, 상기 구멍을 통과하는 X선은 필터링 되지 않고 투사체중 관심영역을 투과하며, 상기 구멍이 형성되지 않은 금속판을 통과하는 X선은 관심 외 영역을 투과하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 콜리메이터는, 가돌리늄 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기한 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치는, 상기 콜리메이터가 상기 X선원과 상기 검출기의 중심을 잇는 선의 축을 포함하여 서로 수직을 이루는 세 축(X축, Y축, Z축)의 방향으로 움직일 수 있도록 설치되는 구동수단을 더 포함하며, 상기 구동수단에 의해, 촬영시 상기 관심영역의 위치가 변하여도 상기 콜리메이터가 추적하여 따라갈 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치는, 상기 구동수단에 의해, 상기 콜리메이터가 상기 X선원과 상기 디텍터의 중심을 잇는 축을 따라 이동하면서 상기 관심영역의 크기를 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치.
아울러, 상기한 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치는, 상기 검출기를 통해 얻어진 이미지에서 노이즈가 큰 영역을 노이즈가 적은 영역에 맞추도록 노이즈를 저감하는 처리를 수행하는 처리부를 더 포함하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
여가서, 상기 처리부는, 중간값 필터링(median filtering), 바이래터럴 필터링(bilateral filtering) 및 페널라이즈 가중 최소자승법(penalized-weighted least square method) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 노이즈를 저감하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 관심영역 필터를 장착함으로써 투시영상 촬영시에 신체에 가해지는 불필요한 방사선량을 최소화하는 동시에, 그러한 감소된 방사선량으로도 고른 품질의 이미지를 얻을 수 있는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치가 제공된다.
더 상세하게는, 본 발명에 따르면, 이미지상에 발생하는 노이즈를 감소시키기 위하여, 동적 필터, 즉, 콜리메이터를 사용하여 관심 외 영역의 방사선을 감량시킨 후, 노이즈 저감 알고리즘을 사용하여 필터링된 관심 외 영역의 이미지 노이즈를 필터링 되지 않은 관심영역과 비슷한 수준으로 낮춤으로써, 신체에 방사선량이 많이 가해지고, 관심영역과 관심 외 영역의 노이즈 레벨의 차이가 심한 문제가 있었던 종래의 투시영상장치들의 문제를 해결할 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 관심 외 영역에 불필요하게 주어지는 과도한 방사선량을 축소시킬 수 있으므로 방사선 피폭으로 인한 부작용이 발생할 가능성을 감소할 수 있으며, 아울러, 필터링으로 인해 발생하는 노이즈를 필터링이 되지 않은 영역의 노이즈와 비슷한 수준으로 감소시켜 자연스러운 이미지 영상을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 관심영역 콜리메이터가 복수의 방향으로 자유로이 움직일 수 있도록 구성되어, 관심영역의 크기와 위치 등을 조절할 수 있으므로 관심영역 콜리메이터의 자유도면에서 기존의 투시영상장치들과 차별화될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 관심영역의 크기 조절이 가능한 데 더하여, 관심영역 밖의 영상을 보정하여 관심영역 안팎의 노이즈 차이를 줄이고, 영상 품질을 개선할 수 있으며, 더욱이, 관심영역과 관심 외 영역을 필터를 이용하여 구분함으로써, 필요시 사용자가 관심영역에 주의를 집중할 수 있도록 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치에서 콜리메이터의 위치와 영상의 크기의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치에서 콜리메이터의 위치와 영상의 크기의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 콜리메이터를 X선원과 투사체 사이에 두어 관심 외 영역에 조사되는 방사선량을 경감시키고, 또한, 콜리메이터가 관심 영역의 움직임을 서로 수직한 세 축(X, Y, Z)의 방향으로 자유로이 실시간으로 추적하여 따라 움직이도록 구성되어, 콜리메이터의 움직임에 의해 투시영상으로 얻어지는 이미지 내의 관심영역의 크기를 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 관심영역의 크기 조절이 가능한 데 더하여, 후술하는 바와 같이, 이미지 내에서 서로 다른 정도의 노이즈를 가지는 부분이 나누어질 경우 노이즈 정도가 작은 방향으로 이미지를 보정하는 알고리즘을 이용하여 관심영역 밖의 영상을 보정함으로써 관심영역 안팎의 노이즈 차이를 줄이고, 영상 품질을 개선할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치에 관한 것이다.
따라서 본 발명에 따르면, 투시영상 촬영시 인체에 피폭되는 방사선량을 줄일 수 있는 동시에, 피폭선량 감소에 따른 영상의 화질 저하를 최소화할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치(10)는, 크게 나누어, X선을 방출하는 X선원(11)과, X선원(11)에서 방출된 X선을 관심영역과 비관심영역으로 필터링하는 콜리메이터(12) 및 콜리메이터(12)에 의해 필터링된 X선을 검출하여 영상정보를 얻기 위한 검출기(13)를 포함하여 구성된다.
더 상세하게는, 도 1에 있어서, X선원(11)은 투시영상을 얻기 위해 필요한 방사선을 X선의 형태로 방출시키기 위한 것이며, 여기서, X선원(11)을 통하여 방출되는 X선의 세기와 빈도는 필요에 따라 조절할 수 있도록 구성된다.
또한, 콜리메이터(12)는, 예를 들면, 가돌리늄 금속으로 만들어지며, 여기서, 콜리메이터의 소재로 가돌리늄이 사용되는 이유는, X선이 물체를 투과하면 에너지 스펙트럼의 형태가 변하는 빔 하드닝(beam hardening) 현상이 발생하는데, 가돌리늄은 여타 재질에 비해 이러한 현상을 적게 일으키는 것으로 알려져 있기 때문이다.
따라서 본 실시예에서는, 콜리메이터(12)를 투과하는 영역과 투과하지 않는 영역의 X선의 특성을 비슷하게 유지하기 위하여 가돌리늄을 콜리메이터의 소재로 선택하였으나, 본 발명은 이러한 가돌리늄으로만 한정되는 것은 아니다.
아울러, 콜리메이터(12)의 형태는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 사각형의 금속판에 사용자가 원하는 모양과 크기의 구멍이 뚫려있는 형태이다.
여기서, 구멍을 통과한 X선은 필터링 되지 않고 투사체(14)중 사용자가 주의를 기울이는 관심영역(15)을 투과하며, 금속판을 통과하는 X선은 관심 외 영역(16)을 투과한다.
또한, 콜리메이터(12)는, 도시되지는 않았으나, X선원(11)과 검출기(13)의 중심을 잇는 선의 축을 포함하여 서로 수직을 이루는 세 축(예를 들면, X축, Y축, Z축)의 방향으로 자유롭게 움직일 수 있도록 하는 구동수단에 의해 움직일 수 있도록 설치될 수 있다.
따라서 이러한 구동수단에 의해, 영상 촬영시 호흡 등의 움직임으로 인해 관심영역(15)의 위치가 변하는 것을 콜리메이터(12)가 추적하여 따라갈 수 있다.
더 상세하게는, 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치(10)에서 콜리메이터(12)의 위치와 영상의 크기의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 콜리메이터(12)가 X선원(11)과 디텍터(13)의 중심을 잇는 축을 따라 이동하면서 관심영역(15)의 크기를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 검출기(13)는, X선을 검출하여 영상정보를 얻기 위한 것으로, 더 상세하게는, 금속판을 투과한 X선은 투과하지 않은 X선에 비해 세기가 약해지며, 노이즈가 증가하게 된다.
따라서 본 실시예에서는, 보다 자연스러운 이미지를 얻기 위하여, 검출기(13)를 통해 얻어진 이미지에 노이즈가 큰 영역을 노이즈가 적은 영역과 비슷한 수준으로 낮추는 알고리즘을 적용한다.
여기서, 이러한 노이즈를 저감하는 처리는, 예를 들면, 도시하지는 않았으나, 외부의 또는 내장된, 별도의 처리부를 통하여 수행될 수 있다.
또한, 이러한 처리부에서 노이즈를 효과적으로 저감시키기 위해 수행되는 알고리즘으로는, 예를 들면, 중간값 필터링(median filtering), 바이래터럴(bilateral filtering), 페널라이즈 가중 최소자승법(penalized-weighted least square method) 등을 이용할 수 있다.
이 중, 중간값 필터링(median filtering)과 바이래터럴 필터링(bilateral filtering)은 노이즈를 줄이고자 하는 픽셀의 주변 픽셀값들을 참조하여 이들과 비슷한 수준으로 픽셀 값을 바꾸는 방법으로, 특히, 바이래터럴 필터링(bilateral filtering)은, 이미지상의 물체의 경계면을 뭉개지 않고 유지시키면서 노이즈를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 페널라이즈 가중 최소자승법(penalized-weighted least square method)은, 앞의 두 방법과 달리, 이미지 픽셀의 공간적 주변값뿐만 아니라 시간적 주변값까지 참조하여 알고리즘을 여러 번 반복 적용함으로써, 이미지의 노이즈를 크게 개선시킬 수 있다는 장점이 있다.
그러나 상기한 페널라이즈 가중 최소자승법(penalized-weighted least square method)은, 알고리즘의 반복 시행으로 인해 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
따라서 상기한 바와 같은 점들을 감안하여, 하드웨어 조건 등의 필요에 따라 노이즈 감소를 위한 최적의 알고리즘을 선택하여 적용할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치를 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 투시영상 촬영시 인체에 피폭되는 방사선량을 줄일 수 있는 동시에, 피폭선량 감소에 따른 영상의 화질 저하를 최소화할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 하여, 이미지상에 발생하는 노이즈를 감소시키기 위한 동적 필터, 즉, 콜리메이터를 사용하여 관심 외 영역의 방사선을 감량시킨 후, 노이즈 저감 알고리즘을 사용하여 필터링된 관심 외 영역의 이미지 노이즈를 필터링 되지 않은 관심영역과 비슷한 수준으로 낮춤으로써, 신체에 방사선량이 많이 가해지고, 관심영역과 관심 외 영역의 노이즈 레벨의 차이가 심한 문제가 있었던 종래의 투시영상장치들의 문제를 해결할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 하여 관심영역 필터를 장착하여 투시영상 촬영시에 신체에 가해지는 불필요한 방사선량을 최소화함으로써, 관심 외 영역에 불필요하게 주어지는 과도한 방사선량을 축소시켜 방사선 피폭으로 인한 부작용이 발생할 가능성을 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 필터링으로 인해 발생하는 노이즈를 필터링이 되지 않은 영역의 노이즈와 비슷한 수준으로 감소시켜 자연스러운 이미지 영상을 얻을 수 있으므로, 감소된 방사선량으로도 고른 품질의 이미지를 얻을 수 있는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 관심영역 콜리메이터가 복수의 방향으로 자유로이 움직일 수 있어 관심영역의 크기와 위치 등을 조절할 수 있으므로, 기존의 투시영상장치들에 비하여 관심영역 콜리메이터의 자유도가 대폭 증가될 수 있는데 더하여, 관심영역 밖의 영상을 보정하여 관심영역 안팎의 노이즈 차이를 줄이고 영상 품질을 개선할 수 있으며, 관심영역과 관심 외 영역을 필터를 이용하여 구분함으로써 필요시 사용자가 관심영역에 주의를 집중할 수 있도록 할 수 있는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치를 제공할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 투시영상장치 11. X선원
12. 콜리메이터 13. 검출기
14. 투사체 15. 관심영역
16. 관심 외 영역
12. 콜리메이터 13. 검출기
14. 투사체 15. 관심영역
16. 관심 외 영역
Claims (8)
- 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치에 있어서,
X선을 방출하는 X선원;
상기 X선원에서 방출된 X선이 관심영역과 관심 외 영역으로 각각 나누어져 투과되도록 필터링하는 콜리메이터; 및
상기 콜리메이터에 의해 필터링된 X선을 검출하여 영상정보를 얻기 위한 검출기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 콜리메이터는, 사각형의 금속판에 구멍이 뚫려있는 형태로 형성되는 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 콜리메이터는,
상기 구멍을 통과하는 X선은 필터링 되지 않고 투사체중 관심영역을 투과하며,
상기 구멍이 형성되지 않은 금속판을 통과하는 X선은 관심 외 영역을 투과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치.
- 제 3항에 있어서,
상기 콜리메이터는, 가돌리늄 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 콜리메이터가 상기 X선원과 상기 검출기의 중심을 잇는 선의 축을 포함하여 서로 수직을 이루는 세 축(X축, Y축, Z축)의 방향으로 움직일 수 있도록 설치되는 구동수단을 더 포함하며,
상기 구동수단에 의해, 촬영시 상기 관심영역의 위치가 변하여도 상기 콜리메이터가 추적하여 따라갈 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치.
- 제 5항에 있어서,
상기 구동수단에 의해, 상기 콜리메이터가 상기 X선원과 상기 디텍터의 중심을 잇는 축을 따라 이동하면서 상기 관심영역의 크기를 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 검출기를 통해 얻어진 이미지에서 노이즈가 큰 영역을 노이즈가 적은 영역에 맞추도록 노이즈를 저감하는 처리를 수행하는 처리부를 더 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치.
- 제 7항에 있어서,
상기 처리부는, 중간값 필터링(median filtering), 바이래터럴 필터링(bilateral filtering) 및 페널라이즈 가중 최소자승법(penalized-weighted least square method) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 노이즈를 저감하도록 구성된 것을 특징으로 하는 관심영역 필터를 장착한 투시영상장치.
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