KR20140057131A - 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법은 대상체의 구성 물질을 분리하고 이들을 각각 다른 컬러에 맵핑시켜 조직 간 구분력이 향상된 하나의 영상을 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 복수의 에너지 대역에 대응되는 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부; 및 상기 엑스선 데이터로부터 상기 대상체를 구성하는 복수의 물질이 분리된 복수의 물질 영상 및 밝기 정보를 획득하고, 상기 복수의 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑하고 합성하여 상기 복수의 물질을 모두 포함하는 하나의 영상을 생성하고, 상기 하나의 영상에 상기 밝기 정보를 적용하는 제어부를 포함한다.

Description

엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법{X-RAY IMAGE APPARATUS AND X-RAY IMAGE FORMING METHOD}
본 발명은 대상체에 다중 에너지 대역의 엑스선을 투과시켜 엑스선 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법에 관한 것이다.
엑스선 영상 장치는 대상체에 엑스선을 조사하고 대상체를 투과한 엑스선을 분석하여 대상체의 내부구조를 파악할 수 있도록 하는 장치이다. 대상체를 구성하는 물질의 특성에 따라 엑스선의 투과성이 다르므로, 대상체를 투과한 엑스선의 세기를 검출하여 대상체의 내부구조를 영상화할 수 있다.
기존에는 주로 단일에너지의 엑스선을 조사하여 엑스선 영상을 획득하였으나, 이 경우 석회화 결절과 비석회화 결절의 구분이나 미세한 조직이 겹쳐있는 부분과 결절의 구분이 어려웠다.
따라서, 최근에는 서로 다른 에너지 대역에 대응되는 복수의 엑스선 영상으로부터 대상체 내부의 구성 물질을 분리하는 방법이 개발되어 이에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법은 대상체의 구성 물질을 분리하고 이들을 각각 다른 컬러에 맵핑시켜 조직 간 구분력이 향상된 하나의 영상을 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 복수의 에너지 대역에 대응되는 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부; 및 상기 엑스선 데이터로부터 상기 대상체를 구성하는 복수의 물질이 분리된 복수의 물질 영상 및 밝기 정보를 획득하고, 상기 복수의 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑하고 합성하여 상기 복수의 물질을 모두 포함하는 하나의 영상을 생성하고, 상기 하나의 영상에 상기 밝기 정보를 적용하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 복수의 물질이 갖는 엑스선 감쇠 특성 차이를 이용하여 상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상으로부터 상기 복수의 물질 영상을 분리하는 영상 분리부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 분리된 복수의 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑하는 컬러 맵핑부를 더 포함할 수 있다.
상기 엑스선 영상 장치는, 상기 제어부에서 생성한 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 컬러 맵핑부에서 맵핑한 컬러 채널과 상기 디스플레이부에서 사용하는 컬러 채널이 서로 다를 경우 상기 생성된 영상의 컬러 채널을 상기 디스플레이부에서 사용하는 컬러 채널로 변환하는 채널 변환부를 더 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 생성 방법은, 대상체에 엑스선을 조사하고 검출하는 단계; 상기 검출된 엑스선으로부터 상기 대상체를 구성하는 복수의 물질이 분리된 복수의 물질 영상 및 밝기 정보를 획득하는 단계; 상기 복수의 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑하는 단계; 및 상기 컬러 채널이 맵핑된 복수의 물질 영상을 합성하고, 상기 획득된 밝기 정보를 적용하여 상기 복수의 물질을 모두 포함하는 하나의 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 물질을 모두 포함하는 하나의 영상을 생성하는 단계는, 상기 획득된 밝기 정보를 밝기 채널에 맵핑하고, 상기 복수의 물질 영상이 맵핑된 컬러 채널과 상기 밝기 정보가 맵핑된 밝기 채널을 합성하는 단계를 포함할 수 있다.
또는, 상기 복수의 물질을 모두 포함하는 하나의 영상을 생성하는 단계는, 상기 획득된 밝기 정보를 포함하는 밝기 영상과 상기 서로 다른 컬러 채널에 맵핑된 복수의 물질 영상을 합성하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 발명의 다른 측면에 따른 엑스선 영상 장치는 엑스선을 대상체에 조사하는 엑스선 발생부; 상기 대상체를 투과한 엑스선으로부터 복수의 에너지 대역에 대응되는 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부; 및 상기 엑스선 데이터를 이용하여 상기 대상체에 포함되는 물질 별로 서로 다른 컬러가 맵핑된 엑스선 영상을 생성하는 제어부를 포함한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법에 의하면, 대상체의 구성 물질이 서로 다른 컬러에 맵핑된 하나의 영상을 제공함으로써 사용자가 하나의 영상 내에서 정상 조직과 병변을 용이하게 파악할 수 있도록 한다.
도 1a에는 흉부를 촬영하는 엑스선 영상 장치의 전체 외관도가 도시되어 있다.
도 1b에는 유방을 촬영하는 엑스선 영상 장치의 전체 외관도가 도시되어 있다.
도 2에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 3에는 대상체의 구성 물질 별 엑스선 감쇠 계수를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 4a에는 에너지 대역 별로 분리된 엑스선 스펙트럼을 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 4b에는 엑스선 발생부에서 조사되는 엑스선 스펙트럼의 예시를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 5에는 광자 계수 방식의 엑스선 검출부)의 단일 픽셀 구조를 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 6a에는 저에너지 대역의 엑스선에 대응되는 흉부 영상이 도시되어 있다.
도 6b에는 고에너지 대역의 엑스선에 대응되는 흉부 영상이 도시되어 있다.
도 7a에는 흉부 영상에서 분리된 연조직 영상이 도시되어 있다.
도 7b에는 흉부 영상에서 분리된 뼈 영상이 도시되어 있다.
도 8에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에서 채널 변환부를 더 포함하는 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 9에는 엑스선 영상 생성 방법의 일 실시예에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 10에는 엑스선 영상 생성 방법의 실시예 중 뼈와 연조직을 분리하는 실시예에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 11에는 엑스선 영상 생성 방법의 실시예 중 유방의 실질조직과 연조직을 분리하는 실시예에 관한 순서도가 도시되어 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
엑스선 영상 장치는 다양한 대상을 촬영할 수 있고, 촬영 대상에 따라 구조가 조금씩 달라질 수 있다. 개시된 발명에 따른 엑스선 영상 장치는 그 촬영 대상에 제한을 두지 않으나, 실시예를 명확하게 뒷받침 하기 위하여 도 1a 및 도 1b를 참조하여 흉부를 촬영하는 엑스선 영상 장치 및 유방을 촬영하는 엑스선 영상 장치의 전체 구성을 설명하도록 한다.
도 1a에는 흉부를 촬영하는 엑스선 영상 장치의 전체 외관도가 도시되어 있고, 도 1b에는 유방을 촬영하는 엑스선 영상 장치의 전체 외관도가 도시되어 있다.
도 1a에는 엑스선 영상 장치가 흉부를 촬영하는 것으로 도시되어 있으나, 도 1a에 도시된 엑스선 영상 장치는 흉부 이외에 팔이나 다리 등 다른 대상체도 촬영할 수 있다.
다만, 연조직 만으로 이루어져 있는 유방의 경우에는, 더 선명하고 정확한 영상을 얻기 위해 수직 방향으로의 압착이 요구되는바, 도 1a의 엑스선 영상 장치와는 다소 다른 구조를 갖는다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 엑스선 영상 장치(100)는 기본적으로 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부(110), 대상체를 투과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출부(120) 및 검출된 엑스선을 이용하여 대상체에 관한 엑스선 영상을 생성하고 표시하는 호스트 장치(또는 워크스테이션이라고도 함)(140)를 포함한다.
엑스선 발생부(110)에서 조사된 엑스선은 대상체를 투과하여 엑스선 검출부(120)에서 검출되므로, 엑스선 촬영 시 대상체는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 엑스선 발생부(110)와 엑스선 검출부(120) 사이에 위치하게 된다.
그리고, 유방의 경우는 앞서 설명한 바와 같이 수직 방향으로 압착이 필요하므로 도 1b에 도시된 바와 같이 엑스선 발생부(110)와 엑스선 검출부(120) 사이에 압착 패들(107)이 더 구비되고, 엑스선 발생부(110), 엑스선 검출부(120) 및 압착 패들(107)은 하우징(101)에 의해 지지된다.
호스트 장치(140)는 생성된 엑스선 영상을 표시하는 디스플레이부(141)와 사용자로부터 엑스선 영상 장치(100)의 동작에 관한 각종 명령을 입력받는 입력부(142)를 포함한다. 아울러, 엑스선 검출부(120)로부터 전달된 엑스선 데이터를 이용하여 엑스선 영상을 생성하는 프로세스를 수행할 수 있는바, 이는 이하 상술할 제어부가 호스트 장치에 구비된 경우에 가능한 것이다.
이하, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치의 구체적인 구성 및 동작을 설명하도록 한다.
도 2에는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치(100)는 앞서 언급한 엑스선 발생부(110), 엑스선 검출부(120)에 더하여 엑스선 검출부(120)에서 전달된 엑스선 데이터를 이용하여 대상체에 포함되는 물질 별로 서로 다른 컬러가 맵핑된 엑스선 영상을 생성하는 제어부(130) 및 생성된 엑스선 영상을 표시하는 디스플레이부(141)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 제어부(130)는 엑스선 영상 장치(100)의 호스트 장치(140)에 구비될 수 있으나, 개시된 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 후술하는 기능을 수행할 수만 있으면 제어부(130)가 구비되는 위치에는 제한이 없다.
전술한 바와 같이, 엑스선 발생부(110)는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사한다. 엑스선 발생부(110)는 전원 공급부(미도시)로부터 전원을 공급받아 엑스선을 발생시키며, 관전압에 의해 엑스선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 엑스선의 세기 또는 선량이 제어될 수 있다.
엑스선 발생부(110)는 단색광(monochromatic) 엑스선 또는 다색광(polychromatic) 엑스선을 조사할 수 있으나, 당해 실시예에서는, 엑스선 발생부(110)가 일정 에너지 대역을 갖는 다색광 엑스선을 조사하는 것으로 하고, 조사되는 엑스선의 에너지 대역은 상한과 하한에 의해 정의되는 것으로 한다.
에너지 대역의 상한, 즉 조사되는 엑스선의 최대 에너지는 관전압의 크기에 의해 조절되고, 에너지 대역의 하한, 즉 조사되는 엑스선의 최소 에너지는 엑스선 발생부(110)의 내부 또는 외부에 구비된 필터에 의해 조절될 수 있다. 필터를 이용하여 저에너지 대역의 엑스선을 여과시키면, 조사되는 엑스선의 평균 에너지를 높일 수 있다.
한편, 엑스선 영상 장치(100)는 AEC(Auto Exposure Controller)를 구비하여 엑스선 조사를 위한 파라미터, 예를 들어, 관전압, 관전류, 양극의 타겟 물질, 노출시간 및 필터 종류 중 적어도 하나에 관한 파라미터를 조절할 수 있다. 이는 엑스선의 조사 조건을 실제 촬영되는 대상체에 최적화 시키기 위한 것으로서, AEC는 대상체의 프리샷(pre-shot) 영상을 분석하여 대상체의 특성에 최적화된 파라미터를 설정할 수 있다.
엑스선 검출부(120)는 대상체를 투과한 엑스선을 검출하고, 검출된 엑스선을 전기적인 신호로 변환하여 엑스선 데이터를 획득한다. 엑스선 검출부(120)의 일 실시예로서, 엑스선 검출부(120)는 엑스선의 광자가 도달하면 전하가 발생되는 수광소자와 발생된 전하로부터 전기적인 신호를 읽고 처리하는 독출회로를 포함할 수 있다. 수광소자로 사용되는 물질로는 a-Si, a-Se, CdZnTe, HgI2, PbI2 등이 있다.
엑스선 검출부(120)는 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라, 전하를 일정시간 동안 저장한 후에 그로부터 신호를 획득하는 전하누적방식(Charge Integration Mode)과 단일 엑스선 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 계수하는 광자 계수 방식(Photon Counting Mode)으로 구분할 수 있다. 개시된 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출부(120)는 상기 두 방식 중 어느 방식이 적용되어도 무방하다.
앞서 제어부(130)가 대상체를 구성하는 물질이 분리된 물질 영상을 획득할 수 있다고 하였는바, 이를 위해 제어부(130)는 엑스선 검출부(120)로부터 복수의 에너지 대역 별 엑스선 영상을 획득해야 한다. 이하, 엑스선 영상 장치(100)에서 복수의 에너지 대역 별 엑스선 영상을 획득하는 동작을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3에는 대상체의 구성 물질 별 엑스선 감쇠 계수를 나타낸 그래프가 도시되어 있고, 도 4a에는 에너지 대역 별로 분리된 엑스선 스펙트럼을 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 도 4b에는 엑스선 발생부에서 조사되는 엑스선 스펙트럼의 예시를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 편의상 도 4a 및 도 4b의 그래프의 세로축이 광자 수로 표시되었으나, 이는 엑스선의 강도(intensity)로 대체 가능하다.
엑스선은 투과되는 물질에 따라 그 투과율 또는 감쇠율이 다르게 나타나고, 엑스선 영상은 이를 이용하여 대상체의 내부를 영상화한 것이다. 엑스선의 감쇠율을 수치적으로 나타낸 것이 감쇠계수(attenuation coefficient)이고, 아래 [수학식 1]로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
I = I0 * exp(-μt)
여기서, I는 대상체를 투과한 엑스선의 강도를 나타내고, I0는 대상체에 입사된 엑스선의 강도를 나타내며, μ는 감쇠계수이고 t는 대상체의 두께이다.
도 3을 참조하면, 엑스선의 에너지가 클수록 구성 물질의 감쇠계수가 작아지는데 이는 엑스선의 에너지가 커지면 엑스선이 대상체를 잘 투과한다는 것을 의미한다. 또한, 뼈의 감쇠 곡선이 근육과 지방의 감쇠 곡선보다 위에 위치하는바, 이는 뼈에 대한 엑스선의 투과율보다 근육과 지방과 같은 연조직에 대한 엑스선의 투과율이 더 크다는 것을 의미한다.
한편, 도 3의 그래프를 통해 에너지의 세기에 따라 물질 간 감쇠계수의 차이가 달라짐을 알 수 있다. 구체적으로, 엑스선의 에너지가 커질수록 물질 간의 감쇠계수 차이가 작아진다. 따라서, 서로 다른 에너지 대역의 엑스선 영상을 획득하고, 각 에너지 대역에서의 물질 별 감쇠 특성을 이용하면 서로 다른 에너지 대역의 엑스선 영상으로부터 각 물질이 분리된 영상을 얻을 수 있다.
예를 들어, 3가지 물질에 대한 영상을 얻고자 하는 경우 도 4a에 도시된 바와 같이 서로 다른 에너지 대역(Eband1, Eband2, Eband3)에 대응되는 엑스선 영상을 획득한다.
서로 다른 에너지 대역 별 엑스선 영상을 획득하는 방법으로는, 엑스선 발생부(110)에서 에너지 대역을 달리 하여 엑스선을 복수 회 조사하는 방법과 엑스선 발생부(110)에서는 복수의 에너지 대역을 포함하는 광대역 엑스선을 한 번 조사하고 엑스선 검출부(120)에서 이를 검출하여 에너지 대역 별로 분리하는 방법이 있다.
엑스선 영상 장치(100)에서 전자의 방법을 적용하는 경우에는, 엑스선 발생부(110)에서 Eband1의 엑스선을 조사하고 엑스선 검출부(120)에서 이를 검출하여 Eband1에 대응되는 엑스선 영상을 획득한다. Eband2, Eband3에 대해서도 각각 같은 방식으로 엑스선 영상을 획득한다.
엑스선 영상 장치(100)에서 후자의 방법을 적용하는 경우에는, 엑스선 발생부(110)에서는 도 4b에 도시된 바와 같이 3개의 에너지 대역을 포함하는 광대역 엑스선을 한 번 조사하고, 엑스선 검출부(120)에서 이를 검출하여 각 에너지 대역 별로 분리한다.
엑스선 발생부(110)에서 조사되는 엑스선의 에너지는 대상체에 따라 달라지는바, 일 예로 대상체를 유방으로 하는 경우에는 도 4b에 도시된 바와 같이 에너지의 하한을 10keV로 하고 에너지의 상한을 50keV로 하는 엑스선을 발생시켜 조사할 수 있다. 이를 위해 관전압을 50kvp로 하여 엑스선을 발생시키고, 저에너지 대역(약 0-10kev)을 필터링하여 엑스선을 조사할 수 있다. 이 때, y축으로 표현되는 엑스선의 선량(광자의 수)은 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 제어될 수 있다.
검출된 엑스선을 에너지 대역 별로 분리하기 위해서는 엑스선 검출부(120)가 광자 계수 방식으로 구현되어야 하는바, 도 5에는 광자 계수 방식의 엑스선 검출부(120)의 단일 픽셀 구조를 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 엑스선의 광자(photon)가 수광 소자(121)에 입사하게 되면 가전도대에 있던 전자들이 광자의 에너지를 전달 받아 밴드 갭 에너지 차이를 넘어 전도대로 여기 된다. 이로써 공핍 영역에서 전자-정공 쌍이 발생된다.
수광 소자(121)에 메탈 전극을 형성하고 역방향 바이어스를 걸어주면 공핍 영역에서 발생된 전자-정공 쌍 중 전자는 n형 영역으로, 정공은 p형 영역으로 끌려간다. 그리고, p형 영역으로 끌려간 정공이 범프 본딩(123)을 통해 독출 회로(122)로 입력되어 광자에 의해 발생된 전기 신호를 읽을 수 있도록 한다. 그러나, 수광 소자(121)의 구조와 걸어주는 전압 등에 따라 독출 회로(122)에 전자가 입력되어 전기 신호를 생성하는 것도 가능하다.
독출 회로(122)는 2차원 픽셀 어레이 구조로 형성될 수 있으며, 각 픽셀 별로 전기 신호를 읽어 낸다. 범프 본딩(123)을 통해 수광 소자(121)에서 독출 회로(122)로 전하가 입력되면, 독출 회로(122)의 전증폭기(pre-amplifier)(122a)에서 하나의 광자로부터 발생된 입력 전하를 축적(charging)하고 이에 대응되는 전압 신호를 출력한다.
그리고, 전증폭기(122a)에서 출력된 전압 신호는 비교기(122b)로 입력되고, 비교기는 외부에서 제어될 수 있는 문턱 전압(threshold voltage)과 입력된 전압신호를 비교하여 그 결과에 따라 ‘1’ 또는 ‘0’의 펄스 신호를 출력하고, 카운터(122c)에서는 ‘1’이 몇 번 나왔는지를 카운팅하여 디지털 형태로 엑스선 데이터를 출력한다. 픽셀 별 엑스선 데이터를 조합하면 대상체의 엑스선 영상을 획득할 수 있다.
여기서, 문턱 전압은 문턱 에너지(threshold energy)에 대응되는 것으로서, E 이상의 에너지를 갖는 광자의 개수를 카운팅하고자 하는 경우 문턱 에너지 E에 대응되는 문턱 전압을 비교기(122b)에 입력한다. 문턱 에너지와 문턱 전압을 대응시킬 수 있는 것은, 광자가 갖는 에너지에 따라 수광 소자에서 발생되는 전기적인 신호(전압)의 크기가 달라지기 때문이다. 따라서, 광자의 에너지와 발생되는 전압 사이의 관계식을 이용하여 원하는 문턱 에너지에 대응되는 문턱 전압을 계산할 수 있고, 이하 상술할 실시예에서 엑스선 검출부(120)에 문턱 에너지를 입력한다는 것은 문턱 에너지에 대응되는 문턱 전압을 입력한다는 것과 같은 의미로 사용될 수 있다.
검출된 엑스선을 복수의 에너지 대역 별로 분리하기 위해 비교기를 복수 개 구비할 수 있다. 도 5의 예시에는 비교기를 3개 구비하는 것으로 하였으나, 엑스선 검출부(120)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고 분리하고자 하는 에너지 대역의 수에 따라 비교기를 구비할 수 있다.
단일 광자에 의해 발생된 전자 또는 정공이 범프 본딩을 통해 전증폭기(122a)로 입력되어 전압 신호로 출력되면 이 전압 신호는 3 개의 비교기(122b-1,122b-2,122b-3)로 입력된다. 그리고 각각의 비교기에 문턱 전압 1(Vth1) 내지 문턱 전압 3(Vth3)을 입력하면 비교기 1(122b-1)에서는 문턱 전압 1과 입력 전압을 비교하고 카운터 1(122c-1)에서는 문턱 전압 1보다 큰 전압을 발생시킨 광자의 개수를 카운팅한다. 같은 방식으로 카운터 2(122c-2)에서는 문턱 전압 2보다 큰 전압을 발생시킨 광자의 개수를 카운팅하고, 카운터 3(122c-3)에서는 문턱 전압 3보다 큰 전압을 발생시킨 광자의 개수를 카운팅한다.
엑스선 검출부(120)에서 카운팅한 에너지 대역 별 광자의 수 즉, 엑스선 데이터는 디지털 형태로 제어부(130)에 입력된다. 제어부(130)는 엑스선 데이터를 이용하여 대상체에 포함되는 물질이 분리된 영상을 획득하고, 각각의 분리된 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑한 후 하나의 영상으로 합성한다.
제어부(130)에서 분리되는 물질에는 제한이 없고, 엑스선의 흡수 계수가 서로 다르기만 하면 분리 가능하다. 예를 들어, 분리되는 물질은 뼈와 연조직일 수도 있고, 병변 조직과 비병변 조직일 수도 있으며, 석회화 조직과 비석회화 조직일 수도 있다. 석회화 조직은 석회화 결절을 포함할 수 있고, 비석회화 조직은 비석회화 결절을 포함할 수 있다.
석회화는 조직에 칼슘이 축적되어 침착되는 현상으로서, 뼈와 석회화 조직은 유사한 엑스선 흡수 특성을 가질 수 있다. 따라서, 뼈와 석회화 조직을 포함하는 제1물질과 연조직과 비석회화 조직을 포함하는 제2물질이 분리될 수도 있다.
또한, 대상체가 유방인 경우에는 지방조직, 실질조직, 석회화 조직 및 병변 조직을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 물질이 분리될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제어부(130)는 엑스선 검출부(120)에서 전송된 엑스선 데이터로부터 각 에너지 대역 별 엑스선 영상을 획득하는 영상 획득부(131), 획득된 영상으로부터 밝기 정보를 획득하는 밝기 정보 획득부(132), 획득된 영상으로부터 물질 영상을 분리하는 영상 분리부(133) 및 분리된 물질 영상에 각각 다른 컬러 채널을 맵핑하고 이들을 합성하면서 밝기 정보 획득부(132)에서 획득한 밝기 정보를 적용하여 최종 영상을 생성하는 영상 생성부(134)를 포함한다.
영상 획득부(131)는 엑스선 검출부(120)로부터 에너지 대역 별 엑스선 데이터를 전달받고, 각 에너지 대역에 대응되는 엑스선 영상을 획득한다. 영상 획득부(131)에서 획득하는 엑스선 영상은 엑스선 검출부(120)로부터 전달받은 엑스선 데이터 자체, 즉 raw 영상일 수도 있고, 전달받은 엑스선 데이터에 correction을 적용하여 반전된 영상일 수도 있다.
도 6a에는 저에너지 대역에 대응되는 흉부 엑스선 영상이 도시되어 있고, 도 6b에는 고에너지 대역에 대응되는 흉부 엑스선 영상이 도시되어 있다. 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 물질의 분리가 일어나지 않은 각 에너지 대역 별 영상을 원본 영상이라 하기로 한다.
개시된 발명의 일 실시예로서, 흉부 영상에서 두 종류의 물질을 분리하고자 하는 경우, 분리하고자 하는 두 종류의 물질은 서로 다른 엑스선 감쇠 특성을 가져야 하고, 서로 다른 두 에너지 대역에 대응되는 흉부 엑스선 영상을 획득해야 한다. 예를 들어, 흉부 영상에 나타나는 뼈와 연조직은 서로 다른 엑스선 감쇠 특성을 가지므로 서로 다른 두 에너지 대역에 대응되는 흉부 엑스선 영상으로부터 뼈 영상 및 연조직 영상을 분리할 수 있다.
서로 다른 두 에너지 대역에 대응되는 엑스선 영상을 획득하기 위해, 엑스선 발생부(110)에서 고에너지 대역의 엑스선과 저에너지 대역의 엑스선을 각각 조사하거나, 엑스선 발생부(110)에서는 두 에너지 대역을 모두 포함하는 광대역 엑스선을 한 번 조사하고, 엑스선 검출부(120)에서 검출된 엑스선을 고에너지 대역과 저에너지 대역으로 분리할 수 있다.
여기서, 고에너지 대역과 저에너지 대역은 서로 상대적인 개념이며, 대상체에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 대상체가 흉부인 경우, 최대 에너지를 140kev로 하는 에너지 대역이 고에너지 대역, 최대 에너지를 70kev로 하는 에너지 대역이 저에너지 대역이 될 수 있고, 대상체가 유방인 경우, 최대 에너지를 30kev로 하는 에너지 대역이 저에너지 대역, 최대 에너지를 50kev로 하는 에너지 대역이 고에너지 대역이 될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 저에너지 대역의 엑스선 영상과 고에너지 대역의 엑스선 영상에서 뼈와 연조직의 밝기 차이가 다르게 나타남을 알 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 에너지 대역 별로 구성 물질의 감쇠 특성 차이가 다르기 때문이며, 후술할 영상 분리부(133)에서는 이 점을 이용하여 두 원본 영상으로부터 물질 영상을 분리할 수 있다.
영상 획득부(131)에서 획득한 원본 영상은 밝기 정보 획득부(132)와 영상 분리부(133)로 각각 입력된다.
밝기 정보 획득부(132)는 원본 영상으로부터 영상 생성부(134)에서 생성되는 최종 영상에 적용할 밝기 정보를 획득한다. 구체적으로, 밝기 정보 획득부(132)는 영상 획득부(131)에서 획득한 원본 영상 중 하나를 선택하여 선택된 원본 영상의 밝기 정보를 그대로 가져올 수도 있고, 원본 영상들을 평균한 평균 영상을 생성하여 평균 영상으로부터 밝기 정보를 가져올 수도 있으며, 원본 영상들의 가중 합을 통해 생성된 가중 합 영상으로부터 밝기 정보를 가져올 수도 있다. 원본 영상, 평균 영상 및 가중 합 영상은 모두 흑백 영상으로서 그 자체로 밝기 정보를 나타내므로, 밝기 정보라 함은 각각의 영상 자체를 의미할 수 있다.
영상 분리부(133)는 영상 획득부(131)에서 획득한 원본 영상으로부터 물질 영상을 분리한다.
도 7a에는 흉부 영상에서 분리된 연조직 영상이 도시되어 있고, 도 7b에는 흉부 영상에서 분리된 뼈 영상이 도시되어 있다.
일 실시예로서, 분리하고자 하는 물질이 두 종류인 경우, 영상 획득부(131)에서는 두 에너지 대역에 대응되는 두 개의 원본 영상을 획득하고, 영상 분리부(133)는 두 개의 원본 영상 중 적어도 하나에 가중치를 곱한 후 감산하는 두 번의 연산을 수행하여 두 개의 물질 영상을 분리할 수 있다. 이를 이중에너지 감산법(Dual-Energy X-ray Absorptiometry)라고도 한다.
예를 들어, 분리하고자 하는 물질이 뼈와 연조직인 경우, 저에너지 대역에 대응되는 원본 영상(이하 저에너지 영상이라 함)에 일정 가중치를 곱한 후 고에너지 대역에 대응되는 원본 영상(이하 고에너지 영상이라 함)에서 감산하여 도 7a에 도시된 바와 같은 연조직 영상을 얻을 수 있다. 즉, 뼈가 제거되고 연조직이 선명하게 보이는 영상을 얻을 수 있다.
반대로, 고에너지 영상에 일정 가중치를 곱한 후 저에너지 영상에서 감산하여 도 7b에 도시된 바와 같은 뼈 영상을 얻을 수 있다. 즉, 연조직이 제거되고 뼈가 선명하게 보이는 영상을 얻을 수 있다.
또는, 저에너지 영상과 고에너지 영상에 각각 적절한 가중치를 곱한 후 감산을 수행하여, 연조직 영상 또는 뼈 영상을 획득하는 것도 가능하다.
또한, 분리하고자 하는 물질이 병변 조직과 비병변 조직이거나, 석회화 조직과 비석회화 조직인 경우에도 상술한 방식을 적용할 수 있다. 다만, 대상체가 어느 부위에 해당하는지에 따라 병변 조직이 석회화 조직에 포함될 수도 있고, 비석회화 조직에 포함될 수도 있다.
다른 예로서, 대상체가 연조직으로 이루어진 유방이고, 분리하고자 하는 물질이 유선(grandular) 조직(실질 조직이라고도 함)과 지방(adipose) 조직인 경우에도 저에너지 영상과 고에너지 영상에 각각 적절한 가중치를 곱한 후 감산하여 유선 조직 영상과 지방 조직 영상을 분리할 수 있다.
또 다른 예로서, 분리하고자 하는 물질이 3종류 이상인 경우에는 영상 획득부(131)에서 3개 이상의 에너지 대역에 각각 대응되는 3개 이상의 원본 영상을 획득하고, 영상 분리부(133)에서 각 영상에 적절한 가중치를 곱한 후 감산하여 3종류 이상의 물질 영상을 분리할 수 있다. 구체적으로, 대상체가 유방인 경우에는 지방조직, 실질조직, 석회조직 및 병변조직을 포함하는 그룹에서 선택되는 3종류 이상의 물질 영상을 분리할 수 있다.
전술한 바와 같이, 엑스선 영상 장치(100)는 분리되는 물질의 종류나 그 수에 제한을 두지 않으며, 분리하고자 하는 물질의 수에 따라 원본 영상을 획득하고, 물질 별 감쇠 특성을 이용하여 각각의 물질 영상을 분리할 수 있다.
또한, 영상에 가중치를 곱한 후 감산하여 물질 영상을 분리하는 방법 역시 영상 분리부(133)에서 사용할 수 있는 방법 중 하나에 불과하며, 이 외에 다른 방법들도 물질 영상 분리에 사용될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 영상 생성부(134)는 영상 분리부(133)에서 분리한 각각의 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑하는 컬러 맵핑부(134a) 및 서로 다른 컬러 채널이 맵핑된 물질 영상을 합성하고 여기에 밝기 정보 획득부(132)에서 획득한 밝기 정보를 적용하는 영상 합성부(134b)를 포함한다.
컬러 맵핑부(134a)는 영상 분리부(133)에서 분리한 각각의 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑한다. 예를 들어, 영상 분리부(133)에서 두 종류의 물질 영상을 분리한 경우, 물질 영상 1에는 컬러 채널 1을 맵핑하고, 물질 영상 2에는 컬러 채널 2를 맵핑하며, 영상 분리부(133)에서 세 종류의 물질 영상을 분리한 경우에는, 물질 영상 1에 컬러 채널 1을 맵핑하고, 물질 영상 2에는 컬러 채널 2를 맵핑하며, 물질 영상 3에는 컬러 채널 3을 맵핑한다.
그리고, 영상 합성부(134b)는 서로 다른 컬러 채널이 맵핑된 복수의 물질 영상들을 합성하고, 여기에 밝기 정보 획득부(132)에서 획득한 밝기 정보를 적용하여 하나의 영상을 생성한다. 이를 다른 표현으로 설명하면, 영상 합성부(134b)는 각각의 물질 영상이 맵핑된 컬러 채널과 밝기 정보 획득부(132)에서 획득한 밝기 정보 또는 밝기 영상이 맵핑된 밝기 채널을 합성하여 하나의 영상을 생성한다.
이하, 컬러 맵핑부(134a)와 영상 합성부(134b)의 구체적인 동작을 설명하도록 한다.
컬러 맵핑부(134a)는 다양한 컬러 스페이스를 사용하여 컬러 채널을 맵핑할 수 있다. 예를 들어, 색 정보와 밝기 정보가 분리된 YUV 컬러 스페이스, HSI 컬러 스페이스, HSV 컬러 스페이스 및 HSL 컬러 스페이스와 색 정보에 밝기 정보가 포함된 CMY 컬러 스페이스, CMYK 컬러 스페이스 및 RGB 컬러 스페이스 등의 다양한 컬러 스페이스 중 적어도 하나의 컬러 스페이스가 컬러 맵핑부(134a)에서 사용될 수 있다.
구체적으로, YUV 컬러 스페이스를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. YUV 컬러 스페이스는 밝기 정보(Y)와 색 정보(U,V)를 이용하여 영상을 나타내는 컬러 스페이스이다. 색 정보(U,V)는 대표적으로 Cb, Cr로 나타낼 수 있는바, Cb 는 파란색의 색차 값이고, Cr 은 빨간색의 색차 값이다.
영상 분리부(133)에서 두 개의 물질 영상을 분리한 경우, 컬러 맵핑부(134a)는 물질 영상 1에는 Cb 채널을 맵핑하고, 물질 영상 2에는 Cr 채널을 맵핑할 수 있다.
그리고, 영상 합성부(134b)에서 밝기 정보를 나타내는 Y 채널을 밝기 정보 획득부(132)에서 획득한 밝기 영상에 맵핑하여 Cb 채널에 맵핑된 물질 영상 1 및 Cr 채널에 맵핑된 물질 영상 2와 함께 합성하면 최종적으로 물질 1과 물질 2가 서로 다른 컬러에 맵핑되어 물질 간 구분력이 향상되고 원본 영상의 밝기가 적용되어 artifacts가 감소된 하나의 영상을 생성할 수 있게 된다.
HSI 컬러 스페이스를 예로 들어 설명한다. HSI 컬러 스페이스는 컬러(Hue), 채도(Saturation) 및 밝기(Intensity)로 영상을 표현하는 컬러 스페이스이다. 따라서, 컬러 맵핑부(134a)에서 각각의 물질 영상에 서로 다른 컬러를 맵핑하고, 영상 합성부(134b)에서 컬러가 맵핑된 물질 영상을 합성하고 여기에 밝기 정보 획득부(132)에서 획득한 밝기 정보를 적용한다. 다시 말해, 물질 영상이 맵핑된 컬러 채널과 밝기 정보가 맵핑된 밝기 채널을 합성한다.
한편, 컬러를 맵핑할 때에 채도는 고정값을 갖도록 할 수도 있고, 물질 영상 마다 채도를 다르게 맵핑하는 것도 가능하다.
상술한 실시예는 모두 밝기 정보와 컬러 정보가 분리된 컬러 스페이스를 적용하였으나, 개시된 발명에 따른 엑스선 영상 장치의 실시예는 컬러 정보에 밝기 정보가 포함된 컬러 스페이스를 적용한 실시예도 포함할 수 있다.
앞서 언급한 CMY 컬러 스페이스, CMYK 컬러 스페이스 및 RGB 컬러 스페이스는 모두 컬러 정보에 밝기 정보가 포함된 컬러 스페이스이다. 예를 들어, RGB 컬러 스페이스를 적용하는 경우, 컬러 맵핑부(134a)는 분리된 두 개의 물질 영상에 레드 채널과 블루 채널을 각각 맵핑하고, 영상 합성부(134b)는 가장 밝게 느껴지는 그린 채널에 밝기 영상을 맵핑하여 레드 채널 및 블루 채널과 합성할 수 있다.
CMYK 컬러 스페이스를 사용하는 경우에는 C(Cyan) 채널, M(Magenta) 채널, Y(Yellow) 채널 및 K(Black) 채널 중 두 개 또는 세 개의 채널에 각각 물질 영상을 맵핑하고, 물질 영상이 맵핑되지 않은 나머지 채널에 밝기 영상을 맵핑하여 이들을 합성할 수 있다.
한편, 분리되는 물질이 병변 조직인 경우에는 병변의 진행 정도에 따라 다른 컬러를 맵핑하여 사용자로 하여금 엑스선 영상을 보고 병변의 진행 정도를 파악하도록 할 수 있다. 구체적으로, RGB 컬러 스페이스를 사용하는 경우를 예로 들면, 영상 분리부(133)에서 병변 조직 영상을 분리하면 컬러 맵핑부(134)는 병변 조직 영상에 레드 채널을 맵핑하되 병변의 진행 정도에 따라 레드 채널의 값을 다르게 맵핑할 수 있다.
병변의 진행 정도는 원본 영상 또는 물질 영상에서의 밝기 값으로부터 추정될 수 있는바, 컬러 맵핑부(134)는 병변 조직의 밝기 값에 따라 레드 채널의 값을 다르게 맵핑할 수 있다. 예를 들어, 연조직에 병변 조직으로서 암세포가 발생된 경우에는 탈수 현상에 의해 병변 조직의 밝기 값이 증가할 수 있다. 따라서, 밝기 값이 증가할수록 병변이 더 진행된 것으로 추정할 수 있는바, 밝기 값이 증가할수록 더 높은 레드 채널 값을 맵핑하거나 더 낮은 레드 채널 값을 맵핑하여 병변의 진행 정도를 나타낼 수 있다.
또한, 병변의 진행 정도에 따라서 병변 조직을 구성하는 성분의 종류나 비율이 달라질 수 있으므로, 컬러 맵핑부(134)가 병변 조직의 밝기 값에 대한 고려 없이 병변의 진행 정도에 따라서 병변 조직에 컬러를 맵핑하는 실시예도 가능하다. 즉, 병변이 많이 진행된 병변 조직과 병변 진행이 초기인 병변 조직에 맵핑되는 컬러가 다를 수 있다.
다만, 상기 설명은 병변의 진행 정도를 나타내기 위한 일 예시에 불과하며, 사용되는 컬러 스페이스 및 병변 조직에 맵핑되는 컬러 채널이 상기 설명에 한정되는 것은 아니다. 도 8에는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치에서 채널 변환부를 더 포함하는 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치(100)는 영상 생성부(134)에서 생성한 영상의 컬러 채널이 디스플레이부(141)에서 사용되는 컬러 채널과 다를 경우, 영상 생성부(134)에서 생성한 영상의 컬러 채널을 디스플레이부(141)의 사양에 맞게 변환하는 채널 변환부(135)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 영상 생성부(134)에서 YCbCr 컬러 스페이스를 사용하여 영상을 생성하였으나, 디스플레이부(141)는 RGB 컬러 스페이스에 따라 영상을 표시하는 경우에는 채널 변환부(135)에서 아래 [수학식 2]에 따라 YCbCr 컬러 채널을 RGB 컬러 채널로 변환할 수 있다.
[수학식 2]
R = 1.0000Y + 1.402000Cr
G = 1.0000Y - 0.34414Cb - 0.71414Cr
B = 1.0000Y + 1.77200Cb
다만, YCbCr 컬러 채널을 RGB 컬러 채널로 변환하는 식은 [수학식 2]외에도 여러가지가 있으며, 채널 변환부(135)는 이들 중 어느 식을 사용해도 무방하다.
다른 컬러 채널들 사이에도 상호 변환식이 존재하므로, 영상 생성부(134)에서 생성한 영상에 사용된 컬러 스페이스와 디스플레이부(141)의 컬러 스페이스가 서로 다를 경우에는 컬러 채널 간 상호 변환식을 이용하여 채널 변환부(135)에서 컬러 채널을 변환한 후에 디스플레이부(141)를 통해 디스플레이할 수 있다. 이하 개시된 발명의 일 측면에 따른 엑스선 영상 생성 방법의 실시예를 설명하도록 한다.
도 9에는 엑스선 영상 생성 방법의 일 실시예에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 먼저 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하고(411), 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여(412), 서로 다른 에너지 대역 별 엑스선 영상을 획득한다(413). 이하 상술할 실시예에서는 물질이 분리되지 않은 엑스선 영상을 원본 영상이라 하기로 한다.
서로 다른 에너지 대역 별 원본 영상을 획득하기 위해, 411단계에서 서로 다른 에너지 대역의 엑스선을 복수 회 조사할 수도 있고, 411단계에서는 서로 다른 에너지 대역을 모두 포함하는 광대역 엑스선을 한 번 조사하고 412 단계에서 검출된 엑스선을 각 에너지 대역 별로 분리할 수도 있다. 전자의 경우, 일반적인 전하 누적 방식의 엑스선 검출부를 사용해도 무방하나, 후자의 경우에는, 광자 계수 방식 엑스선 검출부(PCD)를 사용한다. 한편, 전자의 경우에는 순서도에 도시되지는 않았으나 첫 번째 에너지 대역의 엑스선을 조사하고 이를 검출한 후에 다시 두 번째 에너지 대역의 엑스선을 조사한다. 즉, 411 단계와 412 단계가 엑스선의 조사가 완료될 때까지 반복된다.
그리고, 대상체를 구성하는 물질 별 엑스선 감쇠 특성 차이를 이용하여 원본 영상으로부터 물질 영상을 분리한다(414). 일 실시예로서, 분리하고자 하는 물질이 두 종류인 경우, 413단계에서 두 에너지 대역에 대응되는 두 개의 원본 영상을 획득하고, 414단계에서 두 개의 원본 영상 중 적어도 하나에 가중치를 곱한 후 감산하는 두 번의 연산을 수행하여 두 개의 물질 영상을 분리할 수 있다.
예를 들어, 분리하고자 하는 물질이 뼈와 연조직인 경우, 저에너지 대역에 대응되는 원본 영상(이하 저에너지 영상이라 함)에 일정 가중치를 곱한 후 고에너지 대역에 대응되는 원본 영상(이하 고에너지 영상이라 함)에서 감산하여 연조직 영상을 얻을 수 있다. 즉, 뼈가 제거되고 연조직이 선명하게 보이는 영상을 얻을 수 있다.
반대로, 고에너지 영상에 일정 가중치를 곱한 후 저에너지 영상에서 감산하여 뼈 영상을 얻을 수 있다. 즉, 연조직이 제거되고 뼈가 선명하게 보이는 영상을 얻을 수 있다.
또는, 저에너지 영상과 고에너지 영상에 각각 적절한 가중치를 곱한 후 감산을 수행하여, 연조직 영상 또는 뼈 영상을 획득하는 것도 가능하다.
또한, 분리하고자 하는 물질이 병변 조직과 비병변 조직이거나, 석회화 조직과 비석회화 조직인 경우에도 상술한 방식을 적용할 수 있다. 다만, 대상체가 어느 부위에 해당하는지에 따라 병변 조직이 석회화 조직에 포함될 수도 있고, 비석회화 조직에 포함될 수도 있다.
다른 예로서, 대상체가 연조직으로 이루어진 유방이고, 분리하고자 하는 물질이 유선(grandular) 조직(실질 조직이라고도 함)과 지방(adipose) 조직인 경우에도 저에너지 영상과 고에너지 영상에 각각 적절한 가중치를 곱한 후 감산하여 유선 조직 영상과 지방 조직 영상을 분리할 수 있다.
또 다른 예로서, 분리하고자 하는 물질이 3종류 이상인 경우에는 413단계에서 3개 이상의 에너지 대역에 각각 대응되는 3개 이상의 원본 영상을 획득하고, 414단계에서 각 영상에 적절한 가중치를 곱한 후 감산하여 3종류 이상의 물질 영상을 분리할 수 있다. 구체적으로, 대상체가 유방인 경우에는 지방조직, 실질조직, 석회조직 및 병변조직을 포함하는 그룹에서 선택되는 3종류 이상의 물질 영상을 분리할 수 있다. 다만, 영상에 가중치를 곱한 후 감산하여 물질 영상을 분리하는 방법은 개시된 발명에서 사용할 수 있는 방법 중 하나에 불과하며, 이 외에 다른 방법들도 물질 영상의 분리에 사용될 수 있다.
그리고, 분리된 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 각각 맵핑한다(415). 예를 들어, 두 종류의 물질 영상이 분리된 경우, 물질 영상 1에는 컬러 채널 1을 맵핑하고, 물질 영상 2에는 컬러 채널 2를 맵핑하며, 세 종류의 물질 영상이 분리된 경우에는, 물질 영상 1에 컬러 채널 1을 맵핑하고, 물질 영상 2에는 컬러 채널 2를 맵핑하며, 물질 영상 3에는 컬러 채널 3을 맵핑한다. 컬러 맵핑에 관한 더 자세한 실시예는 앞서 엑스선 영상 장치(100)의 실시예를 통해 설명하였으므로 여기서는 생략하도록 한다.
한편, 분리되는 물질이 병변 조직인 경우에는 병변의 진행 정도에 따라 다른 컬러 즉, 컬러 채널의 다른 값을 맵핑하여 사용자로 하여금 엑스선 영상을 보고 병변의 진행 정도를 파악하도록 할 수 있다. 구체적으로, RGB 컬러 스페이스를 사용하는 경우를 예로 들면, 병변 조직 영상이 분리되면 병변 조직 영상에 레드 채널을 맵핑하되 병변의 진행 정도에 따라 레드 채널의 값을 다르게 맵핑할 수 있다. RGB 컬러 스페이스에서 각각의 컬러 채널은 0에서 255까지의 값으로 컬러를 표현할 수 있는바, 병변의 진행 정도가 클수록 큰 값 또는 작은 값을 맵핑하여 영상에 나타난 병변의 컬러로서 병변의 진행 정도가 파악될 수 있다. 병변의 진행 정도와 컬러 채널 값의 관계는 미리 정의될 수 있다.
병변의 진행 정도는 원본 영상 또는 물질 영상에서의 밝기 값으로부터 추정될 수 있는바, 병변 조직의 밝기 값에 따라 레드 채널의 값을 다르게 맵핑할 수 있다. 예를 들어, 연조직에 병변 조직으로서 암세포가 발생된 경우에는 탈수 현상에 의해 병변 조직의 밝기 값이 증가할 수 있다. 따라서, 밝기 값이 증가할수록 병변이 더 진행된 것으로 추정할 수 있는바, 밝기 값이 증가할수록 더 높은 레드 채널 값을 맵핑하거나 더 낮은 레드 채널 값을 맵핑하여 병변의 진행 정도를 나타낼 수 있다.
한편, 병변의 진행 정도에 따라서 병변 조직을 구성하는 성분의 종류나 비율이 달라질 수 있으므로, 병변 조직의 밝기 값에 대한 고려 없이 병변의 진행 정도에 따라서 병변 조직에 컬러를 맵핑하는 실시예도 가능하다. 즉, 병변이 많이 진행된 병변 조직과 병변 진행이 초기인 병변 조직에 맵핑되는 컬러가 다를 수 있다.
다만, 상기 설명은 병변의 진행 정도를 나타내기 위한 일 예시에 불과하며, 사용되는 컬러 스페이스 및 병변 조직에 맵핑되는 컬러 채널이 상기 설명에 한정되는 것은 아니다.
서로 다른 컬러 채널이 맵핑된 물질 영상을 하나의 영상으로 합성한다(416). 다른 표현으로는, 물질 영상이 각각 맵핑된 서로 다른 컬러 채널을 하나의 영상에 합성한다.
그리고, 앞서 413단계에서 획득한 서로 다른 에너지 대역 별 엑스선 영상으로부터 밝기 정보를 획득하여 합성된 영상에 적용한다(417). 구체적으로, 서로 다른 에너지 대역 별 엑스선 영상 즉, 복수의 원본 영상 중 하나를 선택하여 선택된 원본 영상의 밝기 정보를 그대로 가져올 수도 있고, 원본 영상들을 평균한 평균 영상을 생성하여 평균 영상으로부터 밝기 정보를 가져올 수도 있으며, 원본 영상들의 가중 합을 통해 생성된 가중 합 영상으로부터 밝기 정보를 가져올 수도 있다. 원본 영상, 평균 영상 및 가중 합 영상은 모두 흑백 영상으로서 그 자체로 밝기 정보를 나타내므로, 밝기 정보라 함은 각각의 영상 자체를 의미할 수 있다.
즉, 서로 다른 컬러 채널에 맵핑된 복수의 물질 영상이 합성된 영상에 밝기 영상을 합성하는 것으로 볼 수 있고, 또는, 복수의 물질 영상이 맵핑된 서로 다른 컬러 채널이 합성된 영상에 밝기 영상이 맵핑된 밝기 채널을 합성하는 것으로 볼 수도 있다. 여기서, 밝기 채널은 Y채널이나 I 채널과 같이 실제 밝기 정보를 포함하는 채널일 수도 있고, RGB 채널 중 G 채널에 밝기 정보를 맵핑하는 것처럼 컬러 채널 중 하나를 밝기 채널로 사용하는 것도 가능하다.
그리고, 밝기 정보가 적용된 하나의 영상을 디스플레이부를 통해 표시한다(418). 이 때, 컬러 맵핑에 사용된 컬러 스페이스와 디스플레이부에서 사용하는 컬러 스페이스가 서로 다를 경우에는 영상의 컬러 컬러 채널을 디스플레이부를 통해 표현 가능한 컬러 채널로 변환한 후에 디스플레이부를 통해 표시한다. 표시되는 영상에는 대상체를 구성하는 서로 다른 물질이 서로 다른 컬러로 표현되어 구분력이 향상되고, 영상의 밝기는 원본 영상으로부터 가져온 것이므로 artifact가 감소되어 우수한 화질을 갖는다.도 10에는 엑스선 영상 생성 방법의 실시예 중 뼈와 연조직을 분리하는 실시예에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 먼저 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하고(421), 대상체를 투과한 엑스선을 검출한다(422). 그리고, 검출된 엑스선에 기초하여 저에너지 엑스선 영상 및 고에너지 엑스선 영상을 획득한다(423).
고에너지 대역의 엑스선 영상과 저에너지 대역의 엑스선 영상을 획득하기 위해 421단계에서 고에너지 대역의 엑스선과 저에너지 대역의 엑스선을 각각 조사할 수도 있고, 또는 421 단계에서는 고에너지 대역과 저에너지 대역을 모두 포함하는 광대역 엑스선을 조사하고, 422 단계에서 검출된 엑스선을 고에너지 대역과 저에너지 대역으로 각각 분리할 수도 있다. 대상체가 흉부인 경우, 최대 에너지를 140kev로 하는 에너지 대역이 고에너지 대역, 최대 에너지를 70kev로 하는 에너지 대역이 저에너지 대역이 될 수 있다.
뼈와 연조직의 엑스선 감쇠 특성 차이를 이용하여 고에너지 영상과 저에너지 영상으로부터 뼈 영상과 연조직 영상을 각각 분리한다(424). 일 실시예로서, 이중에너지감산법을 이용할 수 있다.
그리고, 분리된 뼈 영상과 연조직 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑한다(425). 이 때, 다양한 컬러 스페이스를 사용하여 컬러 채널을 맵핑할 수 있는바, 예를 들어, 색 정보와 밝기 정보가 분리된 YUV 컬러 스페이스, HSI 컬러 스페이스, HSV 컬러 스페이스 및 HSL 컬러 스페이스와 색 정보에 밝기 정보가 포함된 CMY 컬러 스페이스, CMYK 컬러 스페이스 및 RGB 컬러 스페이스 등의 다양한 컬러 스페이스 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 컬러 맵핑에 관한 자세한 설명은 앞서 엑스선 영상 장치의 실시예에서 설명한 바와 같으므로 여기서는 생략하도록 한다.
서로 다른 컬러 채널이 맵핑된 뼈 영상과 연조직 영상을 하나의 영상으로 합성한다(426). 다른 표현으로는, 뼈 영상이 맵핑된 컬러 채널과 연조직 영상이 맵핑된 컬러 채널을 하나의 영상으로 합성한다.
그리고, 저에너지 엑스선 영상 또는 고에너지 엑스선 영상을 이용하여 밝기 정보를 획득하고, 이를 합성된 영상에 적용한다(427). 구체적으로, 저에너지 원본 영상과 고에너지 원본 영상 중 하나를 선택하여 선택된 원본 영상의 밝기 정보를 그대로 가져올 수도 있고, 원본 영상들을 평균한 평균 영상을 생성하여 평균 영상으로부터 밝기 정보를 가져올 수도 있으며, 원본 영상들의 가중 합을 통해 생성된 가중 합 영상으로부터 밝기 정보를 가져올 수도 있다. 원본 영상, 평균 영상 및 가중 합 영상은 모두 흑백 영상으로서 그 자체로 밝기 정보를 나타내므로, 밝기 정보라 함은 각각의 영상 자체를 의미할 수 있다.
그리고, 밝기 정보가 적용된 하나의 영상을 디스플레이부를 통해 표시한다(428). 표시되는 영상에는 뼈와 연조직이 서로 다른 컬러로 표현되어 구분력이 향상되고, 영상의 밝기는 원본 영상으로부터 가져온 것이므로 artifact가 감소되어 우수한 화질을 갖는다.
도 11에는 엑스선 영상 생성 방법의 실시예 중 유방의 실질조직과 연조직을 분리하는 실시예에 관한 순서도가 도시되어 있다.
먼저 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하고(431), 대상체를 투과한 엑스선을 검출한다(432). 대상체가 유방이므로 도 1b에 도시된 바와 같은 엑스선 영상 장치(맘모그램)를 이용하여 대상체를 촬영할 수 있다. 그리고, 검출된 엑스선에 기초하여 저에너지 엑스선 영상 및 고에너지 엑스선 영상을 획득한다(433).
고에너지 대역의 엑스선 영상과 저에너지 대역의 엑스선 영상을 획득하기 위해 431단계에서 고에너지 대역의 엑스선과 저에너지 대역의 엑스선을 각각 조사할 수도 있고, 또는 431 단계에서는 고에너지 대역과 저에너지 대역을 모두 포함하는 광대역 엑스선을 조사하고, 432 단계에서 검출된 엑스선을 고에너지 대역과 저에너지 대역으로 각각 분리할 수도 있다. 대상체가 유방이므로, 최대 에너지를 30kev로 하는 에너지 대역이 저에너지 대역, 최대 에너지를 50kev로 하는 에너지 대역이 고에너지 대역이 될 수 있다.
실질조직와 지방조직의 엑스선 감쇠 특성 차이를 이용하여 고에너지 영상과 저에너지 영상으로부터 실질조직 영상과 지방조직 영상을 각각 분리한다(434). 일 실시예로서, 이중에너지감산법을 이용할 수 있다. 여기서, 실질조직이란 유방의 실질적인 기능을 수행하는 조직으로서, 유선 조직을 의미한다.
그리고, 분리된 실질조직 영상과 지방조직 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑한다(435). 이 때, 다양한 컬러 스페이스를 사용하여 컬러 채널을 맵핑할 수 있는바, 예를 들어, 색 정보와 밝기 정보가 분리된 YUV 컬러 스페이스, HSI 컬러 스페이스, HSV 컬러 스페이스 및 HSL 컬러 스페이스와 색 정보에 밝기 정보가 포함된 CMY 컬러 스페이스, CMYK 컬러 스페이스 및 RGB 컬러 스페이스 등의 다양한 컬러 스페이스 중 적어도 하나의 컬러 스페이스가 사용될 수 있다. 컬러 맵핑에 관한 자세한 설명은 앞서 엑스선 영상 장치의 실시예에서 설명한 바와 같으므로 여기서는 생략하도록 한다.
서로 다른 컬러 채널이 맵핑된 실질조직 영상과 지방조직 영상을 하나의 영상으로 합성한다(436). 다른 표현으로는, 실질조직 영상이 맵핑된 컬러 채널과 지방조직 영상이 맵핑된 컬러 채널을 하나의 영상으로 합성한다.
그리고, 저에너지 엑스선 영상 또는 고에너지 엑스선 영상을 이용하여 밝기 정보를 획득하고, 이를 합성된 영상에 적용한다(437). 구체적으로, 저에너지 원본 영상과 고에너지 원본 영상 중 하나를 선택하여 선택된 원본 영상의 밝기 정보를 그대로 가져올 수도 있고, 원본 영상들을 평균한 평균 영상을 생성하여 평균 영상으로부터 밝기 정보를 가져올 수도 있으며, 원본 영상들의 가중 합을 통해 생성된 가중 합 영상으로부터 밝기 정보를 가져올 수도 있다. 원본 영상, 평균 영상 및 가중 합 영상은 모두 흑백 영상으로서 그 자체로 밝기 정보를 나타내므로, 밝기 정보라 함은 각각의 영상 자체를 의미할 수 있다.
그리고, 밝기 정보가 적용된 하나의 영상을 디스플레이부를 통해 표시한다(428). 표시되는 영상에는 유방의 실질조직과 지방조직이 서로 다른 컬러로 표현되어 구분력이 향상되고, 영상의 밝기는 원본 영상으로부터 가져온 것이므로 artifact가 감소되어 우수한 화질을 갖는다.
100 : 엑스선 영상 장치 110 : 엑스선 발생부
120 : 엑스선 검출부 130 : 제어부
131 : 영상 획득부 132 : 밝기 정보 획득부
133 : 영상 분리부 134 : 영상 생성부
134a : 컬러 맵핑부 134b : 영상 합성부

Claims (36)

  1. 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 엑스선 발생부;
    상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 복수의 에너지 대역에 대응되는 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부; 및
    상기 엑스선 데이터로부터 상기 대상체를 구성하는 복수의 물질이 분리된 복수의 물질 영상 및 밝기 정보를 획득하고, 상기 복수의 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑하고 합성하여 상기 복수의 물질을 모두 포함하는 하나의 영상을 생성하고, 상기 하나의 영상에 상기 밝기 정보를 적용하는 제어부를 포함하는 엑스선 영상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 엑스선 데이터로부터 상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상을 획득하는 영상 획득부를 포함하는 엑스선 영상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 물질이 갖는 엑스선 감쇠 특성 차이를 이용하여 상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상으로부터 상기 복수의 물질 영상을 분리하는 영상 분리부를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상으로부터 상기 밝기 정보를 획득하는 밝기 정보 획득부를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 밝기 정보 획득부는,
    상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상 중 선택된 하나의 원본 영상, 상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상을 평균한 평균 영상 또는 상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상에 가중치를 부여하여 합산한 가중합 영상으로부터 밝기 정보를 획득하는 엑스선 영상 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 분리된 복수의 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑하는 컬러 맵핑부를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 서로 다른 컬러 채널이 맵핑된 복수의 물질 영상을 합성하여 하나의 영상을 생성하고, 상기 합성된 하나의 영상에 상기 밝기 정보 획득부에서 획득한 밝기 정보를 적용하는 영상 합성부를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 영상 합성부는,
    상기 밝기 정보 획득부에서 획득한 밝기 정보를 밝기 채널에 맵핑하고, 상기 복수의 물질 영상이 맵핑된 컬러 채널과 상기 밝기 정보가 맵핑된 밝기 채널을 합성하여 하나의 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부에서 생성한 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하고,
    상기 컬러 맵핑부에서 맵핑한 컬러 채널과 상기 디스플레이부에서 사용하는 컬러 채널이 서로 다를 경우 상기 영상 합성부에서 생성한 영상의 컬러 채널을 상기 디스플레이부에서 사용하는 컬러 채널로 변환하는 채널 변환부를 더 포함하는 엑스선 영상 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 컬러 맵핑부에서 맵핑하는 컬러 채널은, YUV 컬러 스페이스, HSI 컬러 스페이스, HSV 컬러 스페이스, HSL 컬러 스페이스, CMY 컬러 스페이스, CMYK 컬러 스페이스 및 RGB 컬러 스페이스 중 적어도 하나의 컬러 스페이스에 포함되는 엑스선 영상 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑스선 발생부는,
    상기 복수의 에너지 대역을 갖는 엑스선을 각각 발생시켜 조사하는 엑스선 영상 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑스선 발생부는,
    상기 복수의 에너지 대역을 포함하는 광대역 엑스선을 상기 대상체에 조사하고,
    상기 엑스선 검출부는,
    상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 상기 복수의 에너지 대역 별로 분리하는 엑스선 영상 장치.
  13. 대상체에 엑스선을 조사하고 검출하는 단계;
    상기 검출된 엑스선으로부터 상기 대상체를 구성하는 복수의 물질이 분리된 복수의 물질 영상 및 밝기 정보를 획득하는 단계;
    상기 복수의 물질 영상에 서로 다른 컬러 채널을 맵핑하는 단계; 및
    상기 컬러 채널이 맵핑된 복수의 물질 영상을 합성하고, 상기 획득된 밝기 정보를 적용하여 상기 복수의 물질을 모두 포함하는 하나의 영상을 생성하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 물질 영상 및 밝기 정보를 획득하는 단계는,
    상기 검출된 엑스선으로부터 상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상을 획득하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 물질 영상 및 밝기 정보를 획득하는 단계는,
    상기 복수의 물질이 갖는 엑스선 감쇠 특성 차이를 이용하여 상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상으로부터 상기 복수의 물질 영상을 분리하는 단계를 더 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서
    상기 복수의 물질 영상 및 밝기 정보를 획득하는 단계는,
    상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상으로부터 상기 밝기 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 밝기 정보를 획득하는 단계는,
    상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상 중 선택된 하나의 원본 영상, 상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상을 평균한 평균 영상 또는 상기 복수의 에너지 대역 별 원본 영상에 가중치를 부여하여 합산한 가중합 영상으로부터 밝기 정보를 획득하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 물질을 모두 포함하는 하나의 영상을 생성하는 단계는,
    상기 획득된 밝기 정보를 밝기 채널에 맵핑하고, 상기 복수의 물질 영상이 맵핑된 컬러 채널과 상기 밝기 정보가 맵핑된 밝기 채널을 합성하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 물질을 모두 포함하는 하나의 영상을 생성하는 단계는,
    상기 획득된 밝기 정보를 포함하는 밝기 영상과 상기 서로 다른 컬러 채널에 맵핑된 복수의 물질 영상을 합성하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 맵핑된 컬러 채널과 디스플레이부에서 사용하는 컬러 채널이 서로 다를 경우 상기 생성된 하나의 영상의 컬러 채널을 상기 디스플레이부에서 사용하는 컬러 채널로 변환하는 단계; 및
    상기 생성된 하나의 영상을 상기 디스플레이부에 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 엑스선을 조사하고 검출하는 단계는,
    상기 복수의 에너지 대역을 갖는 엑스선을 각각 발생시켜 조사하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 엑스선을 조사하고 검출하는 단계는,
    상기 복수의 에너지 대역을 포함하는 광대역 엑스선을 상기 대상체에 조사하는 단계; 및
    상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 상기 복수의 에너지 대역 별로 분리하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  23. 엑스선을 대상체에 조사하는 엑스선 발생부;
    상기 대상체를 투과한 엑스선으로부터 복수의 에너지 대역에 대응되는 엑스선 데이터를 획득하는 엑스선 검출부; 및
    상기 엑스선 데이터를 이용하여 상기 대상체에 포함되는 물질 별로 서로 다른 컬러가 맵핑된 엑스선 영상을 생성하는 제어부를 포함하는 엑스선 영상 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 물질은 뼈와 연조직을 포함하는, 엑스선 영상 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 물질은 병변조직과 비병변조직을 포함하는, 엑스선 영상 장치.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 물질은 석회화 조직과 비석회화 조직을 포함하는 엑스선 영상 장치.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 물질은 지방조직, 실질조직, 석회조직, 병변조직 중 적어도 하나를 포함하는, 엑스선 영상 장치.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 물질은 뼈와 석회화 결절을 포함하는 제1 물질 및 연조직과 비석회화 결절을 포함하는 제2 물질을 포함하는, 엑스선 영상 장치.
  29. 제 23 항에 있어서,
    상기 물질은 병변 조직을 포함하고, 상기 제어부는 병변의 진행 정도에 따라서 상기 병변 조직에 서로 다른 컬러를 맵핑하는, 엑스선 영상 장치.
  30. 대상체에 엑스선을 조사하는 단계;
    상기 대상체를 투과한 엑스선으로부터 복수의 에너지 대역에 대응되는 엑스선 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 엑스선 데이터를 이용하여 상기 대상체에 포함되는 물질 별로 서로 다른 컬러가 맵핑된 엑스선 영상을 생성하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 물질은 뼈와 연조직을 포함하는, 엑스선 영상 생성 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 물질은 병변조직과 비병변조직을 포함하는, 엑스선 영상 생성 방법.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 물질은 석회화 조직과 비석회화 조직을 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 물질은 지방조직, 실질조직, 석회조직, 병변조직 중 적어도 하나를 포함하는, 엑스선 영상 생성 방법.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 물질은 뼈와 석회화 결절을 포함하는 제1 물질 및 연조직과 비석회화 결절을 포함하는 제2 물질을 포함하는, 엑스선 영상 생성 방법.
  36. 제 30 항에 있어서,
    상기 물질은 병변 조직을 포함하고,
    상기 엑스선 영상을 생성하는 단계는,
    병변의 진행 정도에 따라서 상기 병변 조직에 서로 다른 컬러를 맵핑하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 생성 방법.
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