KR20170063689A - X 선 영상 형성 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
X선 영상 형성 장치가 개시된다. 개시된 장치는 회전축을 중심으로 회전 및 직선 이동 가능한 회전 부재와 관심 영역을 사이에 두고 상기 회전 부재의 양단에 서로 대향하도록 장착된 X선 광원과 X선 센서를 포함하는 X선 촬영부, 상기 X선 촬영부를 제어하여 상기 관심영역 내 이미지 레이어를 교차 투과하는 여러 방향의 X선 투과 데이터를 획득하는 투과 데이터 획득부, 및 상기 X선 투과 데이터로부터 상기 이미지 레이어의 구간별 일정 각도 범위의 투영 데이터를 생성하고, 상기 투영 데이터로 상기 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성하는 영상 재구성부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 디지털 X선 영상 처리에 관한 것으로, 더 구체적으로 촬영 대상에 대한 여러 방향의 X선 투과 데이터에 기초하여 X선 파노라마 영상을 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
X선 촬영법(X-ray radiography)은 X선의 직진성과 감쇠성을 이용한 방사선 사진법으로서, X선이 촬영 영역(Field Of View: FOV)을 투과하는 과정에서 누적된 감쇠량을 기초로 촬영 영역의 내부 구조에 대한 가시적인 영상을 얻기 위해 사용된다. 최근 들어, X선 촬영법은 반도체 및 정보처리 기술의 발전에 힘입어 디지털 센서(digital sensor)를 이용한 디지털 촬영법(Digital Radiography: DR)으로 빠르게 진화되고 있으며, 이에 따른 영상 처리 기술 또한 목적 및 응용 분야에 따라 다양하게 개발 및 활용되고 있다.
이러한 X선 촬영법 중에서 치과 분야에 주로 사용되는 치과용 X선 파노라마 영상 촬영법(dental panoramic X-ray radiography)이 알려져 있는데, 이 촬영법에 의한 X선 파노라마 영상은 인체의 머리 중 치열 부분을 전체적으로 보여주기 위한 영상으로서, 특히 악궁 내 임의의 이미지 레이어(image layer)를 기준으로 한 치아 및 치아 주변 조직이나, 턱뼈 및 경추의 배치 관계를 2차원의 투과 영상으로 보여줄 수 있다는 장점이 있다. X선 파노라마 영상은 그 단일 영상만으로도 치아 및 치아 주변 조직의 전체적인 배열 관계를 쉽게 확인할 수 있어 치과 전문의 등에게 가장 익숙한 표준 영상으로 활용되고 있다.
전형적인 X선 파노라마 영상 촬영 방식에 따르면, 악궁 궤적에 대응되는 곡선 형태의 이미지 레이어를 따라 X선 센서와 X선 소스(source) 사이의 초점 구간을 이동(shift)시키면서 이미지 레이어의 각 구간별 X선 투과 데이터(X-ray penetration data)를 형성하고, 이들 X선 투과 데이터를 2차원 평면 상에 적절히 중첩(add)시킴으로써 해당 이미지 레이어에 대한 X선 파노라마 영상을 형성하게 된다. 이를 위해 X선 소스와 X선 센서 사이의 회전축은 회전 및 직선 운동을 하는 2축 구동 방식에 의해 구동된다. 이 같은 방식의 X선 파노라마 영상 촬영 방식을 통상 'SAA 방식(shift-and-add method)' 또는 '스캔 파노라마 방식(panoramic scanning technique)'이라 한다.
X선 소스로부터 나오는 X선 빔(beam)은 일정한 폭과 높이를 가진다. X선 파노라마 영상 촬영을 위한 X선 센서의 폭은 이미지 레이어의 곡선 형태를 구간별 X선 투과 데이터에 반영할 수 있도록 하기 위해 일정 범위 이하로 제한된다. 통상의 X선 파노라마 영상 촬영용 X선 센서는 그 폭이 대략 5 ~ 20 mm 정도인 슬릿(slit) 형태이고, 이 폭을 벗어나면 X선 파노라마 영상 전체가 흐려지는 이른바 블러(blur) 현상이 나타난다. 그런데 이와 같이 작은 폭을 가지는 X선 센서를 이용하여 X선 파노라마 영상 촬영을 하면, 악궁과 함께 경추가 영상 내에 포함된다. 경추는 치과적 진단이나 치료 대상이 아닐 뿐만 아니라, 치과용 X선 파노라마 영상에 경추가 포함되면 치아 영역과 겹쳐지게 되어 치아 구조의 선명도를 떨어뜨리고 잔상 효과(ghost effects)나 아티팩트(artefact)가 증가하는 등의 문제가 있다.
X선 소스와 X선 센서는 일정 길이를 가지는 이동 부재의 양 단부들에 각각 설치되어 있는데, 이 이동 부재의 회전축은, 전술한 바와 같이 2축 구동 방식에 따라 회전하거나 직선 운동을 한다. 스캔 파노라마 방식에 있어서, 회전축은 촬영 시작 시점과 종료 시, 어금니 부분을 촬영할 때는 빠르게 직선 운동을 하다가 촬영 중간에 앞니 부분을 촬영할 때에는 느리게 직선 운동을 하여야 한다. 따라서, 회전축의 직선 이동 속도가 적절하게 변해야 하므로, 무거운 이동 부재가 정밀하게 가속 및 감속되면서 직선 이동되도록 제어해야 할 필요가 있다. 이로 인해, X선 파노라마 영상 촬영 장치의 기계적 구조가 복잡해지고, 특히 직선 운동 시 가속 및 감속 과정에서 기계에 과도한 부하를 줄 수 있다는 문제가 야기된다.
X선 파노라마 영상에 경추 부분의 영상이 포함되는 것을 최소화하거나 방지하기 위하여, 3축 구동하는 이동 부재를 이용하여 경추를 투과하는 X선을 발생시키지 않고 파노라마 촬영을 하는 3축 구동 방식의 파노라마 영상 획득 장치가 제안된 바 있다(국내 등록특허 10-0861409 참조). 하지만, 제안된 장치는 기계적 구조가 복잡하고 상대적으로 무겁고 대형의 기계 구조물인 이동 부재를 2방향에서 가속 및 감속 제어하여야 하므로, 기계적 부담이 크다는 등의 여러 가지 문제를 가진다.
X선 파노라마 영상 촬영법에 의하지 않고 X선 파노라마 영상을 획득하는 방법으로서 X선 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography: CT; 이하 "CT"로 표기함) 영상 촬영법을 이용한 방법이 알려져 있다. 일반적인 X선 CT 영상은 촬영 영역의 전 영역에 걸친 전산화 단층 영상을 기초로 촬영 영역 전체에 대한 3차원 X선 CT 영상을 표시한다. X선 CT 영상은 촬영 영역의 3차원 X선 CT 영상은 물론 사용자가 원하는 위치 및 방향에 따른 단층 영상을 정확하고 선명하게 표시할 수 있어, 치과에서의 임플란트(implant) 시술과 같이 고도의 정밀성이 요구되는 분야에 주로 활용되고 있다. 이와 같이 미리 확보된 X선 CT 영상에 이미지 레이어를 지정하고 그에 대한 단층 영상을 재구성하면 해당 이미지 레이어에 대한 X선 파노라마 영상을 얻을 수 있다. 이와 같이 X선 파노라마 영상을 획득하는 방식을 통상 '3차원 X선 CT 영상을 활용한 재구성 파노라마 방식'이라 한다.
하나의 X선 CT 촬영 장치로 촬영 영역에 대한 3차원 X선 CT 영상을 미리 획득하고, 이를 기초로 X선 파노라마 영상을 획득하는 재구성 파노라마 방식이 상대적으로 유리할 수 있지만, 이 같은 방식은 파노라마 영상 재구성에 소요되는 연산량이 지나치게 많아 대용량의 연산 장치와 장시간의 연산 시간이 요구된다는 불리함이 있다. 또한, 이 같은 방식은 X선 파노라마 영상을 얻기 위해 불필요하게 X선 조사량이 높은 X선 CT 촬영을 해야 하는 불리함도 있다. 뿐만 아니라, 재구성 파노라마 방식의 X선 파노라마 영상은 스캔 파노라마 방식의 그것과 영상의 품질이 서로 달라 스캔 파노라마 방식에 익숙한 사용자에게 다소 이질적일 수 있다. 그러므로 영상의 품질을 유지하면서도 데이터 처리(data processing)에 대한 부담 및 기계적 부담을 경감할 수 있는 새로운 X선 파노라마 영상 형성 장치에 대한 요구는 여전히 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존의 스캔 파노라마 방식 또는 재구성 파노라마 방식과 다른 방식으로 X선 파노라마 영상을 형성할 수 있는 신규의 X선 영상 형성 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 기존의 스캔 파노라마 방식에서 요구되는 촬영 장비의 구동 방식 및 X선 센서의 폭에 대한 제한이 없고, 기존의 재구성 파노라마 방식과 달리 최소한의 연산으로도 신뢰성 높은 X선 파노라마 영상을 형성할 수 있는 X선 영상 형성 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, X선 영상 형성 장치가 제공된다. 이 X선 영상 형성 장치는, 회전축을 중심으로 회전 및 직선 이동 가능한 회전 부재와 관심 영역을 사이에 두고 상기 회전 부재의 양단에 서로 대향하도록 장착된 X선 광원과 X선 센서를 포함하는 X선 촬영부, 상기 X선 촬영부를 제어하여 상기 관심영역 내 이미지 레이어를 교차 투과하는 여러 방향의 X선 투과 데이터를 획득하는 투과 데이터 획득부, 및 상기 X선 투과 데이터로부터 상기 이미지 레이어의 구간별 일정 각도 범위의 투영 데이터를 생성하고, 상기 투영 데이터로 상기 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성하는 영상 재구성부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영상 재구성부는, 상기 투영 데이터를 상기 이미지 레이어의 각 구간 별로 후역 투사하여 상기 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 일정 각도 범위는 상기 이미지 레이어의 구간별 법선 방향을 포함하는 10°이상 180°미만일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 관심 영역은 악궁을 포함하고, 상기 이미지 레이어는 상기 악궁 내에 있으며, 상기 일정 각도 범위는 구치부에서 전치부로 갈수록 증가할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영상 재구성부는, 상기 X선 투과 데이터로부터 상기 이미지 레이어의 구간별 일정 각도 범위 내에 있는 보간 데이터를 생성하는 보간 데이터 생성부를 더 포함하며, 상기 X선 투과 데이터 및 상기 보간 데이터로 상기 투영 데이터를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 상기 투영 데이터의 수 및 간격을 상기 이미지 레이어의 구간별로 일정하게 보상하는 투영 데이터 보상부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전축은 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 등속으로 직선 운동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 X선 센서의 폭은 6 mm 이상 100 mm 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 X선 센서의 폭은 20 이상 70 mm 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 관심 영역은 악궁을 포함하고, 상기 회전 부재는 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 중심선을 따라 0 이상 60 mm 이하의 거리를 직선 운동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전 부재는 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 중심선을 따라 20 mm 이상 50 mm 이하의 거리를 직선 운동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전 부재는, 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 회전축이 등속으로 직선 운동하는 제1 조건, 상기 X선 센서의 폭이 20 이상 50 mm 이하인 제2 조건, 및 상기 회전 부재가 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 악궁의 전후 방향 중심선을 따라 20 mm 이상 50 mm 이하의 거리를 직선 운동하는 제3 조건 중 적어도 하나의 조건을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 투과 데이터 획득부는, 상기 X선 투과 데이터가 상기 관심 영역의 일부를 각각 투과하여 상기 관심 영역의 실질적인 전 면적을 투과한 투과 데이터를 포함하도록 상기 X선 촬영부를 제어할 수 있고, 상기 영상 재구성부는 상기 X선 투과 데이터로 상기 관심 영역 전체에 대한 3차원 CT 영상을 재구성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 상기 2차원 파노라마 영상과 상기 3차원 CT 영상을 선택적으로 또는 동시에 화면 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, X선 영상 형성 방법이 또한 제공된다. 이 X선 영상 형성 방법은, 회전축을 중심으로 회전 및 직선 이동 가능한 회전 부재와 관심 영역을 사이에 두고 상기 회전 부재의 양단에 서로 대향하도록 장착된 X선 광원과 X선 센서를 포함하는 X선 촬영부를 이용하여 수행될 수 있다. 이 X선 영상 형성 방법은, (a) 상기 X선 촬영부를 제어하여 상기 관심 영역 내 이미지 레이어를 교차 투과하는 여러 방향의 X선 투과 데이터를 획득하는 단계, (b) 상기 X선 투과 데이터로부터 상기 이미지 레이어의 구간별 일정 각도 범위의 투영 데이터를 생성하는 단계, 및 (c) 상기 투영 데이터로 상기 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단계 (c)는, 상기 투영 데이터를 상기 이미지 레이어의 각 구간 별로 후역 투사하여 상기 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 일정 각도 범위는 상기 이미지 레이어의 구간별 법선 방향을 포함하는 10°이상 180°미만일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단계 (b)는, 상기 X선 투과 데이터로부터 상기 이미지 레이어의 구간별 일정 각도 범위 내에 있는 보간 데이터를 생성하고, 상기 X선 투과 데이터 및 상기 보간 데이터로 상기 투영 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단계 (b)는, 상기 투영 데이터의 수 및 간격을 상기 이미지 레이어의 구간별로 일정하게 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전축은 등속으로 직선 운동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 X선 센서의 폭은 6 mm 이상 100 mm 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 X선 센서의 폭은 20 이상 50 mm 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 관심 영역은 악궁을 포함하고, 상기 회전축은 상기 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 중심선을 따라 0 이상 60 mm 이하의 거리를 직선 운동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전축은 상기 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 중심선을 따라 20 mm 이상 60 mm 이하의 거리를 직선 운동할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전 부재는, 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 회전축이 등속으로 직선 운동하는 제1 조건, 상기 X선 센서의 폭이 20 이상 50 mm 이하인 제2 조건, 및 상기 회전 부재가 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 악궁의 전후 방향 중심선을 따라 20 mm 이상 50 mm 이하의 거리를 직선 운동하는 제3 조건 중 적어도 하나의 조건을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단계 (a)는, 상기 관심 영역의 일부를 각각 투과하여 상기 관심 영역의 실질적인 전 면적을 투과한 투과 데이터를 상기 X선 투과 데이터로서 획득하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (c)는, 상기 X선 투과 데이터로 상기 관심 영역 전체에 대한 3차원 CT 영상을 재구성하는 단계를 포함하고, 상기 방법은, 상기 단계 (c) 후에, 상기 2차원 파노라마 영상과 상기 3차원 CT 영상을 선택적으로 또는 동시에 화면 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명이 제안하는 X선 영상 형성 장치 및 방법에 따르면, 악궁을 포함하는 촬영 대상의 관심 영역에 대한 여러 방향의 X선 투과 데이터를 이용하여 간단한 연산으로 관심 영역에 대한 3차원 X선 CT 영상 및/또는 악궁 내 임의의 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상을 형성할 수 있다.
본 발명의 X선 영상 형성 장치 및 방법이 제공하는 장점은, 단일의 구동 방식 및 센서를 갖춘 하나의 촬영 장치로 단 1회의 X선 촬영을 통해 촬영 대상의 3차원 X선 CT 영상과 X선 파노라마 영상을 선후의 제한 없이 모두 형성할 수 있고, 이에 따라 X선 파노라마 영상과 X선 CT 영상의 별도의 촬영에 따른 불필요한 경제적 손실을 방지하고 아울러 피검자에게 가해지는 피폭량을 크게 줄일 수 있다는 점이다.
본 발명의 X선 영상 형성 장치 및 방법이 제공하는 다른 장점은, 기존의 스캔 파노라마 방식과 달리 X선 촬영 장비의 구동 방식 및 X선 센서의 폭에 대한 특별한 제한을 받지 않고, 기존의 재구성 파노라마 방식과 달리 최소한의 연산으로도 신뢰성 높은 X선 파노라마 영상을 형성할 수 있다는 점이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 형성 장치의 전체 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 X선 영상 형성 장치의 X선 촬영부의 일부 구성에 대한 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 입체 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 X선 영상 형성 장치의 제어부의 구성에 대한 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 투과 데이터 획득부가 촬영 파라미터 결정부에 의해 결정된 촬영 밀도에 따라 X선 촬영부를 제어하는 방식의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 영상 재구성부의 상세 구성에 대한 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 X선 영상 형성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 도 6의 단계(S610)에 대한 상세 흐름도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 단계(S630)에 대한 상세 흐름도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 X선 영상 형성 방법의 일 실시예의 수행 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 위치별 투영 데이터를 역 투영하는 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 12는 각각 종래의 스캔 파노라마 방식에 따라 X선 파노라마 영상을 형성한 결과를 나타내는 사진이다.
도 13은 본 발명의 X선 영상 형성 방법의 일 실시예에 따라 X선 파노라마 영상을 형성한 결과를 나타내는 사진이다.
도 2는 도 1에 도시된 X선 영상 형성 장치의 X선 촬영부의 일부 구성에 대한 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 입체 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 X선 영상 형성 장치의 제어부의 구성에 대한 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 투과 데이터 획득부가 촬영 파라미터 결정부에 의해 결정된 촬영 밀도에 따라 X선 촬영부를 제어하는 방식의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 영상 재구성부의 상세 구성에 대한 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 X선 영상 형성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 도 6의 단계(S610)에 대한 상세 흐름도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 단계(S630)에 대한 상세 흐름도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 X선 영상 형성 방법의 일 실시예의 수행 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 위치별 투영 데이터를 역 투영하는 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 12는 각각 종래의 스캔 파노라마 방식에 따라 X선 파노라마 영상을 형성한 결과를 나타내는 사진이다.
도 13은 본 발명의 X선 영상 형성 방법의 일 실시예에 따라 X선 파노라마 영상을 형성한 결과를 나타내는 사진이다.
본 발명의 이점들과 특징들 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도에서 사용된 것이 아니다. 예를 들어, 단수로 표현된 구성 요소는 문맥 상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성 요소를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐이고, 이러한 용어의 사용에 의해 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성이 배제되는 것은 아니다.
본 명세서에 기재된 실시예에 있어서 '모듈(module)' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 기능적 부분을 의미하며, 하드웨어(hardware) 또는 소프트웨어(software)로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 '모듈' 혹은 복수의 '부'는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 '모듈' 혹은 '부'를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서(processor)로 구현될 수 있다.
덧붙여, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 형성 장치의 전체 구성을 설명하기 위한 개략적인 단면 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 X선 영상 형성 장치의 X선 촬영부의 일부 구성에 대한 일 실시예를 설명하기 위한 개략적인 입체 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, X선 영상 형성 장치(100)는 X선 촬영부(110), 제어부(150) 및 입/출력부(160)를 포함할 수 있다.
X선 촬영부(110)는 양단에 서로 대향하도록 장착된 X선 광원(122) 및 X선 센서(124)를 포함하는 회전 부재(120), 회전 부재(120)를 회전시키기 위한 회전축(140) 및 회전축(140)을 통해 회전 부재(120)가 회동 가능하도록 하는 동시에 회전축(140)을 직선 구동시키기 위한 고정 부재(130)를 포함하도록 구성될 수 있다. X선 광원(122)은 촬영 대상(S)을 향해 X선 빔을 조사할 수 있으며, X선 빔의 조사 각도와 조사 면적을 조절하는 콜리메이터(collimator) 등의 조절 수단을 포함할 수 있다. X선 광원(122)에 대향하도록 배치된 X선 센서(124)는 X선 광원(122)으로부터 촬영 대상(S)에 조사되어 촬영 대상(S)을 투과한 X선 빔(도 1의 점선 참조)을 검출할 수 있다.
일 실시예에서, X선 센서(124)는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서 어레이로 구성 가능하나, 그의 구성 방법이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에 따르면, X선 센서(124)의 폭은 기존의 스캔 파노라마 방식에서와는 달리 작을 필요가 없고, 따라서 특별히 제한되지 않는다. X선 센서(124)의 폭은 이미지 레이어의 위치 구분을 위한 최소 단위가 X선 센서(124)의 1 화소에 대응된다는 가정하에 1 화소열 이상의 X선 수광 영역을 제공하면 족하다. 다만, 촬영 효율 등을 고려하여 X선 센서(124)의 폭은 기존의 스캔 파노라마 방식에서의 X선 센서의 폭 이상이고 CT 센서의 폭(확대율 x 촬영 영역의 폭) 이하인 범위에서 적절히 결정될 수 있다. 일 실시예에서, X선 센서의 폭은 대략 5 ~ 300 mm 범위에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
회전 부재(120)는 X선 광원(122)과 X선 센서(124) 사이에 촬영 대상(S)이 배치될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 회전 부재(120)는 수평 방향으로 소정의 거리만큼 연장되는 바(bar) 및 이 바와 일체로 결합되어 그로부터 아래로 연장되며 X선 광원(122)과 X선 센서(124)가 소정의 이격 거리를 두고 각각 장착되는 갠트리(gantry) 형태의 수직 단부들을 갖도록 구성될 수 있으나, 회전 부재(120)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 회전 부재(120)는 X선 광원(122)과 X선 센서(124)가 여러 방향에서 촬영 대상(S)을 촬영할 수 있도록 촬영 대상(S)의 외주를 따라 회전 가능하고 X선 광원(122)과 X선 센서(124) 간의 X선 빔 경로 상에 촬영 대상(S)이 배치될 수 있는 구조라면 어떠한 구조로 되어도 무방하다.
회전축(140)은 회전 부재(120) 또는 고정부재(130)에 결합되어 회전 구동 모터(motor)(도시되지 않음)로부터의 회전력을 회전 부재(120)에 전달하는 축 역할을 하도록 설계될 수 있다. 회전축(140)은 이를 통해 회전 부재(120)와 고정 부재(130)가 결합될 수 있는 기계적 역할을 하도록 설계될 수 있다.
고정 부재(130)는 지지 부재(도시되지 않음)에 의해 지지된 상태일 수 있다. 고정 부재(130)는 회전 부재(120)를 회전시키기 위한 회전축(140)을 고정시키고 회전축(140)을 직선 구동시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 고정 부재(130)는 회전축(140)을 직선 구동시키기 위한 가이드 판(guide plate, 232) 및 가이드 판(232)을 직선 구동시키기 위하여 고정 부재(130)의 하우징(housing) 내에 고정된 직선 구동 모터(236)를 포함하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 고정 부재(130)의 하우징의 하판에는 가이드 판(232)에 고정되어 있는 회전축(140)이 이동되는 것을 가이드하는 가이드 홈(238)이 형성될 수 있다. 상술한 구성에 따라, 회전 부재(120)가 회전 구동 및 직선 구동을 동시에 할 수 있고, 이에 따라 촬영 대상(S)의 관심 영역의 촬영에 적합한 경로를 따라 이동 및 회전이 가능하다.
가이드 판(232)은 고정 부재(130)의 하우징의 양 측판들에 의해 회전되지 않도록 고정될 수 있다. 이에 따라, 회전축(140)이 회전하는 경우, 회전축(140)에 결합된 회전 부재(120)는 고정 부재(130)에 대하여 회전축(140)을 중심으로 회전할 수 있다.
고정 부재(130)의 하우징 내에 고정된 직선 구동 모터(236)가 작동하면, 직선 구동 모터(236)의 축에 일 단이 연결되고 가이드 판(232)에 고정된 너트(nut) 부재에 타 단이 삽입되어 연결된 스크루(screw, 234)가 회전하여, 스크루(234)의 회전 방향에 따라 너트 부재가 스크루(234)를 따라 왕복 이동하는 것에 의해 회전축(140)이 직선 이동할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, X선 촬영부(110)는 촬영 대상(S)의 관심 영역에 대해 X선 빔을 조사하여 투과된 X선 투과 데이터를 감지함으로써 관심 영역에 대한 여러 방향에서의 X선 투과 데이터를 획득하도록 작동될 수 있다.
제어부(150)는 회전 부재(120)가 회전하고 직선 구동되면서 X선 광원(122)으로부터의 X선 빔이 촬영 대상(S)의 관심 영역으로 조사되어 관심 영역을 투과하도록 X선 촬영부(110)를 제어하여 X선 센서(124)로부터 관심 영역에 대한 X선 투과 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다. 제어부(150)는 X선 센서(124)에 의해 검출된 X선 투과 데이터를 영상 처리하여 악궁 궤적 내 임의의 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상 및/또는 관심 영역 전체에 대한 3차원 X선 CT 영상을 형성하도록 구성될 수 있다.
입/출력부(160)는 사용자가 촬영 플랜(plan)에 관련된 데이터를 입력하고 각종 촬영 파라미터를 비롯해 본 발명에 따라 형성된 2차원 X선 파노라마 영상 및/또는 3차원 X선 CT 영상을 표시하는 역할을 수행하도록 구성될 수 있다. 입/출력부(160)는 키보드(keyboard), 키패드(keypad), 터치패드(touchpad) 등의 입력 수단, 프린터(printer), 표시 장치(display), 스피커(speaker) 등의 출력 수단, 통신 모듈 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 도 1에 도시된 X선 영상 형성 장치의 제어부의 구성에 대한 블록도의 일 실시예를 도시한 도면이고, 그리고 도 4는 투과 데이터 획득부가 촬영 파라미터 결정부에 의해 결정된 촬영 밀도에 따라 X선 촬영부를 제어하는 방식의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제어부(150)는 촬영 파라미터 결정부(310), 투과 데이터 획득부(320), 영상 재구성부(330) 및 저장부(340)를 포함하도록 구성될 수 있다.
촬영 파라미터 결정부(310)는 X선 촬영에 관련된 파라미터들을 결정하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 촬영 파라미터들은 촬영 대상의 관심 영역, 관심 영역 내의 이미지 레이어, 촬영 궤적, 촬영 궤적에 따른 촬영 밀도 등을 포함할 수 있다. 여기서, '촬영 궤적'은 관심 영역을 스캔하는 X선 빔의 소정의 폭이 이동하는, 관심 영역에 걸쳐 설정된 궤적을 지칭하는 것일 수 있다. 달리 표현하면, '촬영 궤적'은 X선 광원(122) 및 X선 센서(124)가 이동하는 궤적에 대응할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 촬영 파라미터 결정부(310)는 사용자로 하여금 키보드(keyboard), 키패드(keypad), 터치패드(touchpad) 등의 입력 수단을 통하여 이러한 파라미터들의 일부 또는 전부를 선택하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 촬영 파라미터 결정부(310)는 사용자로 하여금 특정의 이미지 레이어를 선택하고 촬영 궤적을 2개 이상의 구간으로 나누고 각각의 구간에 대해 서로 다른 촬영 밀도를 선택하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 촬영 파라미터 결정부(310)는 내부에 미리 저장된 촬영 파라미터들을 선택하도록 구성될 수 있다.
촬영 밀도에 대해 좀 더 상술하면, 촬영 밀도는 촬영 궤적의 길이에 대한 X선 빔 조사 횟수의 비율, 즉 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
수학식 1:
촬영 밀도 = X 선 빔 조사 횟수 / 촬영 궤적 길이
수학식 1에 따르면, 촬영 밀도의 값이 클수록 주어진 길이의 촬영 궤적을 따라 X선 촬영부(110)의 회전 부재(120)가 회전하는 동안에 X선 광원(122)에서의 X선 빔의 조사 횟수가 늘어나고, 반대로 촬영 밀도의 값이 작다면 주어진 길이의 촬영 궤적을 따라 회전하는 동안에 X선 광원(122)에서의 X선 빔의 조사 횟수가 줄어 든다는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 촬영 밀도는 촬영 궤적의 길이 전체에 걸쳐 하나의 값을 가지도록 결정될 수 있다. 이와는 달리, 촬영 궤적의 길이를 복수의 구간으로 분할하고, 분할된 각각의 구간에 대해 서로 다른 값을 가지도록 촬영 밀도를 결정할 수도 있다.
투과 데이터 획득부(320)는 촬영 대상(S)의 관심 영역에 대한 X선 투과 데이터를 획득하기 위해 X선 촬영부(110)의 X선 광원(122)과 X선 센서(124) 사이에 촬영 대상(S)이 배치된 상태에서 작동될 수 있다. 투과 데이터 획득부(320)는 촬영 대상(S)의 관심 영역에 대한 X선 투과 데이터를 획득하기 위해 X선 촬영부(110)를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 투과 데이터 획득부(320)는 X선 촬영부(110)의 회전 부재(120)가 회전축(140)을 중심으로 회전하고 회전 부재(120)의 회전축(140)이 직선 구동되면서, X선 광원(122)으로부터의 X선 빔이 촬영 대상(S)의 관심 영역으로 조사되어 관심 영역을 투과하도록 X선 촬영부(110)를 제어하도록 구성될 수 있다.
투과 데이터 획득부(320)는 촬영 파라미터 결정부(310)에 의해 결정된 X선 촬영에 관련된 적어도 하나의 파라미터에 따라 X선 촬영부(110)를 제어하도록 구성될 수 있다. 투과 데이터 획득부(320)는, 예를 들어 X선 촬영부(110)의 이동 부재(120)가 촬영 파라미터 결정부(310)에 의해 결정된 촬영 궤적을 따라 회전 및 이동하도록 X선 촬영부(110)를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 투과 데이터 획득부(320)는 촬영 파라미터 결정부(310)에 의해 촬영 궤적의 각 구간별로 결정된 촬영 밀도에 의해 정해지는 횟수만큼 촬영 궤적의 해당 구간에 대응하는 관심 영역의 부분에 X선 빔이 조사되도록 X선 촬영부(110)를 제어할 수 있다. 투과 데이터 획득부가 촬영 파라미터 결정부에 의해 결정된 촬영 밀도에 따라 X선 촬영부를 제어하는 방식의 일 실시예를 설명하기 위한 도면인 도 4를 참조하면, X선 빔(B)이 이미지 레이어(L)를 따라 촬영 대상(S)인 사람의 두부의 악궁(관심 영역)을 스캔하는 방식이 개념적으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이미지 레이어(L)는 2개 이상의 구간들(R1, R2)로 구분될 수 있으며, 제2 구간(R2)의 촬영 밀도가 제1 구간(R1)의 촬영 밀도 보다 더 큰 것을 알 수 있다. 이와 같이, 투과 데이터 획득부(320)는 촬영 궤적의 각 구간별로 서로 다른 촬영 밀도로 관심 영역의 해당 부분을 촬영하도록 X선 촬영부(110)를 제어하도록 구성될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 투과 데이터 획득부(320)는 X선 촬영부(110)의 회전 부재(120)의 회전축(140)의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다. 비록 전술한 실시예에서는 회전축(140)이 회전하면서 소정의 길이 범위에서 직선 운동하는, 즉 2축 구동되는 예를 도시하고 설명하였으나, 회전축(140)이 구동되는 방식은 이에 한정되는 것은 아니다. 회전축(140)이 구동되는 방식은 회전축(140)이 소정의 각도 범위에서 회전만하는 1축 회전 방식 및 회전축(140)이 회전과 더불어 회전축(140)의 길이 방향에 수직인 평면상에서 이동하는 다축 구동 방식 중 그 어느 것도 가능하다.
일 실시예에서, 투과 데이터 획득부(320)는, 회전 부재(120)의 회전축(140)이 촬영 대상(S)의 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 가상선을 따라 등속으로 직선 구동되게 X선 촬영부(110)를 제어하도록 구성될 수 있다. 그러나, 회전 부재(120)의 회전축(140)이 촬영 대상(S)의 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 가상선을 따라 악궁의 각 부위 별로 각기 다른 속도로 직선 구동되게 X선 촬영부(110)를 제어하도록 투과 데이터 획득부(320)를 구성하는 것도 가능하다.
투과 데이터 획득부(320)가 X선 촬영부(110)의 기계적 동작을 제어함으로써 X선 촬영부(110)의 X선 센서(124)에 의해 검출된 결과는 X선 센서(124)에 의해 X선 투과 데이터로 변환되어 선택적으로 X선 촬영부(110)의 자체 메모리(도시되지 않음)에 저장될 수 있다. 획득된 X선 투과 데이터는 3차원 X선 CT 영상에서와 같이 복셀(voxel) 단위로 관리되고 각 복셀의 주소, 즉 그 3차원 위치에 의해 주소 지정(addressing)될 수 있다. 획득된 X선 투과 데이터는 투과 데이터 획득부(320)의 제어 하에 제어부(150)의 저장부(340)로 이동 저장될 수 있다.
저장부(340)에는 X선 투과 데이터 이외에도 촬영 대상의 관심 영역, 관심 영역 내의 이미지 레이어, 촬영 궤적, 촬영 궤적에 따른 촬영 밀도 등 X선 촬영에 관련된 파라미터들에 대한 데이터가 저장될 수 있다. 이외에도, 저장부(340)에는 X선 촬영부(110)의 제어 및 작동에 관련된 데이터 등 본 발명의 X선 영상 형성 장치(100)의 작동에 필요한 다양한 데이터가 저장될 수 있다.
저장부(340)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드(MultiMedia Card: MMC), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD(Secure Digital) 카드 또는 XD(eXtream Digital) 카드 등), RAM(Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광 디스트 중 어느 하나의 저장 매체로 구현될 수 있으나, 당업자라면 저장부(340)의 구현 형태가 이에 한정되는 것이 아님을 알 수 있을 것이다.
영상 재구성부(330)는 관심 영역의 이미지 레이어를 교차 투과하여 획득된 X선 투과 데이터를 선택하여 위치별 투영 데이터를 구성하고, 구성된 위치별 투영 데이터를 해당 위치, 즉 이미지 레이어의 각 구간 별로 역 투영(back projection)하여 해당 위치에 대응하는 화소 데이터를 생성함으로써, 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 영상 재구성부(330)는 관심 영역 전체 부분의 위치들의 각각에 대하여, X선 투과 데이터 중 해당 위치를 교차 투과하여 획득된 X선 투과 데이터를 선택하여 위치별 투영 데이터를 구성하고, 관심 영역 전체에 대한 3차원 X선 CT 영상을 재구성하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 재구성된 3차원 X선 CT 영상에서 원하는 이미지 레이어에 대응하는 위치의 단면 영상 데이터를 선택함으로써 2차원 X선 파노라마 영상 데이터를 획득하는 것이 가능하다. 여기서, 역 투영이란 다양한 방향에서 얻어진 투과 데이터를 각 방향의 역으로 투사하여 합산하는 과정을 총칭하며, 일반적으로 3차원 X선 CT 영상 재구성을 위한 해석학적 기법의 일종으로 잘 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이제, 도 3에 도시된 영상 재구성부의 상세 구성에 대한 블록도의 일 실시예를 도시한 도 5를 참조하면서, 영상 재구성부(330)의 구성을 상술하기로 한다.
도 5를 참조하면, 영상 재구성부(330)는 투영 데이터 구성부(510)를 포함할 수 있다. 투영 데이터 구성부(510)는 관심 영역 또는 이미지 레이어에 대응하는 위치들의 각각에 대하여, 저장부(340)에 저장된 X선 투과 데이터 중 해당 위치를 교차 투과하여 획득된 X선 투과 데이터를 선택하여 해당 위치에 대한, 즉 위치별 투영 데이터를 구성하도록 작동될 수 있다. 이 경우, 투영 데이터 구성부(510)는 각 위치별로 미리 결정된 각도 범위 내의 방향을 가지는 X선 투과 데이터를 선택하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 투영 데이터 구성부(510)는 X선 광원(122)으로부터의 X선 빔이 이미지 레이어의 구간 별 법선 방향 - 여기서 법선 방향은 해당 위치에서 외측(촬영 대상이 사람일 경우, 얼굴 외부)으로 향하는 방향임 - 으로 투과하여 획득된 X선 투과 데이터를 선택하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 투영 데이터 구성부(510)는 X선 광원(122)으로부터의 X선 빔이 전술한 법선 방향을 기준으로 선정된 각도 조건을 만족시키면서 해당 위치를 투과하여 획득된 X선 투과 데이터를 선택하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 선정된 각도 조건은 상기 법선 방향을 기준으로 10 ~ 180°사이의 각도 범위일 수 있다. 이 각도 범위는 해당 위치를 꼭지점으로 하고 전술한 법선 방향을 기준으로 10 ~ 180°사이의 각을 갖는 입체각(solid angle), 예를 들어 원뿔 형태의 모양을 취할 수 있다. 일 실시예에서, 선정된 각도 조건을 악궁의 구치부에서 전치부로 갈수록 증가하는 각도 범위로 설정할 수 있다.
이와 같이, 이미지 레이어의 각 위치별로 적어도 하나의 X선 투과 데이터가 선택될 수 있고, 각 위치별로 선택된 적어도 하나의 X선 투과 데이터를 '위치별 투영 데이터'로 지칭한다.
영상 재구성부(330)는 보간 데이터 생성부(520)를 더 포함할 수 있다. 보간 데이터 생성부(520)는 투영 데이터 구성부(330)에서 구성된 위치별 투영 데이터에 특정 각도 방향의 투과 데이터가 부족한 경우 보간 데이터를 생성하도록 구성될 수 있다. 보간 데이터 생성부(520)는 이미지 레이어에 대응하는 위치들의 각각에 대하여, 해당 위치별 투영 데이터 및/또는 해당 위치 이외의 적어도 하나의 인접하는 위치에 대한 위치별 투영 데이터를 이용하여, 전술한 바와 같이 법선 방향을 기준으로 선정된 각도 조건을 만족시키는 위치별 보간 데이터를 보간법에 의해 생성하도록 구성될 수 있다.
영상 재구성부(330)는 투영 데이터 보상부(530)를 더 포함할 수 있다. 투영 데이터 보상부(530)는 이미지 레이어에 대응하는 위치들의 각각에 대하여, 법선 방향을 기준으로 선정된 각도 조건을 만족시키는 특정 각도에서 해당 위치를 투과하여 획득된 X선 투과 데이터가 중첩되는 경우 이를 보상하도록 작동될 수 있다. 즉, 투영 데이터 보상부(530)는 위치별 투영 데이터로부터 중첩되는 X선 투과 데이터의 중첩 정도를 조절하여 위치별 투영 데이터를 보상하도록 구성될 수 있다.
영상 재구성부(330)는 영상 데이터 형성 및 표시부(540)를 더 포함할 수 있다. 영상 데이터 형성 및 표시부(540)는 투영 데이터 구성부(510)에서 구성되고 투영 데이터 보상부(530)에서 보상된 위치별 투영 데이터와 보간 데이터 생성부(520)에서 생성된 위치별 보간 데이터를 이용하여 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상 데이터 또는 관심 영역 전체에 대한 3차원 X선 CT 영상 데이터를 형성하도록 구성될 수 있다. 특히 영상 데이터 형성 및 표시부(540)는 이미지 레이어에 대응하는 위치들의 각각에 대하여, 해당 위치별 투영 데이터/위치별 보간 데이터를 이미지 레이어의 각 구간별로 역 투영하여 해당 위치에 대응하는 화소 데이터를 생성하고, 이러한 과정을 각 위치에 대해 반복하여 최종적으로 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상 데이터를 형성하도록 구성될 수 있다.
영상 데이터 형성 및 표시부(540)는 전술한 바와 같이 형성된 영상 데이터를 이용하여 입/출력부(160)의 표시 장치 상에 3차원 X선 CT 영상 또는 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상을 렌더링(rendering)하여 사용자에게 보여주도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 영상 데이터 형성 및 표시부(540)는 2차원 X선 파노라마 영상을 표시 장치에 먼저 표시하고 후에 3차원 X선 CT 영상을 표시하도록 프로그램될 수 있으나, 그 반대의 순서로 표시하거나 두 영상을 한꺼번에 표시하도록 프로그램되는 것도 가능하다.
이상으로 설명한 실시예는, 하드웨어적 측면에서 응용 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuits: ASICs), 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processors: DSPs), 디지털 신호 처리 소자(Digital Signal Processing Devices: DSPDs), 프로그램 가능 논리 소자(Programmable Logic Devices: PLDs), 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(Field-Programmable Gate Arrays: FPGAs), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers) 및 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
절차나 단계 또는 기능을 포함하는 실시예들은 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행하게 하는, 하드웨어 플랫폼(platform) 상에서 실행 가능한 펌웨어(firmware)/소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드(code)는 적절한 프로그램(program) 언어로 쓰여진 소프트웨어 애플리케이션(application)에 의해 구현될 수 있다. 이 경우, 소프트웨어 코드는 제어부(150)에 저장되어 실행될 수 있다. 이상으로 설명한 실시예에서는, X선 촬영부(110)가 전적으로 제어부(150)의 제어에 따라 작동되는 것으로 설명하였으나, 제어부(150)의 제어 기능의 일부, 예컨대 투과 데이터 획득부(320)의 일부 또는 전부의 기능을 X선 촬영부(110)에서 실행하도록 구현하는 것도 가능하다.
이상으로 설명한 실시예에 따른 X선 영상 형성 장치에 따르면, 악궁을 포함하는 촬영 대상의 관심 영역에 대한 여러 방향의 X선 투과 데이터를 단 1회 촬영을 통해 획득하고 이를 이용하여 간단한 연산으로 관심 영역에 대한 3차원 X선 CT 영상 또는 악궁 내 임의의 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상을 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 X선 영상 형성 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다. 아래에서는 관심영역에 대한 여러 방향의 X선 투과 데이터를 이용하여 악궁 내 임의의 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노마라 영상을 얻는 경우를 위주로 살펴본다.
본 발명에 따른 X선 영상 형성 방법은 촬영 대상의 관심 영역으로 X선 빔을 조사하고 관심 영역을 투과한 X선 빔을 검출하여 관심 영역에 대한 X선 투과 데이터를 획득하는 단계(S610)로부터 시작된다. 단계(S620)에서는 관심 영역에 미리 설정된 이미지 레이어에 대응하는 위치들의 각각에 대하여, 획득된 X선 투과 데이터 중 해당 위치를 교차 투과하여 획득된 X선 투과 데이터를 선택하여 위치별 투영 데이터를 구성한다. 위치별 투영 데이터는 X선 광원(122)으로부터의 X선 빔이 해당 위치를 촬영 궤적에 대한 법선 방향으로 투과하여 획득된 X선 투과 데이터를 포함할 수 있다. 이와 같이 위치별 투영 데이터를 법선 방향의 투과 데이터를 포함하도록 구성하는 이유는, 본 발명에 따른 X선 파노라마 영상과 종래의 X선 파노라마 영상의 단면 방향을 일치시켜 치과 전문의 등에게 좀 더 익숙한 영상을 제공하기 위함이다.
위치별 투영 데이터는 X선 광원(122)으로부터의 X선 빔이 전술한 법선 방향을 기준으로 선정된 각도 조건을 만족시키면서 상기 해당 위치를 투과하여 획득된 X선 투과 데이터를 더 포함할 수 있다. 여기서, 선정된 각도 조건은 전술한 법선 방향을 기준으로 10 ~ 180°의 범위일 수 있다. 일 실시예에서, 선정된 각도 조건은, 사람의 악궁을 관심 영역으로 한 경우, 악궁의 어금니 쪽인 구치부에서 앞니 쪽인 전치부로 갈수록 증가하는 각도 범위로 설정될 수 있다. 이렇게 함으로써 경추 부분에 대해 촬영한 데이터의 개입을 최소화시킬 수 있기 때문이다. 단계(S630)에서는 이미지 레이어에 대응하는 위치들의 각각에 대하여, 단계(S620)에서 구성된 해당 위치별 투영 데이터를 해당 위치, 즉 이미지 레이어의 각 구간별로 역 투영하여 해당 위치에 대응하는 화소 데이터를 생성한다.
도 7은 도 6의 단계(S610)에 대한 상세 흐름도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
단계(S710)에서는 X선 영상 형성 장치를 준비한다. X선 영상 형성 장치는 X선 광원(122)과 X선 센서(124)가 서로 대향하도록 장착되고 회전축(140)을 중심으로 회전 및 직선 이동이 가능한 회전 부재(120)를 포함할 수 있다. 단계(S720)에서는 촬영 대상을 X선 영상 형성 장치의 X선 광원(122)과 X선 센서(124)의 사이에 배치한다. 단계(S730)에서는, 관심 영역에 걸쳐 설정된 촬영 궤적을 복수의 구간으로 분할하고, 분할된 복수의 구간의 각각에 대응하는 관심 영역의 부분에 X선 광원(122)으로부터 X선 빔이 조사되는 횟수에 해당하는 촬영 밀도를 결정한다. 단계(S740)에서는 회전 부재(120)가 촬영 궤적의 분할된 복수의 구간을 따라 회전하면서 해당 촬영 밀도들에 따라 관심 영역에 X선 광원(122)으로부터 X선 빔이 조사되도록 X선 영상 형성 장치를 제어하여 X선 센서(124)로부터 X선 투과 데이터를 획득한다. 단계(S740)에서는 회전 부재(120)가 촬영 궤적을 따라 등속으로 회전하면서 그 회전축(140)이 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 가상선을 따라 등속으로 직선 구동되도록 X선 영상 형성 장치를 제어할 수 있다.
도 8은 도 6의 단계(S630)에 대한 상세 흐름도의 일 실시예를 도시한 도면이다.
단계(S810)에서는 이미지 레이어에 대응하는 위치들의 각각에 대하여, 해당 위치별 투영 데이터 및/또는 해당 위치 이외의 적어도 하나의 인접한 위치에 대한 위치별 투영 데이터를 이용하여 전술한 법선 방향을 기준으로 선정된 각도 조건을 만족시키는 위치별 보간 데이터를 보간법에 의해 생성한다. 단계(S820)에서는, 이미지 레이어에 대응하는 위치들의 각각에 대하여, 전술한 법선 방향을 기준으로 선정된 각도 조건을 만족시키는 특정 각도에서 해당 위치를 투과하여 획득된 X선 투과 데이터가 중첩되는 경우, 해당 위치별 투영 데이터로부터 중첩되는 X선 투과 데이터를 조절하여 해당 위치별 투영 데이터를 보상한다. 단계(S830)에서는, 단계(S620)에서 구성되어 단계(S820)에서 보상된 위치별 투영 데이터를 단계(S810)에서 생성된 위치별 보간 데이터와 함께 해당 위치, 즉 이미지 레이어의 각 구간 별로 역 투영하여 해당 위치에 대응하는 화소 데이터를 생성한다.
이상으로 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, X선 촬영에 필요한 X선 센서의 폭이 특별히 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 X선 영상 형성 방법을 구현하기 위해서는, X선 센서의 폭이 예컨대 대략 5 ~ 300 mm 범위에서 또는 기존 스캔 파노라마 영상 형성 장치의 X선 센서의 폭과 기존 사람의 두부 전체에 대한 CT용 X선 센서의 폭 사이에서 자유롭게 선택될 수 있다. 다시 말해, 치과용 X선 영상 형성 장치를 전제로 할 때, 본 발명의 실시예들에 따른 X선 영상 형성 장치를 이용하여 2차원 X선 파노라마 영상 촬영을 할 시에 채용될 수 있는 X선 센서의 폭은 기존 스캔 파노라마 영상 형성 장치의 X선 센서의 폭 이상일 수 있으며, 바람직하게는 기존 CT 센서의 폭 이하에서 자유롭게 결정될 수 있다. 참고로, 일반적인 스캔 파노라마 영상 형성 장치의 X선 센서의 폭을 5 ~ 10 mm라 하고, CT 센서의 폭을 확대율*관심영역의 폭(하프빔 스캔의 경우에 1/2(확대율*관심영역의 폭))이라 할 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 X선 영상 형성 장치의 X선 센서의 폭은 6 mm 이상 100 mm 이하, 바람직하게는 20 ~ 70 mm를 나타낼 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따르면, X선 센서를 이동시키기 위한 촬영 궤적이 특별히 제한되지 않는다. 그러므로 X선 광원과 X선 센서를 이동시키기 위한 회전 부재를 회전 및 직선 구동할 때 등속 회전과 동시에 등속 직선 구동이 가능할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시예에 따르면, X선 센서의 직선 이동 거리가 특별히 제한되지 않는다. 그러므로 종래의 파노라마 방식보다 짧은 직선 이동 거리로 촬영을 수행하여도 신뢰성 높은 X선 파노라마 영상이 형성될 수 있다. 다시 말해, 치과용 X선 영상 형성 장치를 전제로 할 때, 본 발명의 실시예들에 따른 X선 영상 형성 장치의 회전축(140)의 직선 이동 거리는 2차원 X선 파노라마 영상 촬영 시 0 이상 60 mm 이하의 범위, 바람직하게는 20 ~ 50 mm 일 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 X선 영상 형성 방법의 일 실시예의 수행 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9를 참조하면, 이미지 레이어(L) 상의 특정 위치(P)를 교차 투과하는 여러 방향의 X선 빔(902, 904, 906, 908, 910)이 도시되어 있다. 화살표의 방향은 각각의 X선 투과 빔의 투과 방향을 가리킨다. 도 10을 참조하면, 이미지 레이어(L) 상의 특정 위치(P)를 교차 투과하는 여러 방향의 X선 빔 중에서 소정 각도(A) 범위 내에서 소정 간격으로 또는 소정 수로 선택된 위치별 투영 데이터(1002, 1004, 1006, 1008, 1010)가 예시되어 있다. 화살표의 방향은 각각의 X선 투과 빔의 투과 방향을 가리킨다.
위치별 투영 데이터(1002, 1004, 1006, 1008, 1010)에는, 전술한 바와 같이 보간 또는 보상 처리에 의해 보간되거나 보상된 X선 투과 데이터가 포함될 수 있다. A가 큰 값을 가지는 경우, 고품질의 영상을 얻을 수 있다. 반면에 A가 작은 값을 가지는 경우, 데이터 처리 부담이 경감될 수 있다. 동일 각도 범위 내에서 선택된 X선 투과 데이터 사이의 간격이 조밀하면 위치별 투영 데이터(1002, 1004, 1006, 1008, 1010)에 포함되는 X선 투과 데이터의 수가 상대적으로 많으므로 고품질의 영상을 얻을 수 있고, 반면에 선택된 X선 투과 데이터 사이의 간격이 넓으면 위치별 투영 데이터(1002, 1004, 1006, 1008, 1010)에 포함되는 X선 투과 데이터의 수가 적으므로 데이터 처리 부담이 감소될 수 있다.
근래 고성능 프로세서 기술이 급속도로 발전하고 있고 이에 따라 X선 영상 형성 장치의 데이터 처리 능력이 높아질 수 있으므로, A의 값을 큰 값으로 선택하여 각각의 X선 투과 데이터의 방향들이 가급적 조밀하게 등 간격을 유지하도록 하는 것이 가능해진다. 상대적으로 큰 각도 범위와 조밀한 등 간격을 가진 X선 투과 데이터로 위치별 투영 데이터를 구성하는 경우, 이미지 레이어의 해당 위치에 대한 투영 데이터가 많아 역 투영의 횟수를 충분히 확보할 수 있으므로 X선 파노라마 영상의 깊이 분해능이 상대적으로 향상되며 신호 대 잡음비 (Signal to Noise Ratio: SNR) 등의 화질 저하 요소가 저감될 수 있고 이미지 레이어의 두께를 상대적으로 얇게 하여 보다 선명한 X선 파노라마 영상을 얻을 수 있다.
도 11을 참조하면, 이미지 레이어(L) 상의 특정 위치(P)를 교차 투과하는 여러 방향의 X선 투과 데이터 중에서 소정 각도(A) 범위 내에서 소정 간격으로 선택한 위치별 투영 데이터(1002, 1004, 1006, 1008, 1010)를 각각 해당 위치(P)로 역 투영하는 과정이 개념적으로 도시되어 있다.
도 12 및 도 13은 각각 종래의 스캔 파노라마 방식에 따라 X선 파노라마 영상을 형성한 결과와 본 발명의 X선 영상 형성 방법의 일 실시예에 따라 X선 파노라마 영상을 형성한 결과를 나타내는 사진들이다.
도 12를 참조하면, 기존 스캔 파노라마 영상 방식에 의해 형성된 X선 파노라마 영상의 일부(1210a)에서 표시된 영역(A) 내에 잔상 현상(1212) 및 아티팩트(1214)가 존재함을 알 수 있다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 X선 영상 형성 방법의 일 실시예에 의해 형성되고 도 12에 예시된 것과 동일한 위치를 캡쳐한 X선 파노라마 영상의 일부(1210b)가 도시되어 있는데, 도 12에서와 달리 표시된 영역(A) 내에 잔상 현상이나 아티팩트가 없는 깨끗한 영상이 구성됨을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예들에 한정되지 아니하며, 상술한 실시예들은 첨부하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이고, 이러한 변형 실시예들이 본 발명의 기술적 사상이나 범위와 별개로 이해되어져서는 아니 될 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 오직 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Claims (26)
- 회전축을 중심으로 회전 및 직선 이동 가능한 회전 부재와 관심 영역을 사이에 두고 상기 회전 부재의 양단에 서로 대향하도록 장착된 X선 광원과 X선 센서를 포함하는 X선 촬영부,
상기 X선 촬영부를 제어하여 상기 관심영역 내 이미지 레이어를 교차 투과하는 여러 방향의 X선 투과 데이터를 획득하는 투과 데이터 획득부, 및
상기 X선 투과 데이터로부터 상기 이미지 레이어의 구간별 일정 각도 범위의 투영 데이터를 생성하고, 상기 투영 데이터로 상기 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성하는 영상 재구성부를 포함하는 X선 영상 형성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 영상 재구성부는,
상기 투영 데이터를 상기 이미지 레이어의 각 구간 별로 후역 투사하여 상기 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성하는, X선 영상 형성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 일정 각도 범위는 상기 이미지 레이어의 구간별 법선 방향을 포함하는 10°이상 180°미만인, X선 영상 형성 장치. - 제3항에 있어서,
상기 관심 영역은 악궁을 포함하고, 상기 이미지 레이어는 상기 악궁 내에 있으며, 상기 일정 각도 범위는 구치부에서 전치부로 갈수록 증가하는, X선 영상 형성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 영상 재구성부는,
상기 X선 투과 데이터로부터 상기 이미지 레이어의 구간별 일정 각도 범위 내에 있는 보간 데이터를 생성하는 보간 데이터 생성부를 더 포함하며, 상기 X선 투과 데이터 및 상기 보간 데이터로 상기 투영 데이터를 생성하는, X선 영상 형성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 투영 데이터의 수 및 간격을 상기 이미지 레이어의 구간별로 일정하게 보상하는 투영 데이터 보상부를 더 포함하는 X선 영상 형성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 회전축은 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 등속으로 직선 운동하는, X선 영상 형성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 X선 센서의 폭은 6 mm 이상 100 mm 이하인, X선 영상 형성장치. - 제8항에 있어서,
상기 X선 센서의 폭은 20 이상 70 mm 이하인, X선 영상 형성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 관심 영역은 악궁을 포함하고,
상기 회전 부재는 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 중심선을 따라 0 이상 60 mm 이하의 거리를 직선 운동하는, X선 영상 형성 장치. - 제10항에 있어서,
상기 회전 부재는 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 중심선을 따라 20 mm 이상 50 mm 이하의 거리를 직선 운동하는, X선 영상 형성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 회전 부재는
상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 회전축이 등속으로 직선 운동하는 제1 조건,
상기 X선 센서의 폭이 20 이상 50 mm 이하인 제2 조건, 및
상기 회전 부재가 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 악궁의 전후 방향 중심선을 따라 20 mm 이상 50 mm 이하의 거리를 직선 운동하는 제3 조건 중 적어도 하나의 조건을 갖는, X선 영상 형성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 투과 데이터 획득부는, 상기 X선 투과 데이터가 상기 관심 영역의 일부를 각각 투과하여 상기 관심 영역의 실질적인 전 면적을 투과한 투과 데이터를 포함하도록 상기 X선 촬영부를 제어하고,
상기 영상 재구성부는 상기 X선 투과 데이터로 상기 관심 영역 전체에 대한 3차원 CT 영상을 재구성하는, X선 영상 형성 장치. - 제13항에 있어서,
상기 2차원 파노라마 영상과 상기 3차원 CT 영상을 선택적으로 또는 동시에 화면 표시하는 표시부를 더 포함하는 X선 영상 형성 장치. - 회전축을 중심으로 회전 및 직선 이동 가능한 회전 부재와 관심 영역을 사이에 두고 상기 회전 부재의 양단에 서로 대향하도록 장착된 X선 광원과 X선 센서를 포함하는 X선 촬영부를 이용한 X선 영상 형성 방법으로서,
(a) 상기 X선 촬영부를 제어하여 상기 관심 영역 내 이미지 레이어를 교차 투과하는 여러 방향의 X선 투과 데이터를 획득하는 단계,
(b) 상기 X선 투과 데이터로부터 상기 이미지 레이어의 구간별 일정 각도 범위의 투영 데이터를 생성하는 단계, 및
(c) 상기 투영 데이터로 상기 이미지 레이어에 대한 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성하는 단계를 포함하는 X선 영상 형성 방법. - 제15항에 있어서,
상기 단계 (c)는, 상기 투영 데이터를 상기 이미지 레이어의 각 구간 별로 후역 투사하여 상기 2차원 X선 파노라마 영상을 재구성하는 단계를 포함하는, X선 영상 형성 방법. - 제15항에 있어서,
상기 일정 각도 범위는 상기 이미지 레이어의 구간별 법선 방향을 포함하는 10°이상 180°미만인, X선 영상 형성 방법. - 제15항에 있어서,
상기 단계 (b)는, 상기 X선 투과 데이터로부터 상기 이미지 레이어의 구간별 일정 각도 범위 내에 있는 보간 데이터를 생성하고, 상기 X선 투과 데이터 및 상기 보간 데이터로 상기 투영 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, X선 영상 형성 방법. - 제15항에 있어서,
상기 단계 (b)는, 상기 투영 데이터의 수 및 간격을 상기 이미지 레이어의 구간별로 일정하게 보상하는 단계를 포함하는, X선 영상 형성 방법. - 제15항에 있어서,
상기 회전축은 등속으로 직선 운동하는, X선 영상 형성 방법. - 제15항에 있어서,
상기 X선 센서의 폭은 6 mm 이상 100 mm 이하인, X선 영상 형성 방법. - 제21항에 있어서,
상기 X선 센서의 폭은 20 이상 50 mm 이하인, X선 영상 형성 방법. - 제21항에 있어서,
상기 관심 영역은 악궁을 포함하고,
상기 회전축은 상기 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 중심선을 따라 0 이상 60 mm 이하의 거리를 직선 운동하는, X선 영상 형성 방법. - 제23항에 있어서,
상기 회전축은 상기 악궁의 전치부 중앙을 통과하는 중심선을 따라 20 mm 이상 60 mm 이하의 거리를 직선 운동하는, X선 영상 형성 방법. - 제15항에 있어서,
상기 회전 부재는
상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 회전축이 등속으로 직선 운동하는 제1 조건,
상기 X선 센서의 폭이 20 이상 50 mm 이하인 제2 조건, 및
상기 회전 부재가 상기 X선 투과 데이터의 획득을 위해 상기 악궁의 전후 방향 중심선을 따라 20 mm 이상 50 mm 이하의 거리를 직선 운동하는 제3 조건 중 적어도 하나의 조건을 갖는, X선 영상 형성 방법. - 제15항에 있어서,
상기 단계 (a)는, 상기 관심 영역의 일부를 각각 투과하여 상기 관심 영역의 실질적인 전 면적을 투과한 투과 데이터를 상기 X선 투과 데이터로서 획득하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (c)는, 상기 X선 투과 데이터로 상기 관심 영역 전체에 대한 3차원 CT 영상을 재구성하는 단계를 포함하고,
상기 방법은, 상기 단계 (c) 후에, 상기 2차원 파노라마 영상과 상기 3차원 CT 영상을 선택적으로 또는 동시에 화면 표시하는 단계를 더 포함하는 X선 영상 형성 방법.
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