KR20190010249A - Metal Segmentation Method Using Dual-Energy X-ray Projection, Metal Artifact Reduction Method, and X-ray Imaging Apparatus Using The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 엑스선 영상 획득 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터를 이용하여 엑스선 영상을 재구성하는 장치에서 금속 이미지를 정확히 구분하고, 그에 의한 인공음영을 제거하는 방법 및 이를 위한 장치 구성에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for acquiring an x-ray image, and more particularly to a method for accurately distinguishing a metal image from an apparatus for reconstructing an x-ray image using x-ray projection data of multiple frames, And more particularly,
의료분야에서 엑스선 촬영 장치는 일정량의 엑스선을 촬영하고자 하는 신체부위에 투과시키고, 투과된 엑스선을 엑스선 센서로 감지하여, 감지된 전기적 신호를 바탕으로 엑스선 영상을 구성하는 장치를 말한다. 엑스선은 그 진행경로 상의 물질 및 그 두께에 따라 다른 감쇠율로 감쇠되며 투과되고, 엑스선 센서에 도달하면 광전효과에 의해 전기적 신호로 변환된다. 엑스선 촬영 장치는 이와 같이 엑스선 진행경로에 따른 누적 감쇠량이 반영된 전기적 신호를 이용하여 촬영대상의 내부에 관한 정보를 엑스선 영상으로 제공한다. In the medical field, an X-ray imaging apparatus refers to a device that transmits a predetermined amount of X-rays to a body part to be imaged, detects X-rays transmitted through the X-ray sensor, and forms an X-ray image based on the sensed electrical signals. The X-rays are attenuated and transmitted at different attenuation rates depending on the material and the thickness on the traveling path, and when they reach the X-ray sensor, they are converted into electrical signals by photoelectric effect. The X-ray photographing apparatus provides information about the inside of the object to be photographed as an X-ray image by using an electrical signal reflecting the cumulative amount of attenuation along the X-ray path.
치과 진료분야에서, 엑스선 CT 영상은 환자의 신체 중 주요 관심 부위인 치열, 턱 관절 또는 머리 부분에 대한 3차원 엑스선 영상은 물론, 사용자가 원하는 위치 및 방향에 따른 단층 영상을 정확하고 선명하게 표시할 수 있어서 임플란트 시술 등 고도의 정밀성이 요구되는 분야에 활용되고 있다. 한편, 치과에서는 충치나 충격 등으로 인해 환자의 치아가 손상되면, 손상된 부분을 금속성의 치과용 충진재(dental restoration)나 인공 보철물(prosthetic appliance)로 치료한다. 문제는 이러한 치료를 받은 환자에 대한 엑스선 영상 촬영 시에, 특히 CT 촬영 시에 금속 재료들이 그 주변의 연조직 또는 치아조직에 대한 엑스선 데이터에 영향을 미처 금속 인공음영(metal artifact)이 발생한다는 점이다. In the field of dentistry, X-ray CT images can be used to accurately and clearly display a tomographic image according to a user's desired position and orientation, as well as a three-dimensional x-ray image of a dentition, a jaw joint or a head portion, And is used in fields requiring high precision such as implant treatment. On the other hand, if a patient's teeth are damaged due to tooth decay or shock, the damaged part is treated with a metallic dental restoration or a prosthetic appliance. The problem is that metal artifacts occur during x-ray imaging of patients who have undergone such treatment, particularly during CT imaging, when metal materials affect x-ray data on the surrounding soft tissue or dental tissue .
치과용 엑스선 촬영 장치 분야에서는 이런 금속 인공음영을 제거 또는 감소시키기 위한 여러 가지 기술들이 제안되어 왔다. 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0078665호(2009.07.20) 및 제10-2010-0045277호(2010.05.03)를 비롯하여, 최근에 공개된 제10-2017-0025063호(2017.03.08) 등이 그 예이다. 금속 인공음영 제거 또는 감소 기술은 크게 엑스선 영상에서 금속의 이미지를 구분하여 제거하는 기술과, 제거된 금속 이미지 데이터를 그 주변부의 데이터를 이용하여 보간하는 기술로 구성된다. 이들 두 기술은 모두 중요하지만, 그 중에서도 금속 이미지 구분 기술(Metal Segmentation)은 성공적인 금속 인공음영 제거/감소(Metal Artifact Reduction)를 위한 전제가 되는 것이라는 점에서 중요한 의미가 있다. In the field of dental x-ray imaging devices, various techniques have been proposed for removing or reducing such metallic artifacts. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0078665 (2009.07.20) and 10-2010-0045277 (2010.05.03), recently published 10-2017-0025063 (2017.03.08), etc. That's an example. The technique of removing or reducing metal artificial shadows is largely composed of a technique of separating and removing metal images from an x-ray image and a technique of interpolating the removed metal image data using data of the peripheral part. Both of these technologies are important, but metal segmentation is of great importance in that it is a prerequisite for successful metal artifact reduction.
본 발명은 엑스선 CT 촬영 장치 또는 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터를 이용하여 엑스선 영상을 재구성하는 장치에서, 금속 인공음영을 제거하기 위해 듀얼 에너지 엑스선 프로젝션을 이용하여 엑스선 프로젝션 데이터에서 금속 이미지를 정확하게 구분(metal segmentation)하는 방법과 이를 포함하는 금속 인공음영 제거 방법, 그리고 이를 수행하는 엑스선 영상 획득 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다. The present invention relates to an apparatus for reconstructing an x-ray image using an x-ray CT imaging apparatus or a plurality of frames of x-ray projection data to accurately distinguish metal images from x-ray projection data using a dual energy x- and a method of removing a metallic artificial shadow containing the same, and a x-ray image acquiring apparatus for performing the same.
전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 금속 이미지 구분 방법은, (a) 다수의 프레임마다 동일 피검체에 대한 동일 각도, 동일 시간의 고에너지 프로젝션 데이터와 저에너지 프로젝션 데이터를 포함하는 듀얼 에너지 프로젝션 데이터를 획득하는 단계; 및, (b) 피검체를 동일한 경로로 투과한 고에너지 프로젝션 데이터 및 저에너지 프로젝션 데이터 사이의 부분별 신호 강도 차이를 이용하여 상기 피검체 중 금속 부분을 구분하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of classifying a metallic image according to an aspect of the present invention, including the steps of: (a) Obtaining dual energy projection data; And (b) separating the metal portion of the subject using the difference in signal strength between the high-energy projection data and the low-energy projection data transmitted through the same path of the subject.
상기 (b) 단계는 상기 고에너지 프로젝션 데이터 및 상기 저에너지 프로젝션 데이터를 변수로 한 함수 연산을 통해 금속 부분을 나타내는 데이터를 식별하는 과정을 포함할 수 있다. The step (b) may include a step of identifying data representing a metal part by performing a function calculation using the high energy projection data and the low energy projection data as variables.
여기서, 상기 함수 연산은 상기 고에너지 프로젝션 데이터 또는 상기 고에너지 프로젝션 데이터에 미리 정해진 소정의 계수 α를 곱한 데이터로부터 상기 저에너지 프로젝션 데이터 또는 상기 저에너지 프로젝션 데이터에 이리 정해진 소정의 계수 β를 곱한 데이터를 차감하는 연산을 포함할 수 있다. Here, the function calculation may be performed by subtracting data obtained by multiplying the high energy projection data or the high energy projection data by a predetermined coefficient?, Which is multiplied by a predetermined coefficient? Given to the low energy projection data or the low energy projection data ≪ / RTI >
본 발명의 한 측면에 따른 금속 인공음영 제거 방법은, (a) 다수의 프레임마다 동일 피검체에 대한 동일 각도, 동일 시간의 고에너지 프로젝션 데이터와 저에너지 프로젝션 데이터를 포함하는 듀얼 에너지 프로젝션 데이터를 획득하는 단계; (b) 피검체를 동일한 경로로 투과한 고에너지 프로젝션 데이터 및 저에너지 프로젝션 데이터 사이의 부분별 신호 강도 차이를 이용하여 상기 피검체 중 금속 부분을 구분하는 단계; 및, (c) 다수 프레임의 고에너지 프로젝션 데이터로부터 상기 (b) 단계에서 구분된 금속 부분에 해당하는 데이터를 삭제하고, 그 주변부의 데이터를 이용하여 삭제된 데이터를 보간하는 단계를 포함한다. (A) obtaining dual energy projection data including high energy projection data and low energy projection data at the same angle and the same time with respect to the same test object for a plurality of frames, respectively, in accordance with an aspect of the present invention step; (b) separating the metal portion of the subject using the difference in signal intensity between the high-energy projection data and the low-energy projection data transmitted through the same path of the subject; And (c) deleting, from the high energy projection data of the plurality of frames, the data corresponding to the metal portion divided in the step (b), and interpolating the deleted data using the data of the periphery thereof.
상기 (b) 단계는 상기 고에너지 프로젝션 데이터 및 상기 저에너지 프로젝션 데이터를 변수로 한 함수 연산을 통해 금속 부분을 나타내는 데이터를 식별하는 과정을 포함할 수 있다. The step (b) may include a step of identifying data representing a metal part by performing a function calculation using the high energy projection data and the low energy projection data as variables.
여기서, 상기 함수 연산은 상기 고에너지 프로젝션 데이터 또는 상기 고에너지 프로젝션 데이터에 미리 정해진 소정의 계수 α를 곱한 데이터로부터 상기 저에너지 프로젝션 데이터 또는 상기 저에너지 프로젝션 데이터에 이리 정해진 소정의 계수 β를 곱한 데이터를 차감하는 연산을 포함할 수 있다. Here, the function calculation may be performed by subtracting data obtained by multiplying the high energy projection data or the high energy projection data by a predetermined coefficient?, Which is multiplied by a predetermined coefficient? Given to the low energy projection data or the low energy projection data ≪ / RTI >
한편, 본 발명의 다른 한 측면에 따른 엑스선 영상 획득 장치는, 일정한 강도의 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 방출부; 피검체 및 회전축을 사이에 두고 상기 엑스선 방출부와 대향 회전하며, 동일 엑스선 빔의 진행 경로 상에 전후로 교차 배치된 제 1, 2 엑스선 디텍터, 상기 제 1, 2 엑스선 디텍터 사이에 배치되어 소정의 감쇠율로 엑스선을 감쇠시키는 엑스선 필터를 포함하는 엑스선 검출부; 및, 상기 엑스선 검출부로부터 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 피검체에 대해 동일 각도, 동일 시간에 상기 제 1 엑스선 디텍터로부터 고에너지 프로젝션 데이터를 획득하고, 상기 제 2 엑스선 디텍터로부터 저에너지 프로젝션 데이터를 획득하도록 구성된다. According to another aspect of the present invention, there is provided an X-ray image acquisition apparatus including: an X-ray emitting unit for irradiating an X-ray beam having a predetermined intensity; Ray detector which is disposed between the first and second X-ray detectors and is arranged to be opposite to the X-ray emitting portion with the body and the rotating shaft interposed therebetween, An x-ray detector including an x-ray filter for attenuating x-rays; And a control unit for obtaining X-ray projection data of a plurality of frames from the X-ray detecting unit, wherein the control unit acquires high energy projection data from the first X-ray detector at the same angle and at the same time with respect to the inspected object, 2 X-ray detector.
상기 제어부는 상기 엑스선 방출부로부터 상기 제 1 엑스선 디텍터와 상기 제 2 엑스선 디텍터까지의 거리 차로 인한 상기 고에너지 프로젝션 데이터와 상기 저에너지 프로젝션 데이터의 확대도 차이를 보상하도록 구성될 수 있다. The controller may be configured to compensate for the magnification difference between the high energy projection data and the low energy projection data due to the difference in distance from the X-ray emitting unit to the first X-ray detector and the second X-ray detector.
본 발명의 한 측면에 따르면, 엑스선 CT 촬영 장치 또는 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터를 이용하여 엑스선 영상을 재구성하는 장치에서, 듀얼 에너지 엑스선 프로젝션을 이용하여 엑스선 프로젝션 데이터에서 금속 이미지를 정확하게 구분(metal segmentation)할 수 있게 된다. 그 결과 엑스선 CT 영상 등에서도 금속 인공음영 제거된 정확한 영상을 획득할 수 있게 되는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 다른 한 측면에 따르면 전술한 방법을 수행하는 엑스선 영상 획득 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, in an apparatus for reconstructing an X-ray image using an X-ray CT imaging apparatus or X-ray projection data of a plurality of frames, a metal energy image is accurately segmented from X- . As a result, it is possible to acquire an accurate image of a metal artificial shadow even in an X-ray CT image or the like. According to another aspect of the present invention, there is provided an x-ray image acquiring apparatus for performing the above-described method.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 금속 인공음영 제거 방법을 데이터의 흐름을 중심으로 보인다.
도 2는 상기 도 1의 실시예에서 듀얼 에너지 프로젝션 데이터를 이용한 금속 이미지 구분 방법을 보인다.
도 3은 듀얼 에너지 프로젝션 데이터에서 금속이 포함된 부분의 신호 특성을 보이는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 듀얼 에너지 엑스선 프로젝션을 이용한 엑스선 영상 획득 장치의 촬영부 구성 예를 보인다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 듀얼 에너지 엑스선 프로젝션을 이용한 엑스선 영상 획득 장치의 구성 예를 보인다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 획득 장치의 엑스선 디텍터의 구성 예를 보인다. FIG. 1 is a flow chart illustrating a method for removing a metal artificial shadow according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a metallic image classification method using dual energy projection data in the embodiment of FIG.
FIG. 3 is a graph showing signal characteristics of a portion including a metal in dual energy projection data.
FIG. 4 shows an example of the configuration of a photographing portion of an X-ray image acquiring apparatus using dual energy X-ray projection according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows an example of a configuration of an X-ray image acquiring apparatus using dual energy X-ray projection according to an embodiment of the present invention.
6 shows an example of the configuration of an X-ray detector of an X-ray image acquiring apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명이 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니다. 동일한 도면 부호는 동일한 성격의 구성요소임을 나타내는 것으로서, 한 도면에서 설명된 구성요소와 동일한 도면 부호를 갖는 구성요소에 대한 설명은 다른 도면에 대한 설명에서는 생략될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The technical idea of the present invention can be understood more clearly by way of examples. The present invention is not limited to the embodiments described below. The same reference numerals are used to designate the same or similar components, and a description of components having the same reference numerals as those described in the drawings may be omitted from the description of other drawings.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 금속 인공음영 제거 방법을 데이터의 흐름을 중심으로 보인다. FIG. 1 is a flow chart illustrating a method for removing a metal artificial shadow according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 도면은 금속 인공음영 제거(Metal Artifact Reduction) 기술을 포함하는 엑스선 CT 영상 획득 과정을 데이터의 흐름을 중심으로 한 도표 형태로 정리한 것이다. 다만, 본 도면에 표시된 데이터의 흐름이 엑스선 CT 영상 획득 과정만을 적용될 수 있는 것은 아니고, 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터를 이용하여 다양한 형태의 엑스선 영상을 재구성하는 데에 적용될 수 있다. This figure is a chart of the process of acquiring x-ray CT images including a metal artifact reduction technique in the form of a chart centered on the flow of data. However, the flow of data shown in this figure can be applied not only to the X-ray CT image acquiring process but also to reconstruct various types of X-ray images using X-ray projection data of multiple frames.
본 실시예에 따르면, 먼저 엑스선 영상 획득 장치의 촬영부로부터 다양한 각도에서 피검체를 촬영한 다수 프레임의 프로젝션 데이터(S10)를 획득한다. 상기 다수 프레임의 프로젝션 데이터(S10)에서 각 프레임의 데이터는 고에너지(High Energy) 프로젝션 데이터(S11)와 저에너지(Low Energy) 프로젝션 데이터(S12)를 포함한다. 이때, 고에너지 프로젝션 데이터와 저에너지 프로젝션 데이터는 동일 피검체에 대한 동일 각도, 동일 시간에 각각 별도로 획득된 것일 수 있고, 어느 하나는 다른 하나와 동일 확대율을 나타내도록 영상처리된 것일 수 있다. 이에 대해서는 해당 부분에서 자세히 살펴본다. According to the present embodiment, first, projection data S10 of a plurality of frames obtained by photographing a subject at various angles is obtained from the photographing unit of the X-ray image acquiring apparatus. The data of each frame in the projection data S10 of the multiple frames includes high energy projection data S11 and low energy projection data S12. At this time, the high-energy projection data and the low-energy projection data may be separately obtained at the same angle and at the same time with respect to the same subject, and one of them may be image-processed so as to exhibit the same magnification as the other. This is discussed in detail in this section.
다수 프레임의 고에너지 프로젝션 데이터(S11)를 이용하여 영상 재구성 알고리즘을 통해 초기 재구성 영상(S21)을 생성한다. 예컨대 CT 영상 재구성 알고리즘에 따라 재구성하는 경우, 상기 초기 재구성 영상(S21)은 피검체에 포함된 금속에 의한 금속 인공음영(metal artifact)을 포함하는 엑스선 CT 영상일 수 있다. 다음으로, 상기 초기 재구성 영상(S21)에서 피검체에 포함된 금속 부분의 이미지가 재구성된 금속 이미지 재구성 영상(S22)을 분리 획득한다. The initial reconstruction image S21 is generated through the image reconstruction algorithm using the high energy projection data S11 of the multiple frames. For example, when reconstructing according to the CT image reconstruction algorithm, the initial reconstructed image S21 may be an X-ray CT image including metal artifacts caused by metal contained in the subject. Next, the metal image reconstruction image S22 in which the image of the metal part included in the inspected object is reconstructed in the initial reconstructed image S21 is separately obtained.
위에서 설명한 금속 이미지 재구성 영상(S22) 획득 과정과 시간적 선후에 관계없이, 상기 고에너지 프로젝션 데이터(S11)와 상기 저에너지 프로젝션 데이터(S12)를 이용하여 이들 프로젝션 데이터에서 금속 이미지가 차지하는 부분을 정확하게 특정한 금속 이미지 구분(metal segmentation)(S30) 데이터를 획득한다. 이 과정은 전술한 다수 프레임의 프로젝션 데이터(S10)에서, 다시 말해 다수 프레임의 투과 영상에서 금속 부분의 이미지를 모두 식별하여 나머지 부분의 이미지와 구별될 수 있도록 특정하는 과정을 의미한다. 이 과정은 예컨대 다수 프레임의 프로젝션 데이터(S10)를 포함하는 사이노그램(sinogram) 상에 금속 이미지 궤적, 이른바 메탈 트레이스(metal trace) 또는 메탈 패스(metal path)를 특정하는 방식으로 수행될 수 있다. Energy projection data (S11) and low-energy projection data (S12), regardless of the process of obtaining the metal image reconstruction image (S22) described above and the temporal advance, And obtains image segmentation (S30) data. This process refers to a process of identifying all of the images of the metal part in the projection data S10 of the above-mentioned multiple frames, that is, the transmitted images of a plurality of frames, so as to be distinguishable from the rest of the images. This process can be performed in such a manner that a metal image trajectory, a so-called metal trace or a metal path, is specified on a sinogram including, for example, projection data S10 of a plurality of frames .
그런 다음, 금속 이미지 구분(metal segmentation)(S30) 데이터를 이용하여, 상기 고에너지 프로젝션 데이터(S11)로부터 전술한 금속 이미지 궤적(metal path)에 대응되는 데이터를 삭제하고, 그 대신 그 주변부 데이터를 이용하여 삭제된 금속 이미지 부분의 데이터를 보간 함으로써, 금속 이미지 제거 프로젝션 데이터(S41)를 생성한다. 여기서 삭제된 금속 이미지 부분의 데이터를 채워 넣는 보간법으로는 선행기술문헌 등을 통해 알려진 다양한 방법이 적용될 수 있다. Then, data corresponding to the above-described metal image trajectory (metal path) is deleted from the high energy projection data S11 using the metal segmentation (S30) data, and instead, To generate metal image rejection projection data S41 by interpolating data of the deleted metal image portion. As the interpolation method for filling the data of the deleted metal image part, various methods known through the prior art literature can be applied.
다음으로 다수의 프레임에 대한 상기 금속 이미지 제거 프로젝션 데이터(S41)를 이용하여 영상 재구성 알고리즘을 수행함으로써 프로젝션 데이터 단계부터 금속 이미지 데이터가 제거된 상태로 재구성된 영상인, 금속 이미지 제거 재구성 영상(S42)을 생성한다. Next, a metal image removal reconstructed image S42, which is a reconstructed image in which metal image data is removed from the projection data stage by performing an image reconstruction algorithm using the metal image removal projection data S41 for a plurality of frames, .
이렇게 생성된 금속 이미지 제거 재구성 영상(S42)에 앞서 준비된 상기 금속 이미지 재구성 영상(S22)을 중첩하여 합성하면 금속 인공음영 제거(MAR) 재구성 영상(S50)이 얻어진다. When the metal image reconstructed image S22 prepared before the generated metallic image reconstructed reconstructed image S42 is superimposed and synthesized, a metallic artificial shadow elimination (MAR) reconstructed image S50 is obtained.
도 2는 상기 도 1의 실시예에서 듀얼 에너지 프로젝션 데이터를 이용한 금속 이미지 구분 방법을 보인다. FIG. 2 illustrates a metallic image classification method using dual energy projection data in the embodiment of FIG.
본 도면을 참조하여 듀얼 에너지 프로젝션 데이터를 이용하여 금속 이미지 구분(metal segmentation)(S30) 데이터를 획득하는 과정을 좀 더 구체적으로 살펴본다. 본 과정은 다수 프레임을 구성하는 듀얼 에너지 프로젝션 데이터, 즉 고에너지 프로젝션 데이터(S11)와 저에너지 프로젝션 데이터(S12)를 변수로 한 함수 연산(S31)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 함수 연산(S31)은 단순하게는 고에너지 프로젝션 데이터(S11)로부터 저에너지 프로젝션 데이터(S12)를 차감하는 연산을 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 각 방향의 엑스선 빔에 의한 고에너지 엑스선 투과 영상의 각 부분에 해당하는 신호에서 해당 부분에 대응되는 저에너지 엑스선 투과 영상의 신호를 차감하는 방식의 연산을 포함할 수 있다. The process of acquiring the metal segmentation (S30) data using the dual energy projection data will be described in more detail with reference to FIG. This process may include dual energy projection data constituting a plurality of frames, that is, a function operation S31 using variables of high energy projection data S11 and low energy projection data S12. For example, the function operation S31 may simply include an operation of subtracting the low-energy projection data S12 from the high-energy projection data S11. More specifically, it may include a method of subtracting a signal of a low energy X-ray transmission image corresponding to a corresponding portion of a signal corresponding to each portion of a high energy X-ray transmission image by an X-ray beam in each direction.
나아가 상기 함수 연산(S31)은 상기 고에너지 프로젝션 데이터에 미리 정해진 소정의 계수 α를 곱한 데이터로부터 상기 저에너지 프로젝션 데이터에 이리 정해진 소정의 계수 β를 곱한 데이터를 차감하는 연산을 포함할 수 있다. 소정의 계수 α와 β를 적절히 설정하면 이 같은 연산을 통해, 전술한 다수 프레임의 프로젝션 데이터에 대응되는 것으로 금속 이미지 궤적(metal path)에 해당하는 부분과 나머지 부분이 이분법적으로 구별되는 데이터를 갖는 금속 이미지 구분 데이터가 생성될 수 있다. Further, the function calculation (S31) may include an operation of subtracting data obtained by multiplying the high energy projection data by a predetermined coefficient alpha, which is obtained by multiplying the low energy projection data by a predetermined coefficient beta. If the predetermined coefficients? And? Are appropriately set, the data corresponding to the projection data of the above-mentioned multiple frames and having the data portion in which the portion corresponding to the metal image trajectory (metal path) is dichotomatically distinguished Metal image classification data can be generated.
도 3은 듀얼 에너지 프로젝션 데이터에서 금속이 포함된 부분의 신호 특성을 보이는 그래프이다. FIG. 3 is a graph showing signal characteristics of a portion including a metal in dual energy projection data.
본 그래프는 어느 한 방향각의 엑스선 빔에 의해 형성된 한 프레임의 듀얼 에너지 프로젝션 데이터를 가로축이 엑스선 디텍터 상의 위치를, 세로축이 수광된 엑스선 신호 강도를 나타내는 그래프 상에 고에너지(HE) 및 저에너지(LE) 프로젝션 데이터별로 표시한 것이다. 그래프에서 신호 강도가 급격히 떨어지는, 즉 엑스선 감쇠율이 급격히 높아지는 부분은 엑스선 빔이 피검체 중의 금속을 투과한 부분을 나타낸다. 여기서 관심 있게 볼 점은, 빨간색의 고에너지(HE) 프로젝션 데이터 프로파일과 파란색의 저에너지(LE) 프로젝션 데이터 프로파일의 간격이 상기 금속 투과 부분과 나머지 부분에서 상당한 차이를 보인다는 점이다. 두 프로파일 사이의 간격이 금속 부분과 나머지 부분에서의 차이가 나는 것은, 엑스선의 감쇠율이 투과하는 물질의 종류에 따라서 차이가 나는데, 그 차이 나는 정도가 조사되는 엑스선의 강도 즉, 에너지 레벨에 따라서 달라지기 때문이다. In this graph, dual energy projection data of one frame formed by an X-ray beam of one direction is plotted on the X-ray detector on the horizontal axis and high energy (HE) and low energy (LE ) Is displayed by projection data. In the graph, the portion where the signal intensity rapidly drops, that is, the X-ray attenuation rate is rapidly increased indicates the portion of the X-ray beam transmitted through the metal in the object. What is of interest here is that the spacing between the red high energy (HE) projection data profile and the blue low energy (LE) projection data profile is significantly different from the metal transmissive portion in the remainder. The difference in the distance between the two profiles differs between the metal part and the remainder, depending on the type of material that the attenuation factor of the x-ray differs, depending on the intensity of the x-ray, It is because.
상기 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 고에너지 프로젝션 데이터와 저에너지 프로젝션 데이터를 이용하여 정확한 금속 이미지 구분(metal segmentation) 데이터를 얻을 수 있는 것은 상기 도 3의 그래프를 통해 설명된 원리를 이용하기 때문이다. 본 발명에 따른 금속 이미지 구분 방법은 이러한 차이로 인해, 엑스선 프로젝션 데이터에 소정의 문턱 값(threshold)을 설정하여 금속 이미지를 구분하는 종래의 방법에 비해 그 정확성이 월등하다. 정확한 금속 이미지 구분의 결과는 상기 도 1을 참조하여 설명된 금속 이미지 데이터 삭제 및 보간으로 연결되어, 금속 인공음영 제거의 정확성으로 이어진다. As described above with reference to FIG. 2, accurate metal image segmentation data can be obtained using high energy projection data and low energy projection data because the principle described in the graph of FIG. 3 is used. Due to this difference, the metal image classification method according to the present invention is superior in accuracy to the conventional method of distinguishing metal images by setting a predetermined threshold value in the X-ray projection data. The result of the accurate metal image segmentation is connected to the deletion and interpolation of the metal image data described with reference to FIG. 1, leading to the accuracy of metal artifact removal.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 듀얼 에너지 엑스선 프로젝션을 이용한 엑스선 영상 획득 장치의 촬영부 구성 예를 보인다. 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 듀얼 에너지 엑스선 프로젝션을 이용한 엑스선 영상 획득 장치의 구성 예를 보인다.FIG. 4 shows an example of the configuration of a photographing portion of an X-ray image acquiring apparatus using dual energy X-ray projection according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 shows an example of a configuration of an X-ray image acquiring apparatus using dual energy X-ray projection according to an embodiment of the present invention.
일 예로 엑스선 영상 획득 장치의 촬영부는 엑스선 빔을 조사하는 엑스선 방출부(10)와 피검체를 투과한 엑스선 빔을 검출하는 엑스선 검출부(20), 그리고 상기 엑스선 방출부(10)와 상기 엑스선 검출부(20)가 회전축(31)을 중심으로 서로 대향 회전하도록 구동하는 회전 구동부(30)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 획득 장치는, 상기 엑스선 방출부(10)와 상기 엑스선 검출부(20)의 동작을 제어하고 상기 엑스선 검출부(20)로부터 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 제어부(50)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 제어부(50)는 상기 회전 구동부(30)를 통해 상기 엑스선 방출부(10)와 상기 엑스선 검출부(20)를 대향 회전시키며, 엑스선 빔의 다양한 방향각 θ에 따른 방향 정보 Dθ와 함께 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하되, 상기 엑스선 빔에 대하여 상기 제 1 엑스선 디텍터(21)로부터 고에너지 프로젝션 데이터(DH)를 획득하고, 상기 제 2 엑스선 디텍터(23)로부터 저에너지 프로젝션 데이터(DL)를 실질적으로 동시에 획득할 수 있다. For example, the photographing unit of the X-ray image acquiring apparatus includes an
듀얼 에너지 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하기 위한 구성으로서, 상기 엑스선 검출부(20)는 동일 엑스선 빔의 진행 경로 상에 전후로 교차 배치된 제 1 엑스선 디텍터(21)와, 제 2 엑스선 디텍터(23), 그리고 상기 제 1 엑스선 디텍터(21)와 상기 제 2 엑스선 디텍터(23) 사이에 배치되어 소정의 감쇠율로 엑스선을 감쇠시키는 엑스선 필터(22)를 포함한다. 상기 엑스선 필터(22)는 알루미늄(Al), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 또는 티타늄(Ti) 등의 금속 재료나 금속 합금 또는 알루미나 등의 세라믹 재료로 형성될 수 있다. Ray detector (20) includes a first X-ray detector (21), a second X-ray detector (23), and a second X-ray detector And an
이러한 촬영부 구성을 통해 듀얼 에너지 엑스선 프로젝션 데이터가 획득되는 원리를 살펴본다. 예를 들어, 방향각 θ의 엑스선 빔이 피검체를 투과하면, 상기 제 1 엑스선 디텍터(21)에 도달하여 한 프레임의 프로젝션 데이터를 형성하고, 그와 실질적으로 동시에 상기 엑스선 필터(22)를 투과하고 다시 제 2 엑스선 디텍터(23)에 도달하여 또 한 프레임의 프로젝션 데이터를 형성하게 된다. 이때, 제 2 엑스선 디텍터(23)에 도달한 엑스선 빔은 상기 엑스선 필터(22)에 의해 감쇠된 것이어서 그 에너지 레벨이 상대적으로 낮으므로 이것에 의해 저에너지 프로젝션 데이터가 생성되고, 상대적으로 높은 에너지 레벨의 엑스선 빔에 의해 상기 제 1 엑스선 디텍터(21)에서 고에너지 프로젝션 데이터가 생성된다. The principle in which dual energy X-ray projection data is acquired through such a photographing configuration is described. For example, when the X-ray beam of the direction angle? Passes through the object, the X-ray beam reaches the
한편, 상기 엑스선 방출부(10) 내의 엑스선 방출 초점(11)으로부터 상기 제 1 엑스선 디텍터(21) 및 상기 제 2 엑스선 디텍터(23)까지의 거리인 D1과 D2는 상기 엑스선 필터(22)의 두께만큼 혹은 그 이상 차이가 나게 된다. 따라서, 상기 제 2 엑스선 디텍터(23)에서 생성된 저에너지 프로젝션 데이터는 상기 제 1 엑스선 디텍터(21)에서 생성된 고에너지 프로젝션 데이터에 비해 상대적으로 확대도가 더 크다. 따라서, 상기 제어부(50)에는 상기 고에너지 프로젝션 데이터와 상기 저에너지 프로젝션 데이터를 이용한 연산에 앞서 이들의 확대도를 일치시키기 위해 소정의 영상처리를 통해 적어도 어느 한쪽의 확대도를 보상하는 구성이 마련될 수 있다. The distances D1 and D2 from the
위에서 상기 고에너지 프로젝션 데이터와 상기 저에너지 프로젝션 데이터가 실질적으로 동시에 생성된다는 것은 완벽한 동일 시점에 생성됨을 의미하는 것이 아니라, 엑스선이 (D2-D1)의 거리를 더 진행하는 데에 소요되는 시간은 물론 상기 제 1 엑스선 디텍터(21) 및 상기 제 2 엑스선 디텍터(23)를 구성하는 각각의 센서 어레이에서 엑스선 수광 신호를 순차적으로 스캐닝하는 데에 소요되는 정도의 짧은 시간 차이를 두고 생성되는 것을 포함한다. The fact that the high-energy projection data and the low-energy projection data are generated at substantially the same time does not mean that the above-mentioned high-energy projection data and the low-energy projection data are generated at the same time but the time required for the X- Is generated with a short time difference required for sequentially scanning the X-ray receiving signals in the respective sensor arrays constituting the first X-ray detector (21) and the second X-ray detector (23).
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 엑스선 영상 획득 장치의 엑스선 디텍터의 구성 예를 보인다. 6 shows an example of the configuration of an X-ray detector of an X-ray image acquiring apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 도면은 엑스선 검출부에서 엑스선 필터를 생략하고 제 1 엑스선 디텍터(21)와 제 2 엑스선 디텍터(23)를 도시한 것이다. 일 예로서, 상기 제 1 엑스선 디텍터(21)는 매트릭스 형태의 센서 어레이로서 격자형태로 배열된 다수의 금속 배선(211)과 각 격자 점에 대응되게 배치된 스위칭 소자(212) 그리고, 격자마다 배치되고 엑스선에 대해 투명한 전극들로 구성된 센싱 소자(213)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 엑스선 디텍터(23) 역시 다수의 금속 배선(231)과 스위칭 소자(232) 및 센싱 소자(233)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제 1 엑스선 디텍터(21)를 구성하는 센서 어레이의 센서 피치(pitch)와 제 2 엑스선 디텍터(23)를 구성하는 센서 어레이의 센서 피치는 엑스선 방출 초점(11)으로부터 이들 각각에 이르는 거리의 비에 따라 서로 다르게 형성될 수 있다. 제 2 엑스선 디텍터(23) 상의 센싱 소자(233)는 엑스선 빔의 진행 방향을 고려할 때, 제 1 엑스선 디텍터(21) 상의 금속 배선(211)과 중첩되지 않도록 배치되는 것이 바람직하다. This figure shows the
10: 엑스선 방출부
11: 엑스선 빔 초점
20: 엑스선 검출부
21: 제 1 엑스선 디텍터
22: 엑스선 필터
23: 제 2 엑스선 필터
30: 회전 구동부
31: 회전축10: X-ray emitting portion
11: focus of the x-ray beam 20: x-ray detector
21: First X-ray detector 22: X-ray filter
23: second X-ray filter 30: rotation driving part
31:
Claims (8)
(b) 피검체를 동일한 경로로 투과한 고에너지 프로젝션 데이터 및 저에너지 프로젝션 데이터 사이의 부분별 신호 강도 차이를 이용하여 상기 피검체 중 금속 부분을 구분하는 단계를 포함하는,
금속 이미지 구분 방법.(a) obtaining dual energy projection data including high energy projection data and low energy projection data at the same angle and the same time for the same subject for a plurality of frames; And
(b) distinguishing a metal portion of the subject by using a difference in signal strength of a portion between high energy projection data and low energy projection data transmitted through the same path of the subject,
How to distinguish metal images.
상기 (b) 단계는 상기 고에너지 프로젝션 데이터 및 상기 저에너지 프로젝션 데이터를 변수로 한 함수 연산을 통해 금속 부분을 나타내는 데이터를 식별하는,
금속 이미지 구분 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step (b) identifies data representing a metal part by performing a function operation using the high-energy projection data and the low-energy projection data as variables,
How to distinguish metal images.
상기 함수 연산은 상기 고에너지 프로젝션 데이터 또는 상기 고에너지 프로젝션 데이터에 미리 정해진 소정의 계수 α를 곱한 데이터로부터 상기 저에너지 프로젝션 데이터 또는 상기 저에너지 프로젝션 데이터에 이리 정해진 소정의 계수 β를 곱한 데이터를 차감하는 연산을 포함하는,
금속 이미지 구분 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the function calculation is an operation of subtracting data obtained by multiplying the high energy projection data or the high energy projection data by a predetermined coefficient? By multiplying the low energy projection data or the low energy projection data by a predetermined coefficient? Including,
How to distinguish metal images.
(b) 피검체를 동일한 경로로 투과한 고에너지 프로젝션 데이터 및 저에너지 프로젝션 데이터 사이의 부분별 신호 강도 차이를 이용하여 상기 피검체 중 금속 부분을 구분하는 단계; 및,
(c) 다수 프레임의 고에너지 프로젝션 데이터로부터 상기 (b) 단계에서 구분된 금속 부분에 해당하는 데이터를 삭제하고, 그 주변부의 데이터를 이용하여 삭제된 데이터를 보간하는 단계를 포함하는,
금속 인공음영 제거 방법.(a) obtaining dual energy projection data including high energy projection data and low energy projection data at the same angle and the same time for the same subject for a plurality of frames;
(b) separating the metal portion of the subject using the difference in signal intensity between the high-energy projection data and the low-energy projection data transmitted through the same path of the subject; And
(c) deleting data corresponding to the metal portion separated in the step (b) from the high energy projection data of the plurality of frames, and interpolating the deleted data using the data of the periphery thereof.
METHOD OF REMOVING METAL ARTIFACIAL SHADES
상기 (b) 단계는 상기 고에너지 프로젝션 데이터 및 상기 저에너지 프로젝션 데이터를 변수로 한 함수 연산을 통해 금속 부분을 나타내는 데이터를 식별하는,
금속 인공음영 제거 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the step (b) identifies data representing a metal part by performing a function operation using the high-energy projection data and the low-energy projection data as variables,
METHOD OF REMOVING METAL ARTIFACIAL SHADES
상기 함수 연산은 상기 고에너지 프로젝션 데이터 또는 상기 고에너지 프로젝션 데이터에 미리 정해진 소정의 계수 α를 곱한 데이터로부터 상기 저에너지 프로젝션 데이터 또는 상기 저에너지 프로젝션 데이터에 이리 정해진 소정의 계수 β를 곱한 데이터를 차감하는 연산을 포함하는,
금속 인공음영 제거 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the function calculation is an operation of subtracting data obtained by multiplying the high energy projection data or the high energy projection data by a predetermined coefficient? By multiplying the low energy projection data or the low energy projection data by a predetermined coefficient? Including,
METHOD OF REMOVING METAL ARTIFACIAL SHADES
피검체 및 회전축을 사이에 두고 상기 엑스선 방출부와 대향 회전하며, 동일 엑스선 빔의 진행 경로 상에 전후로 교차 배치된 제 1, 2 엑스선 디텍터, 상기 제 1, 2 엑스선 디텍터 사이에 배치되어 소정의 감쇠율로 엑스선을 감쇠시키는 엑스선 필터를 포함하는 엑스선 검출부; 및,
상기 엑스선 검출부로부터 다수 프레임의 엑스선 프로젝션 데이터를 획득하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 상기 피검체에 대해 동일 각도, 동일 시간에 상기 제 1 엑스선 디텍터로부터 고에너지 프로젝션 데이터를 획득하고, 상기 제 2 엑스선 디텍터로부터 저에너지 프로젝션 데이터를 획득하는,
엑스선 영상 획득 장치.An x-ray emitting portion for irradiating an x-ray beam of constant intensity;
Ray detector which is disposed between the first and second X-ray detectors and is arranged to be opposite to the X-ray emitting portion with the body and the rotating shaft interposed therebetween, An x-ray detector including an x-ray filter for attenuating x-rays; And
And a control unit for acquiring X-ray projection data of a plurality of frames from the X-ray detecting unit,
Wherein the control unit acquires high energy projection data from the first X-ray detector at the same angle and at the same time with respect to the inspected object, and acquires low-energy projection data from the second X-
X-ray image acquisition device.
상기 제어부는 상기 엑스선 방출부로부터 상기 제 1 엑스선 디텍터와 상기 제 2 엑스선 디텍터까지의 거리 차로 인한 상기 고에너지 프로젝션 데이터와 상기 저에너지 프로젝션 데이터의 확대도 차이를 보상하는,
엑스선 영상 획득 장치.
8. The method of claim 7,
And the control unit compensates for the magnification difference between the high energy projection data and the low energy projection data due to the difference in distance from the X-ray emitting unit to the first X-ray detector and the second X-
X-ray image acquisition device.
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