KR20210112617A - X선 필터, x선 영상 촬영 시스템 및 x선 영상 촬영 방법 - Google Patents

X선 필터, x선 영상 촬영 시스템 및 x선 영상 촬영 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 X선 필터, X선 영상 촬영 시스템 및 X선 영상 촬영 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 동적 X선 필터를 이용하여 X선 저선량 스캔 조건에서 X선 영상을 촬영하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 X선 필터는 X선 영상 촬영 시스템에 사용되는 필터로, X선을 통과시키는 개방된 제1 투과부; 및 X선을 투과시키는 폐쇄된 제2 투과부;를 포함하고, 상기 제1 투과부 및 상기 제2 투과부는 사선 방향으로 교대로 복수회 배열되고, 상기 제1 투과부 및 상기 제2 투과부를 통해 X선을 필터링하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

X선 필터, X선 영상 촬영 시스템 및 X선 영상 촬영 방법{X-ray filter, x-ray imaging system and x-ray imaging method}
본 발명은 X선 필터, X선 영상 촬영 시스템 및 X선 영상 촬영 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 동적 X선 필터를 이용하여 X선 저선량 스캔 조건에서 X선 영상을 촬영하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
X-선 컴퓨터 토모그래피(Computed Tomography, 이하, 'CT'라 함)는 질병의 스크리닝 및 진단, 치료를 위한 중재적 이미징, 예후 평가 등의 다양한 임상 분야에서 널리 사용되어 왔다. 병원에서의 사용이 증가함에 따라, 선량 감소가 새로운 CT 기술이나 장비에 있어서 사람들이 추구하는 가장 중요한 특징으로 되었다.
기존의 CT 시스템을 활용하고, 또한 선량 감소를 위해 새로운 엔지니어링을 도입하는 것에 대하여 많은 노력을 기울여 왔다. 예를 들어, 환자의 특성을 고려하여 관 전압을 적절하게 선택하는 방식, 해부학적으로 적응된 관 전류를 변조하는 방식, 방사선에 민감한 장기에 대한 적응적 선량을 차폐하는 방식 들이 개발되어 왔으며 이 기술들은 현재 임상 현장에서 사용되고 있다.
시스템의 효율을 개선하도록 새로운 검출기에 관한 기술들도 개발되어 왔다. 이러한 임상 방안 또는 엔지니어링 방안에 더하여, 환자에 대한 방사선 선량을 감소시키는 대부분의 직관적이며 간단한 방법들은 스캔 동안 관 전류를 감소시키거나, 이미지 재구축을 위한 투영을 덜 받게 하거나, 이 두 가지 모두를 취하는 것이다.
낮은 관 전류 상태에서 얻어지는 데이터로부터 재구축되는 이미지는 품질이 우수하지 않은 한계가 있는데 이러한 이미지의 품질을 개선하도록 다수의 알고리즘들이 개발되어 왔다. 이러한 알고리즘들은, 알고리즘의 성질에 따라 투영 공간, 또는 이미지 공간, 또는 이러한 두 가지 공간에서 기능하며, 이미지 품질을 절충하지 않으면서 상당한 선량 감소가 가능하다고 보고되고 있다.
또한 최근 CT 시스템은 X선의 에너지를 두 가지 혹은 그 이상으로 분리하여 조사하거나 검출기에서 분별 검출하는 소위 이중(혹은 다중)에너지 기능을 제공하고 있고, 이로부터 물질 분별 기능, 연조직 대조도 증강, 그리고 제조사 및 장치에 무관한 정량적 CT 영상 구현 등이 가능하게 되었다. 이중에너지의 구현 방법으로 X선원 및 해당 검출기 유닛을 갠트리(gantry)에 두 개 설치하여 스캔하는 방법, X선원의 에너지를 바꾸어 추가로 스캔 하는 방법 등이 이용되고 있으며, 이들은 공통적으로 상대적으로 높은 환자 피폭선량을 갖는다는 단점이 있다. 추가적으로 X선원의 에너지를 고속 스위칭하여 프로젝션 데이터를 서로 교차하여 얻어지는 방법도 종래에 이용되고 있으나, 하드웨어 구현 상의 어려운 한계가 존재한다.
(KR) 공개특허 제 10-2016-0132616 호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 일반적인 CT 스캔보다 낮은 선량 조건에서 이중에너지 기능이 구현되도록 하는 X선 영상 촬영 시스템 및 영상 재건 방법에 관한 기술을 제안하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동적 X선 필터는 X선 영상 촬영 시스템에 사용되는 필터로, X선을 통과시키는 개방된 제1 투과부; 및 X선을 투과시키는 폐쇄된 제2 투과부;를 포함하고, 상기 제1 투과부 및 상기 제2 투과부는 사선 방향으로 교대로 복수회 배열되고, 상기 제1 투과부 및 상기 제2 투과부를 통해 X선을 필터링하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동적 X선 필터는 X선 조사 방향으로 굴곡진 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터의 제2 투과부는 주석, 납, 구리, 니오븀, 금 중 적어도 하나의 재료로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동적 X선 필터는 모터를 더 포함하고, 상기 모터에 의하여 제1 방향으로 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 방향은 X선 조사부의 회전축 방향인 것을 특징으로 하고, 상기 X선 조사부가 1회 회전하거나 여러 번 회전할 때 X선 필터는 상기 제1 방향으로 1회 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터는 X선 조사부의 회전이 완료될때까지 상기 제1방향에 대해 왕복 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동적 X선 필터는 상기 제1 방향에 대하여 일정한 속도로 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템은 X선 발생기; 제1항에 따른 X선 필터; 상기 X선 필터를 통과한 X선을 수신하는 X선 검출기; 및 상기 X선 검출기에서 획득한 X선 영상 데이터를 처리하는 컴퓨팅 장치;를 포함할 수 있고, 상기 X선 필터는 X선 발생기와 X선 검출기 사이에 배치되고, 상기 컴퓨팅 장치는, 노치(notch) 필터를 이용하여 X선 영상에서 상기 X선 필터의 사선을 제거함으로써 X선 이미지를 재구성하며, 상기 재구성된 X선 이미지에서 가장자리 정보를 이용하여 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하며, 상기 고에너지 이미지 및 상기 저에너지 이미지를 기초로 하여 물질 분별 이미지를 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치는, 상기 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 업데이트함으로써 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저에너지 이미지는 상기 X선 필터의 개방된 제1 투과부를 투과한 X선 데이터를 기초로 재구축되고, 고에너지 이미지는 상기 X선 필터의 폐쇄된 제2 투과부를 투과한 X선 데이터를 기초로 재구축되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치는 하기 수학식을 이용하여 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축할 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 저에너지 이미지,
Figure pat00003
는 상술한 바와 같이 노치 필터를 이용하여 필터의 사선을 제거하여 재구성된 X선 이미지의 가장자리 정보,
Figure pat00004
는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 이미지의 가장자리 정보,
Figure pat00005
는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 사이노그램,
Figure pat00006
는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 이미지이며,
Figure pat00007
와 A는 임의의 상수이다.
여기서
Figure pat00008
는 고에너지 이미지,
Figure pat00009
는 상술한 바와 같이 노치 필터를 이용하여 필터의 사선을 제거하여 재구성된 X선 이미지의 가장자리 정보,
Figure pat00010
는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 이미지의 가장자리 정보,
Figure pat00011
는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 사이노그램,
Figure pat00012
는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 이미지를 의미하며,
Figure pat00013
와 A는 임의의 상수이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치는 교정 팬텀을 통해 획득된 물질 정보를 이용하여 피사체의 물질 정보를 추출함으로써 물질 분별 이미지를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법은 컴퓨팅 장치가 X선 필터를 투과한 X선 영상 데이터를 획득하는 단계(a); 상기 컴퓨팅 장치가 노치(notch) 필터를 이용하여 영상에서 상기 X선 필터의 사선을 제거함으로써 X선 이미지를 재구성하는 단계(b); 상기 컴퓨팅 장치가 상기 재구성된 X선 이미지에서 가장자리 정보를 이용하여 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하는 단계(c); 및 상기 컴퓨팅 장치가 상기 고에너지 이미지 및 상기 저에너지 이미지를 기초로 하여 물질 분별 이미지를 출력하는 단계(d);를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 재구성 프로그램은 컴퓨팅 장치와 결합되어 실행되고, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장되는 것이며, 상기 프로그램은 X선 필터를 투과한 X선 영상 데이터를 획득하는 오퍼레이션(a); 노치(notch) 필터를 이용하여 영상에서 상기 X선 필터의 사선을 제거함으로써 X선 이미지를 재구성하는 오퍼레이션(b); 상기 재구성된 X선 이미지에서 가장자리 정보를 이용하여 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하는 오퍼레이션(c); 및 상기 고에너지 이미지 및 상기 저에너지 이미지를 기초로 하여 물질 분별 이미지를 출력하는 오퍼레이션(d);을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템은 이중 에너지 영상 구현을 위해 고에너지 X선 및 저에너지 X선을 각각 촬영할 필요없이 한번에 X선을 촬영하여 이중 에너지 기능을 구현할 수 있기 때문에 방사선 노출을 줄인 저선량 스캐닝을 달성할 수 있다.
나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템은 X선 필터를 포함하고 있기 때문에 필터에 의한 선량 감소도 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터는 사선으로 구성되고 굴곡진 형태로 형성됨으로써, 종래의 필터를 사용할 때 그림자 영역이 발생하는 것을 방지하여 해상도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템을 사용하면, 방사선 조사부가 한번 회전할 때 X선 필터가 축을 따라 한번 이동하기 때문에 동적 X선 필터의 이동에 따른 열발생을 최소화시킬 수 있다.
종래의 필터를 사용하여 X선 영상을 촬영하는 방법은 필터의 통과된 영역과 통과 되지 않은 영역을 부분적으로 처리하여 영상을 재구성한 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법은 한꺼번에 영상을 처리하는 알고리즘으로 구성되어 그림자에 의한 잡음 성분을 제거하여 영상의 해상도를 높일 뿐만 아니라 영상 처리 속도도 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템은 기존의 CT 시스템에 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터를 간단하게 모듈형으로 추가하여 CT 시스템을 구현할 수 있고, 빠르게 회전하는 갠트리 유형(Gantry-type)의 CT에도 적용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법을 추가적인 소프트웨어로 적용함으로써, 이중 에너지를 사용하지 않는 기존의 X선 영상 촬영 시스템을 그대로 사용할 수 있기 때문에 고비용의 대규모 장치를 추가하지 않아도 되는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템은 동적 필터를 사용함으로써, X선 관 전력을 전환하지 않고 이중에너지 및 저선량 희박 샘플링을 효과적으로 달성할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템의 사용도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터의 평면도이고, 도 3b는 X선 필터의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템의 상세도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법에 따라 X선 이미지를 재구성하는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 획득된 X선 사이노그램을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법에 따라 획득된 X선 투과 영상 데이터를 나타낸다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 재구축된 저 에너지 이미지 및 고 에너지 이미지를 나타낸다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 출력되는 물질 분별 이미지를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, "제 1"및 "제 2"라는 용어는 본 명세서에서 구별 목적으로만 사용되며, 어떠한 방식으로도 서열 또는 우선 순위를 나타내거나 예상하는 것을 의미하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템의 사용도이다.
명세서 전체에서 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템은 X-선 전산화 토모그래피(Computed Tomography, 이하, 'CT'라 함)를 기초로 설명되고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, X선을 발생시키는 영상 장치를 모두 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템은 X선 발생기(100), X선 필터(200), X선 검출기(300) 및 컴퓨팅 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 발생기(100)는 소정의 선량을 가지는 X 선을 발생시키는 것으로, a 방향으로 회전이동한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터(200)는 X선 발생기(100)와 X선 검출기(300) 사이에 배치되며, 보다 구체적으로, X선 발생기(100)와 피검체(10) 사이에 배치된다.
X선 발생기(100)로부터 조사된 X선은 X선 필터(200) 및 피검체(10)를 투과 후, X선 검출기(300)에 수신된다. X선 검출기(300)는 X선 발생기(100)와 대향하는 방향에 배치되며 X선 필터(200)를 통과한 X선 영상 데이터를 검출할 수 있다.
X선 필터(200)도 X선 발생기(100)와 마찬가지로 a 방향으로 회전이동하면서, X선 발생기(100)의 회전축 방향인 b방향으로(예컨대, 지면에 대해 앞으로) 직선 이동할 수 있다.
X선 필터(200)는 X선 발생기(100)가 a방향으로 1회 회전할 때, 상기 b방향 한 방향으로 1회 이동하거나 X선 발생기(100)가 a방향으로 여러 번 회전할 때도 X선 필터(200)는 b방향으로 1회 이동할 수 있다. 즉, 본 발명은 빠르게 회전하는 갠트리 유형(Gantry-type)의 CT에도 적용될 수 있는 장점을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 X선 필터(200)는 필요시, X선 조사부(100)의 회전이 완료될때까지 a방향에 대해 왕복 이동함으로써, 스캔 부위가 넓을 경우에도 사용 가능하다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터의 평면도이고, 도 3b는 X선 필터의 분해도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터의 상세도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터(200)를 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터(200)는 모터부(210), 벨트부(220), 롤러부(230), 지지대(240), 필터부(250), 구동부(260), 프레임부(270), 고정부(280)를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부(270)는 필터부(250)에 대한 프레임으로, 필터부(250)와 일체 결합될 수도 있으며 아크릴으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(250)는 도 4와 같이, X선을 통과시키는 개방된 영역인 제1 투과부(251) 및 X선을 투과시키는 폐쇄된 영역인 제2 투과부(252)를 포함하고, 제1 투과부(251) 및 제2 투과부(252)는 사선 방향으로 교대로 복수회 배열된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(250)는 X선을 필터링함으로써, X선 검출기(300)는 필터링된 X선을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 투과부(252)의 폐쇄된 영역을 구성하는 물질은 주석이 될 수 있으며, 에너지 분리성이 뛰어난 다른 물질로 대체될 수도 있다. 다른 물질은 예컨대 납, 구리, 니오븀 또는 금이 될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 투과부(252)의 두께는 0.5 mm 내지 1.5 mm 정도의 범위를 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터(200)의 b방향으로 직선 이동하는 방법은 다음과 같다.
CPU가 장착된 구동부(260)의 제어에 의하여 모터부(210)가 벨터부(220)를 b방향으로 직선 이동시킬 수 있다. 벨터부(220)는 컨베이어 벨트 방식으로 이동될 수 있다. 벨터부(220)의 직선 이동은 X선 발생기(100) 및 X선 검출기(300)가 CT 장치의 프레임을 따라 1회 회전하거나 여러 번 회전할 때 상기 직선 b방향으로 1회 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터부(210)의 회전 속도에 따라 필터부(250) 및 프레임부(270)의 이동 속도가 달라질 수 있고 이동 속도는 일정하게 유지될 수 있다.
벨터부(220)의 직선 이동에 따라 필터부(250) 및 프레임부(270)도 b방향으로 직선 이동할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임부(270)는 롤러를 포함하는 롤러부(230)에 결합되어 롤러의 회전과 함께 상기 b방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 필터부(250)가 프레임부(270)와 함께 직선 이동하기 때문에 특정 위치에서 개방 영역인 제1 투과부(251)의 위치와 폐쇄 영역인 제2 투과부(252)의 위치가 시간에 따라 계속 변화될 수 있다.
X선 필터의 필터부가 스캔(scan) 동안 움직임 없이 고정되어 있으면, 데이터 샘플링은 매우 불균일하게 발생하고 데이터의 결맞음성 (coherence)이 높아져서, 재구축된 이미지 품질을 심각하게 열화시킬 수 있다. 따라서, 샘플링이 더욱 균일하게 발생하고 데이터 간의 결맞음성을 약화하는 경향을 갖도록 스캔 동안 필터를 움직여주는 것이 효과적이다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(250)는 도 3b에 도시된 바와 같이 X선 조사 방향으로 굴곡진 형상인 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 필터부(250)의 곡률은 X선 검출기(300)의 곡률과 일치할 수 있다. 도 3b와 같이, 필터부(250)의 곡률이 X선 검출기(300)의 곡률과 일치함으로써, 영상에 필터의 가장자리에 의한 그림자가 발생하는 것을 최소화시킬 수 있다.
한편, 모터부(210), 벨트부(220), 롤러부(230), 구동부(260), 프레임부(270) 및 고정부(280)는 지지대(240)에 결합될 수 있다. 지지대(240)의 일면에는 모터부(210), 벨트부(220), 롤러부(230), 구동부(260), 프레임부(270)가 결합되고, 지지대(240)의 타면에는 고정부(280)가 결합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 지지대(240)는 무게를 경감하기 위해 다수의 구멍이 뚫려 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지지대(280)는 X선 필터(200)가 X선 발생기(100)에 결합될 수 있도록 한다. 이와 관련하여 도 5를 참조하여 후술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템의 상세도이다.
도 5를 참조하면, CT 장치(500)는 X선 발생기(100), X선 필터(200), 피검체 자리부(12), X선 검출기(300)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 필터(200)는 지지대(280)에 의하여 X선 발생기(100)에 결합될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법은 컴퓨팅 장치가 X선 필터를 투과한 X선 영상 데이터를 획득하는 단계(S100); 컴퓨팅 장치가 노치(notch) 필터를 이용하여 영상에서 상기 X선 필터의 사선을 제거함으로써 X선 이미지를 재구성하는 단계(S110); 컴퓨팅 장치가 상기 재구성된 X선 이미지에서 가장자리 정보를 이용하여 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하는 단계(S120); 및 컴퓨팅 장치가 상기 고에너지 이미지 및 상기 저에너지 이미지를 기초로 하여 물질 분별 이미지를 출력하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법에 따라 X선 이미지를 재구성하는 순서도이다.
보다 구체적으로 도 7은, 노치(notch) 필터를 이용하여 X선 사이노그램 (sinogram)에서 X선 필터의 사선을 제거함으로써 이미지를 재구성하는 과정을 나타낸다.
CT 장치가 피사체를 회전시켜가면서 상기 피사체를 투과한 X선 데이터를 X선 검출기에서 획득하여 상기 X선 데이터를 시각화한 것을 X선 사이노그램(sinogram)이라 지칭한다.
도 7을 참조하면, 컴퓨팅 장치가 X선 사이노그램을 획득하여(S10), 퓨리에 변환을 수행하고(S20), 상기 X선 사이노그램에서 가장자리 영역(Edge detected sinogram)을 추출한다(S12).
한편, 상기 가장자리 영역 사이노그램(Edge detected sinogram)도 퓨리에 변환을 거쳐(S14) 노치(notch) 제거 필터가 생성된다(S16).
상기 노치(notch) 제거 필터(S16)는 상기 퓨리에 변환을 거친 사이노그램(S20)과 곱 연산이 수행될 수 있다(S30).
따라서 상기 노치(notch) 제거 필터와의 곱 연산을 통해, X선 사이노그램 (sinogram)에서 X선 필터의 사선이 제거될 수 있다(S40). 보다 구체적으로, 사이노그램의 사선은 주파수 영역에서 스파이크 형태의 쌍으로 존재하는데, 이는 상술한 노치(notch) 필터를 통해 제거될 수 있다.
상기 X선 필터의 사선이 제거된 X선 사이노그램(sinogram)은 역투영(back-projection)을 통해 해부학적 영상이 재건될 수 있다(S50).
필터의 가장자리에 의해 잔존하는 영상 아티팩트(artifact)는 적절한 디노이징(denoising) 기법을 통해 제거될 수 있는데, 이와 관련하여 설명하면 상기 재건된 해부학적 영상에서 Lo 경사(gradient)를 최소화시킴으로써, 잔존 아티팩트가 제거되어 이미지가 보정될 수 있다(S60).
한편, 도 7을 참조하여 설명한 X선 이미지를 재구성하는 과정은 해석적 알고리즘으로 지칭될 수 있다.
상기 해석적 알고리즘을 통해 재구성된 X선 이미지는 후술할 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지 재구축 단계에서 선험 정보로써 활용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 획득된 X선 사이노그램을 나타내고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 방법에 따라 획득된 X선 투과 영상 데이터를 나타낸다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지 재구축하는 방법을 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 X선 필터를 투과한 는 사이노그램(sinogram)은 밝은 영역과 어두운 영역이 사선 방향으로 형성될 수 있다.
도 8에서 어두운 사선 이미지는 X선 필터의 개방된 제1 투과부를 통과한 부분이고, 밝은 사선 이미지는 X선 필터의 폐쇄된 영역인 제2 투과부를 투과한 부분이다.
도 9를 참조하여 상기 사이노그램을 보다 구체적으로 설명하면, X선 필터의 개방된 제1 투과부를 통해 얻어진 X선 데이터(9a)는 저 에너지에 해당하고, X선 필터의 폐쇄된 제2 투과부를 통해 얻어진 X선 데이터(9b)는 고 에너지에 해당한다.
도 8 및 도 9의 결과를 참조하여, 저 에너지 영상 및 고 에너지 영상은 아래 수학식 1 및 수학식 2를 통해 각각 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00014
여기서,
Figure pat00015
는 저에너지 이미지,
Figure pat00016
는 상술한 바와 같이 노치 필터를 이용하여 필터의 사선을 제거하여 재구성된 X선 이미지의 가장자리 정보,
Figure pat00017
는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 이미지의 가장자리 정보,
Figure pat00018
는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 사이노그램,
Figure pat00019
는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 이미지이며,
Figure pat00020
와 A는 임의의 상수이다.
[수학식 2]
Figure pat00021
Figure pat00022
는 고에너지 이미지,
Figure pat00023
는 상술한 바와 같이 노치 필터를 이용하여 필터의 사선을 제거하여 재구성된 X선 이미지의 가장자리 정보,
Figure pat00024
는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 이미지의 가장자리 정보,
Figure pat00025
는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 사이노그램,
Figure pat00026
는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 이미지를 의미하며,
Figure pat00027
와 A는 임의의 상수이다.
상술한 수학식 1 및 수학식 2를 참조하면, 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지는 도 7을 통해 재구성된 X선 이미지 결과의 가장자리 정보를 선험 정보로 활용하여 반복적으로 업데이트함으로써 재구축되는 것을 특징으로 한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 재구축된 저 에너지 이미지 및 고 에너지 이미지를 나타낸다.
도 10은 폐 영역에 대해 구축된 저 에너지 이미지(좌) 및 고 에너지 이미지(우)를 나타내고, 도 11은 복부 영역에 대해 구축된 저 에너지 이미지(좌) 및 고 에너지 이미지(우)를 나타낸다.
상술한 바와 같이 재구축된 저 에너지 이미지 및 고 에너지 이미지에 대하여 교정 팬텀을 이용한 경험적 방식을 적용하여 미리 선정한 기저 물질의 밀도 분포 영상을 획득할 수 있다. 즉, 교정 팬텀을 통해 획득된 물질 정보를 이용하여 피사체의 물질 정보를 추출함으로써 물질 분별 이미지를 출력할 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 출력되는 물질 분별 이미지를 나타낸다. 도 12는 폐 영역에 대해 추출된 물질 분별 이미지를 나타내고, 도 13은 복부 영역에 대해 추출된 물질 분별 이미지를 나타낸다.
보다 구체적으로, 도 12 및 도 13의 (a)는 연조직, (b)는 뼈, (c)는 공기 및 (d)는 결합 이미지를 나타낸다. 도 12 및 도 13에 따른 결과 영상은 본 발명의 일 실시예에 따라 제안된 방법이 이미지의 품질을 개선하고 재료를 성공적으로 분해할 수 있음을 나타낸다.
종합하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 영상 촬영 시스템 및 그 방법은 CT 진단 시스템에서 빠르게 회전하는 X선 발생기(gantry)를 사용함에 있어서 저 선량의 단일 스캐닝으로 이중 에너지 CT 이미지를 구축할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : X선 발생기
200 : X선 필터
300 : X선 검출기
500 : CT 장치

Claims (18)

  1. X선 영상 촬영 시스템에 사용되는 필터에 있어서,
    X선을 통과시키는 개방된 제1 투과부; 및
    X선을 투과시키는 폐쇄된 제2 투과부;를 포함하고,
    상기 제1 투과부 및 상기 제2 투과부는 사선 방향으로 교대로 복수회 배열되고,
    상기 제1 투과부 및 상기 제2 투과부를 통해 X선을 필터링하는 것을 특징으로 하는 X선 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 X선 필터는 X선 조사 방향으로 굴곡진 형상인 것을 특징으로 하는 X선 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 투과부는 주석, 납, 구리, 니오븀, 금 중 적어도 하나의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 X선 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    모터를 더 포함하고,
    상기 모터에 의하여 제1 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 X선 필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 방향은 X선 조사부의 회전축 방향인 것을 특징으로 하고, 상기 X선 조사부가 1회 또는 복수 회 회전할 때 상기 제1 방향으로 1회 이동하는 것을 특징으로 하는 X선 필터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 방향은 X선 조사부의 회전축 방향인 것을 특징으로 하고, 상기 X선 조사부의 회전이 완료될때까지 상기 제1방향에 대해 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 X선 필터.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 X선 필터는 상기 제1 방향에 대하여 일정한 속도로 이동하는 것을 특징으로 하는 X선 필터.
  8. X선 영상 촬영 시스템에 있어서,
    X선 발생기;
    제1항에 따른 X선 필터;
    상기 X선 필터를 통과한 X선을 수신하는 X선 검출기; 및
    상기 X선 검출기에서 획득한 X선 영상 데이터를 처리하는 컴퓨팅 장치;를 포함하며,
    상기 X선 필터는 X선 발생기와 X선 검출기 사이에 배치되고,
    상기 컴퓨팅 장치는,
    노치(notch) 필터를 이용하여 X선 영상에서 상기 X선 필터의 사선을 제거함으로써 X선 이미지를 재구성하며,
    상기 재구성된 X선 이미지에서 가장자리 정보를 이용하여 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하며,
    상기 고에너지 이미지 및 상기 저에너지 이미지를 기초로 하여 물질 분별 이미지를 출력하는 것을 특징으로 하는 X선 영상 촬영 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 장치는,
    상기 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 업데이트함으로써 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하는 것을 특징으로 하는 X선 영상 촬영 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 저에너지 이미지는 상기 X선 필터의 개방된 제1 투과부를 투과한 X선 데이터를 기초로 재구축되고,
    상기 고에너지 이미지는 상기 X선 필터의 폐쇄된 제2 투과부를 투과한 X선 데이터를 기초로 재구축되는 것을 특징으로 하는 X선 영상 촬영 시스템.
  11. 제78 또는 제9항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 장치는 하기 수학식을 이용하여 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하는 것인 X선 영상 촬영 시스템.
    Figure pat00028

    (여기서,
    Figure pat00029
    는 저에너지 이미지,
    Figure pat00030
    는 상술한 바와 같이 노치 필터를 이용하여 필터의 사선을 제거하여 재구성된 X선 이미지의 가장자리 정보,
    Figure pat00031
    는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 이미지의 가장자리 정보,
    Figure pat00032
    는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 사이노그램,
    Figure pat00033
    는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 이미지이며,
    Figure pat00034
    와 A는 임의의 상수이고,
    Figure pat00035
    는 고에너지 이미지,
    Figure pat00036
    는 상술한 바와 같이 노치 필터를 이용하여 필터의 사선을 제거하여 재구성된 X선 이미지의 가장자리 정보,
    Figure pat00037
    는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 이미지의 가장자리 정보,
    Figure pat00038
    는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 사이노그램,
    Figure pat00039
    는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 이미지를 의미함)
  12. 제8항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 장치는 교정 팬텀을 통해 획득된 물질 정보를 이용하여 피사체의 물질 정보를 추출함으로써 물질 분별 이미지를 출력하는 X선 영상 촬영 시스템.
  13. X선 영상 촬영 방법에 있어서,
    컴퓨팅 장치가 X선 필터를 투과한 X선 영상 데이터를 획득하는 단계(a);
    상기 컴퓨팅 장치가 노치(notch) 필터를 이용하여 영상에서 상기 X선 필터의 사선을 제거함으로써 X선 이미지를 재구성하는 단계(b);
    상기 컴퓨팅 장치가 상기 재구성된 X선 이미지에서 가장자리 정보를 이용하여 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하는 단계(c); 및
    상기 컴퓨팅 장치가 상기 고에너지 이미지 및 상기 저에너지 이미지를 기초로 하여 물질 분별 이미지를 출력하는 단계(d);를 포함하고,
    상기 X선 필터는,
    X선을 통과시키는 개방된 제1 투과부; 및
    X선을 투과시키는 폐쇄된 제2 투과부;를 포함하고,
    상기 제1 투과부 및 상기 제2 투과부는 사선 방향으로 교대로 복수회 배열되고,
    상기 제1 투과부 및 상기 제2 투과부를 통해 X선을 필터링하는 것을 특징으로 하는 X선 영상 촬영 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하는 단계(c)는 상기 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 X선 영상 촬영 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 저에너지 이미지는 상기 제1 투과부를 투과한 X선 데이터를 기초로 재구축되고,
    상기 고에너지 이미지는 상기 제2 투과부를 투과한 X선 데이터를 기초로 재구축되는 것을 특징으로 하는 X선 영상 촬영 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 고에너지 이미지 및 저에너지 이미지를 재구축하는 단계(c)는 하기 수학식을 이용하는 것인 X선 영상 촬영 방법.
    Figure pat00040

    (여기서,
    Figure pat00041
    는 저에너지 이미지,
    Figure pat00042
    는 상술한 바와 같이 노치 필터를 이용하여 필터의 사선을 제거하여 재구성된 X선 이미지의 가장자리 정보,
    Figure pat00043
    는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 이미지의 가장자리 정보,
    Figure pat00044
    는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 사이노그램,
    Figure pat00045
    는 필터링 되지 않은 영역(제1 투과부를 통과한 영역)에 대한 이미지이며,
    Figure pat00046
    와 A는 임의의 상수이고,
    Figure pat00047
    는 고에너지 이미지,
    Figure pat00048
    는 상술한 바와 같이 노치 필터를 이용하여 필터의 사선을 제거하여 재구성된 X선 이미지의 가장자리 정보,
    Figure pat00049
    는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 이미지의 가장자리 정보,
    Figure pat00050
    는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 사이노그램,
    Figure pat00051
    는 필터링된 영역(제2 투과부를 투과한 영역)에 대한 이미지를 의미함)
  17. 제13항에 있어서,
    상기 물질 분별 이미지를 출력하는 단계(d)는 교정 팬텀을 통해 획득된 물질 정보를 이용하여 피사체의 물질 정보를 추출함으로써 물질 분별 이미지를 출력하는 X선 영상 촬영 방법.
  18. X선 영상 재구성 프로그램에 있어서,
    상기 프로그램은 컴퓨팅 장치와 결합되어 실행되고, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장되는 것이며,
    상기 프로그램은 상기 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 단계를 수행하는 것인 X선 영상 재구성 프로그램.
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