KR20220073442A - 영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치에 관한 것으로, 이는 엑스선 조사 각도를 달리하면서, 엑스선을 반복 발생하는 엑스선 발생부; 위치 이동형으로 구현되어, 서로 상이한 조사 각도를 가지는 엑스선을 반복 촬영하여 촬영 각도별 엑스선 영상을 획득하는 엑스선 검출부; 촬영 각도별 엑스선 영상을 저밀도 엑스선 영상과 고밀도 엑스선 영상으로 각각 분리하는 영상 분리부; 촬영 각도별 고밀도 엑스선 영상을 기 설정된 촬영 대상의 3차원 표준 모델에 각각 영상 매칭시켜, 촬영 각도별 영상 위치값을 각각 산출하는 위치 추적부; 및 상기 촬영 각도별 영상 위치값에 기반하여 촬영 각도별 엑스선 영상 각각을 위치 보정한 후 하나의 디지털 단층영상으로 재구성하여 출력하는 영상 재구성부를 포함한다.

Description

영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치{Medical imaging device with position correction function based on imaging processing}

본 발명은 이동형 의료 영상 촬영 장치에 관한 것으로, 엑스선 발생부와 엑스선 검출부간 위치 관계가 수시 변동되더라도 이에 대한 영향력을 최소화할 수 있도록 하는 영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치에 관한 것이다.

토모신세시스(tomosynthesis) 시스템과 같은 의료 영상 촬영 장치는 촬영대상 주위를 엑스선 발생부가 움직여 촬영대상에 대한 엑스선 조사 각도를 바꾸면서 여러 장의 엑스선 영상을 얻은 후, 이를 컴퓨터로 합성하여 촬영대상의 단면영상을 만들어내는 시스템이다.

토모신세시스는 360도를 회전하는 CT와 달리, (-)50도에서 (+)50도 내외 정도로 한정된 일부의 각도만 회전하여 투영영상을 얻은 후 하나의 단면영상으로 합성하는 특징을 가진다.

최근에 들어 토모신세시스는 크게 2가지 방식으로 엑스선 영상을 획득할 수 있다. 하나는 엑스선 발생부와 엑스선 검출부가 마주보고 있는 상태로 같이 움직이면서 다수의 단면 영상을 연속 촬영한 후 합성하는 방식, 다른 하나는 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 중 어느 하나는 위치 고정 시킨 후 나머지 하나를 위치 이동시키면서 다수의 단면 영상을 연속 촬영한 후 합성하는 방식으로, 의료 영상을 획득할 수 있다.

다만, 의료 영상 촬영 장치가 이동형으로 구현되는 경우, 엑스선 발생부와 엑스선 검출부의 위치가 각각 독립적으로 조정되는 경우가 발생하며, 이러한 경우 엑스선 발생부와 엑스선 검출부간의 위치 관계가 계속 변화하여 엑스선 영상 재구성 동작을 정상적으로 수행하기가 어려워지는 문제가 발생하게 된다.

국내공개특허 제10-2017-0021723호(공개일자 2017년02월28일)

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 영상 처리 방식으로 엑스선 발생부와 엑스선 검출부간 위치 관계를 검출 및 보정하여, 엑스선 발생부와 엑스선 검출부간 위치 관계 변동에 의한 영향력을 최소화할 수 있도록 하는 영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 엑스선 조사 각도를 달리하면서, 엑스선을 반복 발생하는 엑스선 발생부; 위치 이동형으로 구현되어, 서로 상이한 조사 각도를 가지는 엑스선을 반복 촬영하여 촬영 각도별 엑스선 영상을 획득하는 엑스선 검출부; 촬영 각도별 엑스선 영상을 저밀도 엑스선 영상과 고밀도 엑스선 영상으로 각각 분리하는 영상 분리부; 촬영 각도별 고밀도 엑스선 영상을 기 설정된 촬영 대상의 3차원 표준 모델에 각각 영상 매칭시켜, 촬영 각도별 영상 위치값을 각각 산출하는 위치 추적부; 및 상기 촬영 각도별 영상 위치값에 기반하여 촬영 각도별 엑스선 영상 각각을 위치 보정한 후 하나의 디지털 단층영상으로 재구성하여 출력하는 영상 재구성부를 포함하는 영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치를 제공한다.

상기 위치 추적부는 촬영 각도별로 상기 고밀도 엑스선 영상에서 다수의 특징점을 추출하고, 상기 촬영 대상의 3차원 표준 모델에서 다수의 대응점을 추출한 후, 특징점과 대응점간의 위치 관계를 수집 및 분석함으로써, 촬영 각도별 영상 위치값을 산출하는 것을 특징으로 한다.

상기 위치 추적부는 대응점의 위치값을 3차원 좌표값에서 2차원 좌표값으로 변환하여, 특징점과 대응점간의 위치 관계를 분석하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 영상 재구성부는 촬영 각도별로 영상 위치값이 기 설정된 기준 위치값이 되도록 하는 촬영 각도별 위치 보정값을 산출 및 반영하여 촬영 각도별 엑스선 영상 각각을 위치 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 촬영 대상의 3차원 표준 모델과 엑스선 영상의 영상 매치를 통해 엑스선 발생부와 엑스선 검출부간 위치 관계를 검출 및 보정할 수 있도록 한다. 이에 위치 센서와 같은 별도의 하드웨어 수단을 추가 없이도, 엑스선 발생부와 엑스선 검출부간 위치 관계 변동에 의한 영향력을 최소화할 수 있도록 한다.

또한 본 발명에서는 엑스선 영상으로부터 고밀도 엑스선 영상을 분리한 후, 이를 이용하여 촬영 대상의 3차원 표준 모델과의 영상 매칭을 수행함으로써, 영상 매칭의 효율과 정확도가 전반적으로 향상될 수 있도록 한다.

도 1 및 도 2은 본 발명의 실시예에 따른 의료 영상 촬영 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 의료 영상 촬영 장치의 구성도를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 의료 영상 촬영 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 의료 영상 촬영 장치의 외관을 도시한 도면으로, 도 1은 스캐닝 암에 엑스선 검출부가 결합된 상태를 도 2는 스캐닝 암으로부터 엑스선 검출부가 분리된 상태를 각각 나타낸다.

도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 의료 영상 촬영 장치(100)는 주행가능한 본체(110), 본체(110)에 수직 결합되는 수직암(120), 수직암(120)에 회전 가능하게 결합되는 구동암(130), 구동암(130)에 마련된 안내홀(131)을 따라 위치 이동되어 엑스선 조사 각도를 조정할 수 있는 엑스선 발생부(140), 및 엑스선 발생부(140)에서 조사되어 환자 인체를 통과하는 엑스선을 반복 촬영하여, 촬영 각도별 엑스선 영상을 생성 및 출력하는 엑스선 검출부(150), 촬영 각도별 엑스선 영상을 하나의 디지털 단층영상으로 재구성하여 출력하는 영상 재구성부(160) 등을 포함한다.

특히, 본 발명의 의료 영상 촬영 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 엑스선 발생부(140)과 엑스선 검출부(150)가 ㄷ"자 형태로 구현되는 구동암(130)의 양단에 부착되는 위치 고정형으로 구현될 수 있을 뿐 아니라, 도 2에 도시된 바와 같이 엑스선 검출부(150)가 구동암(130)로부터 분리되어 침대(200) 등에 놓여지는 위치 이동형으로 구현될 수도 있도록 한다.

이는 침대(200)에 누워있는 환자가 방사선실 등으로 이동하는 대신에 의료 영상 촬영 장치를 침대쪽으로 이용하여 환자가 침대에 누워있는 상태에서 그대로 엑스선 영상 촬영을 수행할 수 있도록 하기 위함이다. 물론, 구동암(130)을 다양한 각도로 회전시켜 환자가 서 있는 상태에서도 의료 영상을 촬영할 수도 있도록 한다.

다만, 이와 같이 엑스선 검출부(150)가 구동암(130)으로부터 분리되는 경우, 엑스선 발생부(140)와 엑스선 검출부(150)간의 위치 관계가 일정하게 유지하기가 어려운 문제가 발생한다. 그러면, 엑스선 발생부(140)에 대한 엑스선 검출부(150)의 상대적 위치값이 변화되어, 촬영 각도별 엑스선 영상이 서로 상이한 좌표값을 가지게 되고, 이에 따라 의료 영상 재구성이 정상적으로 수행되기 어려워지는 문제가 부가적으로 발생하게 된다.

이에 본 발명의 의료 영상 촬영 장치는 도 3에서와 같이 엑스선 검출부의 위치 검출 및 보정 수단을 추가 구비하여, 엑스선 발생부(140)와 엑스선 검출부(150)간의 위치 관계가 수시 변동하더라도 이와 상관없이 의료 영상 재구성 동작이 항상 안정적으로 수행될 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 의료 영상 촬영 장치의 구성도를 도시한 도면이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 의료 영상 촬영 장치는 엑스선 발생부(140), 엑스선 검출부(150), 및 영상 재구성부(160) 이외에 영상 분리부(170) 및 위치 추적부(180)를 더 포함하여 구성된다.

영상 분리부(170)는 싱글 에너지 엑스선 영상을 이용한 뼈 제거(Bone Suppression) 알고리즘, 듀얼 에너지 엑스선 영상을 이용한 뼈 제거 알고리즘, 딥러닝을 이용한 엑스선 영상의 뼈 제거 알고리즘 중 어느 하나를 구비하고, 이를 이용하여 촬영 각도별 엑스선 영상 각각을 저밀도 엑스선 영상과 고밀도 엑스선 영상으로 각각 분리한다. 그러면, 저밀도 엑스선 영상에는 뼈 성분 이외에 영상 성분만이 존재하게 되고, 고밀도 엑스선 영상에는 뼈 성분만이 존재하게 된다.

위치 추적부(180)는 여러 가지 촬영 대상 각각에 대응되는 3차원 표준 모델을 사전 획득 및 저장한다.

그리고 촬영 대상의 종류가 결정되면, 이에 대응되는 3차원 표준 모델을 선택하고, 선택된 3차원 표준 모델에 촬영 각도별 고밀도 엑스선 영상을 영상 매칭시켜 다수의 대응점을 추출하고, 다수의 대응점의 위치관계를 촬영 각도별로 수집 및 분석하여, 촬영 각도별 영상 위치값(즉, 엑스선 발생부와 엑스선 검출부간의 위치 관계)을 각각 산출한다.

이때, 표준 모델은 촬영 부위의 일반적 형상을 나타내는 것으로, 대용량의 고밀도 엑스선 영상을 수집 및 평균함으로써 획득 가능할 것이다.

그러면, 영상 재구성부(160)는 위치 추적부(180)를 통해 산출된 촬영 각도별 영상 위치값에 기반하여 촬영 각도별 엑스선 영상 각각을 위치 보정한 후 하나의 디지털 단층영상으로 재구성함으로써, 오류 없는 디지털 단층영상을 획득 및 제공할 수 있게 된다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 의료 영상 촬영 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 엑스선 발생부(140)의 조사 각도를 달리하면서 엑스선을 조사하고, 엑스선 검출부(150)를 통해 환자를 투과하여 자신에 도달되는 엑스선을 촬영 각도별로 반복 검출함으로써, 촬영 각도별 엑스선 영상을 획득 및 제공한다(S1).

그리고 영상 분리부(170)를 통해 촬영 각도별 엑스선 영상을 촬영 대상의 밀도 기반으로 영상을 분리하여, 도 5에서와 같이 뼈 성분이 제거된 저밀도 엑스선 영상과 뼈 성분만이 존재하는 고밀도 엑스선 영상을 획득한다(S2).

그리고 도 6에서와 같이 위치 추적부(180)를 통해 고밀도 엑스선 영상에서 다수의 특징점을 추출한 후, 다수의 특징점 각각에 대응되는 대응점을 3차원 표준 모델로부터 검출한다. 그리고 3차원 표준 모델의 대응점 각각을 3차원 좌표에서 2차원 좌표로 변환한 후, 특징점과 대응점간의 위치 관계를 촬영 각도별로 수집 및 분석함으로써, 촬영 각도별 영상 위치값을 산출한다(S3).

그리고 촬영 각도별로, 영상 위치값이 기 설정된 기준 위치값이 되도록 하는 위치 보정값을 산출한다(S4).

그리고 나서 촬영 각도별 위치 보정값에 기반하여 촬영 각도별 엑스선 영상 각각을 위치 보정한 후, 하나의 디지털 단층영상으로 재구성하여 출력하도록 한다(S5). 이러한 경우, 도 7에서와 같이 엑스선 검출부가 동일 위치에서 촬영 각도별 엑스선 영상 모두를 획득하는 듯 한 효과가 발생하게 되며, 이에 따라 위치 오차에 따른 오류 발생도 사전 차단되게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (4)

1. 엑스선 조사 각도를 달리하면서, 엑스선을 반복 발생하는 엑스선 발생부;
   위치 이동형으로 구현되어, 서로 상이한 조사 각도를 가지는 엑스선을 반복 촬영하여 촬영 각도별 엑스선 영상을 획득하는 엑스선 검출부;
   촬영 각도별 엑스선 영상을 저밀도 엑스선 영상과 고밀도 엑스선 영상으로 각각 분리하는 영상 분리부;
   촬영 각도별 고밀도 엑스선 영상을 기 설정된 촬영 대상의 3차원 표준 모델에 각각 영상 매칭시켜, 촬영 각도별 영상 위치값을 각각 산출하는 위치 추적부; 및
   상기 촬영 각도별 영상 위치값에 기반하여 촬영 각도별 엑스선 영상 각각을 위치 보정한 후 하나의 디지털 단층영상으로 재구성하여 출력하는 영상 재구성부를 포함하는 영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 위치 추적부는
   촬영 각도별로 상기 고밀도 엑스선 영상에서 다수의 특징점을 추출하고, 상기 촬영 대상의 3차원 표준 모델에서 다수의 대응점을 추출한 후, 특징점과 대응점간의 위치 관계를 수집 및 분석함으로써, 촬영 각도별 영상 위치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 위치 추적부는
   대응점의 위치값을 3차원 좌표값에서 2차원 좌표값으로 변환하여, 특징점과 대응점간의 위치 관계를 분석하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 영상 재구성부는
   촬영 각도별로 영상 위치값이 기 설정된 기준 위치값이 되도록 하는 촬영 각도별 위치 보정값을 산출 및 반영하여 촬영 각도별 엑스선 영상 각각을 위치 보정하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 방식 기반 위치 보정 기능을 가지는 의료 영상 촬영 장치.

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