KR20220098740A - X선 영상 획득 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제2 물체로 가려진 제1 물체의 x-선 영상을 획득하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 개별적으로 구동되는 x-선 이미터들의 어레이, 디텍터 및 프로세서를 갖춘 패널을 포함하는 x-선 촬영장치를 제공하는 단계로서, 어레이와 디텍터가 서로에 대해서는 물론 제2 물체에 대해서도 정지상태에 있는 단계; 제1 기간에 걸쳐 패널의 제1 세트의 x-선 이미터들을 가동해, x-선을 제1 물체와 주변 영역으로 배향하는 단계; 제1 물체와 주변 영역을 통과한 x-선을 상기 디텍터를 이용해 검출하는 단계; 검출된 x-선을 처리해 제1 물체와 주변 영역에 대한 제1 x-선 영상을 생성하는 단계; 제1 x-선 영상보다 작은 관심영역을 제1 x-선 영상에서 선택하는 단계; 제2 기간 동안 패널의 제2 세트의 x선 이미터들을 가동해, 관심영역에서 x선을 배향하는 단계; 관심영역을 통과한 x-선을 디텍터로 검출하는 단계; 검출된 X선을 처리해 관심영역의 X-선 영상 세트를 만들어, 관심영역의 구조를 보여주는 단층합성데이터를 구하는 단계를 포함한다.

Description

X선 영상 획득 방법

본 발명은 X선 영상을 얻는 방법 및 이 방법에 따라 작동하도록 배열된 장치에 관한 것으로, 영상의 선명도를 과도하게 손실하지 않으면서 피폭량을 줄이는데 특히 유용하다.

X선 영상은 환자의 건강 상태를 평가하는데 필요하지만, 부작용을 피하려면 피폭량 수준을 제어해야 한다. 이런 제어는 일반적으로 환자의 노출 면적을 소정의 정사각형이나 직사각형으로 제한하는 유효 '셔터'인 시준기의 사용으로 이루어진다. 이는 효과적이지만 X선의 상당 부분(즉, 대부분의 '피폭량')을 흡수하는 노출된 영역내의 조직이 임상적 관심대상이 아닌 경우가 종종 있기 때문에 차선책이다. 예를 들어, 폐조직 검사에 주로 사용되는 흔한 진단 절차인 일반 흉부 x-선 촬영에서 x-선의 상당 부분이 종종 주변조직(간, 어깨, 목)에 흡수된다. 이 경우 주변조직은 진단 대상이 아님에도 불구하고 피폭된다.

시준 필드를 넓히는 '피폭 비용'이 임상 관심영역의 완전한 영상을 얻지 못한 검사를 다시 하는 피폭 비용보다 적다는 것이 중요하다. 결과적으로 방사선 기사는 임상 관심영역 둘레에 여유를 둘 것을 요구받는바, 임상 관심영역이 아닌 영역이 X선에 노출된다.

따라서, 본 발명의 목적은 피폭량을 최소화하지만 선명한 영상을 만들도록 진단촬영 과정중의 X선 사용을 최적화하데 있다.

제2 물체로 가려진 제1 물체의 x-선 영상을 획득하는 방법에 있어서:

a) 개별적으로 구동되는 x-선 이미터들의 어레이, 디텍터 및 프로세서를 갖춘 패널을 포함하는 x-선 촬영장치를 제공하는 단계로서, 어레이와 디텍터가 서로에 대해서는 물론 제2 물체에 대해서도 정지상태에 있는 단계;

b) 제1 기간에 걸쳐 패널의 제1 세트의 x-선 이미터들을 가동해, x-선을 제1 물체와 주변 영역으로 배향하는 단계;

c) 제1 물체와 주변 영역을 통과한 x-선을 상기 디텍터를 이용해 검출하는 단계;

d) 검출된 x-선을 처리해 제1 물체와 주변 영역에 대한 제1 x-선 영상을 생성하는 단계;

e) 상기 제1 x-선 영상보다 작은 관심영역을 제1 x-선 영상에서 선택하는 단계;

f) 제2 기간 동안 패널의 제2 세트의 x선 이미터들을 가동해, 관심영역에서 x선을 배향하는 단계;

g) 관심영역을 통과한 x-선을 디텍터로 검출하는 단계;

h) 검출된 X선을 처리해 관심영역의 X-선 영상 세트를 만들어, 관심영역의 구조를 보여주는 단층합성데이터를 구하는 단계를 포함하는 X-선 영상 획득 방법을 제공한다.

패널은 평판 X선 소스(FPS)이고 디텍터는 평판 X선 디텍터(FPD)일 수 있다. 두 장치는 '획득 워크스테이션' 역할을 하는 프로세서와 함께 작동하고, 이 워크스테이션은 FPD의 출력을 분석하고 여러 프레임을 3D 모델로 재구성하며, 이 모델이 (종종 PACS(Picture Archiving and Communication System)를 통해) '시각화 워크스테이션'에 보내지고, 임상의가 뷰잉 소프트웨어를 사용하여 이 영상을 검토할 수 있다.

제2 물체는 어레이와 디텍터에 대해 실질적으로 고정되어 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 물체가 움직이는 기관(예: 한쌍의 폐)이면 환자가 숨을 참으면 이 기관은 일시적으로 정지될 수 있다. 고정이란 혈류나 인근 심장의 영향으로 인한 비교적 작은 움직임을 포함할 수 있다.

제1 물체가 폐이고 제2 물체는 폐를 품는 인체일 수 있다.

제1 x-선 영상은 제2 세트의 x-선들을 받을 영역을 최소화하도록 관심영역을 선택하도록 한다. 제1 x-선 영상이 "스카우트 스캔"으로 간주될 수 있다.

시준기나 기타 "블랭킹" 수단을 사용하지 않고, 작동되는 이미터들을 선택하여 관심영역이 제1 물체 및 주변 영역의 영상보다 작을 수 있다. 또, 제2 세트의 x선 이미터들로부터 제1 물체에 대한 x-선 입사 면적이 제1 세트의 x선 이미터들의 x-선의 입사 면적보다 작도록 제2 세트의 x선 이미터들을 선택할 수 있다.

관심영역의 선택이 일련의 규칙을 참조해 본 발명의 장치로 자동으로 될 수 있다. 이와 관련하여, 이런 규칙은 데이터베이스에 기록된 이력기록 등에서 결정될 수 있다. 인공지능이 사용하는 컴퓨터 기반 알고리즘이나 인간이 이런 규칙을 만들 수 있다.

관심영역의 선택을 오퍼레이터가 할 수도 있다. 즉, 임상의일 수 있는 오퍼레이터가 제1 영상을 볼 때 관심영역을 수동으로 선택할 수 있다. 또는, 관심영역이 이전 진단 스캔(예: X-선, CT, DT 또는 MRI)을 기반으로 하거나, 규칙을 참조해 장치에 의해 만들어진 제안과 함께 오퍼레이터에 의해 만들어질 수도 있다.

상기 규칙이 X선 촬영을 위한 물체의 일반적인 형상에 관한 정보를 기반으로 할 수 있다. 예를 들어, 인간의 폐는 전형적인 형상을 갖는다. 즉, 특정 장기는 전형적인 형상을 가지고 있어, 제1 x-선 영상에서 결정된 특정 장기의 경계와 함께 일반 형태를 기반으로 관심영역을 정의할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서는 제1 x-선 영상으로부터 장기와 같은 표적의 실제 경계의 적어도 일부를 결정하도록 구성될 수 있다. 경계가 제1 기간에 방출된 x-선으로 덮이지 않은 부분에 있는 곳을 제안할 수 있다.

이런 규칙이 X선 표적에 대한 X선의 피폭량 효과에 관한 정보를 기반으로 할 수도 있다. 예를 들어, 기관마다 같은 수준의 피폭량에 다르게 반응해 기관마다 피폭량의 최대 안전 한도가 있을 수 있다. 따라서, 일부 표적은 다른 표적에 비해 더 많은 피폭이 허용될 수도 있다. 프로세서는 표적에 관한 정보, 예를 들어 기관의 명칭에 기초하여 피폭량을 결정할 수 있다. 이런 정보를 오퍼레이터가 프로세서에 제공하거나, 제1 영상에 기초하여, 또는 다른 규칙에 맞춰 프로세서가 결정할 수 있다.

x-선은 15도 내지 20도 범위의 발산각을 갖는 콘 형태로 각각의 이미터에서 방출될 수 있지만, 다른 각도도 가능하다. 필요한 콘 형상을 만들기 위해 이미터마다 X선 콜리메이터를 사용할 수 있다. 이미터마다 발산각이 다르거나 같을 수 있다. 또, 일부 이미터는 발산각이 같고 일부 이미터는 다를 수도 있다. 이런 식으로 프로세스가 필요에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 발산각이 비교적 좁은 디텍터상의 작은 x-선 원들을 전체 적용 영역을 형성하는데 사용할 수 있는 반면, 발산각이 비교적 넓은 디텍터상의 큰 x-선 원들은 효과적인 단층합성을 하는데 사용된다.

제 1 기간에 가동된 이미터의 수가 제2 기간에 가동된 이미터의 수보다 적을 수 있다.

제2 기간에 가동된 이미터들이 오버샘플링을 보장하고 관심영역의 3D 단층합성 영상 재구성을 할 수 있도록 시간적으로 별도로 가동될 수 있다.

제1 기간에 가동된 이미터들이 시간적으로 별도로 가동될 수도 있다.

이 방법이 진단 촬영에 사용될 수도 있다. 이 방법을 방사선 치료에 사용하지 않을 수도 있다.

한편, 본 발명은 이런방법으로 작동하도록 배열된 x-선 촬영장치도 제공한다.

도 1은 사용 중인 x-선 장치의 개략도;
도 2는 한쌍의 폐와 그 주변의 x-선 영상의 개략도;
도 3은 윤곽선이 겹쳐진 도 2의 한쌍의 폐의 개략도; 및
도 4는 도 3의 폐의 개략도로서, 폐의 구조를 보여주는 단층합성 데이터를 얻기 위해 더 작은 주변 영역이 제2 세트의 x-선들에 노출된 상태이다.

본 발명에 대해 도면을 참조해 설명하겠지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고 특허청구범위에 의해서만 제한된다. 도면은 개략도일 뿐이며 제한적이지 않다. 도면이 본 발명의 모든 특징을 포함하지 않을 수 있으므로 반드시 본 발명의 실시예로 간주되어서는 안된다. 도면에서, 일부 구성요소의 크기는 예시를 위해 과장되어 도시되지 않고, 치수는 본 발명의 실제 축척과 매칭하지 않는다.

또, 설명 및 청구범위에서 제1, 제2, 세 번째 등은 유사한 요소를 구별하기 위한 것이지 반드시 시간적으로, 공간적으로, 순위에서 또는 다른 방식으로 시퀀스를 설명하는데 사용되는 것은 아니다. 사용된 용어는 적절한 상황에서 상호교환 가능하며, 본 명세서에 기술되거나 예시된 것과 다른 순서로 동작이 가능할 수도 있음을 알아야 한다. 마찬가지로, 특정 순서로 설명되거나 청구된 방법 단계가 다른 순서로 작동할 수도 있다.

또, 설명 및 청구범위에서 상단, 하단, 위, 아래 등의 용어는 설명의 목적상 사용된 것이지 반드시 상대적 위치를 설명하는 것은 아니다. 이런 용어는 적절한 상황에서 상호교환 가능하며 그 방향도 설명이나 예시된 것과 다른 방향일 수도 있다.

청구범위에 사용된 "포함하는"이란 용어는 다른 요소나 단계를 제외하지 않고 이후에 나열된 수단에 제한된 것으로 해석되어서는 안되며, 언급된 특징, 정수, 단계 또는 구성요소의 존재를 명시하는 것으로 해석되어야 하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계 또는 구성요소, 또는 이들의 그룹의 존재나 추가도 배제하지 않는다. 따라서, "수단 A 및 B를 포함하는 장치"라는 표현의 범위는 구성요소 A 및 B로만 구성된 장치로 제한되어서는 안된다.

마찬가지로, "연결된"이란 용어는 직접 연결에 제한된 것으로 해석되어서는 안되고, "기기 A가 기기 B에 연결되어 있다"라는 표현의 범위는 기기 A의 출력이 기기 B의 입력에 직접 연결된 기기나 시스템에 국한되어서는 안되며, A의 출력과 B의 입력이 다른 장치나 수단을 포함하는 경로일 수 있다. "연결된"은 무선연결과 같이 두 개 이상의 요소가 물리적 또는 전기적으로 직접 접촉하거나 둘 이상의 요소가 서로 직접 접촉하지 않지만 여전히 서로 협력하거나 상호 작용한다는 것을 의미할 수 있다.

본 명세서 전체에서 "일 실시예"나 "일 양태"란 실시예나 양태와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예나 양태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예에서", "일 실시예에서" 또는 "측면에서"라는 문구의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예 또는 측면을 지칭하는 것은 아니며, 상이한 실시예나 측면을 지칭할 수 있다. 또, 본 발명의 임의의 한 실시양태나 측면의 특정 특징, 구조 또는 특성은 본 발명의 다른 실시양태나 측면의 임의의 다른 특정 특징, 구조 또는 특성과 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있으며, 하나 이상의 실시형태 또는 측면에서 본 개시내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다.

마찬가지로, 설명에서 본 발명의 다양한 특징은 본 개시를 간소화하고 다양한 발명의 측면 중 하나 이상의 이해를 돕기 위한 목적으로 단일 실시예, 도면 또는 설명으로 함께 그룹화되는 경우가 있음을 이해해야 한다. 그러나 이런 개시 방법은 청구된 발명이 각 청구범위에 명시적으로 인용된 것보다 더 많은 특징을 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또, 임의의 개별 도면 또는 측면의 설명이 반드시 본 발명의 실시예로 간주되어서는 안된다. 오히려, 다음 청구범위가 반영하는 바와 같이, 독창적인 측면은 단일의 전술한 개시된 실시예의 모든 특징보다 적은 수에 있다. 따라서, 상세한 설명에 뒤따르는 청구항은 이에 의해 이 상세한 설명에 명시적으로 통합되며, 각 청구항은 그 자체로 본 발명의 별도의 실시예이다.

이제 본 발명의 원리를 예시적인 특징과 관련된 적어도 하나의 도면을 참조해 자세히 설명한다. 기본 개념이나 기술적 교시를 벗어나지 않고 당업자의 지식에 따라 다른 배열이 구성될 수도 있고, 본 발명은 첨부된 청구범위의 조건에 의해서만 제한된다.

도 1의 x-선 장치(10)는 환자(20)의 가슴을 통해 x-선(35)을 방출하는 평판 이미터 어레이(30)를 구비하고, x-선은 이미터 어레이(30) 반대쪽의 디텍터패널(40)에서 검출된다.

결과데이터는 프로세서(50)로 보내지고, 이곳에서 화면(60)에서 보이는 영상로 처리된다.

X선 콘(35)은 2개만 도시되어 있지만, 사용시 더 많은 X선 콘이 프로세스 중에 필요에 따라 동시 및/또는 연속으로 방출될 수 있다.

다른 영역은 제외하고 관심영역만의 X선 영상을 얻기 위해, 관심 임상영역만 전체 진단 피폭량을 받도록 X선 이미터의 발사를 관심 임상 영역에 맞게 바꿀 수 있다.

이를 위해 먼저 진단 관심영역을 정의하는데, 이것은 시야를 최소한으로 덮도록 제1 서브셋의 이미터들이 순차적으로 발사되는 '스카우트 스캔(scout scan)'을 하여 이루어질 수 있다.

도 2는 제1 서브셋의 x-선으로 생긴 환자의 가슴 부분의 x-선 영상(65)로, 어깨(72)를 이루는 뼈를 포함한 여러 뼈와 폐(70)가 보인다. 이 영상은 환자의 가슴의 다른 해부학적 부분들을 포함할 수 있지만, 도시되지는 않았다. x-선 영상의 영역이 사각형 경계로 되어있지만, 이는 예를 든 것일 뿐이며 이보다 작을 수도 있다.

이 시야내에서, 영상 분할로 임상 관심영역을 수동 및/또는 자동으로 찾을 수 있다. 자동 분할의 한가지 방법은 폐가 공기로 차서 x-선에 매우 어둡게 나타난다는 사실에 기초한다. 모든 어두운 영역을 분할하는데 임계값 방법을 이용할 수도 있다.

폐는 그 형상이 익숙해, 임계 어두운 영역이 템플릿에 매칭하는 패턴일 수 있다. 이런 매칭이 수동 및/또는 자동으로 일어날 수 있다. 뒤에서 찍은 영상(후전 방향 뷰)와 옆에서 찍은 측면 영상에 각각 다른 템플릿을 사용할 수 있다.

도 3은 폐(70) 주변의 둘레(73)가 어떻게 정의되었는지를 보여준다. 둘레는 각각의 폐 주변의 여백을 포함해 폐(70)보다 약간 크다. 이것은 최종 관심영역을 정의하는 1단계이고, 자동 및/또는 수동으로 일어날 수 있다.

이런 둘레(73)를 감싼 외주(74)로서의 최종 관심영역이 도 4이다. 이 외주(74)는 2개 폐(70) 사이의 종격동 영역(75)과 폐 주변의 둘레(73)보다 큰 여백 영역을 포함한다.

최종 관심영역에 제2 서브셋의 x-선을 가한 뒤의 결과 영상들을 공지의 기술로 처리해 폐의 3D 단층합성 모델을 만들 수 있다. 이 정보는 임상의가 폐의 두께를 통해 다양한 깊이에서 폐를 볼 수 있도록 슬라이스(100)의 형태로 제공될 수 있다.

일부 뼈(72)가 여전히 관심영역(74)에 있지만, x-선 영상을 환자 앞에서 찍으면 뒷쪽 어깨뼈가 결과 영상의 유효성을 줄이지 않을 수 있다. 또, 관심영역내 뼈의 존재를 줄이기 위해 X-선을 발사하기 전에 환자에게 팔을 움직여 디텍터를 감싸안듯이 하도록 할 수도 있다. 도시된 대부분의 어깨뼈는 이 방법으로 없앨 수 있지만, 임상적 관심대상이 아닌 일부 뼈(72)는 정상적인 환자 위치로 인해 관심영역(74)의 일부에 여전히 그림자를 드리울 수 있다.

도 3~4 및 폐와 관련하여 다양한 여백들에 대해 전술하였지만, 이 방법은 여백을 최소화하거나 없앨 수 있음을 알아야 한다. 또, 최종 관심영역의 정의가 도 3~4에서 2단계로 설명되었지만, 1단계나 2단계 이상의 단계로도 될 수 있고, 신체 부위에 따라 달라질 수도 있다.

완전한 디지털 단층합성 획득을 위해, 임상 관심영역을 적절히 커버하도록 개별 이미터를 발사할 수 있는 워크스테이션(장치)도 사용할 수 있다. 적절한 단층합성을 위해, 이 장치가 관심영역과 그 주변의 작은 여백을 비추는 이미터들을 발사하는 것을 포함할 수 있다. 피폭피폭량을 줄이기 위해, 관심영역에서 멀리 떨어진 시야 영역을 비추는 이미터는 발사하지 않도록 할 수도 있다.

제1 서브셋의 x-선들로 만든 영상을 제2 서브셋의 x-선의 영상와 함께 사용될 수도 있다.

이상 환자 및 의료정보 유도에 대해 본 발명을 설명했지만, 수하물 분석과 같은 다른 대상에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.

Claims (9)

1. 제2 물체로 가려진 제1 물체의 x-선 영상을 획득하는 방법에 있어서:
   a) 개별적으로 구동되는 x-선 이미터들의 어레이, 디텍터 및 프로세서를 갖춘 패널을 포함하는 x-선 촬영장치를 제공하는 단계로서, 어레이와 디텍터가 서로에 대해서는 물론 제2 물체에 대해서도 정지상태에 있는 단계;
   b) 제1 기간에 걸쳐 패널의 제1 세트의 x-선 이미터들을 가동해, x-선을 제1 물체와 주변 영역으로 배향하는 단계;
   c) 제1 물체와 주변 영역을 통과한 x-선을 상기 디텍터를 이용해 검출하는 단계;
   d) 검출된 x-선을 처리해 제1 물체와 주변 영역에 대한 제1 x-선 영상을 생성하는 단계;
   e) 상기 제1 x-선 영상보다 작은 관심영역을 제1 x-선 영상에서 선택하는 단계;
   f) 제2 기간 동안 패널의 제2 세트의 x선 이미터들을 가동해, 관심영역에서 x선을 배향하는 단계;
   g) 관심영역을 통과한 x-선을 디텍터로 검출하는 단계; 및
   h) 검출된 X선을 처리해 관심영역의 X-선 영상 세트를 만들어, 관심영역의 구조를 보여주는 단층합성데이터를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 영상 획득 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 관심영역의 선택이 일련의 규칙을 참조해 상기 촬영장치에 의해 자동으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 X-선 영상 획득 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 관심영역의 선택이 오퍼레이터에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 X-선 영상 획득 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 관심영역의 선택이 일련의 규칙을 참조해 상기 촬영장치로 만들어진 제안과 함께 오퍼레이터에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 X-선 영상 획득 방법.
5. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 규칙이 X선 표적의 형상에 관한 정보에 기초하는 것을 특징으로 하는 X-선 영상 획득 방법.
6. 제2항, 제4항 및 제5항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 규칙이 x-선 표적에 대한 x-선의 피폭량 효과에 관한 정보에 기초하는 것을 특징으로 하는 X-선 영상 획득 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 x-선은 15도내지 20도 범위의 발산각을 갖는 콘 형태로 각각의 이미터에서 방출되는 것을 특징으로 하는 X-선 영상 획득 방법.
8. 제1항내지 제7항 중의 어느 하나에 있어서, 제1 기간에 가동된 이미터의 수가 제2 기간에 가동된 이미터의 수보다 적은 것을 특징으로 하는 X-선 영상 획득 방법.
9. 제1항에 있어서, 제2 기간에 가동된 이미터들이 오버샘플링을 보장하고 관심영역의 3D 단층합성 영상 재구성을 할 수 있도록 시간적으로 별도로 가동되는 것을 특징으로 하는 X-선 영상 획득 방법.
   [청구항 10]
   제1항내지 제9항 중의 어느 하나의 방법에 따라 작동하도록 배열된 x-선 촬영장치.

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