KR20220153941A - 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템에 관한 것으로, 이는 피검체를 기 설정된 방향과 기 설정된 속도로 위치 이동시키는 피검체 이동 레일; 상기 피검체 이동 레일의 제1 방향에 서로 마주보도록 고정 설치된 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍; 영상 또는 센서 기반으로 피검체 현재 위치를 확인 및 통보하는 피검체 위치 확인부; 및 피검체 현재 위치에 기반하여 상기 엑스선 검출부를 통해 서로 상이한 피검체 위치를 가지는 다수의 엑스선 영상을 획득한 후, 단면별 단층 영상과 하나의 3차원 영상 중 적어도 하나로 재구성하여 출력하는 영상 재구성부를 포함할 수 있다.

Description

실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템{Real-time inline Digital Tomosynthesis System}
본 발명은 산업용 인라인 환경에 적용될 수 있도록 하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템에 관한 것이다.
디지털 단층합성 촬영장치(DTS, Digital Tomosynthesis System)는 제한된 각도 내에서 다각도로 획득된 투영 영상 데이터를 사용하여 영상을 3차원으로 재구성하는 장치이다.
즉, 피검체를 움직이지 않게 고정시켜 놓고 X선 발생장치 및 X선 검출장치를 이동시키면서 촬영 각도별 X선 영상을 획득한 후 재구성하여 피검체의 특정 단면의 단층 영상들을 획득한 후, 이를 다시 하나의 3차원 영상으로 재구성하여 출력하도록 한다.
다만, DTS 장치는 빠른 속도로 3차원 영상 획득이 가능하지만, X선 발생기 및 X선 검출기를 이동시켜야 하기 때문에 산업용 인라인 환경에 적용하기에 어려운 한계가 있다.
국내공개특허 제10-2017-0021723호(공개일자 2017년02월28일)
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 X선 발생장치 및 X선 검출장치 대신에 피검체를 이동시키는 인라인 방식으로 피검체의 이상 여부를 판별하기 위한 3차원 영상을 실시간 획득할 수 있도록 하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 제공하고자 한다.
또한 X선 발생장치 및 X선 검출장치의 구비 개수를 손쉽게 증대시킬 수 있도록 하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 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 피검체를 기 설정된 방향과 기 설정된 속도로 위치 이동시키는 피검체 이동 레일; 상기 피검체 이동 레일의 제1 방향에 서로 마주보도록 고정 설치된 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍; 영상 또는 센서 기반으로 피검체 현재 위치를 확인 및 통보하는 피검체 위치 확인부; 및 피검체 현재 위치에 기반하여 상기 엑스선 검출부를 통해 서로 상이한 피검체 위치를 가지는 다수의 엑스선 영상을 획득한 후, 단면별 단층 영상과 하나의 3차원 영상 중 적어도 하나로 재구성하여 출력하는 영상 재구성부를 포함하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 제공한다.
상기 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템은 상기 피검체 이동 레일의 제1 방향과 상이한 방향에 서로 마주보도록 고정 설치된 적어도 하나의 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍;를 더 포함하며, 상기 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍이 다수개인 경우, 상기 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍 각각의 설치 방향은 상기 피검체 이동 레일을 기준으로 모두 상이한 것을 특징으로 한다.
상기 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템은 상기 피검체 이동 레일의 제1 방향과 동일한 방향에 서로 인접되도록 고정 설치된 적어도 하나의 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍;를 더 포함하며, 상기 디지털 단층영상의 영상 획득 각도가 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍의 증가 개수에 비례하여 확장되는 것을 특징으로 한다.
상기 피검체 이동 레일의 제1 방향은 모든 방향일 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 피검체 위치 확인부는 엑스선 영상내 피검체의 상대적 위치값을 기반으로 피검체 현재 위치를 유추 및 통보하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 피검체 위치 확인부는 상기 피검체 이동 레일의 시작점과 현재 피검체간 거리를 센싱 및 통보하는 거리 센서를 이용하여, 피검체 현재 위치를 측정 및 통보하는 것을 특징으로 한다.
또 다르게는 상기 피검체 위치 확인부는 기 설정된 위치에 분산 배치되어 피검체의 존재 여부를 센싱 및 통보하는 다수의 객체 감지 센서를 이용하여, 피검체 현재 위치를 측정 및 통보하는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 획득되는 피검체 위치별 엑스선 영상을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명의 제3 실시예에 따른 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 본 발명의 제4 실시예에 따른 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 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 제1 실시예에 따른 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 설명하기 위한 도면으로, 도 1은 외관도, 도 2는 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 단층영상 합성 시스템는 피검체 이동 레일(110), 엑스선 발생부(120), 엑스선 검출부(130), 피검체 위치 확인부(140), 및 영상 재구성부(150) 등을 포함하여 구성된다.
피검체 이동 레일(110)는 피검체 지지 공간을 제공함과 동시에 피검체 지지 공간에 놓여진 피검체(200)를 일정 속도와 일정 방향으로 위치 이동시키도록 한다.
엑스선 발생부(120)는 피검체 이동 레일(110)의 제1 방향(예를 들어, 수직 방향)에 고정 설치되어, 동일 조사 각도를 가지는 엑스선을 연속 또는 반복 발생하도록 한다.
엑스선 검출부(130)는 피검체(200)를 사이에 두고 엑스선 발생부(121)를 마주보도록 피검체 이동 레일(110)의 제1 방향에 고정 설치되어, 서로 상이한 피검체 위치를 가지는 엑스선 영상을 연속 또는 반복 획득하여 출력한다.
피검체 위치 확인부(140)는 엑스선 영상내 피검체의 상대적 위치값을 기반으로 피검체 현재 위치를 유추 및 통보할 수 있도록 한다.
또 다르게는 피검체 이동 레일(112)의 시작점과 현재 피검체간 거리를 센싱 및 통보하는 거리 센서와 기 설정된 위치에 분산 배치되어 피검체의 존재 여부를 센싱 및 통보하는 다수의 객체 감지 센서 등을 이용하여, 피검체 현재 위치를 직접 측정하여 통보할 수도 있도록 하나, 구체적 구현 방안이 이에 한정될 필요는 없다.
영상 재구성부(150)는 피검체 위치 확인부(140)를 통해 확인된 피검체 현재 위치에 기반하여 엑스선 검출부(131)의 출력 영상을 선택적으로 수신함으로써, 서로 상이한 피검체 위치를 가지는 다수의 엑스선 영상(즉, 피검체 위치별 엑스선 영상)을 획득한다. 그리고 피검체 위치별 엑스선 영상들을 피검체의 단면별 단층 영상과 하나의 3차원 영상 중 적어도 하나로 재구성하여 사용자에게 할 수도 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 획득되는 피검체 위치별 엑스선 영상을 도시한 도면이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 대신에 피검체를 위치 이동시키는 방식으로 피검체 위치별 엑스선 영상을 획득할 수 있으며, 이때의 엑스선 영상은 피검체 위치별로 엑스선 촬영 각도가 서로 상이한 효과를 가짐을 알 수 있다.
즉, 피검체 위치를 이동시키는 경우에도, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 엑스선 발생부와 엑스선 검출부를 위치 이동시켜 획득되는 촬영 각도별 엑스선 영상과 동일한 영상 특징을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 도면으로, 이하에서는 설명의 편이를 위해 총 3개의 위치에서의 피검체 영상을 획득하는 경우에 한해 설명하기로 한다.
단계 S1에서는 피검체 이동 레일(110)에 피검체가 놓여진 상태에서 영상 촬영이 요청되면, 피검체 이동 레일(110)는 이에 응답하여 피검체를 기 설정된 방향과 기 설정된 속도로 위치 이동시키기 시작한다.
그러면 피검체 위치 확인부(140)는 피검체의 현재 위치를 실시간 확인 및 통보하고, 영상 재구성부(150)는 피검체가 기 설정된 지점 1,2,3에 위치될 때마다 피검체의 엑스선 영상을 반복적으로 획득한다. 이때, 엑스선 영상은 피검체를 구성하는 모든 복셀(voxel)에 대한 투영 영상 데이터일 것이다.
단계 S2에서는 피검체 위치 각각에서 획득된 엑스선 영상(즉, 각 복셀의 투영 영상 데이터)을 모두 합산하여 전체 중첩 영상 데이터를 계산한다.
그리고 피검체 위치 각각에 대하여, 특정 단면을 제외한 엑스선 영상을 합산하여 3개의 상보적 중첩 영상 데이터를 계산한 후, 전체 중첩 영상 데이터와의 차이를 계산하고, 3개의 상보적 중첩 영상 데이터와 전체 중첩 영상 데이터와의 차이를 엑스선 영상의 총 개수 3으로 나누어 정규화하는 영상 처리 동작을 반복 수행하여, 다수의 단면 각각에 대응되는 다수의 단층 영상(즉, 단면별 단층 영상)을 획득한다.
단계 S3에서는 단계 S2를 통해 획득된 단면별 단층 영상을 사용자에게 그대로 제공하거나, 또는 단면별 단층 영상을 단면 순으로 순차 적층하여 하나의 3차원 영상으로 합성한 후, 이를 사용자에게 제공할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 단층영상 합성 시스템는 엑스선 발생부(120)와 엑스선 검출부(130)의 쌍을 다수개로 확대 설치한 후, 이들을 통해 서로 상이한 단면의 단층 영상을 획득할 수 있도록 한다.
예를 들어, 엑스선 발생부(120)와 엑스선 검출부(130)의 두 쌍을 구비하고, 제1 엑스선 발생부(121)와 제1 엑스선 검출부(131)는 피검체 이동 레일(110)의 제1 방향(예를 들어, 수직 방향)으로 서로 마주보게 설치되고, 제2 엑스선 발생부(122)와 제2 엑스선 검출부(132)는 피검체 이동 레일(110)의 제1 방향에 수직되는 제2 방향(예를 들어, 수평 방향)으로 서로 마주보게 설치되도록 할 수 있다.
이러한 경우, 피검체 이동 레일(110)의 제1 방향으로 서로 마주보게 설치된 제1 엑스선 발생부(121)와 제1 엑스선 검출부(131)를 통해서는 xy 단면의 단층 영상들을, 피검체 이동 레일(110)의 제2 방향으로 서로 마주보게 설치된 제2 엑스선 발생부(122)와 제2 엑스선 검출부(132)를 통해서는 xz 단면의 단층 영상들을 획득 및 제공할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에서는 엑스선 발생부(120)와 엑스선 검출부(130)의 이용 개수를 손쉽게 증가할 수 있으며, 이들을 통해 검출 가능한 단면(예를 들어, xy 단면, xz 단면)의 개수 또한 손쉽게 증가할 수 있도록 한다. 그 결과, 동일 시스템을 통해 사용자에 제공 가능한 정보의 종류와 양이 보다 다양해질 수 있도록 한다.
도 6는 본 발명의 제3 실시예에 따른 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 단층영상 합성 시스템는 엑스선 발생부(120)와 엑스선 검출부(130)의 쌍을 다수개 구비하고, 다수개의 엑스선 발생부(120)와 엑스선 검출부(130)의 쌍이 동일 방향에 인접되도록 고정 설치함으로써, 이들을 통해 영상 획득 각도를 확장시켜 줄 수 있도록 한다.
예를 들어, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 피검체 이동 레일(110)의 제1 방향(예를 들어, 수직 방향)에 나란히 설치되는 엑스선 발생부(120)와 엑스선 검출부(130)의 두 쌍을 구비하되, 제1 엑스선 발생부(121)는 피검체 이동 레일(110)의 전단을 향하도록 경사지게 설치되고, 제2 엑스선 발생부(122)는 피검체 이동 레일(110)의 후단을 향하도록 경사지게 설치되도록 할 수 있다.
또한 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 피검체 이동 레일(110)의 제1 방향(예를 들어, 수직 방향)에 나란히 설치되는 엑스선 발생부(120)와 엑스선 검출부(130)의 3 쌍을 구비하되, 제1 엑스선 발생부(121)는 피검체 이동 레일(110)의 전단을 향하도록 경사지게 설치되고, 제2 엑스선 발생부(122)는 피검체 이동 레일(110)의 후단을 향하도록 경사지게 설치되고, 제3 엑스선 발생부(123)는 피검체 이동 레일(110)의 후단을 향하도록 경사지게 설치되도록 할 수 있다.
그 결과, 디지털 단층영상 합성 시스템의 영상 획득 각도가 엑스선 발생부(120)와 엑스선 검출부(130)의 쌍의 개수에 비례하여 용이하게 증가됨을 알 수 있다(A<B<C).
도 7는 본 발명의 제4 실시예에 따른 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디지털 단층영상 합성 시스템는 엑스선 발생부(120)와 엑스선 검출부(130)의 쌍을 모든 방향으로 배치할 수 있도록 한다.
예를 들어, 엑스선 발생부(120)를 피검체 이동 레일(110)의 상부에 배치하여 엑스선 발생부(120)의 엑스선이 하향 조사되도록 하거나, 엑스선 발생부(120)를 피검체 이동 레일(110)의 하부에 배치하여 엑스선 발생부(120)의 엑스선이 상향 조사조사되도록 하거나, 또 다르게는 측면에 배치하여 측면 조사되도록 할 수 있다.
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 안 될 것이다.

Claims (7)

  1. 피검체를 기 설정된 방향과 기 설정된 속도로 위치 이동시키는 피검체 이동 레일;
    상기 피검체 이동 레일의 제1 방향에 서로 마주보도록 고정 설치된 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍;
    영상 또는 센서 기반으로 피검체 현재 위치를 확인 및 통보하는 피검체 위치 확인부; 및
    피검체 현재 위치에 기반하여 상기 엑스선 검출부를 통해 서로 상이한 피검체 위치를 가지는 다수의 엑스선 영상을 획득한 후, 단면별 단층 영상과 하나의 3차원 영상 중 적어도 하나로 재구성하여 출력하는 영상 재구성부를 포함하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피검체 이동 레일의 제1 방향과 상이한 방향에 서로 마주보도록 고정 설치된 적어도 하나의 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍;를 더 포함하며,
    상기 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍이 다수개인 경우, 상기 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍 각각의 설치 방향은 상기 피검체 이동 레일을 기준으로 모두 상이한 것을 특징으로 하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피검체 이동 레일의 제1 방향과 동일한 방향에 서로 인접되도록 고정 설치된 적어도 하나의 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍;를 더 포함하며,
    상기 디지털 단층영상의 영상 획득 각도가 엑스선 발생부와 엑스선 검출부 쌍의 증가 개수에 비례하여 확장되는 것을 특징으로 하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피검체 이동 레일의 제1 방향은
    모든 방향일 수 있는 것을 특징으로 하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피검체 위치 확인부는
    엑스선 영상내 피검체의 상대적 위치값을 기반으로 피검체 현재 위치를 유추 및 통보하는 것을 특징으로 하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 피검체 위치 확인부는
    상기 피검체 이동 레일의 시작점과 현재 피검체간 거리를 센싱 및 통보하는 거리 센서를 이용하여, 피검체 현재 위치를 측정 및 통보하는 것을 특징으로 하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 피검체 위치 확인부는
    기 설정된 위치에 분산 배치되어 피검체의 존재 여부를 센싱 및 통보하는 다수의 객체 감지 센서를 이용하여, 피검체 현재 위치를 측정 및 통보하는 것을 특징으로 하는 실시간 인라인 디지털 단층영상 합성 시스템.
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